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Die Abstandshaltereinrichtungen werden nämlich maschincll durch Aufdrucken
aufgebracht. So werden die umlaufenden Maskenränder sowie die Abstandshalterpunkte
zugleich in einem vorgewählten Muster in der Druckstatioll atifgedruckt und anschließend
die bcdruckte Membran in einer Ablegestation ZU einem Sta-
pcl von
Membranen abgelegt.
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Durch einen derartigen maschinellen Auftrag, insbesondere das Aufdrucken,
kann die Dimensionierung der Abstandshalterschicht gegenüber separat eingesetzten
Kunststoffabstandshalterpla tten erheblich verringert werden.
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Da die noch nicht ausgehärtete, auf die Membran aufgetragene Schicht
und eine weitere Membran zu~ sammengebracht werden, bei der ebenfalls diese Schicht
noch nicht ausgehärtet ist, kann zuverlässig ein Membranpaket erhalten werden, bei
dem sämtliche aufgebrachten Flächen und Punkte jeweils an der darüber gestapelten
Membranoberfläche befestigt sind. Da klebende Massen als Auftragsmasse eingesetzt
werden, kleben die entsprechend aufgetragenen Massen sowohl auf der Auftragsfläche
als auch an der aufgestapelten Membran fest und bilden hierdurch eine stabile, dichte
Einheit entsprechend dem aufgetragenen Muster. Diese Einheit erstreckt sich natürlich
über das gesamte Mcmbranpaket, das nach der Herstellung bereits vollständig dicht
und verschlossen ist.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Ausführungsformen sind in der nachfolgenden
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert.
Es zeigt F i g. 1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
F i g. 2 eine Membran mit einer ersten Abstandhalterschicht für das erste Strömungsmedium,
F i g. 3 eine weitere Membran mit einer zweiten Abstandshalterschicht für ein zweites
Strömungsmedium, F i g. 4 einen Schnitt entlang der Linie IV - IV durch einen Teil
des Membranstapels, der aus den Membranen gem. Fig. 2 und 3 besteht, F i g. 5 einen
Schnitt entlang der Linie V - V in ähnlieher Ausführung gem. F i g. 4 und F i g.
6 einen Schnitt entlang der Linie Vl - Vl durch zwei übereinander gestapelte Membranen.
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In Fig. ist die erfindungsgemäße Vorrichtung mit 10 bezeichnet. Sie
ist im wesentlichen als sogen. Plattendialysator ausgebildet und weist ein Gehäuse
12 aul: das einen Zuführstutzen 14 und einen Abführstutzen 16 für das erste Strömungsmedium.
also Dialysierflüssigkeit, sofern diese Vorrichtung als Dialysator eingesetzt wird,
und einen Zuführstutzen 18 und einen Abführstutzen 20 für das zweite Strömungsmedium
aufweist, das im Falle eines Dialysators Blut ist. Diese Stutzen sind mit genormten
Anschlüssen versehen und können somit mit entsprechenden Aufsteckeinrichtungen,
die an Verbindungsschläuchen angebracht sind, in Verbindung gebracht werden.
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Diese Zuführstutzen durchsetzen entsprechende Bohrungen im Gehäusedeckel
22 und sind mit entsprechenden, nachstehend erläuterten Durchbrechungen im Membranpaket
in Strömungsverbindung.
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Gemäß der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform sind die Stutzen 14-20
im wesentlichen senkrecht zur Hauptebene der Vorrichtung angeordnet, die im übrigen
mit der Membranpaketebene zusammenfällt.
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In der in F i g. 1 gezeigten Ausführungsform besteht das Gehäuse
12 aus einem im wesentlichen rechteckigen Hauptbestandteil 24, an das sich im wesentlichen
keilförmige Enden 26 und 28 anschließen. Diese vorzugsweise keilförmige Ausführung
der Enden 26 und 28 soll der besseren Strömungsführung der zuströmenden und abströmenden
Medien dienen, was nachstehend anhand der in F i g. 2 und 3 gezeigten Membranausführungsformen
eingehend erläutert wird.
