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T-i t e 1 : Durchflußkörper in von Flüssig-
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keiten oder Gasen durchströmten Räumen Die Erfindung bezieht sich
auf einen Durchflußkörper in von Flüssigkeiten oder Gasen durchströmten Räumen,
wobei der Durchflußkörper mit mindestens einem Haltemittel für dessen Verbindung
an den den Raum umgebenden Bauteilen sowie mindestens einem am Haltemittel sich
anschließenden und mit Öffnungen versehenen Durchströmmittel ausgestattet ist.
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Es ist, insbesondere im Apparatebau bekannt, Durchflußkörper zu verwenden
und diese zwischen einzelnen Räumen so vorzusehen, daß Medien, wie Flüssigkeiten
oder Gase von einem Raum in einen anderen Raum fließen können. Die Durchflußkörper
können dabei Je nach deren Anwendung Ventilfunktionen, Filterfunktionen oder anderes
übernehmen und werden in der Regel so gestaltet, daß sie bei moglichst geringem
Druckabfall ihre Funktionen wahrnehmen können.
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In den in der Technik interessanteren Anwendungsgebieten solcher Durch£-lußkörper,
wie beispielsweise in der Filtertechnik, werden diese in durchflossenon Räumen,
z.B. in Leitungen zwischen diversen Apparaten so angeordnet, daß sie in Flüssigkeiten
oder Gasen sich befindende Fremdstoffe aus diesen herausfiltrieren, um dadurch den
diversen Behandlungsprozessen und sonstigen Anwendungen der Flüssigkeiten und/oder
Gasen von Verunreinigungen befreite Medien zur Verfügung zu stellen. Solche als
Filterelemente arbeitende Durchflußkörper sind in der Lage, Feststoffpartikel aus
strömenden Medien, wie Flüssigkeiten oder Gasen; auszuscheiden, wobei zum Ausscheiden
dieser Feststoffpartikel die Filterele£onte Filteröffnungen, durch die das zu filtrierende
Medium strömt und die entsprechend ihrer Spaltweite alle Teilchen, die größer sind,
als die öffnungen selbst zurückhalten, während alle anderen Teilchen, die kleiner
sind als die Spaltöffnungen, hindurchgelassen werden. Alle Teilchen jedoch, die
genau in die Öffnungsquerschnitte der Spaltöffnungen passen, bleiben vielfach in
diesen stecken, wodurch sie in zumehmendem Maße den freien Öffnungsquerschnitt der
Spaltöffnungen verstopfen.
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Sind alle Öffnungsquerschnitte der Spaltöffnungen durch in diesen
hängengebliebene Feststoffteilchen verstopft, müssen die Spaltöffnungen wieder von
diesen Teilchen befreit werden, was vielfach durch Umkehrung der Strömungsrichtung
der Medien, d.h.
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Flüsstgkeiten oder Gasen, geschieht und welche Medien durch diese
Umkehrung eine Spülung der Durchflugkörper bewirken. Bei dieser Spülung werden neben
den in den Spaltöffnungen hängengebliebenen Teilchen auch die vor den Spaltöffnungen
sich angesammelten Feststoffe abgelöst und mittels der Strömung nach außen ausgespült.
Ein Teil der Teilchen aber, die in Folge ihrer Größe in den Spaltöffnungen feststecken,
können von der Spülung allein nicht ausgeschwemmt werden, so daß sie den Öffnungs
querschnitt merklich verengen und bei entsprechender Zunahme dieser Verengung ein
Austausch der Durchflußkörper oder eine intenSivere Reinigung derselben nach vorherigom
Ausbau unumgänglich sind.
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Verstopfungen der Spaltöffnungen können nicht hingenommen werden,
weil sie den Widerstand des Durchflußkörpers erheblich erhöhen und die Durchflußmenge
des strömenden lediums, d.h. der Flüssigkeit oder des Gases erheblich verringern.
