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Flächenbelüfter zum feinblasigen Begasen von Flüssigkeiten
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Flächenbelüfter zum feinblasigen
Begasen von Flüssigkeiten wie zum Beispiel Abwasser mit einem über eine Gaszuführungsleitung
in Verbindung stehenden Belüftungskörper mit Gasdurchtrittsöffnungen.
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Bei dem Belebtschlammverfahren kann das Einbringen von Luft in das
Abwasser beispielsweise mittels Belüfterkerzen oder mittels Belüfterplatten erfolgen,
die im Sohlenbereich der Belüftungsbecken angeordnet sind.
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Nach einem anderem Vorschlag wird die Druckluft über eine Luftverteilerfolie
an das Abwasser abgegeben, die sich bei fehlender oder geringer Druckluftzufuhr
dichtend auf eine Unterlage auflegt. Durch die Luftverteilerfolie soll sichergestellt
werden, daß die austretenden Blasen überaus feinblasig werden. Allerdings nimmt
man dabei den Nachteil in Kauf, daß bei zum Beispiel hohen Druckluftschwankungen
bzw. Druckluftstößen die Folie beschädigt wird, so daß ein Austausch erforderlich
wird (EP 80106329). Auch ist es erforderlich, oberhalb der Belüfterfolie Verstrebungen
anzuordnen, um ein zu starkes Ausbeulen zu verhindern. Demzufolge sind entsprechende
Flächenbelüfter wartungsintensiv und konstruktiv aufwendig.
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Bekannte Plattenbelüfter bestehen aus Belüftungsplatten porösen Materials,
die von einem Rahmen aufgenommen sind, der die Unterfläche und die Seitenfläche
der Platte voll umgibt. Mindestens zwischen Unterfläche und dem Rahmenboden ist
ein Abstand gegeben, um die Luft auf die Unterfläche der Belüftungsplatte zu verteilen
(DE-GM 81 28 321).
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Bei dem aus porösem Material bestehenden Plattenbelüfter und dem ihn
umgebenden Rahmen tritt der Nachteil auf, daß bei zeitweilig gewollt geringer oder
bei Ausfall der Druckluftzufuhr in den zwischen Rahmen und Platten vorhandenen Hohlraum
Belebtschlamm eindringen kann.
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Infolge Anwachsens von Bakterienkolonien (Belebtschlamm) können diese
auch durch verstärkte Luftzufuhr nicht wieder über die Poren der Platten ausgetragen
werden, so daß die Gaswege innerhalb der Platte verstopfen.
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Es hat ferner sich erwiesen, daß in einem großen Luftverteiler-Hohlraum
bei zeitweilig gewollter Luftmengenverminderung (zum Beispiel Energieeinsparung
über Nacht) eine Art Wirbelsog entsteht, indem die geringe Luftmenge nur durch den
Mittenbereich der Platte austritt und durch die Randfläche Abwasser und Belebtschlamm
angesaugt wird.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Flächenbelüfter der
eingangs genannten Gattung derart auszubilden, daß eine problemlose feinblasige
Druckgasabgabe an die Flüssigkeit bei einer hohen Wartungsfreundlichkeit erfolgt,
so daß insbesondere bei geringer oder fehlender Gaszufuhr sichergestellt ist, daß
in die Belüftungsplatten Flüssigkeit nicht oder nur im verschwindend geringem Maße
eindringt, so daß die Gefahr eines Zusetzens der Poren ausgeschlossen ist.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Unterfläche
des Belüftungskörpers von einem plattenförmigen Element abdeckbar
ist,
das in Abhängigkeit von der Gaszufuhr zu der Belüftungsplatte beabstandet ist oder
sich dichtend auf die Unterfläche auflegt bzw.
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die Belüftungsplatte legt sich dichtend auf das plattenförmige Element.
In diesem Fall ist der Belüftungskörper vorzugsweise ein dehnbares Element wie zum
Beispiel eine Gummimembran, das für den Durchtritt der Luft geeignete Schlitze aufweist.
