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Die Erfindung betrifft einen Rotations-Pufferfilter zum Entfernen von partikulären und/oder gelösten Teilchen aus insbesondere stehenden Gewässern, wie natürlich oder künstlich angelegten Teichen oder Aquarien.
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Aus der Druckschrift
EP 0 861 592 A2 ist bereits ein Filter, insbesondere für Aquarien, mit einem tangentialen Zulauf im unteren Bereich des Filters bekannt. Der Filter ist nach oben hin durch eine Siebfläche verschlossen. Im Betrieb bewegen sich die Filterelemente, deren Dichte in einem Bereich von 0,7 bis 1,3 sowie 0,8 bis 1,2 kg/l liegen, zunächst spiralförmig nach oben und dann in einem mittleren Bereich wieder nach unten. Der Behälter ist über die Sieböffnung mit dem Außenmedium verbunden und weist keinen Gasraum über den Filterelementen auf. Ferner zeigt diese Druckschrift auch keine Niveauregulierung.
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Die Druckschrift
DE 101 51 157 A1 beschreibt eine Filteranlage mit einem Einlass für Unfiltrat sowie einen Filterabschnitt für Filtermittel. Ferner zeigt dieser Filter eine Filtratableitung. Der Zulauf ist in einem oberen Bereich des Filters angeordnet. Ein Überlauf ist vorgesehen sowie eine Einrichtung, die dafür sorgt, dass der Pegel des Spülwassers beim Spülen nicht über eine bestimmte Höhe über den Überlauf ansteigt. Dies wird durch Erzeugen eines Druckluftpolsters im oberen Bereich des Filtergehäuses erzeugt.
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Die Druckschrift
DE 26 01 555 A1 zeigt ebenfalls bereits einen Filter, der unterschiedliche Filterelemente aufweist, die eine unterschiedliche Dichte haben derart, dass sie sich trennen und ein Flüssigkeitsraum zwischen den Elementen entsteht. Hier wird das Unfiltrat über den Zulauf in den mittleren Bereich eingeleitet, insbesondere auch tantengial. Die Filterelemente sind hier durch Trennsiebe räumlich begrenzt, eine Einrichtung zur Niveauregulierung ist nicht gezeigt.
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Filter zum Entfernen von partikulären und/oder gelösten Teilchen aus insbesondere stehenden Gewässern sind in vielfältigen Ausführungsformen bekannt. Für Teiche werden Fliehkraftabscheider oder statische Festbettfilter eingesetzt. Diese Filtersysteme reinigen das Wasser in unterschiedlicher Weise. Diese bekannten Filter werden meistens bodenbündig in das Erdreich eingelassen, so dass der Wasserspiegel des stehenden Gewässers etwa 10 cm tiefer ist wie die Oberkante des Filters. Eine mechanische Pumpe, die meist nach dem Filter platziert ist, saugt das Wasser über eine Rohrverbindung in den Filter, wie z. B. einen Zyklonabscheider. Der Zyklonabscheider arbeitet nach dem Prinzip der Fliehkraft. Der grobe Schmutz soll sich durch die Rotationsströmung am Boden absetzen und wird dann durch eine Spülleitung am Boden ausgespült.
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In dem meisten Filter werden häufig Bürsten, Filterwaben, Filterschwämme, keramisches Material oder ein grober Kies zum Rückhalten der partikulären Komponenten, die der Zyklonabscheider nicht abscheiden kann, eingesetzt. Die Strömung erfolgt dabei im Durchlaufprinzip.
