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Die
Erfindung betrifft eine Höhenverstellvorrichtung mit einem
Führungssystem und einem Höhenverstellmittel für
ein Rührwerk, wobei das Rührwerk in einem Behälter,
nämlich einem Lagertank, einem Klärbehälter,
einem Gärbehälter, insbesondere einem Fermenter,
oder dergleichen, gefüllt mit einer zu rührenden
Flüssigkeit, innerhalb der Flüssigkeit angeordnet
ist und das Rührwerk an dem Führungssystem mit
dem Höhenverstellmittel in der Höhe verstellbar
ist. Unter Rührwerken sind insbesondere Tauchmotorrührwerke,
sowie Langachsrührwerke oder dergleichen, zumindest jedoch
eine angetriebene Welle mit einem Propeller, zu verstehen, die an
einem Führungssystem in einem Behälter montiert sind
und in der Höhe variabel einstellbar sind. Unter Pumpwerken
sind insbesondere Tauchmotorpumpen, Förderpumpen oder dergleichen
zu verstehen, die an einem Führungssystem in einem Behälter montiert
sind und in der Höhe variabel einstellbar sind und so die
innerhalb des Behälters befindliche Flüssigkeit
Rühren, Fördern oder Umpumpen können.
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Im
Stand der Technik sind unterschiedliche Höhenverstellvorrichtungen
für Rührwerke bekannt. Als Höhenverstellvorrichtung
bei derartigen Rührwerken, beispielsweise im Bereich der
Bio-Gas-Anlagen, ist besonders ein am Mast entlang geführtes
Drahtseil zu nennen, das durch eine gasdichte Seildurchführung
in der Behälteraußenwand nach Außen geführt
ist, und auf der Außenseite des Behälters mit Hilfe
einer aufwickelnden Seilwinde aufgewickelt wird. Hierbei wird das
Rührwerk durch das Seil nach oben gezogen und so in seiner
Höhenposition verändert. Ein Absenken des Rührwerks
erfolgt durch das Abwickeln des Seils, so dass sich das Rührwerk durch
dessen Eigengewicht am Mast nach unten bewegt.
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Aus
der
DE 197 32 198
C1 ist eine Hubvorrichtung für ein Rührwerk
in einem dichten Behälter bekannt, wobei die Vorrichtung
mit Hilfe einer Seilwinde, die innerhalb des Behälters
angeordnet ist, realisiert ist. Hierbei wird die Seilwinde über
ein elektrisches Aggregat, beispielsweise einen Elektromotor angetrieben.
Der besondere Vorteil liegt hierbei auf dem Verzicht einer gasdichten
Seildurchführung durch eine Behälterwand, um das
Seil, welches das Rührwerk nach oben zieht bzw. es absinken
lässt, nach draußen zu führen. Es muss
lediglich eine Versorgungsleitung für den Seiltrommelantrieb
nach außen geführt werden.
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Weiter
ist aus der
DE
10 2007 009 451 A1 die Elektrifizierung der Seilwinde,
sowie eine automatische Höhenanpassung bekannt. In einem
Behälter wird ein Füllstandsmesssignal detektiert
und mit Hilfe einer Steuereinrichtung in Steuerimpulse für
die Höhenverstellvorrichtung umgewandelt, so dass eine automatische
Höhenanpassung eines Rührwerks innerhalb des mit
einem Substrat gefüllten Behälters erfolgen kann.
Derartige Sensoren zum Detektieren eines Füllstandsmesssignals
sind beispielsweise mechanisch arbeitende Sensoren wie Schwimmer oder
Verdrängungskörper, als auch Grenzwertschalter
oder dergleichen. Alternativ können auch optische oder
akustische Sensoren verwendet werden. Die Höhenanpassung
erfolgt über eine mit Hilfe eines Elektromotors angetriebene
Seilwinde, die im oder außerhalb des Behälters
angeordnet ist.
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Aus
dem praktischen täglichen Einsatz hat sich dagegen in den
letzten Jahren die außerhalb des Behälters angeordnete
aufwickelnde Seilwinde, die üblicherweise handbetrieben
wird, als Quasi-Standard etabliert, insbesondere dadurch, dass diese
einfach per Hand zu bedienen ist und ein gewisses Maß an
Zugkraftkontrolle vorhanden ist, um ein Verklemmen des Rührwerks
am Mast auszuschließen. Ein Verklemmen des Rührwerks
am Mast während des Hochziehens führt unter Umständen
zum Abreißen des Seils, was hohe Reparaturkosten und Ausfallzeiten
nach sich ziehen kann.
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Beim
Absenken des Rührwerks besteht die Gefahr, dass sich das
Rührwerk am Mast bei der der Abwärtsbewegung verklemmt
bzw. verkeilt, wobei das Seil nicht mehr durch das Eigengewicht
des Rührwerks auf Spannung gehalten wird. Hierdurch kann
das nunmehr lose umherschlingernde Seil von dem rotierenden Propeller
des Rührwerks erfasst werden und erheblich beschädigt
bzw. sogar abgerissen werden. Eine derartige Beschädigung
kann einen langen Ausfall zur Folge haben.
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Ausfälle
an den Seilen und den Seilwinden zeigen jedoch, dass sich diese
Lösungen als nicht durabel erweist, so dass ein jahrelanger,
bzw. jahrzehntelanger Betrieb der Anlage nicht sichergestellt werden
kann.