Demzufolge ist insbesondere bei Ausbleiben des Gases (vorzugsweise Druckluft) sichergestellt,
daß sich ein Hohlraum unterhalb der Belüftungsplatte nicht ausbildet, so daß Flüssigkeit
durch die Belüftungsplatte bzw.
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-membran nicht durchdringen kann. Durch das Verschließen der Unterseite
des Belüftungskörpers bzw. der -membran ist also der Vorteil gegeben, daß Schmutzzusetzungen
nicht auftreten. Dadurch ist eine hohe Funktionstüchtigkeit des erfindungsgemäßen
Flächenbelüfters gewährleistet, so daß selbst bei einem Einsatz über einen langen
Zeitraum sichergestellt ist, daß über die gesamte Oberfläche feinblasige Luft austritt,
so daß eine optimale Abwasserreinigung erfolgen kann (in diesem Zusammenhang sei
erwähnt, daß entsprechende Flächenbelüfter selbstverständlich nicht nur für die
Abwasserreinigung Verwendung finden können, sondern auch zum Beispiel bei der Enteisenung
oder Entsäuerung in der Trink- und Brauchwasserbereitung eingesetzt werden können).
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Vorteilhafterweise kann nach einem Lösungsvorschlag das plattenförmige
Element elastisch verformbar ausgebildet sein und im entspannten Zustand -also bei
fehlender Gaszufuhr- auf der Unterfläche aufliegen. Demzufolge kann das plattenförmige
Element als Plattenmembran bezeichnet werden, wobei als Material vorzugsweise V4A-Blech
zu wählen ist. Alternativ dazu kann das plattenförmige Element starr oder nahezu
starr ausgebildet sein und in seinen Randbereichen von einem elastischen Dichtungselement
aufgenommen sein, welches seinerseits umlaufend den Rand der Belüftungsplatte umgibt.
Durch diese Ausgestaltung ist gleichfalls sichergestellt, daß bei unterbrochener
Gaszufuhr
aufgrund des elastischen Dichtungselementes das plattenförmige Element dicht an
die Unterfläche angelegt wird, so daß in die Belüftungsplatte Flüssigkeit nicht
hineintreten kann. Das umlaufende Dichtungselement kann dabei vorzugsweise eine
U-Form oder Knochenform aufweisen, wobei die freien Enden derart ausgebildet sind,
daß sie den oberen Rand der Belüftungsplatte sowie den unteren Rand zusammen mit
dem plattenförmigen vom Boden abhebbaren Element umfassen. Schließlich besteht auch
die Möglichkeit, daß die die Unterfläche abdeckende Platte von einem den Rand des
Belüftungskörpers umfassenden Befestigungselement aufgenommen wird, welches im geringen
Umfang dehnbar ist, wobei die Platte dann nur geringfügig flexibel ausgebildet sein
muß.
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Nach dem anderen besonders zu erwähnenden Lösungsvorschlag ist das
plattenförmige Element im wesentlichen starr und der Belüftungskörper dehnbar vorzugsweise
in Form der Gummimembran ausgebildet. Demzufolge legt sich bei fehlender oder nahezu
fehlender Gaszufuhr der Belüftungskörper dichtend auf das als Basiselement zu bezeichnende
plattenförmige Element, das zum Beispiel als Metall- oder Kunststoffteller ausgebildet
sein kann. Der dehnbare Belüftungskörper kann in seinem Randbereich mit dem Basiselement
zum Beispiel durch Vulkanisation verbunden sein. Alternativ kann der Belüftungskörper
einen umlaufenden eine Innennut aufweisenden Rand aufweisen, in die seinerseits
der Rand des Basiselementes einbringbar ist. Mit anderen Worten wird nach dieser
Ausführungsform das Basiselement von dem Belüftungselement in Art einer Baskenmütze
erfaßt. Ferner ist hervorzuheben, daß das Basiselement zu dem Belüftungselement
hin konvex ausgebildet sein kann. Dies hat insbesondere im Zusammenhang mit der
"Baskenmützen"-Ausbildung des Belüftungselementes den Vorteil, daß dieses auch nach
langem Gebrauch (Alterung) das Basiselement sicher hält.
