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Die Erfindung betrifft Einrichtungen zur Überprüfung von Filtertestanlagen zur Bestimmung des Abscheideverhaltens einer Filtereinrichtung gasförmigen Fluids.
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Filter werden bekannterweise eingesetzt, um unerwünschte Beimengungen aus Fluidströmen zu entfernen. Das Abscheideverhalten wird durch die auftretende Druckdifferenz bei der Durchströmung und den Abscheidegrad charakterisiert. Der Abscheidegrad lässt Aussagen über den Anteil der Beimengungen zu, die bezogen auf die aufgegebene Menge, abgeschieden werden.
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Für den Anwendungsfall der Gasfiltration und dem hocheffizienten Abscheiden auch sehr kleiner fester Partikel oder Flüssigkeitstropfen werden diese Filter als Schwebstoffilter bezeichnet. Oft werden diese Filter in kritischen Anwendungen, wie in der Reinraumtechnik, der Biotechnik oder der Nukleartechnik eingesetzt. Dies hat häufig die Forderung zur Folge, dass unter allen Umständen ein bestimmter, minimaler Abscheidegrad sicher erreicht werden muss. Der Nachweis des Abscheidegrades an einem solchen Filter dient damit der Klassifikation von Filtern und auch der Qualitätsprüfung an konkreten Filter-Exemplaren.
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Insofern kommt der Qualität einer Prüfeinrichtung für das Abscheideverhalten eines Filters besondere Bedeutung zu, so dass sie selbst ebenfalls einer Kontrolle oder Prüfung, Validierung, unterliegen sollte. Eine Prüfeinrichtung für das Abscheideverhalten eines Filters misst den Anteil an abgeschiedenem Prüfstoff, in diesem Fall partikuläre Beimengungen, bei Durchströmung des Filters mit einem gasförmigen Fluid sowie den Differenzdruck. Die Prüfeinrichtung besteht im Allgemeinen aus den Funktionsblöcken Förderung und Aufbereitung des Gasstromes, Messung des Stromes an Gas, Erzeugung und Zuführung des Prüfstoffes, Messung der Prüfstoffkonzentration sowohl an- als auch abströmseitig vom Filter und Messeinrichtung für den Differenzdruck.
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Die Validierung einer solchen, sehr komplexen Prüfeinrichtung ist als eigenständige Validierung aller Funktionsblöcke technisch und wirtschaftlich von Nachteil. Eine vereinfachte Validierung der Prüfeinrichtung ergibt sich durch die Prüfung eines Prüflings mit bekanntem Abscheideverhalten als Filternormal oder Filtrationsnormal und dem Vergleich des Ergebnisses der Prüfung mit den Sollwerten für Abscheidegrad und Druckdifferenz bei einem bestimmten Strom an Fluid.
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Besondere Bedeutung kommt damit diesem Normal zu, da es zuerst in einer validierten Prüfeinrichtung zur Erlangung der Sollwerte für das Abscheideverhalten geprüft und dann bei allen weiteren durchgeführten Prüfungen sein Abscheideverhalten absolut unverändert sein muss. Dies ist bei dafür verwendeten Filtern oder Filtermaterialien stets nicht der Fall, da durch funktionsgemäß eingelagerten Prüfstoff das Abscheideverhalten verändert wird.
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Die wesentliche Wirkung eines Abscheidegrades eines Filters ist die Herabsetzung des Gehaltes an einem Prüfstoff in einem Fluidstrom. Eine Darstellung eines bestimmten, vorgegebenen Abscheidegrades beruht deshalb auf der definierten Herabsetzung der Konzentration eines Prüfstoffes in einem Fluidstrom.
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Bekannt sind Vorrichtungen, die diesem Zweck zur Anpassung eines in seinem Messbereich beschränkten Messgerätes für eine Aerosolkonzentration dienen.
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So ist durch die Druckschrift
DE 20 2008 013 327 U1 ein Aerosolquellsystem mit Aerosolausströmern für eine gleichmäßige Verteilung von Aerosol eines Aerosolgenerators zu Prüfzwecken in die Umgebung bekannt, die durch eine Mehrzahl von Ausströmern die Anforderung der Kontinuität des Fluidstromes nicht erfüllt.
