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Die Erfindung betrifft einen Reaktor zur biologischen, insbesondere anaeroben Reinigung von Abwasser umfassend einen Reaktorbehälter mit einem zumindest im Wesentlichen flachen Boden, wenigstens eine Zulaufleitung zur Zuführung von zu reinigendem Abwasser in den Reaktor, wenigstens eine Flüssigkeitsabführleitung zur Abführung von gereinigtem Abwasser aus dem Reaktor und wenigstens eine im unteren Bereich des Reaktorbehälters angeordnete Feststoffabfuhrleitung zur Abführung von Feststoff aus dem Reaktor, wobei im unteren Bereich des Reaktorbehälters wenigstens ein Ablenkmittel vorgesehen ist, welches wenigstens ein schräg verlaufendes Teilstück umfasst und derart ausgestaltet und/oder angeordnet ist, dass in dem Reaktor aus dem oberen Reaktorbereich nach unten sinkender Feststoff so umgelenkt wird, dass dieser in dem Bereich der wenigstens einen Feststoffabfuhrleitung sedimentiert und so über die wenigstens eine Feststoffabfuhrleitung aus dem Reaktor abführbar ist.
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Zur Abwasserreinigung sind eine Vielzahl von mechanischen, chemischen sowie biologischen Verfahren und entsprechende Reaktoren bekannt. Bei der biologischen Abwasserreinigung wird das zu reinigende Abwasser mit aeroben oder anaeroben Mikroorganismen kontaktiert, welche die in dem Abwasser enthaltenen organischen Verunreinigungen im Falle von aeroben Mikroorganismen überwiegend zu Kohlendioxid, Biomasse und Wasser und im Falle von anaeroben Mikroorganismen vorwiegend zu Kohlendioxid und Methan und nur zu einem geringen Teil zu Biomasse abbauen. Dabei werden die biologischen Abwasserreinigungsverfahren in jüngster Zeit zunehmend mit anaeroben Mikroorganismen durchgeführt, wobei die Reaktoren je nach der Art und Form der eingesetzten Biomasse für die anaerobe Abwasserreinigung in Kontaktschlammreaktoren, UASB-Reaktoren, EGSB-Reaktoren, Festbettreaktoren und Fließbettreaktoren unterteilt werden.
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Während die Mikroorganismen bei Festbettreaktoren an ortsfesten Trägermaterialien und die Mikroorganismen bei Fließbettreaktoren auf frei beweglichen, kleinem Trägermaterial anhaften, werden die Mikroorganismen bei den UASB- und EGSB-Reaktoren in Form von sogenannten Pellets eingesetzt.
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Bei den UASB- und EGSB-Reaktoren wird dem Reaktor über einen Zulauf im unteren Reaktorbereich kontinuierlich zu reinigendes Abwasser oder eine Mischung aus zu reinigendem Abwasser und bereits gereinigtem Abwasser aus dem Ablauf des Anaerobreaktors zugeführt und durch ein oberhalb des Zulaufs befindliches, Mikroorganismenpellets enthaltendes Schlammbett geführt. Beim Abbau der organischen Verbindungen aus dem Abwasser bilden die Mikroorganismen insbesondere Methan und Kohlendioxid enthaltendes Gas (welches auch als Biogas bezeichnet wird), das sich teilweise in Form kleiner Bläschen an den Mikroorganismenpellets anlagert und teilweise in Form freier Gasbläschen in dem Reaktor nach oben steigt. Aufgrund der angelagerten Gasbläschen sinkt das spezifische Gewicht der Pellets, weshalb die Pellets in dem Reaktor nach oben steigen. Um das gebildete Biogas und die aufsteigenden Pellets von dem Wasser zu trennen, sind in dem mittleren und/oder oberen Teil des Reaktors Abscheider zumeist in Form von Gashauben angeordnet, unter deren First sich Biogas ansammelt, welches ein Gaspolster ausbildet. Von Gas und Mikroorganismenpellets befreites, gereinigtes Wasser steigt in dem Reaktor weiter nach oben und wird am oberen Ende des Reaktors über Überläufe abgezogen.
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Während des Reaktorbetriebs sinken zudem kontinuierlich Feststoffe in dem Reaktor nach unten und lagern sich auf dem Reaktorboden ab, von dem diese über eine Feststoffabfuhrleitung aus dem Reaktor abgeführt werden. Dabei handelt es sich zum einen um in dem Abwasser enthaltene Feststoffe und zum anderen um Feststoffe, welche sich erst in dem Reaktor bilden, wie beispielsweise insbesondere in dem Fall, dass Abwasser mit einem hohen Gehalt an gelöstem Kalzium, wie beispielsweise Abwasser in der Papierindustrie, eingesetzt wird.
