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Vorrichtung zur Herstellung von oC-Calciumsulfat-
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Halbhydrat
Die Haupterfindung betrifft eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Calcinierung von
als Nebenprodukt erhaltenem und/oder mineralischem Calciumsulfat-Dihydrat in Dispersion
in einem Calciniermedium, z.B. Schwefelsäure und/oder geeigneten Salzlösungen, zu
i-Calciumsulfat-Halbhydrat und ist unter anderem dadurch gekennzeichnet, daß die
Dispersion durch eine Eingabeeinrichtung kontinuierlich am Anfang eines Calcinierungskanals
bereitstellbar und das OL -Calciumsulfat-Halbhydrat am Ende des Calcinierungskanals
kontinuierlich an einem Auslaß austragbar ist, wobei der Calcinierungskanal eine
Anzahl Calcinierungskam:-mern aufweist, und wobei jede Calcinierungskammer von einem
vorzugsweise stehend angeordneten Behälter umschlossen ist.
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Der Zusatzerfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Reaktionsablauf
in dem Calcinierungskanal noch günstiger-und reproduzierbarer zu gestalten.
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Diese Aufgabe ist durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1
angegebenen Merkmale gelöst. Hierbei ist der bauliche Aufwand verhältnismäßig gering.
Die Geschoßhöhe der solche Vorrichtungen aufnehmenden Fabrikhallen liegt
normalerweise
zwischen 4,50 m und 5,00 m. Vorzugsweise weren deshalb stehend angeodnete Behälter
in Stabdardlänge im Bereich dieser Geschoßhöhe eingesetzt. Bei Bedarf können die
Einzelbehälter auch länger seinm, z.B. ein Vielfaches der Geschoßhöhe. Der Mittelteil
jedes Behälters mit den Rohren und Rohrböden eignet sich ausgezeichnet für eine
wirkungsvolle und gleichmäßige Temperierung der im Innenraum der Rohre strömenden
Dispersion. Die Kapazität der Vorrichtung wird vorzugsweise t'er den Durchmesser
der Behälter variiert. Es endet daher bei in der Länge vorzugsweise standardisierten
Behältern eine Modultechnik Anwendung0 Die Gesamtreaktionszeit soll für die Dispersion
ungefähr 20 min betragen. Der freie Durchmesser der in den Behältern verwendeten
Rohre soll möglichst nicht größer als 100 mm sein. Die Strömungsgeschwindigkeit
der Dispersion in den Rohren soll größer sein als die Sinkgeschwindigkeit der Feststoffpartikel
in der Trägerflüssigkeit der Dispersion. Dadurch wird mit einfachen Mitteln eine
Entmischung der Dispersion verhindert. Eine Entmischung würde bedeuten, daß die
einzelnen Feststoffpartikel nicht mehr optimal reagieren könnten. Vielmehr würden
sich Agglomerate bilden, die zum Anbacken neigen und zum Zusetzen der Rohre führen
können. enn dies dennoch einmal geschehen sollte , können die zugeführenen Rohre
verhältnismäßig leicht mit einer unter Überdruck stehenden Spülflüssigkeit freigespült
werden.
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Gemäß Anspruch 2 kann das Spülgemisch dann durch die Auslaßleitungen
der Behälter in eine Auffangwanne eingeleitet, aufbereitet und reduzirkuliert werden0
Gemäß Anspruch 3 3 ergibt sich eine ur alle Behälter gleiche Durchströmung mit der
Dispersion von oben nach unten. Dies gestalttet die baulich gleiche Ausbildung der
Behälter.
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Die zuvor erwähnte Aufgabe ist auch durch die kennzeichnenden Merkmale
des Anspruchs 4 gelöst. Da hier nur ein einziger Behälter Verwendung-findet, ergibt
sich eine insgesamt sehr kompakte, nur geringen Raum beanspruchende Vorrichtung.
Bei größerem Leistungsbedarf können z.B.
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mehrere derartige Vorrichtungen parallel zueinander betrieben werden.
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Die Merkmale des Anspruchs 5 stellen sicher, dafl auch in den Rohren
mit steigender Strömungsrichtung der Dispersion die Feststoffpartikel entgegen der
Schwerkraft vollständig nach oben durch die Trägerflüssigkeit mitgenommen werden.
