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Gasfilter
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Für das Abscheiden von Gas- oder Dampfbeimengungen aus einem großen
Gasstrom gibt es großtechnische Gasabscheideanlagen, bei denen die Gas- oder Dampfbeimengungen
mittels großflächiger und großvolumiger Gasfilter aus dem Hauptgasstrom herausgefiltert
werden und anschließend durch Auswaschen der Filter wieder zurückgewonnen werden.
Die Filter werden nach dem Waschvorgang wieder eingesetzt. Diese großtechnischen
Gasabscheideanlagen arbeiten zuverlässig und ab einem bestimmten Mengenstrom auch
wirtschaftlich.
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Für kleinere Mengenströme, beispielsweise für das Abscheiden von Schadgasen
oder -dämpfen, aus der Umgebungsluft eines Arbeitsplatzes sind diese großtechnischen
Anlagen meist viel zu unwirtschaftlich. Dafür werden kleinere Gasfilter mit Aktivkohleeinsatzes
verwendet, bei denen das Filtermaterial, nämlich die Aktivkohle, zusammen mit dem
darin abgeschiedenen Schadgas als Ganzes beseitigt wird und jeweils durch neues
Filtermaterial ersetzt wird.
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Diese kleintechnischen Gasfilter gibt es in zwei unterschiedlichen
Ausführungsformen, nämlich als Patronenfilter und als Plattenfilter.
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Bei den Patronenfiltern sind auf einer gemeinsamen Grundplatte mit
Durchgangslöchern eine Gruppe von Aktivkohlepatronen in rechteckiger Flächenformation
nebeneinander angeordnet. Die Filterpatronen
sind hohlzylindrische
Körper mit je einer gasdurc!#1:js9i<Jei0 .iuf ren und inneren Umfangswand. Die
lichte Weite ZWiSCherl den beiden Umfangswänden beträgt ca. 20 mm. In diesen Ringraum
sind ungebundene Aktivkohlekörner eingeschüttet und eingerüttelt. Die eine Stirnseite
wird durch einen Deckel vollständig geschlossen. Bei der anderen Stirnseite ist
durch einen Boden der kreisringförmige Zwischenraum ebenfalls abgeschlossen. In
der Mitte enthält der Boden eine Austrittsöffnung und meist auch eine Einrichtung,
die es ermöglicht, die Filterpatrone in der Grundplatte dicht einzusetzen, beispielsweise
einzuschrauben. Auf der Unterseite der Grundplatte ist ein Gebläse angeordnet, das
die Luft durch die Austrittsöffnungen im Boden einer jeden Filterpatrone absaugt.
Auf der anderen Seite strömt die zu reinigende Luft jeweils über die äußere Umfangswand
der Filterpatronen in den Ringraum mit der Aktivkohle ein und tritt an der inneren
Umfangswand in den Innenraum über. In der Aktivkohleschicht der Patronen sollte
die Strömungsgeschwindigkeit den Wert von 0,5 mis nicht überschreiten, um eine Abscheidung
der Schadgase zu erreichen.
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Bei den Filterpatronen läßt sich eine größere Schichtdicke der Aktivkohle
als etwa 20 mm deswegen nicht verwirklichen, weil sonst das Oberflächenverhältnis
zwischen der Einströmfläche und der Ausströmfläche sehr ungünstig würde und dabei
die äußeren Schichten der Aktivkohle zu wenig und die inneren Schichten zu stark
beaufschlagt und belastet würden. Letztlich begrenzt die am stärksten belastete
Schicht die Aufnahmefähigkeit der gesamten Filterpatrone. Eine Verminderung dieses
Nachteils durch eine Vergrößerung der Ringweite scheidet aus, weil sonst der umbaute
Raum für die Filterpatronen unverhältnismäßig groß würde. Der Hohlraum im Inneren
der Filterpatrone kann ja anderweitig nicht genutzt werden. Daher bleibt bei Patronenfiltern
nur übrig, für einen größeren Gasdurchsatz oder für eine größere Abscheidemenge
an Schadgasen, d. h. an Gasen die ein höheres Molekulargewicht als die Luftbestandteile
haben, die Anzahl der Filterpatronen zu
vergrößern. Das erfordert
aber entsprechend umständliche und teure Gasführungsmaßnahmen. Die Aufnahmerahmen
für die Filterpatronen mit der Grundplatte und weiteren Teilen sind sehr aufwendig
und teuer. Das gleiche gilt für die sichere und dichte Befestigung der Filterpatronen
an der Grundplatte.