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In der Fachliteratur beschrieben sind derartige Anlagen z. B. in einem vom Ulmer Verlag herausgebrachten Buch zum Thema Koi mit der ISB-Nummer 3800138522. In der Praxis hat sich aber gezeigt, dass Filter durch ihre großen Innenvolumen oft ungleichmäßig durchströmt werden und sich sog. Strömungstoträume bilden, in denen sich die Reduktion der partikulären und gelösten Komponenten nicht oder nur unzureichend ergibt. Um eine Verschlammung zu vermeiden, muss die Filteranlage häufig abgeschaltet werden, um sie mechanisch zu reinigen. Es hat sich auch gezeigt, dass eine Art Zyklonen-Vorfilter nur Komponenten abscheiden kann, die zu Boden sinken und dann mit viel Wasser ausgespült werden müssen. Gute Filterleistungen haben meist Sandfiltersysteme, diese benötigen aber meist täglich, insbesondere bei Eintritt der Algenblüte oder bei Pollenflug auch mehrmals täglich eine Rückspülung mit mehreren hundert Litern Spülflüssigkeit, was den Verlust von einer großen Menge sauberen Wassers zur Folge hat.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Filter vorzuschlagen, der hinsichtlich Aufbau und Wirkungsweise besser als bekannte Filter arbeitet.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst, wobei durch die Rotationsströmung der aufschwimmenden Filterelemente eine Aufspaltung und dabei eine Zerkleinerung der partikulären Teilchen erreichtwird. Bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Durch diese erfindungsgemäße Lösung wird der Rotations-Pufferfilter als Modul ausgeführt, so dass eine Integration auch in ein Filtersystem möglich ist. Außerdem kann das am Rotations-Pufferfilter gewonnene Wasser direkt in einen Rieselfilter oder Feinfilter zugeführt werden. Bevorzugt werden im Rotations-Pufferfilter die gröberen Partikel ausgesiebt und durch eine Gegenstromspülung am Filterkopf ausgespült.
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Unter tangentialem Zulauf versteht man hier einen Zulauf, der das Unfiltrat so an die Behälterinnenwand anströmt, dass sich eine Rotationsströmung des Behälterinhalts – hier der ersten Filterelemente – ausbilden kann.
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Die Wasserzuführung in den Rotations-Pufferfilter geschieht dabei also bevorzugt tangential und in Höhe des Wasserspiegels im Kopfraum des Filters. Die aufschwimmenden Filterelemente dienen zur Abscheidung der festen Komponenten aus dem zu reinigenden Wasser. Durch die tangentiale Einleitung des Wassers, findet eine schraubenförmige Abwärtsbewegung um das im Filter-Zentrum positionierte Standrohr statt, wobei die schwimmenden Komponenten wie Blätter, Algen, Pollen usw. durch die rotierenden Filterelemente zerkleinert und dabei auch von den Gasen getrennt werden. Das Wasser strömt dabei nach unten, während sich die abgeschiedenen Komponenten auf und in den Filterelementen ansiedeln. Von dort können die festen Bestandteile dann durch ein mechanisches Ventil (Auslauf) aus der Filteranlage ausgespült werden. Zum Ausspülen wird dabei lediglich eine geringe Menge an z. B. mit Luftblasen versetztes Spülwasser benötigt.
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Durch die Rotation des Wassers im Filter werden die mitgeführten Gasbläschen von den festen Komponenten abgetrennt. Die Gasbläschen bilden mit der Zeit einen Gasüberschuss, der es ermöglicht, den Wasserspiegel einzustellen.
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Bevorzugt wird daher über eine Niveauregulierungseinrichtung ein vorbestimmtes Belüftungsniveau, d. h. ein Wasserpegel mit dem Filtermaterial des Rotations-Pufferfilters aufrechterhalten.
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Über eine Niveauregelung kann der ständig anfallende Gasüberschuss z. B. automatisch über eine Be-/Entlüftung, d. h. z. B. ein Ablassventil im Deckel des Filters oder einen automatischen Schwimmerableiter abgeführt werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist unterhalb der rotierenden ersten Filterelemente und oberhalb der zweiten sinkenden Filterelemente ein Wasserreservat, das zur Strömungsverteilung des horizontal angeordneten Filterbetts auch eine im Wesentlichen horizontale Oberfläche aufweist.
