DE2225468A1

DE2225468A1 - Flüssigkeitsbelüfter

Info

Publication number: DE2225468A1
Application number: DE19722225468
Authority: DE
Inventors: Richard B. Rockford 111. Ravitts (V.StA.)
Original assignee: Richards of Rockford Inc
Current assignee: Richards of Rockford Inc
Priority date: 1971-05-27
Filing date: 1972-05-25
Publication date: 1972-12-07
Also published as: FR2139150A1; US3735926A; IT958102B; GB1344569A; AU4264672A

Description

Flüssigkeitsbelüfter

Die Erfindung betrifft einen Flüssigkeitsbelüfter, bei dem in einem Tragkörper ein senkrechter Einlaß ausgebildet ist, der mit seinem unteren Ende in einen Flüssigkeitskörper eintauchbar ist und an seinem oberen Ende eine Öffnung für den Austritt von durch den Einlaß nach oben gepumpter Flüssigkeit besitzt, und bei dem im Einlaß ein umlaufendes, kraftangetriebenes Flügelrad angeordnet ist, das eine Flüssigkeitssäule durch den Einlaß hindurch nach oben und an dessen oberem Ende ausfördert.

Derartige Flü3sigkeitsbelüfter werden meistens in Verbindung mit Wasserbecken oder Wasserbehältern verwendet, um den Sauerstoffgehalt des Wassers oder einer anderen Flüssigkeit zu erhöhen, aus dem Wasser unerwünschte Gase auszuwaschen, im Becken zur Erzielung eines Gemischs oder einer Feststoff-Suspension eine Strömung zu erzeugen, oder um große Mengen Wassers durch Kühlung wMerverwenduiigs fähig zu machen. Die Erfindung stellt insbesondere eine Weiterbildung de3 in der

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US-Patentschrift 3 416 729 beschriebenen Gegenstandes dar, bei dem Wasser aus einem Becken durch ein aufrechtstehendes Einlaßrohr mit Hilfe eines motorisch angetriebenen Flügelrades nach oben gepumpt wird und durch Auftreffen auf einen kraftangetriebenen, umlaufenden leitkörper relativ zum Einlaß nach außen geschleudert wird, um vor dem Zurückfallen in das Becken Oberflächenberührung mit der Umgebungsluft herzustellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Mitteln einen wirtschaftlich herstellbaren und im Betrieb zuverlässigen Flüssigkeitsbelüfter zu schaffen, mit dessen Hilfe bei einer gegebenen Motorleistung eine größere Flüssigkeitsmenge als bei herkömmlichen Belüftern von gleicher allgemeiner Ausbildung belüftbar ist.

Ein Flüssigkeitsbelüfter der eingangs erwähnten Art zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, daß oberhalb des Flügelrades und nahe dem oberen Ende des Einlasses ortsfest ein feststehender Leitkörper angeordnet ist, der die aufsteigende Flüssigkeit teilt und einen Teil davon zum Belüften aus dem Einlaß nach außen ablenkt, und daß in der Bewegungsbahn eines anderen Teils der aufsteigenden Fltteigkeit ein umlaufender Leitkörper angeordnet ist, der diesen Flüssigkeitsteil in einer Bewegungbahn nach außen schleudert, die über dem durch den feststehenden Leitkörper abgelenkten Flüssigkeitsteil liegt.

Bei einem erfindungsgemäß ausgebildeten Flüssigkeitsbelüfter ist es möglich, eine durch den Einlaß nach oben geförderte Flüssigkeitssäule im wesentlichen vollständig abzulenken, ohne daß die Ablenkung der gesamten Flüssigkeitssäule durch den umlaufenden Leitkörper erfolgt, was einen übermäßigen Kraftbedarf zur Folge hätte.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß insbesondere dadurch gelöst, daß zum Aufteilen der aufsteigenden Flüssigkeitssäule

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in einen Säulenkern und eine äußere Säulenhülle in die Bewegungsbahn der Flüssigkeitssäule ein besonders vorteilhaft ausgebildeter feststehender Leitkörper eingesetzt ist, der die äußere Säulenhülle aus dem Einlaß nach außen schleudert, während der Säulenkern weiter nach oben steigt und am umlaufenden Leitkörper auftrifft und von diesem so nach außen geschleudert wird, daß die aufsteigende Flüssigkeit im wesentlichen vollständig durch das Zusammenwirken dec feststehenden mit dem umlaufenden Leitkörper abgelenkt wird.