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Insbesondere
werden die Behälter gerade im Bio-Gas-Anlagenbau immer
höher, was zu größeren Hüben
des Rührwerks führt. Diese großen Hübe
können zwar mit bisheriger Technik überwunden
werden, führen jedoch zu höherer Abnutzung und
somit zu kürzeren Standzeiten der im Stand der Technik
bekannten Höhenverstellvorrichtungen.
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Ein
typisches Problem bei der Verwendung von Seilwinden ist die fehlende
Ablesbarkeit der Position des Rührwerks am Mast, da zum
einen das Rührwerk innerhalb des geschlossenen Behälters angeordnet
ist und zudem in einer trüben Flüssigkeit, wie
beispielsweise in einer Biogasanlage innerhalb eines Fermenters,
nicht mit den Augen zu erkennen ist. Beim Aufwickeln eines Seils
auf einer Seiltrommel ändert sich permanent die Länge
des aufgewickelten Seils pro Umdrehung, da sich der innere Radius durch
das aufgewickelte Seil erhöht. Je mehr Seil aufgewickelt
wird, desto mehr Seil wird pro Umdrehung auf der Seiltrommel aufgewickelt,
so dass keine kontinuierliche Skala angelegt werden kann, um festzustellen,
wie hoch das Rührwerk aktuell steht.
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Des
Weiteren kann das Seil sehr schwer ohne Hilfsmittel, wie beispielsweise
Führungsstäbe oder Aufwickelhilfen, auf der Seiltrommel
aufgewickelt werden. Ohne Hilfsmittel wickelt sich das Seil mit Überschneidungen
und Überkreuzungen auf der Seiltrommel auf. Nicht nur dass
sich die Länge des aufzuwickelnden Seils drastisch pro
Seiltrommelumlauf erhöht, vielmehr nimmt das Seil durch
das Überkreuzen einen Schaden. Die Lebensdauer eines schlecht
aufgewickelten Seils reduziert sich dramatisch, was letztendlich
dazu führt, dass die Seilwinde mit dem Seil nicht mehr
zum Heben und Senken des Rührwerks verwendet werden kann.
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Seilbeschädigungen
durch ungleichmäßiges Aufwickeln des Seils auf
der Seiltrommel verringern die Standzeiten des Seils, die auch nicht
durch entsprechende Führungshilfen zum gleichmäßigen
Aufwickeln des Seils ausgeglichen werden können.
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Das
größte Problem beim Hoch- und Runterbewegen des
Rührwerks am Mast ist jedoch die Einstellung der Zugkraft
des Zugseils. Bei einer handbetriebenen Seilaufwicklung kann der
Benutzer nach einer gewissen Erfahrungszeit die Zugkraft gut einschätzen,
die er über die Kurbel auf die Seiltrommel überträgt.
Bei einem Verklemmen des Rührwerks am Mast ist der Bediener
sofort in der Lage dieses Festklemmen an Hand der Schwergängigkeit
bzw. Leichtgängigkeit festzustellen und entsprechende Gegenmaßnahmen
einzuleiten, um das Abreißen des Seils durch Überlastung
mit dem Hebezeug bzw. durch Erfassen des losen Seils durch den rotierenden
Propeller zu verhindern. Das Verklemmen und Verkeilen des Rührwerks
am Mast beim Heben ist an sich eher unproblematisch, da sich das
Rührwerk durch dessen Eigengewicht beim gezielten Absenken
mit Hilfe des Seils von alleine löst bzw. beim Absenken
des Rührwerks durch gezieltes Anheben wieder löst. Reißt
jedoch das Seil würde dies zu aufwendigen und kostenintensiven
Reparaturen sowie langen Ausfallzeiten führen.
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Bei
Verwendung eines Elektromotors zum Antreiben der Seiltrommel ist
eine einfache und wirksame automatische Abschaltung bei zu großen
bzw. zu kleinen Drehmomenten bzw. Zugkräften nicht einfach
realisierbar, so dass es beim Verklemmen bzw. Verkeilen des Rührwerks
am Mast während des Hochziehens und Absenkens zum Abreißen
des Seils kommen kann. Problematisch ist hierbei insbesondere die
Veränderung des innerhalb der Seilwinde realisierten Drehmoments
durch den Elektromotor, da dieses sich durch das aufgewickelte Seil
und den damit veränderten Umfang permanent ändert.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Höhenverstellvorrichtung für
ein Rührwerk anzugeben, mit dem es möglich ist,
auf einfachste Weise die Höhenverstellung des Rührwerks
innerhalb eines Behälters vorzunehmen, wobei eine langlebige
Konstruktion mit hoher Wartungsfreiheit, langer Standzeit und hoher
Sicherheit gewährleistet ist.
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Gelöst
wird diese Aufgabe mit einer Vorrichtung nach Anspruch 1.
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Dadurch,
dass das Höhenverstellmittel ein Hydraulikzylinder und
ein außerhalb des Behälters angeordnetes Hydraulikdruck-Erzeugungsmittel
ist, wobei ein befestigtes Ende des Hydraulikzylinders in einer
ortsfesten Aufnahme angeordnet ist und ein distales Ende, gegenüber
dem befestigten Ende des Hydraulikzylinders, über eine
Wirkverbindung mit dem Rührwerk verbunden ist, ist es möglich,
das Rührwerk an dem Führungssystem in der Höhe
zu verstellen.
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Die
Verwendung einer hydraulischen Höhenverstellung wird insbesondere
von der Fachwelt der Bio-Gas-Branche als nicht sinnvoll erachtet.