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Im Filterraum des Rotations-Pufferfilters werden bevorzugt diffusionsfähige Filtermaterialien eingesetzt, die Kleinstkomponenten herausfiltern. Dieses Filtermaterial ist bevorzugt 10% offenporig und hat daher eine dementsprechend große Ansiedlungsoberfläche und bewirkt dabei eine effektive Filterung von Kleinstkomponenten. Um eine Verblockung der Filtermaterialien durch die Anreicherung von festen Komponenten zu vermeiden, werden bevorzugt Filterkugeln eingesetzt. Dabei ist die bevorzugte Filterkugel > 1 mm, aber < 100 mm, bevorzugt, 10–35 mm. Durch die Anhäufung von Filterkugeln kann das Wasser bei der gesättigten Anreicherung durch feste Komponenten in dem Filter umspülen und somit das gesamte Filtermaterial von oben nach unten beladen.
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Durch die Niveauregelung der Wasseroberkante liegt das gesamte Filtermaterial in und unterhalb der Wasseroberfläche. Das Wasser kann von den aufschwimmenden ersten Filterelementen auf die Oberfläche der sinkenden zweiten Filterelemente gleichmäßig aufgegeben werden, so dass durch die dabei erzeugte, leichte Wellenbewegung eine gleichmäßige Wasserverteilung auf der gesamten Filteroberfläche erreicht wird. Der abfließende Wasserstrom soll dabei nicht schneller als 0,005–0,03 m/s, bevorzugt 0,01 m/s betragen. Eine derart geringe Geschwindigkeit hat den Vorteil, dass sich einmal eingelagerte oder zurückgehaltene feste Komponenten nicht mehr ausspülen und somit im Feinfiltermaterial zurückgehalten werden.
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Die Siebplatte am unteren Ende des Feinfilters hat bevorzugt eine Maschenweite, die kleiner als die Kantenlänge oder der Durchmesser der Filterelemente ist, so dass sich die Filterelementenschüttung gleichmäßig in der Füllhöhe aufbauen lässt. Dadurch stellt sich ein gleichmäßiger Widerstand über die Filtersäule des Feinfilters ein und es wird verhindert, dass sich ein bevorzugter Strömungskanal bildet. Die festen Komponenten reichern sich somit über den ganzen Filterquerschnitt gleichmäßig an. Das gereinigte Wasser fließt dann durch den Strömungs-Verteiler am Boden des Filters über den Auslauf aus dem Rotations-Pufferfilter ab. Dabei lagern sich schwerere Bestandteile wie Sand usw. am Boden des Strömungs-Verteilers ab die dann über die Filterboden-Abreinigung abgespült werden kann.
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In einer weiteren Ausgestaltung besitzt der Rotations-Pufferfilter einen abnehmbaren Deckel, in dem erfindungsgemäß eine Spüleinheit mit automatischem Be-/Entlüftungsventil zur Niveauregulierung integriert ist. Damit sicher gestellt ist, dass keine partikulären Teilchen in die automatische Niveauregulierung eintreten und diesen in seiner Funktion beeinträchtigen wird mittels Niveau-Ausgleichsrohr das niveauregulierende Wasser aus dem Bodenbereich des Filters verwendet. Das Belüftungs-Niveau zur Regulierung des Wasserspiegels wird mittels Bohrung im Niveau-Ausgleichsrohr sichergestellt. Damit sichergestellt wird, dass nur Gase und keine Flüssigkeit aus dem Kopfraum des Rotations-Pufferfilters in das Niveau-Ausgleichsrohr einströmen und somit die Niveau-Ausgleichsrohr-Bohrung verstopfen, überragt ein Standrohr das Wasserniveau bzw. das Niveau der Bohrung und stellt dabei sicher, dass nur der Gasüberschuss aus dem Kopfbereich des Rotations-Pufferfilter zwischen das Standrohr und dem Niveau-Ausgleichsrohr in die Niveau-Ausgleichsrohr-Bohrung einströmt. Steigt das Wasserniveau im Rotations-Pufferfilter über das Niveau der Niveau-Ausgleichsrohr-Bohrung an verhindert das aufströmende Wasser vom Bodenbereich des Filters das weitere Ableiten der Gase.
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Erfindungsgemäß wird dabei sichergestellt, dass das untere Niveau des Gasraums auf einer Höhe liegt, dass die ersten Filterelemente < 1 kg/l nicht an den Deckel des Rotations-Pufferfilters aufschwimmen und diese dann an der Rotationsströmung behindert werden.