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Andererseits kann jedoch auch das Gehäuse 12 eine andere Form, beispielsweise
eine rechteckige, bauchige u. dgl. annehmen, wobei allerdings darauf zu achten ist,
daß eine möglichst günstige Strömungsführung erreicht wird. Diese ist jedoch im
wesentlichen durch die Form des aufgetragenen Abstandshaltermusters und weniger
durch die Form des Gehäuses 12 gegeben.
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Die Höhe des Gehäuses entspricht in etwa der Höhe des in das Gehäuse
eingelegten Membranpakets, das also beim Zusammensetzen dicht jeweils am Gehäuseboden
und am Gehäusedeckel 22 anliegt. Um eine möglichst genau dimensionierte Membranpakethöhe
zu erhalten, wird das Gehäuse vorzugsweise beim Zusammensetzen unter Druck gesetzt,
wobei die obere Hälfte des Gehäuses auf die untere Hälfte des Gehäuses mit einem
Anpreßdruck von etwa 2-10 bar/cm2 angedrückt wird. Ein derartiger Druck gewährleistet,
drall die Abstandshaltclschichten nur unwesentlich zusammengedrückt werden und ein
einwandfreier Durchgang der Strömungsmedien durch das Membranpaket aufrechterhalten
wird. Andererseits kann jedoch auch drucklos gearbeitet werden, sofern sichergestellt
ist, daß die Innenflächen des Gehäuses 12 unmittelbar am Membranpaket an liegen,
so daß eine Verformung des Membranpakets durch Aufquellen der Membranen nach Beaufschlagung
mit den Strömungsmedien sicher verhindert wird. Diese Druckbehandlung ist also lediglich
eine Vorsorgebehandlung, um die richtige Positionierung des Membranpakets innerhalb
des Gehäuses 12 zu erreichen und ein einwandfreies Arbeiten der Membranen selbst
während der Behandlung sicherzustellen.
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Da die Membranen bei der Beaufschlagung mit Strömungsmedien, insbesondere
Wasser, quellen, können erhebliche Drücke innerhalb des Gehäuses 12 auftreten, so
daß dieses verformt werden kann, was wiederum das einwandfreie Arbeiten dieser Membran
beeinträchtigen kann. Gemäß der in F i g. 1 gezeigten Ausführungsforin sind daher
sowohl der Gehäusedeckel 22 als auch der Gehäuseboden mit Längsrippen 30 und Querrippen
32 verstärkt, die einer Verformung des Gehäuses 12 entgegenwirken und sicher die
im Gehäuse 12 auftretenden Drücke abfangen können. Somit gewährleistet dieses Gehäuse
eine einwandfreie Positionierung des nachstehend erläuterten Membranpakets.
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Wie bereits vorstehend erwähnt, werden die Gehäusehälften nach dem
Einlegen des Membranpakets aufeinander gelegt und anschließend nach einer ggf. erfolgten
Druckbehandlung miteinander verschweißt, wobei die üblichen Gehäusematerialien,
beispielsweise Polycarbonat, PVC. Polyethylen. Polypropylen u. dgl., zum Einsatz
kommen können. Der Verschweißungsvorgang an sich ist nicht kritisch und erfolgt
nach den üblichen bekannten Verfahren, z. B. Ultraschall.
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Es ist nochmals hervorzuheben, daß die Innenoberflächen des Gehäuses
im wesentlichen plan sein sollen und vorzugsweise im Bereich der Durchführungen
der Stutzen 14-20 ringförmige Erhebungen aufweisen sollen, die eine sichere Dichtung
mit den nachstehend erläuterten Durchbrechungen in den Membranen gewährleisten sollen.
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In Fig. 2 und 3 sind Membranen 34 und 36 gezeigt, die jeweils verschiedene
Beschichtungsmuster aufweisen. Die in F i g. 2 gezeigte Membran weist ein derartiges
Muster auf, das auf der Seite des Strömungsmediums eingesetzt werden kann, in dessen
Abteil ein Unterdruck herrscht. Dieses Muster weist daher einen den Umfangsrand
der Membran 34 umgebenden Abstandshalterrand 38 auf, der sich im Eckbereich 40 und
42
dieser Membran 34 erheblich verbreitert und nahezu diesen gesamten
Eckbereich 40 und 42 ausfüllt. Dieser insgesamt mit 38 bezeichnete Abstandshalterrand
hat einerseits die Aufgabe, ein wechselweise aus den Membranen 34 und 36 zusammengesetztes
Membranpaket umfangseitig abzudichten und andererseits die Durchbrechungen 44 und
46 in der Membran 34, die in dem Eckbereich 40 und 42 vorgesehen sind, fluiddicht
abzuschließen.