Hierzu wird an dieser Stelle insbesondere auf die „Handreichung
Biogasgewinnung und -nutzung” der Fachagentur Nachwachsende
Rohstoffe in der aktuellen Fassung verwiesen. Hiernach wird die
Höhenverstellung ausschließlich über
einen Galgen, eine Seilwinde und ein Leitprofil realisiert. Überraschenderweise lässt
sich jedoch mit dem Einsatz des Hydraulikzylinders ein sicheres
Verstellen des Rührwerks in der Höhe realisieren.
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Hierbei
kann der Hydraulikzylinder innerhalb des Behälters derart
angeordnet sein, dass dessen distales Ende über die Wirkverbindung
mit dem Rührwerk verbunden ist und beim Druckbeaufschlagen des
Hydraulikzylinders eine entsprechende Bewegung des distalen Endes,
hervorgerufen durch die Bewegung des Kolbens, auf das Rührwerk übertragen
wird und so eine Verstellung in der Höhe des Rührwerks
erfolgt. Die Wirkverbindung kann nun beispielsweise eine direkte
Verbindung des distalen Endes mit dem Rührwerk sein, wobei
der Hydraulikzylinder beispielsweise drückend unterhalb
des Rührwerks oder alternativ ziehend oberhalb des Rührwerks
angeordnet ist.
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Um
eine entsprechende maximale Höhenverstellung des Rührwerks
zu ermöglichen, kann der Hydraulikzylinder beispielsweise
in einer Ausbuchtung innerhalb des Behälters nach unten
oder in eine Ausbuchtung innerhalb des Behälters nach oben
angeordnet sein. Insbesondere können auch teleskopierbare
und ineinander verschiebbare Kolben verwendet werden.
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Von
außen ist der Hydraulikzylinder über das Hydraulikdruckerzeugungsmittel
und einem dazwischen geschalteten Betätigungshebel bzw.
Betätigungselement steuerbar, so dass bei Druckbeaufschlagung
bei der drückenden Zylinderausgestaltung das Rührwerk
an dem Mast nach oben gefahren wird und bei Druckreduzierung das
Rührwerk wieder nach unten gefahren wird. Bei Ausgestaltung
als ziehender Zylinder ist beispielsweise die Ausgestaltung des Hydraulikzylinders
als doppelt wirkender Zylinder mit zwei gegenüberliegenden
Kolbenflächen besonders bevorzugt zu verwenden. Hierdurch
wird auch das hohe Gewicht des Rührwerks auf einfachste
Weise am Mast bewegt.
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Die
Bestimmung der Höhe durch geeignete Mess-Sensorik am Hydraulikzylinder
erfolgen, wobei die Mess-Sensorik die Längenänderung
bzw. den Zylinderhub detektiert. Hierdurch kann von außen
auf den innerhalb des Behälters angeordneten und innerhalb
eines nicht durchsichtigen Substrats befindlichen Hydraulikzylinder
dessen Höhe ermittelt werden.
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Alternativ
kann die Höhe bzw. die Höhenänderung
mit Hilfe einer durchgehenden Kolbenstange mit entsprechender Skala
ermittelt werden, wobei die durchgehende Kolbenstange im Bereich
des befestigten Endes des Hydraulikzylinders ablesbar bzw. detektierbar
ist.
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Eine
Anordnung des Hydraulikzylinders außerhalb des Behälters
ist ebenfalls möglich, wobei hierbei eine entsprechende
Wirkverbindung realisiert werden muss, mittels der die Hubbewegung
des Hydraulikzylinders auf das Rührwerk übertragen
wird, so dass die Hubbewegung eine Verstellung der Höhe des
Rührwerks nach sich zieht. Diese Wirkverbindung kann durch
Hebel, Stangen oder dergleichen realisiert werden.
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Besonders
vorteilhaft ist, dass die Abwärtsbewegung bei Verringerung
des Drucks durch das Eigengewicht des Rührwerks bzw. des
Pumpwerks am Mast erfolgt, wobei das Seil nicht freigegeben bzw. lose
umherschlingert, da das Seil permanent auf Spannung bzw. Zug durch
das Eigengewicht des Rührwerks bzw. des Pumpwerks gehalten
ist. Eine Zerstörung des Seils durch den Propeller des
Rührwerks ist somit ausgeschlossen.
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Bevorzugt
ist ein einstellbares Überdruckventil zur Begrenzung der
Kraft des Hydraulikzylinders innerhalb des Hydraulik-Systems angeordnet, um
bei einem bestimmten vorgegeben Hydraulikdruck innerhalb des Systems
den wirkenden Hydraulikdruck bei dem Hydraulikzylinder zu begrenzen. Hierdurch
ist es möglich, einer Schädigung durch das Verklemmen
oder Verkeilen des am Führungssystem hoch- und runterbewegbaren
Rührwerks entgegenzuwirken. Wenn das Rührwerk
am Führungssystem verklemmt, wird der Hydraulikdruck über
das Überdruckventil begrenzt. Durch Reduzierung des hydraulischen
Drucks kann sich das Rührwerk durch dessen Eigengewicht
aus der Verklemmung lösen. Einer Schädigung der
Höhenverstellvorrichtung durch das Verklemmen des Rührwerks
am Führungssystem wird so effektiv entgegengewirkt, so dass
das Rührwerk am Führungssystem wieder freigängig
bewegbar wird. Das hier vorgesehene einstellbare Überdruckventil
ist als Zusatz-Überdruckventil zu verstehen. Es dient nicht
der Absicherung des hydraulischen Systems an sich, sondern nur der Begrenzung
der Zug- oder Druckkraft des Hydraulikzylinders. Das komplette Hydrauliksystem
kann für wesentlich höhere Drücke ausgelegt
werden, wobei hierzu eine zusätzliche Absicherung vorgesehen
ist bzw. vorgesehen sein kann.