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Die Druckschrift
DE 10 2014 200 823 A1 zeigt eine Einrichtung zur Erzeugung eines einstellbaren Differenzdruckes eines kompressiblen Mediums bei Durchströmung einer Fluidführung an sich.
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Durch die Druckschrift
DE 296 10 043 U1 ist eine Verdünnungseinrichtung zur Probenahme in hochkonzentrierten Aerosolen an sich bekannt, die im Wesentlichen aus einer Kapillare und einem Filter besteht. Eine weitere Verdünnungseinrichtung ist durch die Druckschrift
DE 10 2008 047 404 A1 als einem Partikelzähler vorzuschaltende Einrichtung zur in sich geschlossenen Verdünnung von Aerosolen offenbart. Diese weist im Wesentlichen eine Kapillare und ein Filter in Verbindung mit einer gasdichten Förderenrichtung auf, welche mit einer Steuereinrichtung zusammengeschaltet ist.
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Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Überprüfung von Filtertestanlagen so zu schaffen, dass bei weiteren Prüfungen eine unveränderte Reproduzierbarkeit vorhanden ist.
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Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.
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Die Einrichtungen zur Überprüfung von Filtertestanlagen zur Bestimmung des Abscheideverhaltens einer Filtereinrichtung gasförmigen Fluids zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass bei weiteren Prüfungen eine unveränderte Reproduzierbarkeit vorhanden ist.
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Dazu weist die Einrichtung
- - eine erste Einrichtung zur Einstellung eines bestimmten Differenzdruckes,
- - eine zweite Einrichtung mit einem bestimmten Abscheidegrad des die Einrichtungen durchströmenden gasförmigen Fluids der Filterprüfanlage, so dass ein Differenzdruck und/oder ein Abscheidegrad variabel und unabhängig voneinander einstellbar sind und die erste Einrichtung und die zweite Einrichtung ein Filtrationsnormal oder Filternormal mit permanent konstanten Eigenschaften bezüglich des eingestellten Differenzdruckes und des eingestellten Abscheidegrades als Referenzeinrichtung zur Simulation eines filternden Abscheiders sind,
- - einen ersten Adapter zur anströmseitigen Ankopplung der Einrichtungen an die Filterprüfanlage und
- - einen zweiten Adapter zur abströmseitigen Ankopplung der Einrichtungen an die Filterprüfanlage
auf.
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Die Einrichtung zur Überprüfung von Filtertestanlagen ermöglicht so ein einfaches Validieren von Filterprüfeinrichtungen.
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Ein Funktionsblock stellt die Adaptierung an die jeweilige Filterprüfeinrichtung dar. Dieser Funktionsblock gewährleistet das fluiddichte Anschließen weiterer Funktionsblöcke an die Filterprüfeinrichtung. Da Prüfeinrichtungen naturgemäß auf den jeweils zu prüfenden Filtertyp angepasst sind, ergibt sich hier die Notwendigkeit einer stets spezifischen Gestaltung. Übereinstimmende Forderung ist jedoch die Gestaltung so, dass bei Durchströmung eine im Verhältnis zur Druckdifferenz der ersten und der zweiten Einrichtung vernachlässigbare Druckdifferenz vorhanden ist. Wird diese Forderung eingehalten, verfälscht dieser Funktionsblock nicht die Validierung der als Bestandteil der Filterprüfeinrichtung fungierenden Differenzdruckmessung. Der Funktionsblock Adaptierung besteht aus zwei Teilen der Adaptierung der zur Prüfeinrichtung gehörenden sowohl der anströmseitigen als auch der abströmseitigen Filteraufnahmen.
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Weiterhin umfasst die Einrichtung zur Überprüfung von Filtertestanlagen die weiteren Funktionsblöcke der Darstellung des Abscheidegrades und der Druckdifferenz, die in Strömungsrichtung zwischen den Adaptierungen angeordnet sind.
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Die Einrichtung zur Überprüfung von Filtertestanlagen und damit zur Validierung von Filterprüfeinrichtungen beruht so auf der Nachbildung eines bekannten Abscheideverhaltens
eines Filters, bestehend aus Abscheidegrad und Differenzdruck bei Durchströmung. Die Messwerte für das Abscheideverhalten, ermittelt mit der Filterprüfeinrichtung werden dazu mit den Sollwerten für diese Parameter verglichen. Sind die Abweichungen innerhalb zulässiger Grenzen, gilt die Validierung als bestanden.