Ungeachtet der Art der Reinigung des Durchflußkörpers oder dem Vererfen des verstopften
und Einsetzen eines neuen Durchflußkörpers in den zu durchfließenden Raum ergeben
sich nicht nur erhebliche Schwierig-Reiten, sondern auch erhebliche IMosten, da
der Ein-und Ausbau der Durchfi:ßkörper sehr zeitraubend sein kann und vielfach auch
ein Stillsetzen der Anlage erfordert. Neben diesem zeitlichen und somit wirtschaftlichen
Ausfall kann das Reinigen und/oder Auswechseln der Durchflußkörper auch gefElrlich
sein, besonders dann, wenn es sich beispielsweise
um ätzende und/oder
giftige Medien handekt, mit denen das den Austausch oder die Reinigung durchführende
Personal nicht in Kontakt kommen sollte.
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Bei Anwendung derartiger Durchflußkörper beispielsweise in der Petrochemie
ist erforderlich, daß diese über einen längeren Zeitraum wartungsfrei arbeiten,
einen geringen Druckverlust aufweisen und das Durchströmen der von Boden zu Boden
in Fraktionier-, Destillier-Kolonnen u.a. aufsteigenden Dämpfe nicht nur in deren
Aufwärtsströmung kaum behindern, sondern auch ein Abwärtsströmen der auf dem jeweils
darüber liegenden Boden ruhenden Flüssigkeit mit Sicherheit verhinderm. Um solchen
oder ähnlichem Forderungen zu entsprechen, sind im Apparatebau diverse Durchflußkörper
bekannt, die zum einen Durchfluß- oder Filteraufgaben zwar erfüllen, zum anderen
aber einen so erheblichen Aufwand erfordern, daß sie in vielen Anwendungsbereichen
aus wirtschaftlichen Erwägungen heraus kaum angewendet werden.
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Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Durchflußkörper
dahingehend weiterzubilden, daß dieser unter Beibehaltung geringer Druckverluste
Durchflüsse von einem Raum zum anderen gestattet und ein Verstopfen dessen Spaltöffnungen
mit Sicherheit nicht auftreten kann.
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Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe bei einem Durchflußkörper der
eingangs genannten Art d a d u r c h gelöst, daß das Haltemittel für dessen Verbindung
an den Bauteilen mit kraft- und/oder formschlüssig wirkenden Teilen ausgestattet
und die Öffnungen am
Durchströmmittel als in einer Strömungsrichtung
sich eng einstellende Spaltöffnungen in anderer Strömungsrichtung hingegen als sich
weit einstellende Spaltöffnungen ausgebildet sind sowie das Durchströmmittel selbst
als ein elastisches Federelement ausgebildet ist, dessen eigene Spannkraft für das
Einstellen des Öffnungsquerschnittes der Spaltöffnungen, mindestens in einer. Strömungsrichtung,
benutzbar ist.
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Durch diese Maßnahmen wird ein Durchflußkörper geschaffen, der nicht
nur die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe vorteiLlaft erfüllt, sondern auch
von seiner baulichen Konzeption her gesehen erhebliche Fertigungs- und Montagevorteile
bringt. Der Durchflußkörper bedarf keiner aufwendigen Montage, da er so ausebildet
werden kann, daß er mit nur einigen Handgriffen allein an den Bauteilen der voneinander
zu trennenden und durch die Medien zu durchfließenden Räume eingesetzt werden kann.
Bei Anwendung des Durchflußkörpers beispielsweise als Filterelement, werden bei
einer Rückspülung alle Feststoffteilchen, die sich evtl. in den Öffnungsspalten
festsetzen könnten, durch die Enreiterung des Öffnungsspaltes während des Spülvorganges
freigegeben, so daß ein Verklemmen solcher Teilchen in den Öffnungsspalten init
Sicherheit ausgeschlossen und ein Verstopfen des Durchflußkörpers ebenfalls ausgeschlossen
wird. Der Strömungswiderstand dieses als Filterelement ausgeführten Durchflußkörpers
nimmt nicht mehr wie bei den bisherigen Durchflußkörpern im Laufe der Betriebszeit,
also auch nach mehreren Rückspülungen zu, sondern bleibt auf seinem niedrigsten
Wert nach jeder Rückspülung erhalten.
