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Die Erfindung betrifft einen Faulbehälter mit einem Rührwerk.
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Derartige Faulbehälter sind aus dem Einsatz in landwirtschaftlichen Biogasanlagen und kommunalen Kläranlagen bekannt. In dem Faulbehälter verweilen organische Abfallstoffe im Durchschnitt für mehrere Tage bei einer Temperatur, die über der Umgebungstemperatur liegt und beispielsweise ca. 35°C beträgt. In dem Faulbehälter ist ein Rührwerk vorhanden, das in zeitlichen Abständen oder auch kontinuierlich betrieben wird, um eine gleichmäßige Temperaturverteilung im Faulbehälter einzustellen und neu eingeleitete Abfallstoffe gleichmäßig im Faulbehälter zu verteilen.
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Das Rührwerk dient darüber hinaus dazu, die im Faulbehälter enthaltenen Bakterien gleichmäßig mit Nährstoffen zu versorgen, die Bildung von Schichten zu verhindern, insbesondere die sich fortwährend bildenden Schwimm- und Sinkschichten zu zerstören, und die Gasbläschen freizusetzen, die in tieferen Schichten an Schlammteilchen gebunden sind. Durch den Gärprozess im Faulbehälter erfolgt eine Gasabscheidung, wobei das entstehende Biogas in einem Behälter speicherbar ist.
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Eine Mischeinrichtung für flüssigkeitsgefüllte Behälter ist aus der
DE 94 04 188 U1 bekannt. Dabei wird eine mit einer Führungseinheit fest verbundene Umwälzeinrichtung mittels einer Hebevorrichtung entlang und außerhalb eines am Boden des Behälters befestigten Führungsrohrs in den Behälter abgesenkt und angehoben. Dabei ist der Abstand zwischen dem Führungsrohr und der Wand des Behälters so bemessen, dass die Umwälzeinrichtung die für ihre ungestörte Funktion notwendigen saugseitigen und radialen Freiräume besitzt.
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In der deutschen Patentschrift
DE 197 56 485 C2 , die auf die Anmelderin der vorliegenden Patentanmeldung zurückgeht, ist ein Faulbehälter mit einer runden Bodenfläche beschrieben, bei welchem ein Rührwerk in einem unterhalb eines Füllstutzens angeordneten Rührrohr untergebracht ist. Das Rührwerk befindet sich dabei mit seiner Antriebsachse und einer auf der Antriebsachse angeordneten Antriebseinheit im Bodenbereich des Faulbehälters. Da es sich bei dem Rührwerk um eine mechanisch stark beanspruchte Baugruppe handelt, sind regelmäßige Wartungsarbeiten, beispielsweise zum Ersetzen von Dichtungen oder sonstigen Bauteilen, erforderlich. Hierzu ist es nach dem Stand der Technik notwendig, entweder den Spiegel der organischen Substanzen in dem Faulbehälter bis in einen Bereich unterhalb des Rührwerks abzusenken, um das unerwünschte Austreten organischer Substanzen beim Wartungsvorgang zu verhindern, oder aber die zu wartenden Bauteile konstruktiv mittels einer mechanisch ebenfalls aufwändigen Schiebertechnik von dem Faulbehälter zu separieren. Im erstgenannten Fall verursacht eine Wartung des Rührwerks einen mehrtägigen Stillstand der gesamten Anlage; im zweitgenannten Fall erhöht sich die Komplexität und damit die Fehleranfälligkeit der Gesamtvorrichtung.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Faulbehälter mit einem Rührwerk zu schaffen, der eine bessere Durchmischung der Abfallstoffe bei hoher Wartungsfreundlichkeit gewährleistet.
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Die Aufgabe wird durch die in dem unabhängigen Patentanspruch offenbarte Vorrichtung gelöst. Besondere Ausführungsarten der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
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Der erfindungsgemäße Faulbehälter zum Vergären organischer Substanzen zeigt eine Umfangswandung und ein an der Umfangswandung angeordnetes Rührwerk mit einer Antriebsachse. Dabei ist das Rührwerk mit der Antriebsachse mindestens teilweise in einem Rührwerkkanal an der Umfangswandung angeordnet. Eine außerhalb des Faulbehälters befindliche antriebsseitige Öffnung des Rührwerkkanals ist dabei oberhalb der halben Standardfüllhöhe des Faulbehälters angeordnet.