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Die Einrichtung zur Überprüfung von Filtertestanlagen weist dazu die erste Einrichtung zur Einstellung eines bestimmten Differenzdruckes und die zweite Einrichtung mit einem bestimmten Abscheidegrad des die Einrichtungen durchströmenden gasförmigen Fluids der Filterprüfanlage auf. Damit ist eine bauliche und funktionale Trennung von Differenzdruck und Abscheidegrad realisiert. Das steht im Gegensatz zu einem herkömmlichen Filter, der stets eine kombinierte Funktion umfasst. Diese Trennung führt vorteilhafterweise
- - zur Einstellbarkeit eines zeitlich und von der Einlagerung von abgeschiedenen Partikeln unabhängigen Differenzdrucks mit hoher Reproduzierbarkeit,
- - zur Einstellbarkeit oder Justage eines variablen Abscheidegrades, im Gegensatz zu einem herkömmlichen Filter mit vorgegebenem Abscheidegrad und
- - zu einem zeitlich und von der Einlagerung von abgeschiedenen Partikeln unabhängigen Abscheidegrad mit hoher Reproduzierbarkeit und damit zu einer Referenzeinrichtung mit einem langzeitstabilen Abscheidegrad mit den permanent konstanten Eigenschaften bezüglich des eingestellten Differenzdruckes und des eingestellten Abscheidegrades zur Simulation eines filternden Abscheiders.
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Damit ist eine variable Einstellung eines Differenzdrucks und eines Abscheidegrades und deren freie Kombination gegeben. Es kann eine bestimmte Abscheidung simuliert werden, da diese abgetrennt vom Differenzdruck dargestellt wird und unabhängig von eingelagerten, abgeschiedenen Partikeln ist.
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Die Einrichtung zur Überprüfung von Filtertestanlagen bildet weiterhin die mechanischen Anschlüsse der jeweils zu prüfenden Filterprüfanlage so nach, dass die Validierung sehr einfach und ohne Änderungen an der zu validierenden Filterprüfanlage möglich ist.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis 12 angegeben.
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Die erste Einrichtung ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 2 wenigstens eine Blende und/oder eine das gasförmige Fluid fördernde Einrichtung.
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Die Blende und/oder die fördernde Einrichtung dient oder dienen der Beeinflussung der Strömungsgeschwindigkeit des gasförmigen Fluids, so dass der Differenzdruck einfach und aussagekräftig veränderbar ist. Die Blende kann dazu eine Schlitzblende oder eine Irisblende sein, deren Querschnitt händig oder maschinell einstellbar ist. Eine gasfördernde Einrichtung kann eine bekannte Pumpe sein.
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Die zweite Einrichtung ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 3 eine Verdünnungseinrichtung des gasförmigen Fluids.
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Die Verdünnungseinrichtung weist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 4 eine Parallelanordnung eines partikelpassierbaren Strömungswiderstands und einem Filter auf, wobei durch den partikelpassierbaren Strömungswiderstand ein bestimmter Volumenstrom des gasförmigen Fluids fließt und der Verdünnungsfaktor den Abscheidegrad bestimmt. Die Verdünnungseinrichtung bildet so die Eigenschaft eines Filters mit bekanntem Abscheidegrad nach.
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Das Filter ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 5 ein die Partikel des gasförmigen Fluids weitestgehend oder vollständig entfernendes Filter.
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Die Einrichtungen zur Überprüfung von Filtertestanlagen erfüllen in Verbindung mit wenigstens einem der Merkmale der Weiterbildungen der Patentansprüche 3 bis 5 die Anforderung der Kontinuität des Fluidstromes. Darunter soll verstanden werden, dass eine solche Anordnung nur einen Eingang und einen Ausgang für das Fluid aufweist und der in die Anordnung
hineintretende Fluidstrom in gleicher Größe auch wieder austritt. Dies bildet n dieser Eigenschaft das Verhalten eines Filters nach.