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Versuche haben zudem ergeben, daß solche Durchflußkörper bei deren
Einsatz als Filterelemente selbst bei bisher schwierig zu flitrierenden Medien ein
Freispülen des Filterelements bzw. Durchflußkörpers gewährleisten und ein Ausbau
desselben zu Zwecken der Reinigung nicht mehr notwendig ist.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung des Durchflußkörpers zeichnet sich
dadurch aus, daß dieser als eine Spirale ausgebildet ist, und daß die Spaltöffnungen
sich zwischen den Windungen der Spirale befinden.
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Diese DIaßnahae bringt einen erheblichen Fertigungsvorteil, da die
Durchflußkörper beispielsweise nur als gewöhnliche Spiralfedern mit annähernd aufeinandersitzenden
Windungen ausgeführt werden können.
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Der Grad des Aufeinanderliegens der einzelnen Windungen bestimmt den
Öffnungsquerschnitt der Spaltöffnungen und kann Je nach Wicklungsart der Spiralfeder
bis in sehr enge Toleranzbereiche eingreifen.
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Um bei einer solchen Spiralfeder den Durchfluß der Medien, d.h. der
Flüssigkeit oder des Gases, nicht durch ihre große ÖffnungCeintrömen zu lassen,
kann nach einem weiteren Merlcnal der Erfindung das eine Ende der Spirale geschlossen
und nur das andere Ende derselben offen ausgefuhrt sein. Dadurch wird sichergestellt,
daß die Flüssigkeit oder das Gas durch die Spaltöffnungen der Spirale in das Innere
derselben eindringt, um durch deren offen gelassenes eine Ende wieder auszutreten.
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Um beispielsweise den Öffnungsquerschnitt der einzelnen Spaltöftaungen
in einem gewünschten Maß aufrecht zu erhalten, kann, wenn die Spirale nicht
selbst
diesen Öffnungsquerschnitt gewährleistet, nach einem woiteren Merkmal der Erfindung
der Durchflußkörper mit mindestens einem den Öffnungsquerschnitt der Spaltöffnungen
begrenzenden Stellglied ausgestattet sein.
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Dieses Stellglied kann nach einem weiteren Merkmal des Burchflußlrörpers
stabförmig ausgeführt und an mindestens einem seiner Enden mit dem Durchflußkörper
verbunden sowie über eines seiner Enden in exialer Richtung an Durchflußkörper einstellbar
sein.
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*n einem solchen Fall stützt sich die Spirale vorsugs.zeise mit ihrem
geschlossonen Ende an dem stabförmigen Stellglied ab, und es kann der Grad der Abstützung
so boacssen sein, daß die einzelnen Windungen auch in Schließztellung des Durchflußkörpers
nicht auSeinander zu liegen kommen.
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@eitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung Können insbesondere
den noch verbleibenden Unteransprüchen im einzelnen entnommen werden.
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in den Zeichnungen sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung
am Beispiel eines als Filtermittel wirkenden Durchflußkörpers schematisch dargestellt.
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Es zeigt: Fig. 1 einen Längsmittelschnitt durch einen der Einfachheit
halber als Spiralfeder ausgeführten und an einem Bauteil eingesetzten Durchflußkörper
im Zustand der verengten Spaltöffnungen, ist 2 den Durchflußkörper gemaß Fic r Stand
der erweiterten Spaltöffnung
Fig. 3 einen Längamittelschnitt durch
einen Durchflußkörper mit einem den Öffnungsquerschnitt der Spaltöffnungen begrenzenden
Stellglied, Fig. 4 einen Längsmittelschnitt durch einen eben-: all der Einfachheit
halber als Spiralfeder ausgeführten Durchflußkörper, bei dem zum Aufbringen einer
die eingene Elastizität verstärkenden Kraft der Spiralfeder eine Zusatzsender dieser
nachgeschaltet ist, wobei die Zusatzfeder und die Spiralfeder als eine Einheit ausgeführt
sind, Fig. 5 einen Längsmittelschnitt durch einen Durchflußkörper gern Fig. 4, jedoch
mit einer mit dor Spiralfeder lösbar verbindbaren Zusatzfeder Fig. 6 einen Längsmittelschnitt
durch einen Durchflußkörper nit trapezförmig ausgeführten Windungen an seinem Durchströmmittel,
Fig. 7 einen Längsmittelschnitt durch einen Abschnitt eines Durchflußkörpers mit
spiralförmigen d.h. rundprofiligen Windungen am Durchströmmittel zur Veranschaulichung
des wirkenden Öffnungsquerschnittes und Fig. 8 einen Längsmittelschnitt durch einen
Abschnitt eines Durchflußkörpers mit trapezförmigen Windungen am Durchströmmittel.