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Mit anderen Worten verläuft der Rührwerkkanal vom Außenbereich des Faulbehälters an der Umfangswandung in Richtung des Innenbereiches des Faulbehälters; diejenige Öffnung des Rührwerkkanals, an welcher üblicherweise ein Antrieb, wie beispielsweise ein Elektromotor, angeordnet wird, befindet sich vorteilhafterweise über dem halben oder auch dem vollen Standardfüllstand des Faulbehälters. Die genannte Öffnung wird üblicherweise dazu genutzt, Wartungsarbeiten an den einzelnen Bauteilen des Rührwerks, wie beispielsweise Lagern, Propellern oder Dichtungen, vorzunehmen. Im Wartungsfall wird es damit durch die erfindungsgemäße Anordnung nicht mehr notwendig, den Faulbehälter vollständig zu entleeren, da die entsprechenden Baugruppen durch die genannte äußere Öffnung des Rührwerkkanals nach oben hin entfernt werden können, ohne dass organische Substanzen austreten. In dem Fall, in dem sich die äußere Öffnung des Rührwerkkanals vollständig oberhalb der Standardfüllhöhe des Faulbehälters befindet, kann eine Wartung sogar bei einem normalen Füllstand im Faulbehälter vorgenommen werden, ohne dass auch nur ein Teil der in dem Faulbehälter vorhandenen organischen Substanzen abgelassen werden muss. Auch in denjenigen Fällen, in welchen sich die äußere Öffnung des Rührwerkkanals oberhalb der halben Standardfüllhöhe, jedoch unterhalb der vollen Standardfüllhöhe befindet, lassen sich bei der Wartung Vorteile verwirklichen. In diesen Fällen muss zwar bspw. zur Wartung des Rührwerks ein Teil der organischen Substanzen aus dem Faulbehälter abgelassen werden, jedoch muss auch hier der Faulbehälter zur Wartung nicht vollständig, sondern allenfalls bis zur halben Standardfüllhöhe entleert werden, so dass auch in diesem Fall eine Wartung mit gegenüber dem Stand der Technik reduzierten Aufwand möglich ist.
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Unter Standardfüllhöhe des Faulbehälters ist dabei diejenige Füllhöhe zu verstehen, bei welcher die Biogasanlage bzw. der Faulbehälter im Normalbetrieb betrieben wird.
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Als Maß für die vertikale Position der äußeren Öffnung des Rührwerkkanals kann anstatt der Standardfüllhöhe des Behälters auch die Wandungshöhe, also die Höhe der Umfangswandung des Faulbehälters herangezogen werden. Unter der Annahme, dass die Standardfüllhöhe des Behälters knapp unterhalb der Wandungshöhe liegt, kann dann die vertikale Position der äußeren Öffnung des Rührwerkkanals erfindungsgemäß mit als oberhalb ca. der halben Wandungshöhe angegeben werden. Bei dieser Betrachtung wurde die üblicherweise geringe Differenz zwischen Wandungshöhe und Standardfüllhöhe nicht berücksichtigt. Beiden Sichtweisen gemeinsam ist die Anordung der äußeren Öffnung des Rührwerkkanals im oberen Bereich der Umfangswandung des Faulbehälters.
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Für den Rührwerkkanal kommt eine Vielzahl möglicher Querschnitte in Frage; es kann sich bspw. anbieten, ein zylindrisches Rohr als Rührwerkkanal zu verwenden. Dieses Rohr kann beispielsweise aus Edelstahl gefertigt sein, wodurch eine erhöhte Robustheit in der chemisch aggressiven Umgebung in einem Faulbehälter gewährleistet wird. Als kostengünstigere Alternative kommt hier auch verzinkter Stahl in Frage.