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Das Funktionsprinzip stellt eine Parallelschaltung eines Strömungswiderstandes für ein Fluid, der ein Aerosol in der Konzentration an Partikeln möglichst unbeeinflusst passieren lässt, und einen Filter, der möglichst alle Partikel aus dem Fluidstrom entfernt, dar. Die Herabsetzung der Konzentration an Partikeln entspricht dem Verdünnungsfaktor, gebildet aus dem Verhältnis des summarischen Stromes an Fluid zu dem Teilfluidstrom durch den Strömungswiderstand. Der Teilstrom durch den Strömungswiderstand wird bekanntermaßen unter Nutzung einer Differenzdruckmessung am Strömungswiderstand auf einen vorgegebenen Wert eingeregelt. Dies beruht auf dem Zusammenhang, dass ein durchströmtes, mechanisch definiertes Bauteil in Abhängigkeit vom Fluidstrom einen bestimmten Differenzdruck hervorruft.
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Der Verdünnungsfaktor kann direkt in einen Abscheidegrad umgerechnet werden und bildet so die Eigenschaft eines Filters mit bekanntem Abscheidegrad nach.
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Durch den Abgleich des Differenzdruckes am Strömungswiderstand weist diese Anordnung bei Durchströmung stets einen bekannten, konstanten Differenzdruck bezogen auf den Fluideingang und Fluidausgang auf.
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Diese Anordnung ist als Funktionsblock in die Einrichtung zur Überprüfung von Filtertestanlagen integriert. Wird der Differenzdruck des Funktionsblockes Adaptierung als im Verhältnis vernachlässigbar gering gestaltet, so kommt die Druckdifferenz des Funktionsblockes als Differenzdruck bis zur Messstelle für den Filterdfferenzdruck in der zu validierenden Filterprüfanlage zur Wirkung. Damit wird ein bekannter Filterdifferenzdruck nachgebildet.
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Zwischen dem Eingang und dem Ausgang der Verdünnungseinrichtung ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 6 ein Differenzdruckmesser geschalten.
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Zwischen dem Eingang und dem Ausgang der Parallelanordnung ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 7 ein Differenzdruckmesser geschalten.
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In Reihe zum Filter ist oder sind nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 8 eine Ventilanordnung und/oder ein Gebläse geschalten. Insbesondere mit dem Gebläse kann vorteilhafterweise eine Druckkompensierung des Filters der Verdünnungseinrichtung erfolgen.
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Der Differenzdruckmesser und eine Betätigungseinrichtung der Ventilanordnung sind nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 9 mit einem Datenverarbeitungssystem verbunden.
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Der Differenzdruckmesser, eine Betätigungseinrichtung der Ventilanordnung und die Blende und/oder die das gasförmige Fluid fördernden Einrichtung sind nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 10 mit einem Datenverarbeitungssystem verbunden.
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Das Datenverarbeitungssystem ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 11 ein aus dem Abscheidegrad und dem Differenzdruck das Abscheideverhalten ermittelndes Datenverarbeitungssystem.
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Das Datenverarbeitungssystem ist nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 12 ein dem Abscheideverhalten zugeordneten Istwert mit Sollwerten vergleichendes Datenverarbeitungssystem, so dass eine Aussage über die Funktion der Filterprüfanlage gegeben ist.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen jeweils prinzipiell dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
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Es zeigen:
- 1 eine Einrichtung zur Überprüfung von Filtertestanlagen zur Bestimmung des Abscheideverhaltens einer Filtereinrichtung gasförmigen Fluids in einer Blockdarstellung,
- 2 eine Einrichtung zur Überprüfung von Filtertestanlagen mit einer Verdünnungseinrichtung und
- 3 eine Einrichtung zur Überprüfung von Filtertestanlagen mit einer Ventilanordnung in der Verdünnungseinrichtung.
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Eine Einrichtung zur Überprüfung von Filtertestanlagen zur Bestimmung des Abscheideverhaltens einer Filtereinrichtung gasförmigen Fluids besteht im Wesentlichen aus einem ersten Adapter 1, einem zweiten Adapter 4, einer ersten Einrichtung 2 zur Einstellung eines bestimmten Differenzdruckes und eine zweite Einrichtung 3 mit einem bestimmten Abscheidegrad.
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Die 1 zeigt eine Einrichtung zur Überprüfung von Filtertestanlagen zur Bestimmung des Abscheideverhaltens einer Filtereinrichtung gasförmigen Fluids in einer prinzipiellen Blockdarstellung.