Durch das besonders wirksame Zusammenarbeiten zwischen dem zweckmäßig ausgebildeten feststehenden mit dem umlaufenden Leitkörper wird das gesamte Wasser abgelenkt, bei kalter Witterung ein Gefrieren des Wassers am feststehenden Leitlirper verhindert und eine gleichmäßigere Flüssigkeitsströmung am Flügelrad erzielt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen eines Ausführungsbeispiels mit weiteren Einzelheiten erläutert. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine Teilschrägansicht eines Flüssigkeii;sbelüfters in erfindungsgemäßer Ausbildung,

Fig. 2 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt und unter Weglassung einiger Bauteile, des Flüssigkeitsbelüftera,

Fig. 3 einen Schnitt durch einen Teil des Belüfters längs der Linie 3-3 in Fig. 2, , ·

Fig. 4 eine Schrägansicht eines Teils des Flüssigkeitsbelüfters und

Fig. 5 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt und unter Weglassung einiger Bauteile, eines Teils des Flüssigkeitsbelüfters, '"

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Ein in Pig. 1 in seiner Gesamtheit mit 10 bezeichneter Flüssigkeitsbelüfter in erfindungsgemäßer Ausbildung ist in der Lage, in einem Flüssigkeitskörper, beispielsweise in Wasser in einem Behälter, einem Becken oder in einem Abwasser-Reinigungsbecken zu schwimmen und dient dazu, den Sauerstoffgehalt des Wassers zu erhöhen und gleichzeitig das Wasser von unerwünschten Gasen zu reinigen und im Ausgangswasser eine Strömung zu erzeugen. Bei Bedarf kann der Plüssigkeitsbelüfter auch zum Kühlen erwärmten Wassers eingesetzt werden, bevor dieses wieder in verschiedene Systeme eingeleitet wird.

Beim gezeigten Ausführungsbeispiel wird der Belüfter 10 in Verbindung mit einem Abwasser-Reinigungsbecken verwendet und dient dazu, das darin enthaltene Wasser auszuwaschen und mit Sauerstoff anzureichern, indem ständig Wasser aus dem Becken nach oben angesaugt und dann in die Umgebungsluft ausgeschleudert wird, wobei es vor dem Zurückfallen auf den Wasserspiegel im Becken Oberflächenberührung mit der Luft hat. Das Wasser wird unter Bildung beträchtlicher Turbulenz aus dem Plüssigkeitsbelüfter herausgeschleudert, so daß im V/asser eingeschlossene schädliche Gase freigesetzt und durch Sauerstoff aus der Umgebungsluft ersetzt werden. Gleichzeitig wird im Ausgangswasser eine Strömung erzeugt, so dciß eine Vermischung zwischen den beiden Wassern stattfindet.

Der schwimmfähige Plüssigkeitsbelüfter ist in einem Tragkörper angeordnet, der durch einen Schwimmer 11 gebildet ist, welcher aus einer Außenhülle 13 aus rostfreiem bzw. korrosionsbeständigem Stahl besteht, in die ein Füllmaterial 14 von niedrigem spezifischem Gewicht, wie z.B. Polyurethan-Schaum, eingefüllt ißt. Der Schwimmer ist mit Hilfe von (nicht gezeichneten ) Kabeln, Seilen, Drähten oder dgl. vertäubar, die an längs des Umfanges der Außenhülle im Winkelabstand voneinander engeordneten Ösen 15 befestigbar sind.