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Der Durchflußkörper 1, z.B. zum Filtrieren von Medien wie Flüssigkeiten
oder Gasen, wird im wesentlichen von einem Haltemittel 2 und einem daran anschließenden
Durchströmmittel 3 gebildet, wobei Halte- und Durchströmmittel bei den hier dargestellten
und beschriebenen Ausführungsbeispielen vorzugst=reise als eine Einheit ausgeSQlrt
sind. Der Durchflußkörper 1 ist mit seinem Haltemittel 2 in einem Bauteil 4 des
durch das Medium bzw. die Fldssigkeit oder das Gas zu durchströmenden Raumes angeordnet
und dort so eingesetzt, daß das Medium, d.h. die durch die Pfeile 6 dargestellte
Flüssigkeit oder das Gas, durch seine Spaltöffnungen 7 in das Innere 8 des Durchflußkörpers
eindringen kann.
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Zum Abführen des eingedrungenen Mediums weist Jeder Durchflußkörper
1 mindestens einen Auslaß 9 auf, der bei den hier dargestellten Ausführungbeispielen
als Bohrung im Haltemittel 2 vorgesehen ist.
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In Fällen, in denen die Abströmung des Mediums nur an einer Seite
vorgenommen wird, ist der Durchflußkörper 1 an seinem dem Auslaß 9 abgewandten Ende
mit einem Verschlußteil 10 versehen, welches das Abströmen und das Einströmen ungefilterten
Mediums verhindert.
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Bei allen dargestellten Durchflußkörpern 1 sind deren Durchströmmittel
3 der Einfachheit halber als Federelemente ausgeführt, deren Windungen 11 entsprechend
der AusleE;mg derselben mehr oder weniger aufeinander zu liegen kommen. Die Auslegung
der Windungen 11 bestimmt den Öffnungsquerschnitt 12 der zwischen den Windungen
sich befindenden Spaltöffnungen 7, wobei diese Auslegung beispielaweiæe durch an
den Windungen vorgesehenen Nocken 13, Verkruminungen oder Einquetschungen der Windungen
möglich sein kann.
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Bei dem Ausführungzbeispiel gemäß Fig. 1 ist der Durchflußkörper 1
im Zustand geringer Öffnungsquerschnitte 12, wie dies beispielsweise bei einer Filtration
der Fall wäre, dargestellt. Der gleiche Durchflußkörper 1 ist in Fig. 2 mit größeren
Öffnungsquerschnitten 12 dargestellt, was sich beispielsweise beim Rückspülen des
Durchflußkörpers zum Zwecke des Entfernens von vor und/oder in dessen Spaltöffnungen
7 sich angelagerten Schmutzteilen ergibt.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 ist zum Aufrechterhalten
eincs vorgegebenen Öffnungsquerschnittes 12 an den Spaltöffnungen 7 der Durchflußkörper
1 mit einem Stellmittel 14 ausgestattet, welches in das Haltemittel 2 formschlüssig
einsetzbar ist und sich mit dessen dem Formschluß abgewandten Ende 15 an Verschlußteil
10 des Durchflußkörpers 1 abstützt.
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Die Durchflußlörper 1 gemäß den Ausführungen nach denFig. 4 und 5
unterscheiden sich von denen der Fig. 1 und 2 nur dadurch, daß deren als Spiralfeder
ausgeführte Durchströmmittel 3 zum Zwecke des Erhöhons der elastischen Spannkraft
derselben diese zusätzlich mit mindestens Je einem Druckmittel 16 ausgestattet sind.
Diese Druckmittel 16, die der Einfachheit halber ebenfalls als Spiralfedern ausgeführt
sein können, sitzen zwischen dem Verschlußteil 10 Jedes Durchströmmittels 3 und
einer den Raum 5 sich verschließenden Wand, d.h. Bauteil 17, und sie sind dort so
eingelegt, daß sie gegen das Durchströmmittel drücken und damit dessen elastische
in Schließrichtung der Öffnungsquerschnitte 12 wirkende Spannkraft verstärken.