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In Strömungsrichtung 5 des gasförmigen Fluids der zu prüfenden Filterprüfanlage sind
- - der erste Adapter 1 zur anströmseitigen Ankopplung der Filterprüfanlage,
- - die erste Einrichtung 2 zur Einstellung eines bestimmten Differenzdruckes
- - die zweite Einrichtung 3 mit einem bestimmten Abscheidegrad und
- - der zweite Adapter 4 zur abströmseitigen Ankopplung der Filterprüfanlage angeordnet. Die erste Einrichtung 3 und die zweite Einrichtung 4 sind ein Filtrationsnormal oder Filternormal.
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Die erste Einrichtung 2 und die zweite Einrichtung 3 sind damit ein Filtrationsnormal mit permanent konstanten Eigenschaften bezüglich des eingestellten Differenzdruckes und des eingestellten Abscheidegrades als Referenzeinrichtung zur Simulation eines filternden Abscheiders, wobei ein Differenzdruck und/oder ein Abscheidegrad variabel und unabhängig voneinander einstellbar sind.
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Die erste Einrichtung kann dazu wenigstens eine Blende und/oder eine das gasförmige Fluid fördernde Einrichtung sein.
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Die 2 zeigt eine Einrichtung zur Überprüfung von Filtertestanlagen mit einer Verdünnungseinrichtung 6 in einer prinzipiellen Darstellung.
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In einer Ausführungsform ist die zweite Einrichtung 3 eine Verdünnungseinrichtung 6 des gasförmigen Fluids.
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Die Verdünnungseinrichtung 6 kann dazu eine Parallelanordnung eines partikelpassierbaren Strömungswiderstands 7, beispielsweise in Form einer Kapillare, und einem Filter 8 sein, welches die Partikel des gasförmigen Fluids weitestgehend oder vollständig entfernt. Der partikelpassierbare Strömungswiderstand 7 kann dazu insbesondere eine Kapillare sein. Durch den partikelpassierbaren Strömungswiderstand 7 fließt ein bestimmter Volumenstrom des gasförmigen Fluids, so dass diese den Verdünnungsfaktor und damit den Abscheidegrad bestimmt. Die Verdünnungseinrichtung 6 bildet so die Eigenschaft eines Filters mit bekanntem Abscheidegrad nach. Zwischen dem Eingang und dem Ausgang der Verdünnungseinrichtung 6 ist ein Differenzdruckmesser 9 geschalten.
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Die 3 zeigt eine Einrichtung zur Überprüfung von Filtertestanlagen mit einer Ventilanordnung 10 in der Verdünnungseinrichtung 6 in einer prinzipiellen Darstellung.
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In einer weiteren Ausführungsform kann in Reihe zum Filter 8 eine Ventilanordnung 10 geschalten sein. Der Differenzdruckmesser 9 und eine Betätigungseinrichtung der Ventilanordnung 10 sind mit einem Datenverarbeitungssystem 11 verbunden.
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Darüber hinaus können weiterhin die Blende und/oder die das gasförmige Fluid fördernden Einrichtung der ersten Einrichtung 2 mit dem Datenverarbeitungssystem 11 verbunden sein.
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Das Datenverarbeitungssystem 11 ist ein aus dem Abscheidegrad und dem Differenzdruck das Abscheideverhalten ermittelndes Datenverarbeitungssystem 11, welches weiterhin ein dem Abscheideverhalten zugeordneten Istwert mit Sollwerten vergleichen kann, so dass eine Aussage über die Funktion der Filterprüfanlage gegeben ist.
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Bezugszeichen
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- 1
- erster Adapter
- 2
- erste Einrichtung zur Einstellung eines bestimmten Differenzdruckes
- 3
- zweite Einrichtung mit einem bestimmten Abscheidegrad
- 4
- zweiter Adapter
- 5
- Durchströmrichtung des gasförmigen Fluids
- 6
- Verdünnungseinrichtung
- 7
- partikelpassierbarer Strömungswiderstand
- 8
- Filter
- 9
- Differenzdruckmesser
- 10
- Ventilanordnung
- 11
- Datenverarbeitungssystem
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202008013327 U1 [0009]
- DE 102014200823 A1 [0010]
- DE 29610043 U1 [0011]
- DE 102008047404 A1 [0011]