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Die Mitte des Schwimmers 11 ist in senkrechter Richtung von einer zylindrischen Öffnung 12 durchsetzt, in die ein senkrechtes Einlaßrohr 16 teleskopähnlich eingesteckt ist, das als Durchlaß für die aus dem Becken nach oben gerichtete und in die Umgebungsluft austretende Wasserströnning dient. An der Eintrittsseite ist das Einlaßrohr mit einem nach außen sich erweiternden Einlauftrichter 17 ausgebildet, der in das Wasser eintauchbar ist und als Einlauf für das Einlaßrohr dient. Die obere Austrittsseite des Einlaßrohres ist mit vorbestimmbarem. Durchmesser ausgebildet und wenig oberhalb des Schwimmers angeordnet, so daß das Wasser in die Umgebungsluft abgegeben wird.

Das zur Belüftung aus dem Becken nach oben und durch das Einlaßrohr 16 gepumpte Wasser wird durch ein in axialer Richtung wirkendes Flügelrad 19 gefördert, das in das Einlaßrohr teleskopähnlich eingesteckt und fest mit dem unteren Ende einer umlaufenden Flügelradwelle 20 verbunden ist, die sich in axialer Richtung dtirch das Einlaßrohr erstreckt und durch einen Elektromotor 21 antreibbar ist. Dieser ist an einer Grundplatte 23 gehaltert, die über der Oberseite des Schwimmers 11 von einer Vielzahl von aufragenden Stützen 24 abgestützt ist, die im Winkelabstand voneinander angeordnet sind und zwischen Schwimmer und Grundplatte große Strömungsöffnungen für das nach außen austretende V/asser bilden. Hinter dem oberen Ende des Einlaßrohres 16 trifft das Wasser auf einen umlaufenden Leitkörper 25 (Fig. 1) und wird im Abstand über der Oberseite des Schwimmers 11 nach oben und nach außen geschleudert und dabei über eine große Fläche verteilt. Der Leitkörper ist im geringen Abstand unterhalb der Grundplatte 23 drehfest mit der Flügelradwelle 20 verbunden und weist an seiner Außenseite vorzugsweise eine nach oben und nach außen gekrümmte konkave Fläche 26 auf, an der das nach oben strömende Wasser auftrifft. Das vom Leitkörper nach außen geschleuderte Wasser wird verwirbelt und bei kräftiger Waschwirkung mit der Luft vermischt, so daß zwiechen Luft und Wasser ein hoher Sauerstoffübergang stattfindet.

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Beim erfindungsgemäß ausgebildeten Flü3sigkeit3belüfter ist ein feststehender Leitkörper 27 vorgesehen, der mit dem umlaufenden Leitkörper 25 in besonders vorteilhafter Weise zusammenwirkt, so daß der mit einem Antriebsmotor 21 von gegebener Leistung ausgestattete Belüfter 10 ein größeres Flüssigkeit βλ oluraen pumpen und belüften kann. Zu diesem Zweck ist der feststehende Leitkörper oberhalb der Austrittsseite des Hinlaßrohres 16 und unterhalb des umlaufenden Leitkörpers angeordnet und bewirkt eine ständige Aufteilung einer nach oben strömenden flüssigkeitssäule 29 (Fig. 2) in einen Säulenkern 30 und eine äußere Säulenhülle 31 (Fig. 5), wobei die letztere von der Säule abgetrennt und durch den feststehenden Leitkörper aus dem Einlaßrohr nah außen abgelenkt wird. Der Kern der Flüssigkeitssäule strömt nach oben durch den feststehenden Leitkörper hindurch, trifft auf den umlaufenden Leitkörper auf und wird durch diesen über dem Schwimmer 11 und zwischen den beiden Leitkörpern hindurch in einer Bewegungsbahn nach außen geschleudert, die über der Bewegungsbahn der vom feststehenden Leitkörper abgelenkten Flüssigkeit liegt und mit einer nach unten gerichteten Krümmung auf diese auftrifft. Diese Anordnung macht es möglich, die gesamte durch das Einlaßrohr nach oben strömende Flüssigkeit abzulenken und zu zerstreuen und dabei trotzdem einen umlaufenden Leitkörper von kleinerem Durchmesser zu verwenden, als es bisher bei einem Einlaßrohr gegebener Größe möglich war. Dadurch ist eine Verringerung des durch den umlaufenden Leitkörper beim Ausschleudern des Wassers benötigten Energiebedarfs erzielbar, so daß mehr Leistung zum Fördern von Flüssigkeit durch das Einlaßrohr verbraucht werden kann. Es kann somit zur Belüftung ein größeres Flüssigkeitsvolumen gefördert werden, ohne daß hierzu die Leistung des Motors 21 erhöht werden müßte.