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Weiterhin besteht die Möglichkeit, in Abhängigkeit von der Elastizität
des plattenförmigen Elementes und/oder des Dichtungselementes
und/oder
des Belüftungselementes die Gaszufuhr so einzustellen, daß eine Vibration erfolgt,
so daß eine pulsierende Gasabgabe erfolgt.
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Auch besteht selbstverständlich die Möglichkeit einen Belüftungskörper,
der zum Beispiel eine konkav oder konvex oder wellig ausgebildete Unterfläche aufweist,
mit einem plattenförmigen Element erfindungsgemäß abzudecken. In diesem Fall ist
die Formgebung des Elementes der Unterfläche angepaßt. Sofern das Belüftungselemente
dehnbar ausgebildet ist, kann selbstverständlich die Oberfläche des Basiselementes
auch eine andere als eine plane oder konvexe Geometrie aufweisen.
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Um auch sicherzustellen, daß die Gaszuführungsleitung bei unterbrochener
Gaszufuhr keinen Nachschub für nach oben strebendes Gas und damit keinen Freiraum
für eindringendes Wasser oder Schlamm bereitstellt, also keinen Eintritt von Flüssigkeit
ermöglicht, legt sich die Öffnung der von dem plattenförmigen Element bzw. Basiselement
aufgenommenen Gaszuführungsleitung gegen eine geschlossene Fläche des Belüftungskörpers
bzw. -elements an. Bei Gaszufuhr bewirkt das unter Druck ausströmende Gas, daß das
plattenförmige Element oder Basiselement zusammen mit der Öffnung zu der Unterfläche
des Belüfterelementes beabstandet ist, so da ß das Gas in den so gebildeten Zwischenraum
einströmen kann. Dabei dient die geschlossene Fläche auch als Gasverteilerplatte
und stellt gleichzeitig sicher, daß das einströmende Gas gleichmäßig in den Zwischenraum
verteilt wird, so daß aus der freien Oberfläche des Belüftungskörpers gleichmäßig
verteiltes feinblasiges Gas heraustritt. Die geschlossene Fläche selbst kann durch
eine abdichtende Platte oder durch ein auf der Unterfläche im Bereich der Öffnung
aufgetragenes Dichtungsmittel gebildet werden.
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Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Neuerung ergeben sich
aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele.
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Es zeigen: Fig. 1 und 2 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Flächenbelüfters, Fig. 3 und 4 eine zweite Ausführungsform und Fig. 5 - Fig. 8 weitere
besonders hervorzuhebende Ausführungsformen.
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In den Fig. 1 und 2 ist ein erfindungsgemäßer Flächenbelüfter 10 dargestellt,
der im wesentlichen aus einem Belüftungskörper in Form einer Belüftungsplatte 12
porösen Materials wie zum Beispiel Keramik besteht. Mehrere solcher Belüftungsplatten
12 werden im Bodenbereich eines Belüftungsbeckens verteilt, damit feinblasig Druckluft
in das zu reinigende Abwasser abgegeben wird, so daß eine große Durchmischung von
Wasser und Gas erfolgt. Die Zuführung des Gases vorzugsweise in Form von Druckluft
erfolgt über Leitungen 14, die im Bodenbereich 16 der Belüftungsplatte 12 mündet.
Ferner erkennt man in den Fig. 1 und 2, daß die Unterfläche 16 von einem elastisch
ausgebildeten plattenförmigen Element 18 abgedeckt ist. Dabei kann in Abhängigkeit
von der Gaszufuhr über die Leitung 14 das plattenförmige Element 18 auf der Unterfläche
16 dichtend aufliegen bzw. zu dieser einen Abstand aufweisen (Fig. 2).
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Das plattenförmige Element 18 kann zum Beispiel mit der Belüfterplatte
über ein starres Verbindungselement, welches vorzugsweise den Rand der Belüftungsplatte
umlaufend umgibt, befestigt werden.