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Erfindungsgemäß erfolgt die Abreinigung des Rotations-Pufferfilter durch die Abschottung der tangentialen Zuläufe und des Auslaufs mittels Absperrorgan (nicht dargestellt) so dass durch das Einleiten von mit Luftblasen versetztem Spülwasser im Bereich der Filterboden-Abreinigung das Spülwassergemisch in den Verteiler einströmt, so dass die Luftblasen die zweiten Filterelemente > 1 kg/l aufwirbeln, so dass dabei das Spülwasser die abgelösten Partikel nach oben durch den Flüssigkeitsraum und dann durch die ersten Filterelemente < 1 kg/l in den Abreinigungsspalt und dann in die Spülkammer trägt, so das das Spülwasser dann durch die Ableitung der Filterkopf-Abreinigung ausgeschleust wird. Damit sicher gestellt ist, dass keine Filterelemente den Abreinigungsspalt verstopfen ist dieser in seiner Spaltbreite kleiner als ein Filterelement ausgeführt.
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Durch den Abreinigungsvorgang wird der Gasraum geflutet so dass die Gasatmosphäre über die Filterkopf-Abreinigung entweicht. Im Anschluss nach der Abreinigung des Rotations-Pufferfilters wird das Wasser mit den ersten Filterelementen < 1 kg/l aus dem Gasraum mittels Druckluft durch die Einleitung über eine Be-/Entlüftung verdrängt, so dass sich das Belüftungs-Niveau beim Unterschreiten des Gasraums durch die Ableitung des überschüssigen Gases über die Niveau-Ausgleichsrohr-Bohrung in das Niveau-Ausgleichsrohr und dann über die automatische Be-/Entlüftung ausgeschieden wird. Das zu verdrängende Volumen wird dabei durch die Ableitung über den Auslauf eingestellt.
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Im Folgenden wird die Erfindung nun anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben.
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1 zeigt einen schematischen Längsschnitt des erfindungsgemäßen Rotations-Pufferfilters;
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2 zeigt eine Detaildarstellung des erfindungsgemäßen Rotations-Pufferfilter-Deckels mit integrierter Gasniveauregulierung in Position im Standrohr mit Siebboden als Schnitt
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3 zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Standrohrs mit Siebboden als Schnitt
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4 zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Rotationsströmung im Rotations-Pufferfilter als Draufsicht
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Der erfindungsgemäße Rotations-Pufferfilter ist als Ganzes schematisch in 1 dargestellt.
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Wie insbesondere aus der 1 hervorgeht, umfasst der erfindungsgemäße Rotationspufferfilter 1 einen Pufferbehälter 19, der in diesem speziellen Ausführungsbeispiel mit einem Deckel 12 verschlossen ist. Der Rotationspufferfilter umfasst mindestens einen tangentialen Zulauf, wie insbesondere aus 4 hervorgeht, zwei tangentiale Zuläufe 2, 2a, über die das Unfiltrat im Wesentlichen tangential eingeleitet werden kann, derart, dass sich eine Rotationsströmung 2b der ersten Filterelemente 14 um die Mittelachse des Behälters 19 ausbilden kann. Der Zulauf 2 befindet sich vorzugsweise im Betriebszustand des Filters auf Höhe des Wasserspiegels oder aber eines vorbestimmten Belüftungsniveaus 13a, d. h. einem unteren Niveau des im oberen Bereich des Pufferbehälters 19 angeordneten Gasraums 13. Im unteren Bereich des Filters befindet sich der Ablauf 3, hier insbesondere im Bereich des Verteilers 7. Im Bereich des Verteilers 7 ist hier eine Filterbodenabreinigungsleitung 5 vorgesehen.
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Ferner umfasst der Rotationspufferfilter 1 erste Filterelemente 14 mit einer Dichte < 1 kg/l, und zweite Filterelemente 16, die eine Dichte > 1 kg/l aufweisen. Bei dieser Ausführungsform ist dazwischen ein Flüssigkeitsraum 15 ohne Filterelemente angeordnet.