Bei der beschriebenen und dargestellten Ausbildungsform ist der ortsfeste oder feststehende Leitkörper 27 koaxial mit der

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Welle 20 angeordnet und weist einen rohrförmigen Hals'33 auf, dessen unteres Ende im geringen Abstand über dem Auslaß des Einlaßrohres 16 und zu diesem konzentrisch angeordnet ist. Der Hals ist an seinem oberen Ende nach außen erweitert und geht mit Krümmung allmählich in ein ringförmiges Prallglied bzw. in einen Prallring 34 über, der sich vom Hals nach außen in einer im wesentlichen waagerechten Richtung bis über ,den Rand des Auslasses des· Einlaßrohres erstreckt ( Fig. 2,5). Längs des Umfanges des Prallringes ist eine Vielzahl im Winkelabstand voneinander angeordneter Kerben bzw. Aussparungen 35 eingearbeitet, mit denen der feststehende Leitkörper in die Stützen 24 einsetzbar ist. ITahe den Aussparungen sind am Prallring mit Schrauben 37 Halterungen 36 befestigt, die mit den Stützen 24 verschweißt sind und den feststehenden Leitkörper in einer unveränderbaren Stellung im geringen Abstand über dem Auslaß des Einlaßrohres halten. Der feststehende Leitkörper ist am Belüfter also konzentrisch mit der Welle und in der Nähe des Auslasses des Einlaßrohres angeordnet.

Aus Pig. 2 ist zu erkennen, daß der Hals einen kleineren Durch-, messer hat als der Auslaß des Einlaßrohres, so daß die aufsteigende Wassersäule in den durch den Hals 33 nach oben strömenden Säulenkern 30 und in die äußere Säulenhülle 31 unterteilt wird, die längs der Außenwand 39 des Halses und an der Unterseite 40 des Prallringes 34 nach oben strömt. Durch die allmähliche Krümmung der ineinander übergehenden Flächen des Halses und des Prallringes ist für die Außenfläche des feststehenden Leitkörpers 27 eine verhältnismäßig strömungsgünstige, konkave Gestalt erzielt, durch die der Wassermantel relativ zum Einlaßrohr 16 nach außen und in einer im wesentlichen flachen Bewegungsbahn üb«r die Oberseite des Schwimmers 11 ablenkbar ist (Fig. 2). Dieses abgelenkte Wasser trifft auf die Oberfläche des im Becken enthaltenen Wassers mit beträchtlicher Geschwindigkeit auf und erteilt diesem einen nach außen gerichteten Schub, wodurch eine kreisförmige

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Strömung erzeugt wird, die sich nach oben um den Schwimmer herum und von diesem nach außen bewegt. Diese induzierte, nach außen gerichtete und schnellere Strömung bewirkt eine Vermischung und eine Suspension von Peststoffteilchen über eine größere Fläche je Einheit (PS) eingesetzter Leistung als bei Anlagen, bei denen das verteilte bzw. versprühte Wasser in einer steileren Bewegungsbahn in das Becken zurückfällt (Fig. 2).