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Weiterhin weist die Membran 34 im Anschluß an diesen Abstandshalterrand
38 eine Vielzahl von Abstandshalterpunkten 48 auf, die im wesentlichen regelmäßig
über die übrige Gesamtfläche der Membran verteilt sind, mit der Ausnahme der Durchbrechungen
50 und 52 sowie der diese im wesentlichen konzentrisch umgebenden sternförmigen
Erhebungen 34. Die zwischen den Abstandshalterpunkten 48 verbliebenen Zwischenräume
56 stellen einen ersten Strömungspfad für das erste Strömungsmedium dar, das somit
durch diese Zwischenräume hindurch von der Durchbrechung 52 bis zur Durchbrechung
54 oder umgekehrt strömen kann. Im Beispielsfall stellt die Gesamtheit der Zwischenräume
56, die vom Abstandshalterrand 38 umschlossen wird, ein erstes Abteil dar, das von
Dialysierflüssigkeit durchflossen wird.
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Um eine gleichmäßige Verteilung der Dialysierflüssigkeit über die
Gesamtheit der Zwischenräume 56 zu gewährleisten, sind die Durchbrechungen 52 und
54 mit den vorstehend erwähnten sternförmig angeordneten Erhebungen 54 umgeben.
Diese sternförmigen Erhebungen weisen vorteilhafterweise eine tropfenförmige Gestalt
auf, deren Spitze zur Durchbrechung 50 und 52 hinweist. Hierdurch wird eine günstige
hydrodynamische Durchströmung der zwischen den Erhebungen 54 gebildeten Kanäle 58
erreicht, durch die dieses Strömungsmedium, also insbesondere Dialysierflüssigkeit,
in die Zwischenräume 56 einfließt. Es hat sich dabei herausgestellt, daß diese Anordnung
eine im wesentlichen über die Gesamtbreite der Membran 34 gleichmäßige Strömungsfront
dieses Strömungsmediums erzeugt, so daß im wesentlichen in sämtlichen Bereichen
der Oberfläche der Membran 34 gleiche Austausehbedingungen gewährleistet sind.
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Die Strömungsgeschwindigkeit und die einheitliche Strömungsverteilung
orientieren sich weiterhin an der Größe der Zwischenräume und der geometrischen
Beschaffenheit der Abstandshalterpunkte 48. Die Volumengröße der Zwischenräume 56
steht dabei ebenfalls in Beziehung mit der Größe der Abstandshalterpunkte 48.
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Der Durchmesser und die Form der Punkte sind ebenfalls abhängig von
der Größe der Zwischenräume und der Strömungsgeschwindigkeit des Ströinungsmediums.
Überlicherweise liegt der Durchmesser der Abstandshalterpunkte 48 in einem Bereich
von etwa 0,5-1,5, insbesondere bei etwa 1 mm. Dabei ist dieser Durchmesser nach
unten hin begrenzt durch die Art der Auftragung. Wird beispielsweise gemäß der bevorzugten
Ausführungsform das Siebdruckverfahren verwendet, so ist der Durchmesser dieser
Punkte in Abhängig keit von der eingesetzten Masse zu ihrer Herstellung auf etwa
0,5 mm beschränkt.
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Weiterhin ist die Form der Punkte ebenfalls auf das Auftragungsverfahren
beschränkt und wird im allgemeinen eine in etwa kreisrunde einnehmen, sofern die
vorstehenden Durchmesser eingehalten werden.
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Die Höhe der Abstandshalterpunkte 48 als weitere Dimension für die
Volumengröße der Zwischenräume 56 bestimmt sich nach den durchzusetzenden Mengen
des Strömungsmediums und der Strömungsart selbst, die im laminaren Zustand bleiben
soll. Dabei sind stark erhöhte Strömungsgeschwindigkeiten im wesentlichen unerwünscht,
da hierdurch der Massenaustausch negativ beeinflußt wird. Im allgemeinen wird die
Punkthöhe wenigstens etwa 100 pm für die in Fig. 2 gezeigte Membran 34, also insbesondere
für das Abteil für die Dialysierflüssigkeit betragen. Sie liegt insbesondere in
einem Bereich von etwa 100-150 um.