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Diese zusätzlichen Druckmittel 16 können in den Fällen zweckmäßig
oder sogar notwendig sein, wenn insbesondere bei größeren Förderungen mit größerem
Anfall an Schmutzteilen die Spannkraft der Durchströmmittel 3 allein das enge Halten
der Öffnungsquerschnitte 12 nicht bewerkstelligen kann. Der Rückspülvorgang der
mit den zusätzlichen Drucknitteln 16 ausgestatteten Durchströmmittel 3 verläuft
analog dem bei den vorgenannten Ausführungsbeispielen und auch hier durch die Gegenströmung,
die Durchströmittel nebst Druckmitteln zusammengedrückt und die Öffnungsquerschnitte
12 entsprechend dem Rückspüldruck vergrößert, wodurch die vor und/ oder in den Spaltöffnungen
7 sitzenden Schmutzteile entfernt werden. Der einzige Unterschied zwischen den in
den Fig. 4 und 5 dargestellten Durchflußkörper 1 besteht nur darin, daß bei dem
in Fig. 4 dargestellten die spiralförmigen Durchström- und Druckmittel 3 und 16
als eine Einheit, die in Fig. 5 dargestellten hingegen als zwei Einheiten ausgeführt
sind. Die Entscheidung, ob diese Mittel als eine Einheit oder zwei Einheiten ausgeführt
werden, hängt vorrangig von den Fertigungsmöglichkeiten, nicht aber von den Funktionen
dieser Mittel ab. Bei dem als zwei Einheiten ausgeführten Durchströmmittel 3 ist
dessen Verschlußteil 10 als ein Einschubteil 19 ausgeführt, dessen einer Steg 20
in die Windungen 11 des Durchströmmittels 3 und dessen anderer Steg 21 in das Druckmittel
16 eingreift.
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Bei dem Ausführungsbeis-piel gemaß Fig. 6 ist das Durchströmmittel
3 aus einem Ringkörper durch Einschneiden eines trapezförmigen Innengewindes 18
hergestellt. Der Einschnitt dieses Innengewindes 18, d.h. der Windungen 11 des Durchströmmittels
3 ist
so weit vorgetrieben, daß die Wandung des Rohrteiles durchschnitten
ist, ohne dass dabei die Elastzität des nun als Federmittel ausgeführten Durchströmmittels
3 beeinträchtigt wurde. Das Haltemittel 2 dieses Durchflußkörpers 1 ist wie auch
die Haltemittel 2 der vorbeschriebenen Ausführungsbeispiele identisch ausgeführt
und läßt sichebenfalls kraft- und/oder formschlüssig an ein Bauteil 4 anbringen.
Was das Verschlußteil 10 bei dieser Ausführung anbelangt, so ist dieses auch hier
Bestandteil der Windungen 11 und zwar in der Art, daß das Rohrteil im Bereich des
Verschlußteiles 10 nicht angebohrt bas. durchgestochen ist.
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Die Wirkungsweisen der Durchflußkorper 1 sind entsprechend den Ausführungsbeispielen
wie folgt, wobei zur Erläuterung derselben lediglich die Wirkungsweisen der Beispiele
gemäß den Fig. 1 - 3 beschrieben werden.
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In Fig. 1 eben die Pfeile die Flußrichtung z.B.
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des zu filtrjerenden Mediums im vorzugsweise spiralfederartig ausgebildeten
Durchflußkörpers 1 an.
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Längsscflnitt gemäß Fig. 1 zeigt die Stellung des Durchflußkörpers
bei Filtration. Der Strom des zu filtrieronden Medien: gelangt von außen über den
Raum 5 durch die Spaltöffnungen 7, die von den spiralförmigen Windungen 11 gebildet
werden, in das Innere 3 des Darchströmmittels 3 und verläßt es schließlich durch
den Auslauf 9, während sich die Feststoffteilchen vor und/oder in don Spaltöffnungen
7 verfangen und dort hängen bleiben.