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Die Patronenfilter haben aber auch noch den weiteren Nachteil, dciß
ihre Filterpatronen in der Regel nur beim Hersteller befüllt werden können. Die
geringe Schichtdicke führt nämlich leicht dazu, daß die Aktivkohlekörner beim Einfüllen
sich untereinander verkeilen und dadurch Raumbereiche entstehen, die nicht die erforderliche
Schüttdichte haben. An diesen Stellen können Schadgasdurchbrüche auftreten, die
je nach der Natur der Schadgase für die Menschen im Bereich der gefilterten Luft
sehr unangenehm oder gar schädlich sein können. Das kann dazu führen, daß die geforderten
MAK-Werte nicht mehr eingehalten werden können, oder daß zur Vermeidung dessen das
Patronenfilter in der Weise überdimensioniert werden muß, daß ein zweites unabhängiges
Filtersystem dahinter angeordnet. werden muß. Dieses zweite Filtersystem trägt aber
zur eigentlichen Filterung wenig bei.
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Das zur Vermeidung solcher Schadgasdurchbrüche notwendige dichte Einrütteln
der Filtermasse kann nicht am Einsatzort der Filterpatronen sondern nur im Werk
mit Hilfe einer entsprechend ausgebildeten Rüttelvorrichtung durchgeführt werden.
Die aus stranggepreßten Kohlepreßlingen hergestellten Kohlekörner sind aufgrund
ihres Herstellungsverfahrens verhältnismäßig grobkörnig. Im Filterringraum sollen
sie sich gegenseitig verkeilen, um bei den aufgrund der Luftströmungen unvermeidlichen
Erschütterungen des IEohlel)ettes sich nicht zu lockern. Gerade diese Verkeilung
der lSolllekörncr führt aber dazu, daß dann, wenn an tiefer gelegenen Stellen cioch
einmal eine Sctzbewegung der Filtermasse stattgefundcn hat, aus den darüber liegenden
Schichten ein Nachrutschen oder Naciirie#;#'ln nicht möglich ist.
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Diese Erscheinungen, nämlich die Bildung von Nestern mit gerierer
Schüttdichte und entsprechend größerer Gefahr von Schadg durchbrüchen tritt besonders
leicht beim Transport der Filteri)atronen auf. Eine solche Verschlechterung der
ursprünglich guten Schüttung und eine entsprechende Verringerung der ursprünql lt'#0
ausreichenden Schüttdichte bleibt in der Regel unbenierkt und ist daher besonders
gefährlich.
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Da in einem Patronenfilter stets mehrere Filterpatronen, in der Regel
25 oder ein Mehrfaches davon, untergebracht sind, müssen alle Patronen einzeln dicht
in den Durchgangslöchern der Grundplatte eingesetzt werden. Sie werden dabei entweder
auf einer Dichtung aufgesetzt und festgeklemmt oder unter Zwischenfügen einer Dichtung
eingeschraubt. Das erfordert ein sorgfältiges Arbeiten des Bedienungspersonals,
weil schon eine Undichtigkeit bei nur einer Filterpatrone ein Durchströmen von Schadgasen
und dieses entsprechend schädliche Auswirkungen haben kann.
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Bei einem Plattenfilter werden einere größeren Anzahl von Filter platten
in einen Aufnahmerahmen eingesetzt, in welchem sie, im Grundriß betrachtet, umschichtig
V-förmig angeordnet sind. Dieser Aufnahmerahmen wird in ein Gehäuse mit Einström-
und Ausströmöffnungen eingesetzt. Der Zustrom des zu reinigenden Gases erfolgt auf
der einen Stirnseite des Aufnahmerahmens in die offenen, keiförmig sich verjüngenden
Räume hinein. Nach dem Durchströmen der Filterplatten tritt das gereinigte Gas auf
der anderen Stirnseite aus den ebenfalls keilförmig sich öffnenden Räumen wieder
aus dem Aufnahmerahmen aus.