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Die in F i g. 3 gezeigte Membran 36 weist im wesentlichen eine der
Membran 34 von F i g. 2 ähnliche Gestalt auf, so daß gleiche Bezugszeichen für gleiche
Teile verwendet werden. Demgemäß sind aus F i g. 3 ebenfalls die Durchbrechungen
44, 46,50,52 sowie die Punkte 48 und die Zwischenräume 56 ersichtlich. Der Abstandshalterrand
60 ist gegenüber der in Fig.2 gezeigten Ausführung in bezug auf die Ecken 62 und
64 verändert, ist jedoch im im wesentlichen rechteckigen Hauptbereich der Membranoberfläche
identisch. Dieser Hauptbereich entspricht im übrigen dem Hauptbestandteil 24 des
Gehäuses 12. Weiterhin sind sämtliche aufgebrachte Abstandshaltereinrichtungen,
also die Abstandshalterränder und die Abstandshalterpunkte gleich hoch, so daß im
wesentlichen der Abstand zwischen zwei Membranen 34 und 36 über die Gesamtmembranoberfläche
hinweg gleich ist.
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Gemäß der in Fig.3 gezeigten Ausführungsform weist der Bereich der
Ecken 62 und 64 im Gegensatz zu dem Eckbereich 40 und 42, der im wesentlichen vollständig
abgedichtet ist, von den Durchbrechungen 44 und 46 abzweigende Kanäle 66 auf, die
durch die Erhebungen 68 gebildet werden. Diese Erhebungen 68 zweigen dabei derart
von der Durchbrechung 44 bzw. 46 vorteilhafterweise ab, daß die Kanalbreite im wesentlichen
gleich bleibt und eine im wesentlichen widerstandsfreie Strömungsführung für das
aus den Durchbrechungen 44 und 46 austretende Strömungsmedium gewährleistet wird.
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Da die Ecken 62 und 64 im wesentlichen wie die Eckbereiche 40 und
42 V-förmig zugeschnitten sind, besitzen die Erhebungen 68 vorteilhafterweise eine
im wesentlichen V-förinige Struktur.
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Weiterhin ist gemäß der in F i g. 3 gezeigten Ausführungsform die
Durchbrechung 50 bzw. 52 mit einer Dichtanordnung 70 umgeben, die ebenfalls zur
aufgetragenden Abstandshaltei.einricht ung gehört. Diese Dichtanordnung 70 gewährleistet,
driß das durch die Durchbrechungen 50 und 52 geführt Strömungsmedium nicht in das
durch die Zwische räume 56 gemäß Fig. 3 gebildete Abteil strömt, d. h. also zum
nächsten Abteil weiterströmt, das gemäß der irÇ F i g. 2 gezeigten Ausführungsform
entspricht.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform können die in F i g. 3 gezeigten
Erhebungen 68 und somit die Kanäle 66 entfallen und werden ersetzt durch eine Vielzahl
von Abstandshalterpunkten, die den frei gewordenen Bereich einnehmen. Im letztgenannten
Fall verbleibt also lediglich der Umfangsrand in den Ecken 62 und 64, dessen Breite
etwa der Breite im rechteckigen Hauptbereich der Membran 36 entspricht. Es bleibt
natürlich die Dichtanordnung 70, wie vorstehend erläutert, aufrechterhalten, damit
Strömungsmedium, also im Fall der Dialyse Dialysierflüssigkeit, nicht in dieses
Abteil eindringen kann. Das in dieses Abteil eingeführte Strömungsmedium ist Blut,
sofern es sich hier um einen Dialysator handelt, und wird über die Durchbrechungen
44 und 46 sowie die mit diesen Durchbrechungen in Verbindung stehenden Stutzen 18
und 20 zugeführt. Dabei ist die
Wahl der Zuführung der Strömungsmedien
so getroffen worden, daß das Blut sich bereits einheitlich über die Gesamtbreite
der Membran 36 verteilt hat, bevor es mit der auf der anderen Seite der Membran
durch dic näher zum Mittelpunkt der Membran gelegenen l#urchbrechungen 50 und 52
geförderte Dialysierflüssigkeit in Berührung gebracht wird. Hierdurch wird die Austauschleistung
der erfindungsgemäßen Vorrichtung optimiert Zweckmäßig liegt die Höhe der Abstandshalterpunkte
48 in einem Bereich oberhalb 100 um, insbesondere zwischen 100-150 um.