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Bei Vorhandensein eines Abstandes zwischen dem Element 18 und der
Unterfläche 16 kann das über die Leitung 14 zugeführte Gas den porösen Körper der
Belüftungsplatte 12 durchsetzen, so daß aus der freien Oberfläche fein verteilte
Blasen austreten. Unterbleibt jedoch
eine Gaszufuhr, so legt sich
aufgrund der elastischen Ausbildung der Platte 18 diese dichtend an die Unterfläche
16 an. Dadurch wird der Vorteil erzielt, daß der von der Flüssigkeitssäule hervorgerufene
Druck einen Austausch von Flüssigkeit und Gas innerhalb der Belüftungsplatte 12
verhindert.Dadurch ist sichergestellt, daß im Plattenkörper 12 Schmutzablagerungen
und bakterielles Wachstum nicht auftreten können.
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Damit auch die Luftzuführungsleitung 14 einen das Eindringen von Flüssigkeit
bei Unterbleiben einer Gaszufuhr erforderlichen Freiraum nicht zur Verfügung stellt,
mündet die Öffnung 20 der Luftzuführungsleitung 14, die fest mit dem elastischen
Element 18 verbunden ist, gegenüber einem Gasverteilerelement 22, wie zum Beispiel
einer Platte oder einen die Poren der Belüftungsplatte im Bereich der Öffnung 20
verschließenden Anstrich. Liegt demzufolge das elastische Element 18 an der Bodenfläche
16 an (Fig. 1), so wird die Öffnung 20 der Gaszuführungsleitung 14 von dem Gasverteilerelement
22 verschlossen, so daß in die Leitung 14 keine Flüssigkeit eindringen kann.
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Ist nach den Fig. 1 und 2 das bodenseitig angeordnete Element 18 elastisch
ausgebildet, so kann alternativ dazu auch ein starres Element 24 Verwendung finden,
wie es im Zusammenhang mit den Fig.
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3 und 4 beschrieben ist. Das vorzugsweise starr ausgebildete Element
24 begrenzt gleichalls unterseitig eine entsprechend den Fig. 1 und 2 ausgebildete
Belüfterplatte 12. Um jedoch dennoch bei Gaszufuhr die Unterfläche 16 von Gas überstreichen
zu lassen, damit dieses durch den porösen Körper 12 feinblasig austreten kann, wird
die Platte 24 von einem Dichtungselement 26 in seinem Randbereich erfaßt. Das Dichtungselement
26 ist dabei umlaufend ausgebildet und umfaßt den oberen Rand der Belüfterplatte
12 und den unteren Rand der Platte 24. Zu diesem Zweck kann das Dichtungselement
U-förmig oder knochenförmig oder gleichwirkend ausgebildet sein.
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Erfolgt nun eine Gaszufuhr, so wird aufgrund der Druckausbildung zwischen
der Platte 24 und der Unterfläche 16 eine Dehnung des Dichtungselementes 26 hervorgerufen,
wodurch der erwünschte Freiraum zwischen Platte 24 und Körper 12 zur Verfügung gestellt
wird. Bei Ausbleiben der Gaszufuhr zieht sich dagegen das Dichtungselement 26 zusammen,
so daß die Platte 24 erneut an der Unterfläche 16 anliegt, also ein Hohlraum nicht
mehr gegeben ist. Dadurch werden die gleichen Vorteile erzielt, wie sie im Zusammenhang
mit den Fig. 1 und 2 beschrieben, also es ist sichergestellt, daß durch den porösen
Körper 12 keine Flüssigkeit durchdringen und somit eine Ablagerung von Verschmutzungen
erfolgen kann.
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Im übrigen ist die Gaszuführleitung bzw. die Gasverteilerplatte gemäß
Fig. 1 und 2 auch bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 3 und 4 gegeben.