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Auf Grund der chemischen Verhältnisse fällt ein Teil des Kalziums als festes Kalzium-Karbonat aus. Da die Feststoffe gleichmäßig über den Reaktorquerschnitt sedimentieren, können in der Praxis nicht alle Feststoffsedimente über die Feststoffabfuhrleitung aus dem Reaktor abgeführt werden, so dass sich während des Reaktorbetriebs zunehmend Sediment großflächig am Reaktorboden des Reaktorbehälters ansammelt. Um diese Sedimente aus dem Reaktor zu entfernen, muss der Reaktor von Zeit zu Zeit stillgelegt werden.
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Um dieses Problem zu überwinden, wurden bereits, beispielsweise in der
DE 40 42 223 A1 , Reaktoren zur biologischen Reinigung von Abwasser vorgeschlagen, bei denen der untere Reaktorabschnitt nach unten konisch verjüngt ausgebildet ist. Dadurch wird gewährleistet, dass sich zumindest der Hauptteil des Sediments in der Spitze des Konus ansammelt, von welcher dieser leicht über eine Feststoffabfuhrleitung aus dem Reaktor abgeführt werden kann. Allerdings muss dieser untere, konische Reaktorabschnitt, um das Gewicht des in dem u. U. mehrere Meter hohen Reaktors enthaltenen Abwassers standhalten zu können, aus besonders stabilem Material gefertigt werden. Zudem ist die Fertigung eines solchen Reaktors sehr aufwendig und daher teuer.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Reaktor zur biologischen, insbesondere anaeroben Reinigung von Abwasser bereitzustellen, aus dem während dessen Betrieb anfallende Feststoffe einfach und insbesondere vollständig entfernt werden können und welcher dennoch konstruktiv einfach und kostengünstig herstellbar ist. Insbesondere soll der Reaktor auch für die Reinigung von sehr kalkhaltigem Abwasser, wie beispielsweise Abwasser aus der Papierindustrie, geeignet sein.
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Dabei wird insbesondere nachfolgend unter Pellets granulierter Bioschlamm verstanden.
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Erfindungsgemäß wurde die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Ablenkmittel von gekrümmten Segmentblechen gebildet werden, die sich auf einer Stützstruktur abstützen, mit dieser verbunden sind und eine Biegespannung aufweisen. Die Durchbiegung der Segmentbleche ermöglicht eine sehr formstabile Konstruktion selbst bei Verwendung sehr dünner Segmentbleche. Die Belastbarkeit wird durch die Stützstruktur noch wesentlich erhöht. Dies wirkt sich insbesondere auch deshalb günstig auf die Kosten aus, weil die Stützstruktur im Gegensatz zu den Segmentblechen nicht aus höherwertigen Materialien wie Edelstahl gefertigt werden muß.
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In Abhängigkeit von der Art und der speziellen Konstruktion des Reaktors kann es von Vorteil sein, wenn sich die Stützstruktur am Boden abstützt und/oder seitlich mit dem Reaktorbehälter verbunden ist.
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Im Interesse eines möglichst großen Reaktorvolumens sowie einer hohen Belastbarkeit der Segmentbleche sollten diese zum Boden hin gewölbt, insbesondere konvex gekrümmt sein. Dabei kann eine relativ stabile Abstützung dadurch erreicht werden, dass sich die Segmentbleche entlang ihrer Krümmung jeweils an mehreren Auflagepunkten auf der Stützstruktur abstützen. Diese Auflagepunkte können mit Vorteil an waagerecht verlaufenden Querrippen der Stützstruktur vorgesehen sein.
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Dies wiederum ermöglicht es ebene Segmentbleche für die Montage zu verwenden, die dann zur Erzeugung der Durchbiegung jeweils an mehreren Auflagepunkten mit der Stützstruktur verbunden werden. Ebene Segmentbleche sind nicht nur kostengünstiger in der Herstellung sondern auch beim Transport zum Reaktor.
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Über das oder die Ablenkmittel wird aus dem oberen Reaktorbereich nach unten sinkender Feststoff so umgelenkt, dass dieser in dem Bereich der Feststoffabfuhrleitung sedimentiert und so über die Feststoffabfuhrleitung aus dem Reaktor abführbar ist.