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Wenn
das Hydraulikdruck-Erzeugungsmittel eine handbetriebene Pumpe, ein
Hydraulikaggregat und/oder ein hydraulischer Druckspeicher ist,
wobei das Hydraulikaggregat ein elektro-hydraulisches oder ein pneumatisch-hydraulisches
Hydraulikaggregat ist, lässt sich der Hydraulikdruckzylinder
auf einfachste Weise mit einem hydraulischen Druck beladen. Die
entsprechenden Hydraulikdruckerzeugungsmittel können auch
in unterschiedlichen Ausbaustufen durch entsprechende Alternativen
ersetzt werden, so dass zunächst mit einer einfachen handbetriebenen
Pumpe begonnen werden kann und später auf bis auf ein elektrohydraulisches
oder presslufthydraulisches Hydraulikaggregat erhöht werden kann.
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Um
bei größeren Anlagen mehrere Rührwerke
innerhalb eines Behälters oder jeweils ein oder mehrere
Rührwerke in einer Vielzahl gleicher oder auch unterschiedlicher
Behälter in der Höhe verstellen zu können,
ist das Hydraulikdruck-Erzeugungsmittel mit mehreren Hydraulikzylindern
verbunden, wobei jeweils einzeln ansteuerbare Ventile zwischen den
jeweiligen Hydraulikzylindern und dem Hydraulikdruckerzeugungsmittel
angeordnet sind. Hierbei können von einem zentral angeordneten
Hydraulikdruckerzeugungsmittel Hydraulikdruckleitungen zu den entsprechenden
Hydraulikzylindern geführt werden, so dass bei der Anordnung
von mehreren Rührwerken und entsprechenden Höhenverstellvorrichtungen
mittels Hydraulikzylindern die Rührwerke gleichzeitig in
der Höhe einstellbar sind oder aber eine Vielzahl von Rührwerken
in mehreren Behältern jeweils einzeln oder auch gemeinsam
ansteuerbar sind. Hierzu können unterschiedlichste im Stand
der Technik bekannte Regelungs- und Einstellmöglichkeiten
vorgesehen werden.
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Dadurch,
dass der Hydraulikzylinder eine Schutzummantelung aufweist, wobei
die Schutzummantelung wenigstens zwei übereinanderschiebbare Einzelummantelungen,
nämlich mindestens eine innere und äußere
Einzelummantelung, umfasst, wird der Hydraulikzylinder vor der Umgebung
geschützt. Mittels dieser Schutzumwandlung ist der Hydraulikzylinder
ausreichend gegen Umwelteinflüsse und/oder gegen Einflüsse
des innerhalb des Behälters angeordneten Substrats oder
der Flüssigkeit geschützt. Eine Anordnung des
Hydraulikzylinders teilweise innerhalb als auch außerhalb
des Behälters, nämlich die Anordnung des befestigten
Endes außerhalb des Behälters und die Anordnung
des distalen Endes innerhalb des Behälters erscheint ebenfalls geeignet,
da so auf einfachste Weise der Hydraulikzylinder mit den entsprechenden
Hydraulikdruckleitungen versorgt werden kann und nur eine Durchführung
abgedichtet werden muss.
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Dadurch,
dass an dem Hydraulikzylinder, bevorzugt auf einer der Einzelummantelungen,
besonders bevorzugt auf der Außenseite der inneren Einzelummantelung,
eine Skala aufgebracht ist, die den Hub anzeigt, kann die exakte
Auslenkung bzw. Höhe des Rührwerks innerhalb des
Behälters festgestellt werden. Die Skala kann optisch erkannt
werden oder aber auch mittels Sensoren abgetastet werden. Hierzu
bieten sich die im Stand der Technik weit verbreiteten Sensoren
an, um die Auslenkung des Hydraulikzylinders festzustellen.
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Wenn
die Wirkverbindung mindestens eine Umlenkvorrichtung aufweist, kann
die Einbauorientierung des Hydraulikzylinders in Bezug auf die Hebe-
und Absenkrichtung des Rührwerks in einem Winkel angeordnet
sein. Beispielsweise kann der Hydraulikzylinder horizontal, senkrecht
oder aber auch umgekehrt parallel zur Hebe- und Absenkrichtung des
Rührwerks angeordnet werden, wobei eine entsprechende Bewegung
des distalen Endes des Hydraulikzylinders eine entsprechend geplante
Bewegung des Rührwerks nach oben respektive nach unten
nach sich zieht. Insbesondere können Hebel und Umlenkhebel
vorgesehen sein.
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Um
eine konstruktiv einfache wie auch durable Wirkverbindung zu realisieren,
die es ermöglicht, die Hubbewegung des Hydraulikzylinders
nicht nur auf einem direkten Weg zu übertragen, ist die Wirkverbindung
ein Seil mit einem Rührwerksende und einem Arbeitsende,
wobei das Rührwerksende an dem Rührwerk und das
Arbeitsende an dem distalen Ende des Hydraulikzylinders befestigt
ist. Der Hydraulikzylinder kann nunmehr entkoppelt von dem Rührwerk
angeordnet sein, so dass die Hubbewegung über das Seil übertragen
wird.