Eine Entmischung der Dispersion ist dadurch vermieden. Die kleinere freie Querschnittsfläche
läßt sich z.B. durch weniger Rohre oder Rohre kleineren Durchmessers als in den
Calcinierungskammern mit fallender Strömungsrichtung realisieren.
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Gemäß Anspruch 6 ergibt sich eine verhältnismäßig einfache Uberleitung
der Dispersion von der einen Calcinierungskammer in die nächste.
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Die Zwangsförderpumpe gemäß Anspruch 7 erhält die gewünschte Strömungsgeschwindigkeit
der Dispersion aufrecht. Es kann z.B. eine Kolben-, Zahnrad- oder Schraubenspindelpumpe
verwendet werden. Zur Leistungsanpassung kann die zeitlicheFördermenge der Zwangsförderpumpe
einstellbar sein. Die Mischvorrichtung kann z.B. als vergleichsweise einfacher und
störunanfälliger Drallmischer ausgebildet sein.
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Die zuvor erwähnte Aufgabe ist auch durch die kennzeichnenden Merkmale
des Anspruchs 8 gelöst. Hier sind die Behälter verhältnismäßig einfach im Aufbau
und daher kostengünstig. Das Rührwerk verhindert einerseits ein Absetzen der Feststoffe
der Dispersion am Boden des Behälters und gewährleistet andererseits eine gleichmäßige
Erwärmung
durch die z.B. als äußerer Heizmantel des Behälters ausgebildete Heizeinrichtung.
Während ein erster Behälzter mit frischen Dispersion gefüllt wird, läuft in dem
nächsten die Reaktion ab und wird aus dem dritten Behälter das α-Calciumsulfat-Halbhydrat
abgelassen. Wenn ein vierter und gegebenenfalls noch weitere Behälter vorgesehen
sind, dienen diese als Reservebehälter, die entweder reihum in den Zyklus einbezogen
oder ungenutzt in Reserve verbleiben können, bis einer der aktiven Behälter ausfällt
oder zu Wartungs- oder Überprüfungszwecken aus dem Betrieb genommen wird. Die Beschickung
und Entleerung der Behälter geschieht reihum steuerbar durch eine übergeordnete
Programmsteuerung in an sich bekannter Weise.
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Gemäß Anspruch 9 läßt sich der Wirkungsgrad der Behälter durch gezeilte
Führung der Strämung der Dispersion verbessern.
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Die Merkmale des Anspruchs 10 dienen der Vereinfachung der Beschickung
der einzelnen Behälter mit den betrffenden Komponenten der Dispersion0 Als Fördervorrichtung
kommt z.B. eine Förderschnecke zum Einsatz.
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Als Mischvorrichtung gemäß Anspruch 11 kommt z.B. ein Drallmischer
in Betracht, in dem z.B. als Hauptkomponente das Calciumsaulfat-Dihydrat und als
Nebenkomponente schwefelsaure Salze des Magnesiums, insbesondere Magnesiumsulfat,
miteinander vermischt werden, bevor sie in die Fördervorrichtungeingetragen werden.
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Mit den Merkmalen des Anspruchs 12 ergibt sich eine Vorrichtung mit
optimal kurzen Verbindungsleitungen und relativ geringem Grundflächenbedarf. Die
einzelnen Behälter bleiben weiterhin sehr gut für Montage- und Wartungszwecke von
allen Seiten zugänglich.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 die teilweise längsgeschnittene Seitenansicht einer
Vorrichtung mit drei in Reihe geschalteten Behältern, Fig. 2 einen Längsschnitt
gemäß Linie 2-2 in Fig. 3 durch eine andere, nur einen Behälter aufweisende Ausführungsform,
Fig. 3 die Schnittansicht nach Linie 3-3 in Fig. 2, Fig. 4 eine teilweise geschnittene
Seitenansicht einer anderen Ausführungsform mit vier parallel geschalteten Behältern
und Fig. 5 die Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform mit ebenfalls vier parallel
geschalteten, jedoch auf einem Kreis angeordneten Behältern.