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Dies bedeutet, dass sich der während des Reaktorbetriebs nach unten sinkende Feststoff nicht gleichmäßig und großflächig auf dem Reaktorboden absetzt, sondern gezielt zu der Stelle des Reaktorbodens geführt wird, an der sich die Feststoffabfuhrleitung(en) befindet/befinden. Dadurch wird durch eine konstruktiv einfache und kostengünstige Maßnahme erreicht, dass der während des Reaktorbetriebs nach unten sinkende Feststoff vollständig oder zumindest nahezu vollständig aus dem Reaktor entfernt werden kann und somit eine periodische Außerbetriebnahme des Reaktors zwecks Entfernung von sich ansammelndem Sediment nicht erforderlich ist.
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Grundsätzlich können die wenigstens ein schräg verlaufendes Teilstück umfassenden Ablenkmittel mit der Schräge in Richtung der Feststoffabfuhrleitung und/oder quer dazu angeordnet sein, solange diese eine vorstehend dargelegte Umlenkung des Feststoffs bewirken.
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Dabei ist es ebenso vorteilhaft, wenn die Segmentbleche bezogen auf die Horizontale, eine Neigung zwischen 10° und 80°, vorzugsweise zwischen 20° und 70°, besonders bevorzugt zwischen 30° und 60° aufweisen. Dadurch kann eine zuverlässige und insbesondere vollständige Umlenkung des in dem Reaktor herabsinkenden Feststoffs erreicht werden, und sichergestellt werden, dass kein Feststoff auf dem/den Ablenkmittel(n) haften bleibt.
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Um eine umfassende und gleichmäßige Ablenkung der Feststoffe zur Feststoffabfuhrleitung zu gewährleisten, sollten mehrere insbesondere zwischen 4 und 30 Segmentbleche zusammen einen vorzugsweise konusförmigen Einlauftrichter zu einer Feststoffabfuhrleitung hin bilden. Dabei ist es auch von Vorteil, wenn die Feststoffabfuhrleitung mittig in den Boden mündet.
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Hierdurch wird erreicht, dass der in dem Reaktor herabsinkende Feststoff in die Mitte des Reaktors geleitet wird, so dass nur eine und mithin weniger Feststoffabfuhrleitungen erforderlich sind, als wenn der Feststoff zu der Reaktoraußenwand geleitet wird.
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Hinsichtlich einer guten Handhabbarkeit der Segmentbleche sowie der Erzeugung einer ausreichenden Durchbiegung sollten sich die Segmentbleche am oberen Ende des Konusses jeweils über eine Länge zwischen 200 und 6.000 mm erstrecken und/oder die maximale Entfernung zwischen dem Segmentblech und einer zwischen deren Enden verlaufenden Sehne über 5 mm liegt.
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Um die mechanische Belastung der Segmentbleche beim Betrieb des Reaktors aufgrund des Gewichts des in dem Reaktor befindlichen Abwassers zu vermindern und so eine konstruktiv einfache und kostengünstige Konstruktion zu ermöglichen, sollte zwischen dem Boden und den Segmentblechen Schüttgut, Beton o. ä. als zusätzliche Abstützung vorhanden sein. Auch der Reaktorboden selbst kann von einer Betonplatte gebildet werden.
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Nachfolgend soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der beigefügten Zeichnung zeigt:
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1: einen schematischen Längsschnitt durch einen Reaktor;
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2: eine Draufsicht auf einen Einlauftrichter am Boden 2 des Reaktors und
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3: einen Teilquerschnitt durch die Stützstruktur 7 für die Segmentbleche 6.
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Der in der 1 schematisch im Längsschnitt dargestellte Bioreaktor umfasst einen Reaktorbehälter 1 mit einem flachen Boden 2. Der Querschnitt des Reaktors kann oval, polygonal, rechteckig quadratisch oder, wie in 2 zu erkennen, rund sein.
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In den Reaktor führt eine Zulaufleitung 3 zur Zuführung von zu reinigendem Abwasser. Zudem weist der Reaktor zwei Flüssigkeitsabfuhrleitungen 4 zur Abführung von gereinigtem Abwasser und eine Feststoffabfuhrleitung 5 zur Abführung von Feststoff aus dem Reaktor auf.
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In dem mittleren und oberen Reaktorbehälter 1 befinden sich zwei Abscheider 10, 11, welche jeweils mehrere Gashauben 12 aufweisen. In der Praxis besteht jeder der Abscheider 10, 11 aus mehreren Lagen an Gashauben 12; in der vorliegenden 1 ist jedoch aus Einfachheitsgründen pro Abscheider 10, 11 jeweils nur eine Lage Gashauben 12 dargestellt. Alternativ dazu kann der Reaktor anstelle von zwei verschiedenen Abscheidern 10, 11 auch nur einen Abscheider 10, 11 umfassen. Oberhalb des oberen Abscheiders 11 befinden sich die als Überläufe ausgestalteten Flüssigkeitsabfuhrleitungen 4, über welche das gereinigte Wasser aus dem Reaktor abgezogen wird.