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In diesen Filterplatten sind die stäbchenförmigen Kohlekörner, die
wiederum aus stranggepreßten Kohlepreßlingen hergestellL ii.nd, mittels eines Bindemittels
fest gebunden. Die Kohlekörner können sich in diesen Filterplatten nicht verschieben.
Die einmal erreichte Schüttdichte bleibt also erhalten. Diese Filterplatten
haben
aber den großen Nachteil, daß sie handelsüblich nur 16 mm dick sind und aus technologischen
Gründen praktisch nicht dicker hergestellt werden können. Dadurch ist ihre Abscheidefähigkeit
begrenzt t weil diese eine gewisse Schichtdicke voraussetzt. Auaußerdem ist dadurch
die Aufnahmefähigkeit der Filterplatten auf ein bestimmtes Maß begrenzt, bezogen
auf einen gegebenen Bauraum des Filters. Aufgrund der V-förmigen Anordnung der Filterplatten
im Aufnahmerahmen wird innerhalb eines bestimmten Bauraumes nur eine bestimmte,
verhältnismäßig niedrige Filterkapazität erreicht, die nicht beliebig vergrößert
werden kann. Eine Vergrößerung der Filterkapazität ist nur über eine Vergrößerung
der Filtereinrichtung selbst mit entsprechend größerem Bauraum möglich.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gasfilter, insbesondere
für kleintechnische Gasabscheideanlagen, zu schaffen, das bei vorgegebenem Bauraum
eine höhere Filterleistung und eine größere Zuverlässigkeit der Abscheidung der
Schadgase hat, als die herkömmlichen Filter, Diese Aufgabe wird durch ein Gasfilter
mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Durch die quaderförmige Ausbildung des Filtereinsatzes mit einer Durchströmung
von der einen großen Stirnseite zur anderen großen Stirnseite wird eine gleichmäßige
Durchströmung der gesamten Filtermasse erreicht, so daß in jeder Schichttiefe die
gesamte Querschnittsfläche der Filtermasse gleichmäßig belastet ist und damit die
bestmögliche Ausnutzung der Filtermasse erreicht wird. Die auf der Anströmseite
liegende gasdurchlässige kammerwand dient dabei der Beruhigung des Gasstromes, indem
sie die auf ihrer Außenseite etwa auftretenden turbulenten Strömungen von der Filterrasse
fernhält und bereits in der obersten Schicht der Filtermasse eine beruhigte und
daher besonders wirksame Durchströmung
vorliegt. Aufgrund der großen
Schichtdicke von weriigstej#s I>O #U mm ergibt sich eine sehr gründliche Filterwirkung,
weil die zu reinigenden Gase eine verhältnismäßig große Verweildauer innerhalb der
Filtermasse haben. Dadurch sind Schadgasdurchbrüche praktisch ausgeschlossen, so
daß man auch bei sehr unangenehmen oder gefährlichen Schadgasen auf ein nachgeschaltetes
Sicherheitsfilter verzichten kann, welches bei herkömmlichen Filtern die Kosten
erhöht und außer einer höheren Sicherheit zur Filterwirkung des Hauptfilters nur
wenig oder gar nichts beiträgt. Durch die große Schichtdicke von mindestens 50 mm
wird außerdem eine hohe Aufnahmefähigkeit für die ausgefilterten Schadgase erreicht,
die im Vergleich zu der gleichen Filtermasse bei einem Patronenfilter oder auch
bei einem Plattenfilter ungefähr den 1,6...1,7-fachen Wert beträgt. Aufgrund der
großen Schichtdicke ist ein Kammerfilter auch verhältnismäßig unempfindlich in Bezug
auf den Einfüllvorgang der Filtermasse, weil diese nicht eingerüttelt werden muß,
wenngleich eine zusätzliche Rüttelung die Wirksamkeit des Filters in der Anfangsphase,
d. h. während der ersten Betriebsminuten, geringfügig verbessert. Aufgrund dieser
Unempfindlichkeit der Filtermasse kann sie vom Betreiber selbst eingefüllt werden.