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Dadurch,
dass die Wirkverbindung ein Seil mit einem Rührwerksende
und einem Arbeitsende ist, wobei das Rührwerksende an dem
Rührwerk und das Arbeitsende an einem ortsfesten Haltepunkt
befestigt ist, bevorzugt am Behälter, am Boden, an einem
Halter, am Zylinder des Hydraulikzylinders oder an der ortsfesten
Aufnahme des Hydraulikzylinders, und am distalen Ende des Hydraulikzylinders
eine erste Blockaufnahme, umfassend eine Rolle, angeorndet ist,
wobei das Seil U-förmig um die Rolle geführt ist,
ist eine Kraftverteilung mit Hilfe eines ersten einfach aufteilenden
Flaschenzugs möglich. Hierbei vollzieht der Hydraulikzylinder
einen Hub, der nur halb so weit ist, wie die Hubbewegung des Rührwerks
am Mast. Es muss allerdings im Gegensatz zu einer direkten Wirkverbindung
des Hydraulikzylinders und dem Rührwerk die doppelte Kraft
aufgewandt werden, um das Rührwerk dieselbe Höhe
nach oben zu bewegen.
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Wenn
neben der ersten Blockaufnahme am distalen Ende des Hydraulikzylinders
eine zweite Blockaufnahme am befestigten Ende des Hydraulikzylinders
vorgesehen ist, wobei die erste und zweite Blockaufnahme jeweils
mindestens eine Rolle aufweist und das Seil über die Rollen
in entsprechender Einscherung geführt ist, so dass ein
Flaschenzug ausgebildet ist, wobei der Abstand der Blockaufnahmen
durch den Hydraulikzylinder veränderbar ist, kann die Hubbewegung
des Hydraulikzylinders um ein vielfaches, entsprechend der Anzahl
der Einscherungsdurchläufe des Seils, reduziert werden,
so dass der Hydraulikzylinder zwischen Nullstellung und maximaler
Auslenkung weniger Platz in Anspruch nimmt. Beispielsweise würde
bei einer 6-fachen Umlenkung mit Hilfe des Flaschenzugs eine 1-Meter-Hubbewegung
des Hydraulikzylinders in eine 6-Meter-Hubbewegung des Rührwerks
am Mast mit Hilfe des Seils realisiert werden. Für diese
Bewegung ist allerdings die sechsfache Kraft im Vergleich zur direkten
Wirkverbindung des Hydraulikzylinders mit dem Rührwerk
notwendig. Je nach Bedarf kann die Anzahl der Einscherungen bzw.
der Umlenkungen variiert werden, so dass ein optimales Weg-Kraft-Profil
für die gewünschte Hebevorrichtung gefunden wird.
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Dadurch,
dass die Umlenkvorrichtung für das Seil mindestens eine
Umlenkrolle ist, wird das Seil weiter geschont, da die Umlenkrolle
die schonenste Behandlung eines Seil ist, wenn dieses umgelenkt
wird.
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Als
Alternative zu dem Seil kann auch eine Kette oder dergleichen verwendet
werden. Hierbei kommt es auf die Kräfte an, die maximal
von dem Hydraulikzylinder auf das Rühwerk übertragen
werden müssen. Unter dem Seil ist selbstverständlich
ein Stahlseil zu verstehen, welches in der Dimensionierung auf den
entsprechenden Fall abgestimmt ist. Gleichwohl kann das Seil auch
aus einem Kunststoff, einem Gurt oder einem Flachband oder dergleichen bestehen.
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Wenn
der Hydraulikzylinder außerhalb des Behälters
angeordnet ist und eine gasdichte Seildurchführung in dem
Behälter vorgesehen ist, kann der Hydraulikzylinder außerhalb
eines gasdichten Behälters, beispielsweise eines Fermenters
einer Bio-Gas-Anlage angeordnet sein, so dass die Hydraulikkomponenten
allesamt zugänglich sind. Gleichzeitig kann die Skala auf
der Ummantelung auf einfachste Weise mit den Augen abgelesen werden.
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Nachfolgend
wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Höhenverstellvorrichtung anhand der beiliegenden Zeichnungen
detailliert beschrieben.
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Darin
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der
erfindungsgemäßen Höhenverstellvorrichtung
in einem Fermenter einer Bio-Gas-Anlage;
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2 eine
schematische Darstellung des Hydraulikzylinders als drückender
Hydraulikzylinder;
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3 eine
schematische Darstellung der Blockaufnahmen des Hydraulikzylinders
in einer Seitenansicht entsprechend dem in 2 dargestellten Hydraulikzylinder;
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4 eine
weitere Ausgestaltung des Höhenverstellmittels als ziehender
Hydraulikzylinder und
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5 eine
schematische Darstellung des Hydraulikzylinders mit einer Ummantelung.
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Die 1 zeigt
eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Höhenverstellvorrichtung 1 in
einem Fermenter einer Bio-Gas-Anlage, dem Behälter 3.
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In
dem Behälter 3 ist das Rührwerk 2 angeordnet.
Das Rührwerk 2 ist an dem Führungssystem 5 in
Richtung der Rührwerksbewegung XR hoch- und runterbeweggbar,
wobei das Rührwerk 2 in der Höhe um den
Rührwerkhub SR verstellt werden kann. Das Führungssystem 5 ist
mittels eines oder mehrere Halter an der Wandung des Behälters 2 montiert,
bevorzugt auf dem Boden aufsetzend und mit einer oberen Halterung
befestigt.