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Auf dem Reaktor ist zumindest eine Gastrenneinrichtung 13 angeordnet, die mit den beiden Abscheidern 10, 11 über Leitungen 14 verbunden ist. Zudem führt von dem Boden der Gastrenneinrichtung 13 eine Sinkleitung 15 in den unteren Teil des Reaktors.
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Schließlich sind in dem Reaktor Ablenkmittel in Form von Segmentblechen 6 vorgesehen, die am Boden 2 einen konusförmigen Einlauftrichter zur Feststoffabführleitung 5 hin bilden.
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Beim Betrieb des Reaktors wird über die Zulaufleitung 3 zu reinigendes Abwasser in den Reaktorbehälter 1 eingeführt, welches sich in dem Reaktorbehälter 1 mit dem in dem Reaktor befindlichen Medium, welches aus bereits teilweise gereinigtem Abwasser, Mikroorganismenpellets, welche in der 1 durch kleine Punkte angedeutet sind, und kleinen Gasbläschen besteht, vermischt. Das eingeführte Abwasser strömt in dem Reaktorbehälter 1 langsam aufwärts, bis es in die mikroorganismenhaltige Schlammpellets enthaltende Fermentationszone gelangt. Die in den Pellets enthaltenen Mikroorganismen zersetzen die in dem Abwasser enthaltenen organischen Verunreinigungen hauptsächlich zu Methan- und Kohlendioxidgas. Durch die erzeugten Gase entstehen Gasbläschen, von denen sich die größeren von den Pellets ablösen und in Form von Gasblasen durch das Medium aufsteigen, wohingegen kleine Gasbläschen an den Schlammpellets haften bleiben. Diejenigen Pellets, an denen kleine Gasbläschen anhaften und welche daher ein geringeres spezifisches Gewicht als die anderen Pellets und das Wasser aufweisen, steigen in dem Reaktorbehälter 1 auf, bis sie den unteren Abscheider 10 erreichen.
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Die freien Gasbläschen fangen sich in den Gashauben 12 und bilden unter dem First der Gashauben 12 ein Gaspolster. Das in den Gashauben 12 gesammelte Gas sowie eine geringe Menge mitgeschleppter Pellets und Wasser werden beispielsweise über eine in der Stirnseite der Gashauben 12 vorhandene Öffnung (nicht dargestellt) aus den Gashauben 12 abgeführt und über die Leitung 14 in die Gastrenneinrichtung 13 geführt.
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Das Wasser, die aufsteigenden Mikroorganismenpellets und die Gasblasen, die nicht bereits in dem unteren Abscheider 10 abgetrennt wurden, steigen in dem Reaktorbehälter 1 weiter nach oben bis zu dem oberen Abscheider 11. Aufgrund der Abnahme des hydrostatischen Drucks zwischen dem unteren Abscheider 10 und dem oberen Abscheider 11 lösen sich die letzten kleinen Gasbläschen von den in den oberen Abscheider 11 gelangten Mikroorganismenpellets ab, so dass das spezifische Gewicht der Pellets wieder zunimmt und die Pellets nach unten sinken. Die restlichen Gasblasen werden in den Gashauben 12 des oberen Abscheiders 11 aufgefangen und wiederum an den Stirnseiten der einzelnen Gashauben 12 in eine Gassammelleitung überführt, von der das Gas über die Leitung 14 in den Gasseparator 13 geführt wird. Das nunmehr gereinigte Wasser steigt von dem oberen Abscheider 11 weiter nach oben, bis es über die Wasserabfuhrleitungen 4 aus dem Reaktor abgeleitet wird.
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In dem Gasseparator 13 trennt sich das Gas von dem restlichen Wasser und den Mikroorganismenpellets, wobei die Suspension aus Pellets und dem Abwasser über die Sinkleitung 15 in den unteren Bereich des Reaktorbehälters 1 zurückgeführt wird.