Dadurch wird eine Neubefüllung des Kammerfilters wesentlich billiger als beim Patronenfilter,
die bei diesem nur beim Hersteller erfolgen kann. Dadurch werden die Kosten einer
Neubefüllung um etwa das 8... 10-fache geringer als beim Patronenfilter. Im Vergleich
zum Plattenfilter beträgt die Verbilligung immer noch etwas das 4...5-fache.
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Bei einer Ausgestaltung des Gasfilters nach Anspruch 2 wird durch
die lotrechte Ausrichtung der Filterkammer nur eine verhältnismäßig geringe Grundrißfläche
beansprucht. Bei der vom Betreiber durchzuführenden unverdichteten Schüttung der
Filtermasse, die bis zum oberen Rand der Filterkammer erfolgt, kann außerdem bei
einem zusätzlichen Rüttelvorgang oder durch unvermeidliche Erschütterungen
während
des Betriebes ein Setzen der Filtermasse hingenommen werden, ohne daß dann ein Teilbereich
der gasdurchlässigen Filterwand freiliegen würde und es zu eihem unerwünschten Schadgasdurchbruch
kommen könnte.
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Bei einer Ausgestaltung des Gasfilters nach Anspruch 3 wird, bezogen
auf eine bestimmte Füllmasse, eine sehr kompakte Bauweise des Filtereinsatzes erreicht,
der auch verhältnismäßig einfach und billig hergestellt werden kann und beim Entleeren
und Neubefüllen leicht bedient werden kann. Durch die durchgehenden Seitenwände
und durch den gemeinsamen Deckel wird außerdem der Zwischenraum strömungstechnisch
von dem Außenraum abgetrennt, so daß dafür besondere Maßnahmen nicht erforderlich
sind. Bei der Weiterbildung des Gasfilters nach Anspruch 4 werden die international
genormten Abmessungen für Aufnahmerahmen voll ausgenutzt und somit die größtmögliche
Filterwirkung je Raumeinheit erreicht.
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Bei einer Ausgestaltung des Gasfilters nach Anspruch 5 werden die
w.ihrend des Betriebes unvermeidlich auftretenden Erschütterungen der Filterkammern
zu einer weiteren Verdichtung der Filtermasse genutzt, wodurch in jedem Falle die
Bildung von Hohlnestern vermieden wird. Außerdem kann dadurch um so eher auf ein
Einrütteln der Filtermasse verzichtet werden, so daß der Betreiber sich eine gesonderte
Rütteleinrichtung ersparen kann.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen zum Teil schematisierten
Vertikalschnitt eines Gasfilters gemäß der Erfindung; tig 2 eine vergrößert dargestellte
abgewandelte Aufhängung für den Filtereinsatz im Gasfilter nach Fig. 1.
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Das Gaefilter 1 weist als Hauptbaugruppen ein Gehäuse 2, einen riltereinsatz
3 und ein Gebläse 4 auf.
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Das Gehäuse 2 hat einen quadratischen Grundriß und hat näherungs-Weise
die torm eines aufrecht stehenden Quaders. Es hat einen näherungsweise dachförmigen
Deckel 5, der vom Unterteil oder Hauptteil 6 abgen#mmen werden kann und daran mittels
üblicher Hakenschnappverschlüsse befestigt werden kann. An der höchsten Stelle des
Deckels 5 eind eine oder zwei Einströmöffnungen 7 vorhanden, an die ein flohretutzen
8 anschließt. Im unteren Bereich des Hauptteils S des GehAu8es 2 sind an zwei einander
gegenüberliegenden Seitenwänden Je eine Ausatrömöffnung 9 vorhanden. Diese münden
frei in die Umgebung. Daran können jedoch ebenfalls Rohrstutzen anschlie#en, an
die dann weitere Rohrleitungen angeschlossen werden können. Wenn die Ausströmöffnungen
9, wie dargestellt, frei münden, werden sie mittels je eines Schutzgitters 11 gegen
unbefugtes Hineingreifen abgesichert. In diesem unteren Bereich des Gehäusehauptteils
6, in dem sich die Ausströmöffnungen 9 befinden, ist das Gebläse 4 angeordnet, das
von einem Elektromotor angetrieben wird. Das Gebläse 4 ist mittels eines Einlauftrichters
12 am Rande einer groben Durchlaßöffnung eines Zwischenbodens 13 aufgehängt. Der
Zwischerboden 13 dient zugleich als Luftleitblech, welches verhindert, daß die durch
das Gehäuse hindurchströmende Luft am Gebläse 4 vorbeistreichen könnte.