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In
dem Behälter 3 befindet sich eine Flüssigkeit 4,
beispielsweise eine Gärflüssigkeit. Der Behälter 3 ist
bis zu einer Füllstandshöhe HF mit der Flüssigkeit 4 befüllt,
wobei die Füllstandshöhe HF der Flüssigkeit 4 innerhalb
des Behälters 3 bedingt durch Entnahme oder Zugabe
von Material bzw. Flüssigkeit schwanken kann. Die Füllstandshöhe
HF ist jedoch durch eine maximale Füllstandshöhe
Hmax innerhalb des Behälters 3 begrenzt.
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An
dem Rührwerk 2 ist ein Seil 8 mit einem Rührwerksende 81 kraftschlüssig
verbunden. Dieses Seil ist weiter über eine am oberen Ende
des Führungssystems 5 angeordnete Umlenkrolle 83 geführt. Anschließend
ist das Seil 8 durch eine gasdichte Seildurchführung 84 geführt,
wobei sich die gasdichte Seildurchführung 84 im
oberen Bereich, zumindest oberhalb der maximalen Füllstandshöhe
Hmax, in der Wandung des Behälters 3 befindet.
Auf der Außenseite des Behälters 3 ist
das Seil 8 zu einem Hydraulikzylinder 6, der als
Höhenverstellmittel dient, geführt und steht mit
diesem in Wirkverbindung.
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Der
Hydraulikzylinder 6 besteht aus einem Zylinder 61 und
einem Kolben 62 mit einer Kolbenstange. Am Ende der Kolbenstange
befindet sich das distale Ende 64. Der Zylinder 61 bzw.
der Kopfbereich des Zylinders 61 stellt das befestigte
Ende 63 des Hydraulikzylinders 6 dar. Der Hydraulikzylinder 6 ist
mit dem Zylinder 61 über eine Halterung an der Außenwandung
des Behälters 3 ortsfest befestigt, wobei die
Halterung bzw. der Behälter 3 als Widerlager für
den Hydraulikzylinder 6 dient.
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Der
Kolben 62 und die Kolbenstange des Hydraulikzylinders 6 können
bei Druckbeaufschlagung eine Bewegung entsprechend der Kolbenbewegung XK
vollziehen. Hierbei verändert sich die Gesamtlänge
des Hydraulikzylinders 6 und dadurch der Abstand der Blockaufnahmen Δx
(siehe unten). Inbesondere erfolgt ein Hub des distalen Endes SD,
der genau dem Kolbenhub SP entspricht.
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Am
Kopfbereich des Zylinders 61 des Hydraulikzylinders 6,
dem befestigten Ende 63, ist eine Blockaufnahme 9 vorgesehen.
Eine weitere Blockaufnahme 9 ist am distalen Ende 64 des
Hydraulikzylinders 6 angeordnet. Die Blockaufnahmen 9 weisen Rollen 91 auf, über
die das Seil 8 geführt sind.
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Der
Hydraulikzylinder 6 ist mit dem Rührwerk 2 über
das Seil 8 verbunden. Das Seil 8 weist hierbei das
Rührwerksende 81 auf, das an dem Rührwerk 2 kraftschlüssig
angeordnet ist und über die Umlenkrolle 83 am
oberen Ende des Führungssystems 5 von einer senkrechten
Orientierung in eine horizontale Orientierung umgelenkt wird und
anschließend den Innenraum des Behälters 3 durch
die gasdichte Seildurchführung 84 nach außen
verlässt. Auf der Außenseite des Behälters 3 wird
das Seil 8 über die Rolle 91 der oberen
Blockaufnahme 9 geführt, wobei die Rolle 91 gleichzeitig
als Umlenkrolle dient, um das Seil 8 aus einer horizontalen
Orientierung in eine senkrechte Orientierung zu überführen.
Alternativ kann auch eine weitere Umlenkrolle 83 separat
angeordnet sein.
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Nach
dem ersten Kontakt mit der Rolle 91 der oberen Blockaufnahme 9 wird
das Seil U-förmig um die Rolle 91 der unteren
Blockaufnahme 9 geführt und anschließend
nach oben geleitet, wo es in diesem Ausführungsbeispiel
an der Blockaufnahme 9 in einem Befestigungspunkt 85 endet.
Dieses Ende stellt das Arbeitsende 82 des Seils 8 dar.
Dieser Befestigungspunkt 85 dient als Widerlager für
das Seil 8.
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Zum
Bewegen des Rührwerks 2 in Rührwerksbewegungsrichtung
XR wird der Hydraulikzylinder 6 mit einem hydraulischen Öl
druckbeaufschlagt. Hierbei vollzieht der Kolben 62 des
Hydraulikzylinders 6 eine Kolbenbewegung XK. Durch die Bewegung
des Kolbens 62 in Kolbenbewegungsrichtung XK wird die Kolbenstange
entsprechend des Hubs des distalen Endes ausgefahren, so dass das Seil 8,
welches permanent durch das Gegengewicht des Rührwerks 2 auf
Spannung gehalten ist, derart bewegt wird, dass das Rührwerk 2 innerhalb
des Behälters 3 nach oben bewegt wird.
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Es
bedarf in diesem Ausführungsbeispiel lediglich der Druckbeaufschlagung
der Kolbenseite des Kolbens 62, die auf der kolbenstangenfernen Seite
liegt. Hierdurch wird die Kolbenstange bei Druckbeaufschlagung ausgefahren.