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Die Filterelemente sind bevorzugt Filterkugeln mit absorbierenden Eigenschaften. Das Filtermaterial ist bevorzugt 10% offenporig. Der Durchmesser der Filterkugeln ist vorzugsweise > 1 mm aber < 100 mm, bevorzugt 10 bis 35 mm.
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Der Filter umfasst eine Einrichtung zur Niveauregulierung des unteren Niveaus des Gasraums, insbesondere auf ein vorbestimmtes Belüftungsniveau 13a. In diesem Ausführungsbeispiel weist die Einrichtung zur Niveauregulierung ein Niveauausgleichsrohr 17 auf, das nach unten hin verschlossen ist und innerhalb eines zentral angeordneten Standrohrs 9 angeordnet ist. Das Standrohr 9 ist, wie insbesondere aus den 2 und 3 hervorgeht, nach unten hin geöffnet und mündet in einen Bereich, der unterhalb eines Siebbodens 8 angeordnet ist, auf dem die zweiten Filterelemente 16 ruhen. Flüssigkeit aus dem Bereich unterhalb des Siebbodens 8 kann zwischen der Innenwandung des Standrohrs 9 und dem Ausgleichsrohr 17 nach oben steigen. Es verschließt eine Bohrung 18 im Ausgleichsrohr 17 bei eingestelltem Belüftungsniveau 13a. Die Oberkante des Rohrs 9 ist über dem Einlauf 2, 2a und über der Bohrung 18 angeordnet. Das Ausgleichsrohr 17 ist mit einem automatischen Be-/Entlüfter 10 verbunden. Der automatische Be-/Entlüfter 10 ist hier im Deckel 12 angeordnet. Integriert im Deckel 12 kann auch das Rohr 17 sein. Im Deckel 12 kann auch eine zusätzliche Be-/Entlüftungseinrichtung 6 vorgesehen sein, über die zusätzlich nach dem Reinigen beispielsweise Druckluft zugeführt werden kann, wie nachfolgend noch beschrieben wird. Ferner ist im Kopfbereich auch eine Filterkopfabreinigungsableitung 4 vorgesehen. Damit die Filterelemente nicht in den oberen Bereich des Deckels 12, insbesondere der Ableitung 4 getragen werden, ist ein Abreinigungsspalt 11 vorgesehen, der so bemessen ist, dass die Filterelemente 14, 16 nicht durchgelangen. Der Abreinigungsspalt 11 kann z. B. als Ringspalt ausgebildet sein. Weiter können nicht dargestellte Stellventile vorgesehen sein, die den Volumenstrom des Unfiltrats, das dem Pufferbehälter 19 über den mindestens einen Zulauf 2 zugeführt wird und den Volumenstrom des abgeführten Grobfiltrats über die Leitung 3 einstellen.
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Das Wesentliche des Rotations-Pufferfilters 1 ist die Bauweise sowie das Zusammenspiel der einzelnen Komponenten. Die Funktionsweise und der Aufbau der einzelnen Komponenten werden nachfolgend weiter beschrieben:
Erfindungsgemäß erfolgt die Reinigung des mit von partikulären und/oder gelösten Teilchen aus insbesondere stehenden Gewässern im Rotations-Pufferbehälter 1 durch die Einleitung in die tangentialen Zuläufe 2, 2a so dass eine Rotationsströmung 2b (siehe 4) um das Standrohr 9 das horizontal auf dem Sieb 8 befestigt ist entsteht. Dabei werden die Filterelemente < 1 kg/l 14 in Rotationsströmung 2b um das Standrohr 9 bewegt, so dass durch das Anstoßen der ersten Filterelemente < 1 kg/l 14 die partikulären und/oder gelösten Teilchen zerkleinert und von anhaftenden Gasen getrennt werden. Der Gasüberschuss entweicht dabei durch die Ausdehnung des Gasraums 13, so dass dabei das Belüftungsniveau 13a (über der Bohrung 18) unterschritten wird. Dadurch entweicht das überschüssige Gas durch das Einströmen zwischen dem Standrohr 9 und dem Niveau-Ausgleichsrohr 17 und dann durch die Niveau-Ausgleichsrohr-Bohrung 18 in dem Niveau-Ausgleichsrohr 17 bis zur automatischen Be-/Entlüftung 10.