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Im Inneren des Gehäusehauptteils 6 ist wenig oberhalb des Zwischenbodens
13 eine umlaufende Tragleiste 14 fest angeordnet, die der Auflage und Halterung
des Filtereinsatzes 3 dient. Oberhalb des Filtereinsatzes ist eine zweite umlaufende
Tragleiste 15 vorhanden, die der Aufnahme und Halterung eines herkömmlichen Feinstaubfilters
16 dient. Diese Tragleiste 15 kann aber auch als ein vom Gehäuse abnehmbares Teil,
nämlich als Tragrahmen, ausgebildet sein, der beispielsweise am oberen Rand des
Gehäusehauptteils 6 eingehängt wird.
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Am Boden 17 des Gehäusehauptteils 6 sind vier Laufrollen 18 angeordnet,
von denen wenigstens zwei, besser alle vier, als Lenkrollen ausgebildet sind.
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Der Filtereinsatz 3 ist als Kammerfilter ausgebildet. Er weist vier
Filterkammern 21 ... 24 auf. Jede dieser Filterkammern hat einen quaderförmigen
Mantel. Jede der Filterkammern 21 ... 24 weist zwei voneinander abgekehrte großflächige
Stirnwände 25 und 26 auf, die lotrecht ausgerichtet sind und in Fig. 1 normal zur
Zeichenebene verlaufen. Diese Stirnwände 25 und 26 einer jeden Filterkammer 21 ...
24 haben einen lichten Abstand von wenigstens 50 mm, vorzugsweise jedoch von 100
mm. Der Außenabstand zweier benachbarter Filterkammern beträgt ca. 50 mm. Die beiden
Stirnwände 25 und 26 sind bei allen Filterkammern gasdurchlässig und beispielsweise
als Lochblechwände ausgebildet. An den in Fig. 1 parallel zur Zeichenebene verlaufenden
Seiten sind die vier Filterkammern 21 ... 24 mit je einer ihnen allen gemeinsamen
durchgehenden Seitenwand 27 verschlossen, von denen bei der in Fig. 1 hinten gelegenen
Seitenwand 27 nur die zwischen zwei Filterkammern verlaufenden Abschnitte sichtbar
sind. Dabei ist zu berücksichtigen, daß in Fig. 1 in den Zwischenräumen zwischen
zwei Filterkammern der obere bzw. untere Rand dieser Seitenwand 27 der besserer
Übersichtlichkeit der Darstellung wegen nicht eingezeichnct wurde. An der in Fig.
1 normal zur Zeichenebene verlaufenden
Seite, die am aufrecht stehenden
Gasfilter unten liegt, sind i vier Filterkammern 21 ... 24 durch je einen Boden
28 verschlossen.
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In der gleichen Ebene ist der Zwischenraum zwischen den beiden mittleren
Filterkammern 22 und 23 durch einen Zwischenboden 19 verschlossen, der einstückig
mit dem Boden 28 der beiden ben.ìcbbarten Filterkammern 22 und 23 ausgebildet ist.
An der in Fig.
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ebenfalls normal zur Zeichenebene ausgerichteten, am aufrecht stehenden
Gasfilter oben gelegenen Seite, sind die Filterkammern 21 ... 24 offen. Dort werden
die beiden Filterkarìmern 21 und 22 und die beiden Filterkammern 25 und 24 je paarweise
durch einen gemeinsamen Deckel 31 bzw. 32 verschlossen, der zugleich den Zwischenraum
zwischen ihnen nach oben verschließt. Die Deckel 31 und 32 sind auf ihrer Innenseite
mit je einer eingeklebten Neoprendichtung versehen. Für den sicheren Halt der Deckel
31 und 32 sorgen je zwei Verschraubungen 33 bzw. 34, die von beiden Enden der Deckel
durch je einen an der Seitenwand 27 angeschweißten Haltewinkel mit einem Gewindeloch
und durch je eine Kopfschraube gebildet werden, die durch ein Durchgangsloch im
Deckel hindurchgesteckt und in den Haltewinkel eingeschraubt ist.