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Die in Fig. 1 dargestellte Calcinierungsvorrichtung weist drei in
Reihe geschaltete Behälter 80, 81 und 82 auf. Calciumsulfat-Dihydrat wird mit einer
Zwangsförderpumpe 83 durch eine Leitung 84 in eine als Drallmischer ausgebildete
Mischvorrichtung 85 gedrückt. Der Mischvorrichtung 85 wird ferner über eine Leitung
86 Calciniermedium und huber eine Leitung 87 Magnesiumsulfat jeweils dosiert zugeführt.
Dadurch ist eine Eingabeeinrichtung 88 geschaffen, die die fertige Dispersion über
eine Leitung 89 kontinuierlich in einen Einlaßstutzen 90 des Behälters 80 einspeist.
Jeder der Behälter 80 bis 82 ist in der gleicht Weise ausgebildet, so daß es genügt,
die Einzelheiten des Behälters 80 näher zu beschreiben.
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Der Behälter 80 weist einen Deckel 91 mit einem Deckel-
raum
92, ein kreiszylindrisches Mittelteil 93 mit endseitigen Rohrböden 94 und 95 sowie
damit dicht verbundenen Rohren 96 und einen Boden 97 mit einem Bodenraum 98 auf.
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Innenräume 99 der Rohre 96, der Deckelraum 92 und der Bodenraum 98
jedes der Behalter 80 bis 82 bilden eine Calcinierungskammer 9, 5 die ihrerseits
Bestandteil des Calcinierungskanals 13 ist.
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Ein Zwischenraum 100 zwischen den Rohren 96 wird von einem Heizmedium
beliebiger geeigneter Art durchströmt, das über eine gemeinsame Versorgungsleitung
1101 an einen Einlaßstutzen 102 jedes der Behälter 80 bis 82 geführt und nach dem
Durchstömen des Zwischenraums 100 aus einem Auslaßstutzen 103 jedes Behälters 80
bis 82 austritt und mit eines Sammelleitung 104 abgeführt wird0 Normalerweise verläßt
die Dispersion den Bodenraum 98 des Behälters 80 durch einen Äuslaßstutzen 905 und
gelangt über eine Leitung 106 in den Einlaßstutzen 90 des nächstfolgenden Behälters
81 o Dies wiederholt sich, bis schließlich das α-Calciumsulfat-Halbhydrat
aus dem einen Auslaß 15 der Calcinierungsvorrichtung darstellenden Auslaßstutzen
1û5 des Behälters 82 durch eine Leitung 107 ausgetragen wird0 In die Leitungen 106,
107 ist jeweils unterhalb des Auslaßstutzens 105 der Behälter 80 bis 82 ein Wegeventil
108 eingeschaltet, das normalerweise den soeben geschilderten Durchlauf der Dispersion
durch die Calcinierungsvorrichtung gestattet. Zu Reinigungs- und Wartungszwecken
oder zur Beseitigung von eventuellen Verstopfungen in den Behältern 80 bis 82 werden
die Wegeventile 108 umgeschaltet, so daß eine Verbindung zwischen den Auslaßstutzen
105 und einer in eine Auffangwanne 109 mündenden Ablaßleitung 110 hergestellt ist
, Dazu wird außerdem z0B0 durch die Einlaßstutzen 90, durch die Behälter 80 bis
82 eine Spülflüssigkeit unter geeignetem
Druck hindurchgetrieben.
Ist der Reinigungsvorgang abgeschlossen, wird nach Umschaltung der Wegeventile 108
wieder auf den normalen Calcinierungsbetrieb übergegangen.
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Die Fig. 2 und 3 zeigen eine andere Calcinierungsvorrichtung mit nur
einem stehend angeordneten Behälter 111. Das Innere des Deckels 91 ist durch eine
im Querschnitt (Fig. 3) T-förmige Trennwand 112 in Deckelraumteile 113 und 114 von
viertelkreisförmiger Querschnittsfläche und einen Deckelraumteil 115 von halbkreisförmiger
Querschnittsfläche unterteilt. Die Trennwand 112 erstreckt sich nach unten hin in
dichte Berührung mit dem Rohrboden 94.
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In ähnlicher Weise ist das Innere des Bodens 97 durch eine gerade,
sich quer durch den gesamten Boden 97 erstreckende und in dichter Berührung mit
dem Rohrboden 95 stehende Trennwand 116 in zwei gleich große, im Querschnitt halbkreisförmige
Bodenraumteile 117 und 118 unterteilt.