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Die Antriebsachse kann insbesondere in einem von der Horizontalen verschiedenen Winkel angeordnet sein, das heißt, dass der üblicherweise koaxial bzw. parallel zu der Antriebsachse verlaufende Rührwerkkanal die Außenwand beispielsweise schräg von oben nach unten durchstoßen kann.
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Im Inneren des Faulbehälters kann der Rührwerkkanal eine Ansaugöffnung zum Ansaugen der organischen Substanzen aufweisen. Im einfachsten Fall handelt es sich bei dieser Ansaugöffnung um eine Aussparung im Rührwerkkanal selbst, die in Richtung der Füllstandsoberfläche der organischen Substanzen ausgerichtet ist, so dass organische Substanzen aus dem oberen Bereich des Faulbehälters nach unten in den Rührwerkkanal (beim Betrieb des Rührwerks) weggesaugt werden. Die Ausrichtung der Ansaugöffnung nach oben gewährleistet dabei, dass insbesondere organische Substanzen aus dem Bereich einer – unerwünschten – Schwimmdecke durch das Rührwerk angesaugt und in die unteren, feuchten und flüssigen Bereiche gefördert werden, so dass es zu einer besseren Durchmischung der im Faulbehälter befindlichen organischen Substanzen kommt.
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Zum Verbessern des Ansaugverhaltens des Rührwerks kann die genannte Ansaugöffnung mit einer sich innerhalb des Faulbehälters nach oben in Richtung der Fullstandsoberfläche erstreckenden, trichterförmigen Ansaugvorrichtung versehen sein. Durch eine derartige Ansaugvorrichtung kann gewährleistet werden, dass die oberen Bereiche des organischen Materials dem Rührwerk effizienter zugeführt werden.
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Alternativ oder zusätzlich kann die genannte Ansaugöffnung mit einer Zuleitung versehen sein, die eine bewegliche, der Öffnung des Rührwerkkanals abgewandte Mündung besitzt. So kann es sich beispielsweise bei der Zuleitung um einen flexiblen Schlauch oder um ein bewegliches Rohr handeln. Diese Maßnahme hat die Wirkung, dass weitere Bereiche der Schwimmdecke durch das Rührwerk angesaugt werden können, so dass nicht nur die dem Rührwerk unmittelbar benachbarten Bereiche einer Schwimmdecke aufgelöst werden können. Daneben ist es auch denkbar, mittels zusätzlicher Fördereinrichtungen im oberen Bereich des Faulbehälters der Ansaugöffnung die oberen Schichten der organischen Substanzen aktiv zuzuführen.
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Das Rührwerk kann mit einem Propeller oder auch einer Förderschnecke versehen sein. Eine Förderschnecke, welche sich insbesondere bis in den Bereich der vorstehend genannten Ansaugöffnung in den Rührwerkkanal erstreckt, hat dabei den Vorteil, dass die organischen Substanzen effektiver in den Rührwerkkanal gefördert werden können. Auch eine Kombination aus Förderschnecke im Innenbereich des Rührwerkkanals und einem Propeller im Bereich der dem Innenraum des Faulbehälters zugewandten Austrittsöffnung des Rührwerkkanals ist denkbar. Diese Kombination hat die Wirkung, dass die Förderschnecke einerseits die organischen Substanzen effizient durch den Rührwerkkanal fördert und der Propeller eine hinreichende Beschleunigung der organischen Substanzen gewährleistet, um eine gute Durchmischung durch den gesamten Innenraum des Faulbehälters zu gewährleisten.
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Das Mischverhalten und die Flexibilität des erfindungsgemäßen Faulbehälters kann dadurch weiter verbessert werden, dass einerseits der Rührwerkkanal mindestens teilweise verschwenkbar ausgebildet ist und andererseits oder zusätzlich das dem Innenraum des Faulbehälters zugewandte Ende des Rührwerkkanals mit einer düsenförmigen Austrittsöffnung versehen ist.