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Die Spaltöffnungen sind bei diesem Ausführungsbeispiel
als
spiralförmige Ringspalte ausgeführt, deren Öffnungsquerschnitt 12 von den an den
Windungen 11 angebrachten Nocken 13 bestimmt wird.
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Das in das zu filtrierende Medium bzw. in den Raum 5 ragende Ende
des Durchströmmittels 3 ist verschlossen, beispielslreise durch das Verschlußteil
10. Der Auslauf 9 ist bei diesem Ausführungsbeispiel als formschlüssiges, d.h. Einschraubteil,
ausgeführtes Haltemittel 2 ausgebildet, das in den einen Bauteil 4, welches das
zu filtrierende und bereits filtrierte Medium voneinander trennt, befestigt ist.
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Fig. 2 zeigt die Stellung des Durchflußkörpers 1 bei dessen Rücispülung.
Der Rückspülstrom gelangt in Pfeilrichtung durch den Auslaß 9 in das Innere 8 des
Durchströmmittels 3 und bewirkt durch seinen Staudruck eine Anhebung des Verschlußteiles
10 und damit eine Längung des Durchströmmittels dergestalt, daß sich der Öffnungsquerschnitt
12 der Windungen 11 und somit der Abstand der Spaltöffnungen 7 vergrößert. Das hindurchströmende
Medium spült die in und/oder vor den Spaltöffnungen 7 sich befindenden Feststoffteilchen
fort, insbesondere dadurch, daß durch die Enreiterung der Spaltöffnungen 7 auf einen
größeren Öffnungsquerschnitt 12 als sie im Zustand der Filtration vorlag, alle eingeklemmten
und verkeilten Feststoffteilchen freigegeben werden. Nach erfolgter Reinigung des
Durchströmmittels 3 und nach Abstellung des Rückspülstromes bewirkt die elastische
Spannkraft des Durchströinrnittels seine Rückstellung in die Ausgangslage, so daß
das Durchströmmittel wieder bereit für einen neuen Filtrationsvorgang ist.
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Analog dci:i Filtriervorgang gemäß den vorgenannten Beispielen verläuft
auch der Filtriervorgang mit dem Durchflußkörper 1 gen, Fig. 3. Im Gegensatz zu
den vorbeschriebenen Durchflußkörpern 1 kann bei diesen der Öffnungsquerschnitt
12 der Spaltöffnungen 7 durch das Ein- oder Herausschrauben des Stellmittels 14
verändert werden, wodurch der Durchflußirörper 1 sehr einfach dem zu filtrierenden
Median angepaßt werden kann. Hierbei ist das eine Ende dieses Stellmittels 14 zum
Zwecke der Abstützung und Zentrierung im Verschlußteil 10 geführt, und das andere
Ende desselben als Schraubteil ausgebildet und im Haltemittel 2 schraubbar befestigt.
Eine Verdrchung des Schraubteiles des Stellmittels 14 im Halternittel 2 bewirkt
eine Veränderung der Steigung der Windungen 11 und damit eine einstellbare Veränderung
der Öffnungsquerschnitte 12 der Spaltbffnungen7.
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Der Durchflußkörper 1 wurde zwar hier am Beispiel einer Filtricrung
erläutert, dies schließt Jedoch nicht aus, diesen auch für andere Zwecke, wie beispielsinise
für Fraktionier-, Destillierzwecke u.a.
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zu verwenden. Für solche Zwecke eignet sich dieser Durchflußkörper
1 auch deshalb gut, weil er bereits bei geringen Drücken seine Funittion wahrnimmt,
was bei Friitionicr-, Destillierkolonnen u.a., aus wirtschaftlichen Erwägungen heraus,
vielfach gefordert wird. Bei Anwendung das Durchflußkörpers 1 in Fraktionier-, Destillierkolonnen
od. a. erfolgt der Durchtritt der aufsteigenden Dämpfe durch die sich orareiteraden
Spaltöffnungen 7 von Boden zu Boden, dagegen wird durch die sich verengenden Spaltöffnungen
bei Druckabfall die auf den Böden sich befindende Flüssigkeit am Durchregnen in
den darunter liegenden Boden gehindert.
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L e e r s e i t e