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Beim Abwärtsströmen des beladenen Schmutzwassers durchströmt dieses nach den ersten Filterelementen < 1 kg/l 14 den Flüssigkeitsraum 15 wo sich die Rotations-Strömung auf den Filterelementen > 1 kg/l 16 verteilt, da die Ableitungswiderstände der Filterelemente > 1 kg/l 16 an der Oberkante der Filterelementen > 1 kg/l 15 bricht und somit eine gleichmäßige Beladung der partikulären und/oder gelösten Teilchen ergibt. Das so gereinigte Wasser strömt durch das Sieb 8 durch den Verteiler 7 aus dem Auslauf 3 z. B. zurück zum Gewässer.
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Erfindungsgemäß erfolgt die Abreinigung des Rotations-Pufferfilter durch die Abschottung der tangentialen Zuläufe 2, 2a und des Auslaufs 3 mittels Absperrorgan (nicht dargestellt), so dass durch das Einleiten von mit Luftblasen versetztes Spülwasser durch die Zuleitung der Filterboden-Abreinigung 5 das Spülwassergemisch in den Verteiler 7 einströmt, so dass die Luftblasen die zweiten Filterelement > 1 kg/l aufwirbeln, so dass dabei das Spülwasser die abgelösten Partikel nach oben durch den Flüssigkeitsraum 15 und dann durch die ersten Filterelemente < 1 kg/l 14 in den Abreinigungsspalt 11 und dann in die Spülkammer 11a, so dass das Spülwasser dann durch die Ableitung in der Filterkopf-Abreinigung 4 ausgeschleust wird. Damit sicher gestellt ist, dass keine Filterelemente 14, 16 den Abreinigungsspalt 11 verstopfen ist dieser in seiner Spaltbreite kleiner als ein Filterelement ausgeführt.
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Durch den Abreinigungsvorgang wird der Gasraum 13 geflutet so dass die Gasatmosphäre über die Filterkopf-Abreinigung 4 entweicht. Im Anschluss nach der Abreinigung des Rotations-Pufferfilters 1 wird das Wasser im Bereich der ersten Filterelementen < 1 kg/l 14 aus dem Gasraum 13 mittels Druckluft durch die Einleitung über eine Be-/Entlüftung 6 verdrängt, so dass sich das Belüftungs-Niveau 13a beim unterschreiten des Gasraums 13 durch die Ableitung des überschüssigen Gases über die Niveau-Ausgleichsrohr-Bohrung 18 in das Niveau-Ausgleichsrohr 17 und dann über die automatische Be-/Entlüftung 10 einstellt. Das zu verdrängende Volumen wird dabei durch die Ableitung über den Auslauf 3 eingestellt.
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Der Rotations-Pufferfilter wird zum Reinigen von gelösten festen Komponenten von stehenden Gewässern, wie z. B. natürliche oder künstliche Teiche oder Aquarien und deren Belastung durch die Fütterung von Fischen eingesetzt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Rotations-Pufferfilter
- 2
- tangentialer Zulauf 1
- 2a
- tangentialer Zulauf 2
- 2b
- Rotationsströmung
- 3
- Auslauf
- 4
- Filterkopf-Abreinigung
- 5
- Filterboden-Abreinigung
- 6
- Be-/Entlüftung
- 7
- Verteiler
- 8
- Sieb
- 9
- Standrohr
- 10
- Automatische Be-/Entlüftung
- 11
- Abreinigungsspalt
- 11a
- Spülkammer
- 12
- Behälterdeckel
- 13
- Gasraum
- 13a
- Belüftungs-Niveau
- 14
- Filterelement < 1 kg/l
- 15
- Flüssigkeitsraum
- 16
- Filterelement > 1 kg/l
- 17
- Niveau-Ausgleichsrohr
- 18
- Niveau-Ausgleichsrohr-Bohrung
- 19
- Gehäuse