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Die in F i g. 2 und 3 gezeigten jeweiligen Membranen 34 und 36 werden
nach dem Auftrag der Abstandshalterschicht wechselweise aufeinandergelegt, so daß
jeweils ein Abteil für das erste Strömungsmedium über das andere Abteil für das
zweite Strömungsinedium zu liegen kommt. Es wird also ein Paket aus den Membran
nen 34 und 36 gebildet, wobei die Pakethöhc von der Anzahl der einzusetzenden Membranen
34 und 36 abhängt. Üblicherweise werden etwa 50-100, insbesondere etwa 80-100 Membranen
aufeinandergelegt. Dabei ist das wesentliche Kriterium für diese Anzahl die zur
Verfügung stehende Austauschfläche, die natürlich, wie vorstehend erläutert, von
der Fläche der Membran und dem für den Massenaustausch nicht mehr zur Verfügung
stehenden Bereich der Membran abhängt, die mit den Abstandshaltereinrichtungen bedeckt
ist. Inlolgedessen bleibt es dem Fachmann überlassen, wieviel Lagen er einsetzen
wird.
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Als Membranmaterial kommen die üblicherweise für den Massenaustausch
eingesetzten Materialien zum Einsatz, beispielsweise Zelluloseacetat, regenerierte
Zellulose, Polyacrylnitril, Polypropylen u. dgl. Derartige Membranen sind bekannt
und werden in einem weiten Umfang eingesetzt.
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Die Dicke der Membran ist ebenfalls nicht kritisch und liegt in dem
üblicherweise eingesetzten Bereich von etwa 5-15 um. Die Membrandicke kann eher
bei geringeren Dicken als bei größeren Dicken liegen, da die Gefahr des Brechens
einer derartigen Membran erheblich gesenkt worden ist.
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In den Fig. 4-6 sind verschieden Schnitte durch aufeinandergestapelte
Membranen 36 und 36 gezeigt.
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F i g. 4 zeigt einen Schnitt durch übercinanclergestapelte Membranen
im Bereich der Durchbrechung 50.
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Hieraus ist ersichtlich, daß die Dichtanordnung 70 im ersten Abteil
wirksam ein Eindringen von Slrömungsmedium verhindert, das im darauf folgenden Abteil
durch die Kanäle 58 abströmen kann.
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Andererseits ist in F i g. 5 der Strömungskanal für das zweite Strömungsmedium,
also die Durchbrechung 44, gezeigt. In dieser Ausführungsform verhindert der Abstandshalterrand
38 im ersten Abteil ein Eindringen dieses Strömungsmediums, das im zweiten Abteil
durch die Kanäle 66 in die Zwischenräume 56 austreten kann.
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In Fig. 6 ist weiterhin ein Schnitt durch den mittleren Membranbereich
gezeigt, aus dem die Anordnung der Abstandshalterpunkte 48 über die Gesamtbreitc
der Membran hin ersichtlich ist.
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Ein Membranstapel wird nun auf folgende Weise hergestellt: Zum Auftragen
der Abstandshaltereinriehtungen können die üblichen Verfahren zur Übertragung einer
Schicht eingesetzt werden, insbesondere Druckverfahren, so beispielsweise das Offsetdruckverfahren
und das Siebdruckverfahren. Hiervon ist das Siebdruckverfahren besonders geeignet.
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Bei dem letztgenannten Verfahren wird vorteilhakerweise eine Endlosmembrank:lie
von einer Rolle abgezogen und über eine Siebdruckwalzc geführt, auf der die Abstandshaltennasse
mittels der üblichen Siebdrucktechniken auf die Membl anfolie übertragen wird.
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Dabei ist die Meinbntnfolie derart dimensioniert, daß zugleich mehrere
Muster nebeneinander bedruckt werden. beispielsweise 5-10 Muster.