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Die Verschwenkbarkeit des Rührwerkkanals kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass der Rührwerkkanal insgesamt verschwenkbar ausgebildet ist. Alternativ oder zusätzlich kann auch lediglich das dem Innenraum des Faulbehälters zugewandte Ende des Rührwerkkanals als flexibles Schlauchstück oder schwenkbares Rohrstück ausgebildet sein, so dass wahlweise unterschiedliche Bereiche des Innenraums des Faulbehälters angesteuert werden können.
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Der oben beschriebene Rührwerkkanal muss nicht zwingend auch im Inneren des Faulbehälters verlaufen; in einer einfachen Variante der Erfindung erstreckt sich lediglich die an ihrem Ende bspw. mit einem Propeller versehene Antriebsachse in das Innere des Faulbehälters.
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Das Rührwerk kann insbesondere dadurch angetrieben werden, dass eine Antriebseinheit des Rührwerks beispielsweise an dem sich im Außenbereich des Faulbehälters befindlichen Ende des Rührwerkkanals auf der Antriebsachse angeordnet ist. Auf diese Weise ist die Antriebseinheit gut für Wartungsarbeiten zugänglich; insbesondere kann es sich bei der Antriebseinheit um einen Elektromotor handeln. Bei einer Anordnung des Elektromotors im oberen Bereich außen am Faulbehälter ist jedoch zu berücksichtigen, dass der Elektromotor für diesen – als Ex-Zone gekennzeichneten Bereich ausgelegt sein muss. Eine sicherheitstechnisch reizvolle Variante zum Einsatz eines Elektromotors stellt die Verwendung eines Hydraulikmotors innerhalb der Ex-Zone dar. Aufgrund des Antriebs des Hydraulikmotors mittels druckbeaufschlagter Hydraulikflüssigkeit wie beispielsweise Öls kann es schon systemimmanent nicht zu einem innerhalb der Ex-Zone potenziell gefährlichen Funkenschlag kommen. Der Hydraulikmotor kann über eine Hydraulikzu- und eine Hydraulikableitung mit einer an einem praktisch beliebigen Ort befindlichen Hydraulikpumpe bzw. einem Hydraulikdruckspeicher verbunden sein.
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Dadurch, dass die verlängerte horizontale Projektion der Antriebsachse außerhalb eines Mittenbereichs des Faulbehälters verläuft, kann erreicht werden, dass sich beim Betrieb des Rührwerks insgesamt im Faulbehälter eine Art ringförmige Strömung ausbildet, die zu einer besonders guten Durchmischung der organischen Substanzen im Faulbehälter führt. Durch die Wahl eines runden Querschnitts für den Faulbehälter kann dieser Effekt weiter unterstützt werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Variante der Erfindung kann erreicht werden, dass frisches organisches Material dem Innenraum des Faulbehälters direkt über das Rührwerk selbst zugeführt wird. Hierzu kann bspw. eine Zuführöffnung für organische Substanzen an dem Rührwerkkanal außerhalb des Faulbehälters angeordnet sein, welche mittels einer Pumpe oder Förderschnecke mit frischem organischen Material in fester, pastöser oder flüssiger Form versorgt werden kann. Mittels einer im Rührwerkkanal angeordneten Förderschnecke oder einer sonstigen Fördereinrichtung kann das frische organische Material vorbei an der Ansaugöffnung des Rührwerkkanals in Richtung des Austrittsöffnung gefördert werden. Danach kann das frische organische Material von einem im Bereich der Austrittsöffnung angeordneten Propeller in Richtung des Innenraums des Faulbehälters in die inneren Bereiche der bereits im Faulbehälter vorhandenen organischen Substanzen beschleunigt werden. Dabei kann es von Vorteil sein, wenn die durch die Ansaugöffnung in den Rührwerkkanal eingesaugten im Innenraum des Faulbehälters bereits vorhandenen organischen Substanzen das frische organische Material mitreißen und sich bereits im Rührwerkkanal mit diesen vermischen.