Durch das Zusammenwirken zwischen dem umlaufenden und dem feststehenden Leitkörper 25 bzw. 27 erfolgt die Ablenkung des Mittelkerns 30 relativ zum Einlaßrohr 16 nach außen in einer Bewegungsbahn, die über der der aus der S¹IuIenhülle 31 abgelenkten Flüssigkeit liegt und mit einer nach unten gerichteten Krümmung auf diese auftrifft. Um diese Wirkung zu erreichen, ist die äußere konkave Fläche 26 (Fig. 5) des umlaufenden Leitkörpers von der Innenwand 41 des Halses 33 im Abstand nach innen und über der Oberseite 43 des Prallringes 34 angeordnet. Der untere Teil des umlaufenden Leitkörpers dringt teleskopähnlich in den oberen Teil des Halses sin (Ti^. 2). Die Innenwand 41 des Halses begrenzt comit einen Strömungskanal für den Mittelkern, der so geführt ist, daß er am umlaufenden Leitkörper auftrifft und dadurch zwischen, den leiden Leitkörpern nach außen geschleudert wird. Die Innenwand 41 des Halses ist konvex ausgebildet und ist im wesentlicher, der Formgestalt der Außenfläche 26 des umlaufenden Leitkörpers so angepaßt, daß zwischen den beiden Leitkörpern ein nach außen sich erweiternder, strömungogünstiger Strömungskanal gebildet ist, durch den die abgelenkte Strömung über die Oberseite 43 des Prallringes geführt wird. Durch die ständige Benetzung der Oberseite 43 des Prallringes durch das zwischen den beiden Leitkörpern hindurchströmende Wasser wird bei kalter Witterung eine Eisbildung an der Oberseite verhindert.

Der Strömungsweg des zwischen dem feststehenden und dem umlaufenden Leitkörper hindurchfließenden Wassers ist durch eine

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Veränderung der Weite der zwischen diesen beiden Leitkörpern gebildeten öffnung beeinflußbar. Zu diesem Zweck, ist die Verbindung zwischen dem unlaufenden Leitkörper und der Welle 20 mit Ηϋ:Γο einer rupplun^ 44 (Fig. 5) hergestellt, die mit dem unteren Teil des umlaufenden Leitkörpers verbunden ist. Die Kupplung ist an der Welle angeordnet und besitzt einen Ring sowie eine im umlaufenden Leitkörper an dessen untere» Ende angeordnete Klemmscheibe 46. Eine Aussparung in der Klemmscheibe ist unten nach außen erweitert und nimmt einen sich nach oben verjüngenden Plansch 47 auf, der von der Oberseite des Ringes aufragt. Dieser Plansch verkeilt den äußeren Rand der Aussparung mit der Welle und ist durch Drehen einer zum gegenseitigen Verbinden.dee Ringes, der Klemmscheibe und des Leitkörpers dienenden Schraube 49 fest gegen die Welle klemmbar. Nach Lösen der Schraube ist der umlaufende Leitkörper längs der Welle verschiebbar und in seiner relativen Lage zum feststehenden Leitkörper zur Erzielung der bestmöglichen Ablenkung des Kitbelkerns 30 nach Bedarf verstellbar. Außerdem ist durch geeignete Wahl der Öffnungsweite zwischen den beiden Leitkörpern und diirch entsprechende Anordnung des feststehenden Leitkörpers zur Erzielung einer Öffnung mit gegebener Weite zwischen diesem und dem Einlaßrohr 16 eine nahezu laminare Strömung am Flügelrad 19» und damit eine Abschwächung der Turbulenz und eine Erhöhung der Pumpkapazität herbeiführbar. Das heißt, es können auf die Länge jedes der Radflügel unterschiedliche Gegendrücke erzeugt werden, wobei der langsamere innere Teil jedes Radflügels gegen einen niedrigeren Rückdruck pumpt als der schnellere äußere Teil des Flügels, so daß eine Verringerung der auf die innenliegenden Teile herabstürzenden Wassermengen und tatsächlich eine Grenzschichtbeeinflussung erzielbar sind.

Aus dem Vorstehenden ist ohne weiteres zu erkennen, daß durch Ue Ablenkung der äußeren WsEBerhülle 31 durch den feststehenden ^itkörper 27 die Verwendung eines umlaufenden Leitkörpers 25

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ermöglicht ist, der einen beträchtlich kleineren Durchmesser aufweist als erforderlich wäre, wenn das durch das Einlaßrohr nach oben strömende Wasser vollständig durch den umlaufenden Leitkörper abgelenkt werden müßte. Dadurch ist für das Ausschleudern des Wassers aus dem Einlaßrohr durch den umlaufenden Leitkörper weniger Energie erforderlich, so daß zum Hochpumpen des Wassers durch das Einlaßrohr mehr Leistung zur Verfügung steht. Es kann somit ohne Erhöhung der Antriebsleistung eine größere Wassermenge belüftet werden.