Bei Druckreduzierung bewirkt das Eigengewicht des Rührwerks 2 eine
Zugkraft, die über das Seil 8 und über
die Kraftumlenkung mittels der Rollen 91 und dem Befestigungspunkt 85 des
Seils auf den Zylinder wirkt, so dass diese eine Rückbewegung
der Kolbenstange und des Kolbens 62 in den Zylinder 61 hinein
bewirkt. Es bedarf nicht eines doppelt wirkenden Hydraulikzylinders 6,
um die Rückbewegung zu gewährleisten. Eine solche
Ausgestaltung ist jedoch auch möglich und unter Umständen
sinnvoll.
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Dieses
Ausführungsbeispiel arbeitet mit einem Faktor 2, der bedeutet,
dass ein Hubbewegung um 1 Meter des Kolbens SP, bzw des distalen
Endes SD eine 2 Meter Hubbewegung des Rührwerks SR bewirkt.
Hierzu wird jedoch die doppelte Kraft benötigt, die nötig
gewesen wäre, wenn eine direkte Wirkverbindung zwischen
dem Hydraulikzylinder 6 und dem Rührwerk 2 bestanden
hätte.
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In
diesem Ausführungsbeispiel ist der Hydraulikzylinder mit
den dazugehörigen Komponenten des Seilzugs außerhalb
des Behälters angeordnet. Gleichwohl kann der Hydraulikzylinder
mit den dazugehörigen Komponenten auch sehr gut innerhalb
des Behälters angeordnet werden, so dass nur das Hydraulikdruck-Erzeugungsmittel
und die Bedienung außerhalb des Behälters angeordnet
sind.
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2 und 3 zeigen
eine schematische Darstellung des Hydraulikzylinders 6 als
drückender Hydraulikzylinder in einer Draufsicht (2)
und einer Seitenansicht (3).
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Es
sind die gleichen Bauteile und entsprechenden Bezugszeichen analog
zu 1 verwendet. Jedoch handelt es sich hier nicht
um einen einfach ausgestalteten Seilzug mit einem Faktor 2, sondern um
einen Seilzug mit dem Faktor 6, da hier (vgl. 3,
Seitenansicht) sechs Rollen 91, aufgeteilt in jeweils drei
Rollen pro Blockaufnahme vorgesehen sind.
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Das
Seil 8 wird mittels der entsprechenden Einscherung über
die Rollen 91 der Blockaufnahmen 9 geführt
und am Arbeitsende 82 in einen Befestigungspunkt 85 an
der unteren Blockaufnahme 9 kraftschlüssig befestigt.
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Bei
der Druckbeaufschlagung des Hydraulikzylinders mit Hydrauliköl
entfernen sich die Achsen der Rollen 91 der Blockaufnahmen 9 voneinander. Der
Abstand der Blockaufnahmen Δx vergrößert sich.
Hierdurch wird das Seil 8 am Rührwerksende 81 nach
oben bewegt, was eine Aufwärtsbewegung des Rührwerks 2 am
Führungssystem 5 nach sich zieht.
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Zum
Absenken des Rührwerks 2 wird Druck aus dem System
des Hydraulikzylinders 6 verringert. Durch die Reduzierung
des hydraulischen Drucks innerhalb des Systems bewegt sich der Kolben 62 mit der
Kolbenstange wieder zurück in den Zylinder 61 des
Hydraulikzylinders 6. Hierbei verringert sich der Abstand
der Blockaufnahmen Δx wieder.
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Entsprechend
dem Verhältnis 1:6 wird das Rührwerk 2 abgesenkt.
Mit dem Verhältnis 1:6 ist gemeint, dass bei einer Verringerung
des Abstands Δx um 1 m das Rührwerk 2 um
6 m abgesenkt wird. Entsprechendes gilt für das Hochbewegen
des Rührwerks 2 bei Druckbeaufschlagung des Hydraulikzylinders 6.
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3 zeigt
entsprechend eine schematische Darstellung der Blockaufnahmen 9 mit
den bereits in 2 genannten sechs Rollen 91 des
Hydraulikzylinders 6 in einer Seitenansicht entsprechend
dem in 2 dargestellten Hydraulikzylinder 6.
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Das
Seil 8 ist entsprechend der Einscherung über die
sechs Rollen 91, jeweils drei Rollen 91 pro Blockaufnahme 9,
geführt. Das Arbeitsende 82 ist am Befestigungspunkt 85 der
unteren Blockaufnahme 9 befestigt.
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Diese
Anordnung stellt einen Flaschenzug dar, mit dem es möglich
ist, mit Hilfe einer entsprechend höheren faktorisierten
(in diesem Beispiel Faktor 6) erhöhten Kraft eine Bewegung
des Kolbens 62 des Hydraulikzylinders 6 in eine
Bewegung des Rührwerks 2 entsprechend einem 6-fachen
Kolbenhub SP umzusetzen.
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4 zeigt
eine weitere Ausgestaltung des Höhenverstellmittels, nämlich
des Hydraulikzylinders 6 als ziehender Hydraulikzylinder.
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Der
Hydraulikdruck im hydraulischen System wird mit einem Hydraulikdruckerzeugungsmittel 7 generiert.
Das Hydrauliksystem verfügt über Hydraulikleitungen 71, über
die der hydraulische Druck verteilt wird.
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In
diesem Ausführungsbeispiel sind zwei Anschlüsse
an dem Hydraulikzylinder 6 vorgesehen, um beidseitig des
Kolbens 62 einen hydraulischen Druck innerhalb des Zylinders 61 aufbauen
zu können.