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Um die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung in dieser Betriebsart zu optimieren, kann es von Vorteil sein, die Ansaugöffnung verschließbar zu gestalten, was bspw. durch die Verwendung eines von außen betätigbaren Schiebers erreicht werden kann. Durch einen derartigen Schieber könnte auch ein teilweises Verschließen der Ansaugöffnung während des Befüllens der Anlage vorgenommen werden. Hierdurch könnten Anpassungen an unterschiedliche Konsistenzen oder Arten frischen organischen Materials vorgenommen werden.
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Nachfolgend werden exemplarische Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.
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Es zeigt:
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1 einen Vertikalschnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung;
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2 eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Vorrichtung;
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3 einen schematischen Vertikalschnitt durch eine Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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4 eine Draufsicht auf die in 3 gezeigte Variante,
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5 eine Gesamtdarstellung zu der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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6 eine Variante zur Gestaltung des Rührwerkkanals,
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7 eine weitere Variante zur Gestaltung des Rührwerkkanals; und
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8–10 eine Ausführungsform mit verschwenkbarem Rührwerkkanal.
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1 zeigt einen Vertikalschnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung. An dem Faulbehälter 1 ist an einer Umfangswandung 11 der Rührwerkkanal 6 schräg von oben nach unten durchstoßend angeordnet. Dabei ist der Rührwerkkanal 6 in der Weise im oberen Bereich der Umfangswandung 11 angebracht, dass die antriebsseitige Öffnung 13 des Rührwerkkanal 6 oberhalb der Schwimmdecke 5 der im Innenraum des Faulbehälters 1 angeordneten organischen Substanzen angeordnet ist. Damit befindet sich im gezeigten Beispiel die Öffnung 13 über halb der Standardfüllhöhe h' und auch oberhalb der halben Höhe h der Umfangswandung. Über einen Flansch 2 ist die Antriebseinheit 4, im gezeigten Beispiel ein Elektromotor, auf der Antriebsachse 8 angeordnet. Die Antriebsachse 8 wird durch das Zentrierelement 3 in dem als Rohr ausgebildeten Rührwerkkanal 6 positioniert. Das Zentrierelement 3 kann dabei insbesondere als kreisscheiben- oder speichenförmiges Element ausgebildet sein, welches federbelastet selbstzentrierend an der Innenwandung des rohrförmigen Rührwerkkanals 6 angeordnet ist. Die gezeigte Anordnung ermöglicht es insbesondere, die Baugruppe aus Antriebseinheit 4, Antriebsachse 8, Zentrierelement 3 und dem als im vorliegenden Beispiel als Propeller ausgebildeten Rührwerk 10 nach Lösen des Flansches 2 einfach nach außen aus dem Rührwerkkanal 6 herauszuziehen, um Wartungsarbeiten auf einfache Weise durchführen zu können. Ebenfalls erkennbar in 1 ist die trichterförmige Ansaugvorrichtung 7, die an der Ansaugöffnung 9 angeordnet ist und sich in Richtung der Schwimmdecke 5 erstreckt. Sie gewährleistet ein effizientes Ansaugen der Schwimmdecke 5, was durch die in der Figur nicht bezeichneten Pfeile veranschaulicht wird. Nach dem Ansaugen durch die trichterförmige Ansaugvorrichtung 7 und die Ansaugöffnung 9 werden die organischen Substanzen in dem Rührwerkkanal 6 durch das als rotierender Propeller ausgebildete Rührwerk 10 in Richtung der Austrittsöffnung 12 beschleunigt und verlassen diese in Richtung der mittleren bzw. unteren Schichten der im Faulbehälter 1 befindlichen organischen Substanzen.
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2 zeigt die aus 1 bekannte Anordnung in einer Draufsicht. Entsprechende Bauteile sind mit entsprechenden Bezugszeichen gekennzeichnet. Gut erkennbar aus 2 wird, dass die verlängerte horizontale Projektion der Antriebsachse 8 außerhalb eines Mittenbereiches 14 des Faulbehälters 1 verläuft. Hierdurch wird, wie oben bereits erwähnt, erreicht, dass sich beim Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung in dem im dargestellten Beispiel kreisförmig ausgeführten Faulbehälter 1 eine ringförmige Strömung einstellt.