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Je nach dem Ursprung des dem Reaktor über die Zulaufleitung 3 zugeführten Abwassers enthält das Abwasser mehr oder weniger Feststoffe. Abwasser aus der Papierindustrie beispielsweise enthält vergleichsweise hohe Konzentrationen an festen Füllstoffmaterialien und Kalk. Der Anteil der in dem Abwasser enthaltenen Feststoffe, der ein Mindestmaß an spezifischer Dichte übersteigt, sinkt bereits nach dem Ausströmen aus der Zulaufleitung 3 in dem Reaktorbehälter 1 nach unten. Ferner fällt ein Teil des in dem Abwasser enthaltenden Kalks, nachdem das Abwasser in die Schlammbettzone aufgestiegen ist, an den Schlammpellets aus. Dadurch übersteigt ein Teil der Schlammpellets eine kritische spezifische Dichte und sinkt infolge dessen aus dem Schlammbett ebenfalls herunter. Aufgrund der Geometrie und Anordnung der Segmentbleche 6 wird sichergestellt, dass sich die herabsinkenden Feststoffe nicht auf diesen ablagern, sondern zur Feststoffabfuhrleitung 5 abrutschen, weswegen diese über die Feststoffabfuhrleitung 5 vollständig aus dem Reaktor abgezogen werden können. Dabei kann die Abführung des Sediments kontinuierlich und/oder chargenweise erfolgen.
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Wie in 2 zu erkennen, werden im unteren Bereich des Reaktorbehälters 1 mehrere, dünne Segmentbleche 6 aus Edelstahl zu einem konusförmigen Einlauftrichter zusammengefügt. Dabei mündet die Feststoffabfuhrleitung 5 mittig in den Boden 2, so dass der Einlauftrichter die Form eines negativen Kegels hat. Die Segmentbleche 6 haben hierbei bezogen auf die Horizontale, eine Neigung (α) zwischen 30° und 60°, was das Abrutschen der Feststoffe zur Feststoffabfuhrleitung 5 sehr begünstigt.
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Um die Segmentbleche 6 zu entlasten, stützen sich diese auf einer Stützstruktur 7 zum Beispiel aus Normalstahl ab. Diese Stützstruktur 7 wird gemäß 2 und 3 von miteinander verbundenen Längs- 8 und Querrippen 9 gebildet. Während die Längsrippen 8 zur Feststoffabführleitung 5 führen, verlaufen die Querrippen 9 unter Bildung eines Polygons waagerecht um diese herum. Meist genügt es bereits, wenn sich die Stützstruktur 7 selbst am Boden 2 des Reaktorbehälters 1 abstützt. Ergänzend können jedoch insbesondere die Längsrippen 8 seitlich und am Boden 2 mit dem Reaktorbehälter 1 verbunden, insbesondere verschweißt werden.
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Zur Entlastung der Segmentbleche 6 wird der Raum zwischen diesen und dem Boden 2 noch mit Beton 16 ausgefüllt. Dies verbessert auch die Standfestigkeit des Reaktors selbst. Außerdem sind die Segmentbleche 6 zum Boden 2 hin konvex gekrümmt, was eine homogene Gestaltung des Einlauftrichters erlaubt.
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Um Herstellung und Transport der Segmentbleche 6 möglichst kostengünstig zu gestalten, werden diese in ebener Form zur Montage in den Reaktorbehälter 1 geliefert. Dort auf die Stützstruktur 7 aufgelegt, ausgerichtet, aufgedrückt und schließlich mit dieser verbunden.
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Im Interesse einer umfassenden Abstützung der Segmentbleche 6 stützen sich diese entlang ihrer Krümmung jeweils an mehreren Auflagepunkten oder wie in 3 dargestellt auf einer Aneinanderreihung einer Vielzahl von Auflagepunkten – in Form einer Auflagelinie – auf den waagerecht verlaufenden Querrippen 9 der Stützstruktur 7 ab.
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Die gekrümmte Form der Auflagefläche der Querrippen 9 ist außerdem bei der Erzeugung der Krümmung bei den Segmentblechen 6 hilfreich. Die ebenen Segmentbleche 6 werden bei ihrer Montage in Richtung der Auflagefläche der Querrippen 9 gedrückt und jeweils an mehreren Auflagepunkten mit den Querrippen 9 der Stützstruktur 7 verschraubt und/oder mit diesen verschweißt.
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Zwischen den Segmentblechen 6 verlaufen die Längsrippen 8 der Stützstruktur 7 als Abstützung. Auch mit den Längsrippen 8 können die Segmentbleche 6 verbunden werden.
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Zur Erzeugung einer ausreichenden Biegespannung in den Segmentblechen 6 liegt die maximale 18 Entfernung zwischen dem Segmentblech 6 und einer zwischen deren Enden verlaufenden Sehne 17 über 5 mm liegt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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