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Bei jeder der vier Filterkammern 21 ... 24 sind die Stirnwände 25
und 26 in ihrem an die Deckel 31 bzw. 32 angrenzenden obersten Bereich 35 auf etwa
10 °Ó der Gesamthöhe der Filterkammern gasundurchlässig ausgeführt.
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Die vier Filterkammern 21 ... 24 sind mit Aktivkohle gefüllt, die
lose eingeschüttet wird und allenfalls leicht eingerüttelt wird.
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Diese Aktivkohle hat die Form von Kohlekörnern, die aus stranggepreßten
Kohlepreßlingen hergestellt wird, indem diese in kurze Stücke geschnitten werden.
Diese Filtermasse hat überall weitestgehend das gleiche Schüttgewicht. Soweit sie
sich durch einen Einrüttelvorgang oder durch im Verlauf des Betriebes auftretende
Erschütterungen etwas setzen sollte, wird die Obergrenze
der Füllung
immer noch auf der Höhe des gasundurchlässigen Bereiches 35 der im übrigen gasddrchlässigen
Stirnwände 25 und 26 bleiben.
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Beim Filtereinsatz 3 sind mit Ausnahme der zum größten Teil gasdurchlässigen
Stirnwände 25 und 26 einer jeden Filterkalnmer 21 ... 24 die anderen Teile aus normalem
Stahlblech hergestellt. Mit Ausnahme der Deckel 31 und 32 werden alle übrigen Teile
des Filtereinsatzes 3 durch Schweißen, und zwar bevorzugt durch Punktschweißen,
miteinander verbunden, so daß der Filtereinsatz 3 einen stabilen Kasten darstellt.
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Die beiden Filterkammern 21 und 22 werden durch den gemeinsamen Deckel
31 und die Filterkammern 23 und 24 durch den gemeinsamen Deckel 32 strömungstechnisch
dadurch paarweise zusammengefaßt, daß ein von der Einströmöffnung 7 herkommender
Gasstrom nur auf den voneinander abgekehrten beiden äußeren Stirnwänden aus in die
Filterkammern eintreten kann. Nach dem Durchströmen der Filtermasse tritt dieser
Gasstrom an den beiden einander zugekehrten inneren Stirnwänden wieder aus und verläßt
das Filterkammerpaar durch den zwischen ihnen gelegenen Zwischenraum und gelangt
in den Vorraum vor dem Einlauftrichter 12 des Gebläses 4. Vom Cls 4 wird das gereinigte
Gas durch die Ausströmöffnungen 9 aus dem Gehäuse 2 hinaus in die Umgebung geblasen.
Falls eine gezielte Rückführung dieses austretenden Gasstromes erwünscht ist, wird
eine entsprechende Gasleitung an den Ausströmöffnungen 9 angeschlossen.
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Aus Fig. 2 ist eine abgewandelte Abstützung für den Filtereiniatz
3 ersici#t1ich. Dabei ist der Filtereinsatz 3 nicht unmittel-3i nur der Tragleiste
14 am Gehäusehauptteil 6 abgestützt. Auf der TragAe.iiLe 14 sind mehrere Federelemente
36 angeordnet, die gemeinsam einen in sich geschlossenen Tragrahmen 37 stützen.
Erst
auf diesem Tragrahmen 37 liegt der Auflagerand 38 des Filtereinsatzes
3 unter Zwischenfügung eines Weichdichtungsbandes 39 auf. Zwischen dem gegenüber
dem Gehäusehauptteil 6 frei beweglichen Tragrahmens 37 und der am Gehäusehauptteil
G befestigten Tragleiste 14 ist eine umlaufende elastische Wandabdiclitung vorhanden,
die bevorzugt die Form eines gasundurchlässigen Moosgummistreifens hat. Die Federelemente
36 sind in Fig. 2 als Schraubendruckfedern dargestellt. Dafür kommen aber auch andere
Arten von Federelementen, insbesondere Gummifedern oder Gummimetallfedern in Betracht,
die eine bessere Schwingungsdämpfung und Geräuschdämpfung haben und die außerdem
eine bessere Seitenführung für den Filtereinsatz 3 haben.
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