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Die Dispersion wird über die Leitung 89 in den Einlaßstutzen 90 des
Deckels 91 und von dort in den Deckelraumteil 113 gedrückt. Von dem Deckelraumteil
113 gehen nach unten hin Rohre 119, die an dem Rohrboden 95 in den Bodenraumteil
117 münden. Innenräume 120 der Rohre 119 sind von verhältnismäßig großer Querschnittsfläche
und bilden zusammen mit dem Deckelraumteil 113 und dem mit ihnen fluchtenden Bodenraumteil
117 eine erste der vier in Fig. 3 angedeuteten, jeweils in einem Längsviertel des
Behälters 111 vorgesehenen Calcinierungskammern 9. Die Dispersion durchströmt den
Bodenraumteil 117 und wird darin um 1800 umgelenkt und in Rohre 121 mit steigender
Strömungsrichtung eingedrUckt. Die Rohre 121 sind wiederum in einem Quadranten des
Behälters 111 untergebracht und weisen mit ihren Innenräumen 122 eine insgesamt
kleinere freie Querschnittsfläche auf als die Rohre 119.
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So ist die Strömungsgeschwindigkeit in den Rohren 121 größer als in
den Rohren 119, damit die Feststoffpartikel der Dispersion sicher und vollständig
nach oben bis in den Deckelraumteil 115 transportiert werden. Dabei ist davon ausgegangen
, daß die Anzahl der Rohre 119 und der Rohre 122 jeweils gleich ist.
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In dem Deckelraumteil 115 wird die ispersion erneut um 1800 umgelenkt
und abwärts in ein weiteres Bündel aus den Rohren 119 eingedrückt. Von dort gelangt
die Dispersion in den Bodenraumteil 118, wo eine erneute Umlenkung um 1800 in ein
weiteres Bündel der Rohre 121 stattfindet.
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In diesen letzteren Rohren 121 wird die Dispersion mit erhöhter Strömungsgeschwindigkeit
nach oben gedruckt bis in den Deckelraumteil 114, der mit dem Auslaß 15 versehen
ist.
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Schematisch ist dieser Strömungsverlauft der Dispersion in Fig0 .
3 mit einer mehrfach umgelenkten gepfeilten Linie 123 angedeutet.
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Fig. 4 zeigt eine weitere Calcinierungsvorrichtung. Dort führen nur
die Leitungen 84 und 87 mit Calciumsulfat.
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Dihydrat bzw. Magnesiumsulfat in die Mischvorrichtung 85 hinein. Die
Leitung 89 führt das Gemisch in eine schnekkenartig ausgebildete , langgestreckte
Fördervorrichtung 124, die durch einen Antrieb 125 drehend antreibbar ist und das
Gemisch zu jeweils ein Absperrorgan 126 bis 129 aufweisenden Einlaßleitungen von
Behältern 130 bis 133 transportiert In jeden der Behälter 130 bis 133 wird ferner
durch eine mit einem Absperrorgan 134 bis 137 versehene Einlaßleitung 139 bis 142
Calciniermedium gesteuert eingegeben0 Jeder der Behälter 130 bis 133 umschließt
eine der Calcinierungskammern 9 und ist mit einem Rührer 143 ausgestattet. En jedem
Behälter 130 bis 153 sind ferner Ein-
bauten in Gestalt eines Leitrohrs
144 und von Strombrechern 145 zur Durchmischung und Führung der Strömung der Dispersion
in der bei dem Behälter 130 durch Pfeile gekennzeichneten Weise angebracht. Die
Dispersion wird also in diesem Fall erst in den Behältern130 bis 133 dru*-los angemischt
und steht darin bis zu einer Spiegellinie 146, über deren Höhenlage die Leistung
der Anlage einstellbar ist.
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Jeder der Behälter 130 bis 133 weist ferner eine Heizeinrichtung 147
in Gestalt eines äußeren Heizmantels auf, der sich im Abstand von dem jeweiligen
Behälter 130 bis 133 befindet. Der so entstehende Zwischenraum wird über die Versorgungsleitung
101 mit einem geeigneten Heizmedium beschickt, wobei vor jedem Einlaßstutzen 102
ein Absperrorgan 148 bis 151 zur wahlweisen Aktivierung der Heizeinrichtung 147
vorgesehen ist.
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Jeder der Behälter 130 bis 133 weist ferner eine mit einem Absperrorgan
152 bis 155 versehene Auslaßleitung 156 bis 159 auf, die in den gemeinsamen Auslaß
15 für das d -Calciumsulfat-Halbhydrat münden.