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Claims

P A 1 B N I A N 3 P E Ü C H E

1, Flüssiglceitsbelüfter, bei dem in einem Tragkörper ein senkrechter Einlaß ausgebildet ist, der mit .seinem unteren Ende in einen Flüssigkeitskörper eintauchbar ist und an seinem oberen Ende eine Öffnung für den Austritt von durch den Einlaß nach oben gepumpter Flüssigkeit besitzt, und bei dem im Einlaß ein umlaufendes, kraftangetriebenes Flügelrad angeordnet ist, das eine Flüssigkeitssäule durch den Einlaß hindurch nach oben und an dessen oberem Ende ausfördert, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb des Flügelrades (19) und nahe dem oberen Ende des Einlasses (16) ortsfest ein feststehender Leitkörper (27) angeordnet ist, der die aufsteigende Flüssigkeit (29) teilt und einen Teil (31) davon zum Belüften aus dem Einlaß (16) nach außen ablenkt, und daß in der Bewegungsbahn eines anderen Teils (30) der aufsteigenden Flüssigkeit (29) ein umlaufender Leitkörper (25) angeordnet ist, der diesen Flüssigkeitsteil (30) i,n einer Bewegungsbahn nach außen schleudert, die über dem durch den feststehenden Leitkörper (27) abgelenkten Flüssigkeitsteil (31) liegt.

2. Flüsnigkeitsbelüfter nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeich η c t, daß der Einlaß (16) als rohrförmiger Kanal ausgebildet ist, daß der feststehende Leitkörper (27) die aufsteigende Flüssigkeitssäule (29) ii; einen Säulenkern (30) und in eine äußere Säulenhülle (31) !eilt, und daß der feststehende Leitkörper (27) die äußere Hülle (31) und der

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umlaufende Lei/fäcörper (25) den Kern (30) der Flüssigkeitssäule (29) nach außen ablenkt.

2. Plüssigkeitsbelüfter nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η zeichnet, daß der umlaufende leitkörper (25) mit seinem unteren Teil in einen Hals (33) des feststehenden Lsitkörpers (27) eindringt und mit seinen oberen Teil nach oben aus dem feststehenden Leitkörper (27) ausragt.

4. Plüssigkeitsbelüfter nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gek en η ζ ei ohne t, daß der umlaufende Leitkörper (25) eine im wesentlichen konkave, nach oben gekrümmte Außenfläche (26) aufweist, so daß die auf diese Fläche (26) auftreffende Flüssigkeit (31) nach außen lenkbar ist.

I. Flüs3igkeitsbelüfter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennz eichnet, daß der feststehende Leitkörper (27) einen inneren Wandabschnitt (41) und eine außenliegende Prallwand (34) aufweist, wobei der innere Wandabschnitt (41) eine im Abstand von der Außenfläche (26) des umlaufenden Leitkörpers (25) liegende Fläche bildet.

6. Flüssigkeitsbelüfter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch, gekennz eichnet, daß der feststehende Leitkörper (27) eine Prallwand (34) besitzt, die eine im wesentlichen waagerecht gerichtete Seite (40) aufweist, so daß der Flüssigkeit (31) eine im wesentlichen flache Bewegungsbahn erteilbar ist.

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7. JFlüssigkeitsbelüfter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Veränderung der relativen Größe der beiden Flüssigkeitsteile (?O,31) der relative Abstand zwischen dem feststehenden (27) und dem umlaufenden Leitkörper (25) veränderbar ist.

8. Flüssigkeitsbelüfter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der umlaufende Leitkörper (25) in senkrechter Richtung auf verschiedene, vorwählbare Höhenlagen relativ zum feststehenden Leitkörper (27) einstellbar ist.

ORIGINAL INSPECTED

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