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In 3 ist ebenfalls in einem schematischen Vertikalquerschnitt eine weitere Variante der Erfindung dargestellt. In der in 3 gezeigten Variante wurde auf eine Ansaugvorrichtung verzichtet und die Ansaugöffnung 9 lediglich als Aussparung in dem wie auch in 1 gezeigten rohrförmigen Rührwerkkanal 6 realisiert. Als weitere Modifikation ist in 3 erkennbar, dass die Austrittsöffnung 12' als düsenförmige Öffnung ausgebildet ist. Hierdurch wird eine effiziente Beschleunigung der organischen Substanzen in Richtung des Innenraums des Faulbehälters 1 erreicht.
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4 zeigt die bereits in 3 als Querschnitt angeordnete Vorrichtung in einer Draufsicht.
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In 5 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung noch einmal im Gesamtzusammenhang angeordnet an einem Faulbehälter 1 dargestellt. Auf eine Bezeichnung derjenigen Baugruppen des Faulbehälters 1, die nicht in unmittelbarem Wirkzusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Rührwerk stehen, wurde verzichtet. Gut erkennbar in 5 ist die Ausbildung der Komponenten Antriebseinheit 4, Flansch 2, Antriebsachse 8 und Rührwerk 10 als bauliche Einheit, welche als gesamte Baugruppe aus dem Rührwerkkanal 6 gezogen werden kann, wodurch eventuelle Wartungsarbeiten erheblich vereinfacht werden können. Im gezeigten Beispiel ist lediglich ein Rührwerk 10 an dem Faulbehälter 1 angeordnet; es ist auch denkbar, mehr als ein Rührwerk – ggf. in unterschiedlichen Varianten – an einem Faulbehälter anzuordnen.
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Weitere Varianten zur Gestaltung des Rührwerkkanals sind in den 6 und 7 dargestellt. In der in 6 gezeigten Variante verläuft der Rührwerkkanal 6 lediglich außerhalb des Faulbehälters 1 und ist an dessen Außenseite angeflanscht. In den Innenbereich des Faulbehälters 1 erstreckt sich lediglich die Antriebswelle 8, an deren Ende ein Propeller als Teil des Rührwerks 10 angeordnet ist.
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7 stellt einen Kompromiss zwischen der zuletzt gezeigten Variante und den vorangegangenen Ausführungsformen insbesondere hinsichtlich der Gestaltung des Rührwerkkanals 6 dar. In dem in 7 gezeigten Beispiel ist der im Inneren des Faulbehälters 1 verlaufende Teil des Rührwerkkanals 6 als halboffene Rinne mit einer leicht abgeschrägten Wandung ausgebildet. Diese Variante zeichnet sich dadurch aus, dass durch die Rinne sowohl die Ansaugöffnung 9 als auch die Austrittsöffnung 12 realisiert sind.
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In 8 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, das eine weitergehende Verschwenkbarkeit des Rührwerkkanals 6 gewährleistet. In dem in 8 gezeigten Beispiel ist der Rührwerkkanal 6 an der Außenseite des Faulbehälters 1 an einem im wesentlichen runden Schraubdeckel 14 auf einem Flansch 15 angeordnet. Nach Lösen der in der Figur nicht bezeichneten Schrauben kann der Rührwerkkanal 1 um eine horizontale und normal zur Außenwandung des Faulbehälters 1 verlaufende Achse gedreht wieder angeschraubt werden, so dass sich eine gewisse Einstellbarkeit der Ausrichtung des Rührwerkkanals 6 ergibt. Anstatt des Schraubdeckels 14 ist es ebenso denkbar, den Rührwerkkanal 6 an einem drehbaren Deckel anzuordnen, so dass der Rührwerkkanal 6 praktisch stufenlos, ohne ihn von der Wandung des Faulbehälters abzunehmen, verdreht werden kann. In diesem Fall ist ggf. für eine geeignete Abdichtung des drehbaren Deckels Sorge zu tragen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 9404188 U1 [0004]
- DE 19756485 C2 [0005]