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Die Calcinierungsvorrichtung gemäß Fig. 4 funktioniert wie folgt:
Zu einem bestimmten Zeitpunkt wird der Behälter 130 bei geschlossenem Absperrorgan
152 und geöffneten Absperrorganen 126, 134 mit den Komponenten der Dispersion gefüllt.
Der zugehörige Rührer 143 läuft und bewirkt -eine Mischung und Zirkulation der entstehenden
Dispersion.
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Gleichzeitig ist die zugehörige Heizeinrichtung 147 bei geöffnetem
Absperrorgan 148 und geöffnetem Auslaßstutzen 103 in Betrieb. Um die Reaktion in
dem Behälter 130 in diesem Füllstadium noch nicht oder noch nicht in vollem Umfang
ablaufen zu lassen, kann die Heizeinrichtung 147 dieses Behälters 130 auch gedrosselt
oder sogar abgestellt sein.
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Während derselben Zeit, zu der der Behälter 130 mit Dispersion gefüllt
wird, läuft in dem dazu parallel geschalteten Behälter 131 die Reaktion der dort
schon enthaltenen Dispersion ab. Die Heizeinrichtung 147 des Behälters 131
ist
dazu beA geöffnetem Absperrorgan 149 in Betrieb.
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Zu derselben Zeit wird aus dem wiederum parallel geschalteten Behälter
132 das fertige sCalcilamsulfat-Halbhydrat bei geöffnetem Absperrorgan 154 durch
die Auslaußleitung 158 und den Auslaß 15 abgelassen Zu dieser selben Zeit ist der
letzten ebenfalls parallel geschaltete Behälter 133 in Fig 4 leer und außer Betrieb.
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Dieser Behälter 133 kann entweder in Reserve gehalten werden für den
Fall , daß einer der Behälter 130 bis 132 ausfällt oder gewartet und repariert werden
muß. Der Behälter 133 kann aber auch in den kontinuierlichen Herstellungszyklus
einbezogen werden. In diesem Fall würde zOBo in dem nächsten Herstellungstakt der
Behälter 133, wie zuvor für den Behälter 130 beschrieben, mit Dispersion gefüllt,
während zum selben Zeitpunkt die Reaktion in dem Behälter 130 vonstatten geht und
der Behälter 131 vom dem hergestellten α-Calciumsulfat-Halbhydrat entleert
wird. In diesem Zyklus bliebe dann der Behälter 132 leer und außer Betriebs Die
relative Steuerung der verschiedenen Absperrorgane in Fig. 4 geschieht in an sich
bekannter Weise durch eine nicht dargestellte übergeordnete Programmteuerung. Durch
die Einlaßleitungen 139 bis 142 kann durch zusätzliche Betätigung der Absperrorgane
134 bis 137 Calciniermedium auch noch während der Reaktionsphase in die Behälter
130 bis 133 eingespeist werden wem dies zur Einstellung der Konzentration des Calciniermediums
in der reagierenden Dispersion wünschenswert erscheint.
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Bei der Calcinierungsvorrichtung gemäß Fig. 5 sind Funktion und Aufbau
grundsätzlich gleich wie bei der Calcinierungsvorrichtung gemäß Fig. 4 Wesentlicher
Unterschied ist bei der Calcinierungsvorrichtung gemäß Fig, 5 jedoch
der,
daß Längsachsen 160 der weiterhin stehend angeordneten Behälter 130 bis 133 an den
Ecken eines Quadrats auf einem Kreis 161 angeordnet sind. Die Fördervorrichtung
124 ist in diesem Fall günstig kurz. Die Leitung 89 mündet in der Längsmitte der
Fördervorrichtung 124. Eine Schnecke 162 der Fördervorrichtung 124 wird in dem Fall
der Fig. 5 durch den in der Drehrichtung umkehrbaren Antrieb 125 wahlweise in der
einen oder der entgegengesetzten Drehrichtung angetrieben, wodurch sich eine Förderung
des Gemisches von der Leitung 89 aus entweder nach links oder nach rechts, wie durch
Pfeile angedeutet, ergibt.
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Alle vorstehend erwähnten Behälter 80 bis 82, 111 und 130 bis 133
sind, obgleich dies in den Zeichnungen zur Vereinfachung nicht dargestellt ist,
jeweils oben in an sich bekannter Weise mit einer Entlüftung versehen.