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Der
Hydraulikzylinder 6 ist hierbei als doppelt wirkender Hydraulikzylinder
ausgestaltet, wobei Hydrauliköl in den oberen Bereich des
Zylinders 61 des Hydraulikzylinders 6, oberhalb
des Kolbens 62 eingebracht werden kann bzw. auch unterhalb
des Kolbens 62 in den unteren Zylinderbereich des Zylinders 61 des
Hydraulikzylinders 6 eingebracht werden kann.
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Beim
Einbringen des Hydrauliköls in den unteren Bereich des
Zylinders vollzieht der Kolben eine Kolbenbewegung XK, wobei in
diesem Fall die obere Blockaufnahme 9 mit den bzw. der
Rolle 91 nach oben gezogen wird. Entsprechend erfolgt eine
Abwärtsbewegung der oberen Blockaufnahme 9 bei Druckbeaufschlagung
des oberhalb des Kolbens befindlichen Zylinderbereichs. Bei einseitig
wirkenden Hydraulikzylindern 6 reicht für die
Abwärtsbewegung auch eine Absenkung des hydraulischen Drucks
aus.
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Die
einzelnen Hydraulikleitungen 71 können über
Ventile 73 angesteuert werden, so dass nur in den gewünschten
Bereichen hydraulischer Druck zur Verfügung steht.
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In
jeder Hydraulikleitung 71 ist bevorzugt kurz vor dem Hydraulikzylinder 6 oder
in dem Hydraulikzylinder 6 selbst ein Überdruckventil 72 angeordnet.
Dieses Überdruckventil 72 ist einstellbar, so dass
dieses nur bei einem bestimmten Druck auslöst und den Druck
innerhalb des Hydraulikzylinders so begrenzt. Hierdurch wird das
maximale Moment, das von dem hydraulikzylinder 6 erzeugt
werden kann, begrenzt.
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Das Überdruckventil 72 dient
zur Verhinderung des Überziehens des Seils durch zu große
Zuführung einer Kraft, die beispielsweise entstehen würde,
wenn das Rührwerks 2 am Führungssystem 5 verklemmt
bzw. verkantet und sich hierdurch nicht weiterbewegt.
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Die
untere Blockaufnahme 9 ist mit seinem bzw. seiner Rolle 91 an
einem festen Untergrund angeordnet. Die untere Blockaufnahme 9 dient
mit seiner Rolle 91 als Umlenkung des Seils und als Widerlager.
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5 zeigt
eine schematische Darstellung des Hydraulikzylinders 6 mit
einer Ummantelung.
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Die
Ummantelung des Hydraulikzylinders 6 besteht mindestens
aus zwei Einzelummantelungen. Hierzu ist über dem Zylinder 61 des
Hydraulikzylinders 6 eine innere Einzelummantelung 65 angeordnet.
Auf der Außenseite der innere Einzelummantelung 65 ist
eine Skala 67 aufgebracht. Über diese innere Einzelummantelung 65 ist
eine weitere Einzelummantelung, eine äußere Einzelummantelung 66 angeordnet.
Die äußere Einzelummantelung 66 ist an
der unteren Blockaufnahme 9 fest angeordnet, so dass bei
einer Veränderung des Abstands Δx der Blockaufnahmen
ein Verschieben der äußeren Einzelummantelung 66 über
die innere Einzelummantelung 65 erfolgt.
-
Beim
Verschieben wird bei Erhöhung des Abstands der Blockaufnahmen Δx
bei drückender Ausgestaltung des Hydraulikzylinders 6 die
Skala 67 weiter frei gegeben oder die Skala 67 wird
bei Verringerung des Abstands der Blockaufnahmen Δx bei drückender
Ausgestaltung des Hydraulikzylinders 6 weiter abgedeckt.
Hieran kann die Höhe des Rührwerks 2 innerhalb
des Behälters 3 entweder direkt oder entsprechend
eines Faktors abgelesen werden. Die Bestimmung ist auch über
entsprechende Sensoren möglich, so dass die Steuerung automatisiert erfolgen
kann. Das Rührwerk 2 soll dabei immer unterhalb
der Füllstandshöhe HF gehalten werden, damit es überhaupt
arbeiten kann.
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- 1
- Höhenverstellvorrichtung
- 2
- Rührwerk
- 3
- Behälter
- 4
- Flüssigkeit
- 5
- Führungssystem
- 6
- Hydraulikzylinder
- 61
- Zylinder
- 62
- Kolben
- 63
- befestigtes
Ende
- 64
- distales
Ende
- 65
- innere
Einzelummantelung
- 66
- äußere
Einzelummantelung
- 67
- Skala
- 7
- Hydraulikdruck-Erzeugungsmittel
- 71
- Hydraulik-Leitungen
- 72
- Überdruckventil
- 73
- Ventil
- 8
- Seil
- 81
- Rührwerksende
- 82
- Arbeitsende
- 83
- Umlenkrolle
- 84
- gasdichte
Seildurchführung
- 85
- Befestigungspunkt
- 9
- Blockaufnahme
- 91
- Rolle
- Hmax
- maximale
Füllstandshöhe
- HF
- Füllstandshöhe
- SD
- Hub
distales Ende
- SP
- Hub
Kolben
- SR
- Hub
Rührwerk
- XK
- Bewegung
Kolben
- XR
- Bewegung
Rührwerk
- Δx
- Abstand
Blockaufnahmen
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 19732198
C1 [0003]
- - DE 102007009451 A1 [0004]