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Das Bedrucken der Muster erfolgt vorteilhafterweise in der Längsachse,
da hierdurch eine bessere Dimensionierung der Abstandshaltereinrichtungen erhalten
werden kann.
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Die, nachstehend erläuterte Masse, die sich nunmehr in dem entsprechenden
Muster auf der Membranfolie befindet, wird nach der Druckstation in eine Vortrocknungsstation
geleitet, in der der Aushärtungsvorgang angestoßen und zugleich beschleunigt wird.
Eine derartige Vortrocknungsstation wird üblicherweise als Tunncl ausgebildet, in
dem die Folie mehrfach umgelenkt wird.
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I-linter dem Tunnel wird die Folie mit der aushärtenden, noch klebrigen
Masse in die Ablegestation gePahren, in der zunächst die Folie über der Stapelform
positioniert wird, anschließend abgelegt und danach mit Hilfe einer Abkantpresse
exakt auf die Stapeldimension zugeschnitten wird. Nachdem die gewünschte Anzahl
von Membranen abgelegt ist, wird der gebildete Stapel entnommen und abgelegt.
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Wenn das Paket oder der Stapel ausgehärtet ist, werden die Durchbrechungen
42, 44 und 50,52 durch Stanzen oder Bohren angebracht. Anschließend wird dieser
Stapel in das Gehäuse 12 eingelegt, das - wie vorstehend erläutert - gegebenenfalls
unter Druck derart gesetzt werden kann, daß die Gesamthöhe des Pakets um bis zu
10% verringert wird. Danach erfolgt das Dichtschweißen des Gehäuses 12.
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Als aushärtbare Masse für derartige Abstandshaltereinrichtungen kommen
solche Massen in Frage, die einerseits schnell aushärten und andererseits auch im
ausgehärteten Zustand eine gute Biegeelastizität aufweisen. Beispiele für derartige
Massen sind Polyurethan, Silicone oder Polyester.
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Sie sollen für die erfindungsgemäßen Zwecke etwa eine Topfzeit von
wenigstens 5 Min. und eine Aushärten zeit von höchstens 15 Min. aufweisen und im
übrigen für die Siebdruck technik ohne Schwierigkeiten einsetzbar sein. Besonders
bevorzugt von den vorstehenden Materialien ist dabei Polyurethan, das diese Voraussetzungen
erfüllt, keine Füllstoffe aufweist und im übrigen toxikologisch unbedenklich ist,
wenn die Masse ausgehärtet ist.
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Im übrigen können natürlich auch unterschiedliche Membranen zugeführt
werden, d. h. es können Membranen mit anderem Trennverhalten eingesetzt werden,
die etwa im mittleren Teil des Pakets abgelegt werden.
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Beispielsweise kann. etwa 1/ der Membranzahl aus anderen Membranmatcrialien
bestehen, so beispielsweise Membranen, mil denen Mittelmoleküle in der Dialyse abgetrennt
werden. Zur Vereinheitlichung des Abtrennverhaltens kann auch von verschiedenen
Rollen gedruckt werden, da die Membranstärke von Rolle zu Rolle variiert und durch
den Einsatz unterschiedlicher Rollen ein im wesentlichen konstanter Mittelwert erhalten
werden kann.
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Die Vorrichtung ist insbesondere zum Einsatz in einem Hämodialysegerät
geeignet und weist gemäß der in F i g. 1 gezeigten Ausführungsform vier Öffnungen
auf, wobei zwei für die Dialysierflüssigkeit und zwei für Blut vorgesehen sind.
Andererseits kann jedoch auch nur
eine Öffnung für Ultrafiltrat
vorgesehen sein, so daß diese Vorrichtung auch als Plasmafilter eingesetzt werden
kann.
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Weiterhin kann die Vorrichtung jedoch auch für eine weitere Blutbehandlung
eingesetzt werden, beispielsweise in einer künstlichen Lunge.
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Im übrigen stellen die Strömungsmedien Blut und Dialysierflüssigkeit
lediglich eine spezielle Anwendung dar und können ohne weiteres durch andere Fluidarten
ersetzt werden. So kann diese Vorrichtung ohne weiteres zur Konzentrierung von flüssigen
Nahrungsmitteln, Abwasseraufbereitung u. dgl. eingesetzt werden.