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In den Fig. 5 bis 8 sind besonders hervorzuhebende Ausführungsformen
von der erfindungsgemäßen Lehre gehorchenden Flächenbelüftern dargestellt, bei denen
in Abweichung von den Ausführungsformen der Fig. 1 bis 4 das jeweilige plattenförmige
Element starr oder nahezu starr ausgebildet ist, wohingegen die Belüftungsplatte
dehnbar ist, um so wahlweise -also in Abhängigkeit von der Druckbeaufschlagung des
zuzuführenden Gases- zu dem plattenförmigen Element beabstandet zu sein oder auf
diesem dichtend aufzuliegen.
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In Fig. 5 ist das auch als Basiselement zu bezeichnende plattenförmige
Element 28 vorzugsweise in Form eines Tellers gewählt, der aus Metall oder Kunststoff
oder anderen korrosionsbeständigen Materialien besteht. Das Basiselement 28 weist
mittig eine Öffnung 30 für das zuzuführende Gas auf. Die Öffnung 30 ist von einem
mit dem Basiselement verbundenen Ansetzstutzen 32 umgeben, der seinerseits ein Gewindeanschluß
für ein anzuschließenden Gaszuführungsschlauch aufweist. Das Basiselement 28 wird
nun erfindungsgemäß von
einem dehnbaren Belüftungskörper 34 abgedeckt.
Dieses Belüftungselement 34 kann dabei vorzugsweise eine Gummimembran sein, die
Schlitze 36 aufweist, durch die an das zu reinigende Wasser abzugebendes Gas hindurchtreten
kann. Dabei sind zumindest die im Randbereich vorhandenen Schlitze parallel oder
in etwa parallel zu gedachten Peripherietangenten -also in etwa parallel zu dem
Randverlaufend angeordnet, um so bei Dehnung der Gummimembran 34 sicherzustellen,
daß ein gleichmäßiger Gasaustritt erfolgt. Selbstverständlich kann die Form der
Schlitze über die Membran 34 verteilt unterschiedliche Abmessungen aufweisen, um
somit die gewünschte gleichmäßige Gasverteilung sicherzustellen.
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Das Belüftungselement 34 ist in der Ausführungsform nach Fig. 5 mit
einem Rand 38 versehen, der eine umlaufende Innennut 40 aufweist.
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In diese Innennut 40 wird der Rand 42 des Basiselementes 28 eingebracht,
so daß eine sichere Verbindung zwischen dem Basiselement 28 und der Belüftungsplatte
34 gegeben ist, die sicherstellt, daß in diesem Bereich keine Flüssigkeit eindringen
kann. Der Rand 38 ist demzufolge in der Art einer Stulpmanschette ausgebildet, so
daß sich in etwa eine Geometrie ergibt, die mit einer "Baskenmütze" zu vergleichen
ist, dessen Rand das Basiselement 28 umfaßt.
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In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ist die Belüftungsplatte 34
zu der Basisplatte 28 beabstandet, d.h., daß über die Öffnung 30 Gas zugeführt wird.
Unterbleibt eine Gaszufuhr, so legt sich die Platte 34 auf die Dichtfläche 44 des
Basiselementes 28 dichtend auf, so daß sichergestellt ist, daß in den Bereich zwischen
den Elementen Flüssigkeit nicht eindringen kann. Um auch auszuschließen, daß Flüssigkeit
in die Öffnung 30 gelangen kann, ist der auf der Öffnung 30 liegende Bereich der
Belüftungsplatte 34 ungeschlitzt, so daß sich eine geschlossene Fläche 46 ergibt.
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ist in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 die Belüftungsplatte 34
auf das Basiselement 28 gestülpt, so können die entsprechenden
Elemente
auch in ihren Randbereicherl zum Beispiel durcti Vt kanisation dicht verbunden werden.
Ein entsprechende Ausführungsform ist der Fig. 6 zu entnehmen. Eine in der Fig.
6 dargestellte Belüftungsplatte 48 ist gleichfalls dehnbar ausgebildet, um so in
Abhängigkeit von dem durch das zuzuführende Gas hervorgerufenen Druck mehr oder
weniger zu einer Basisplatte 50 beabstandet zu werden. Gleichfalls weist die Belüftungsplatte
48, die gleichfalls in Form einer Gummiemembran gewählt sein kann, Schlitze 52 auf,
deren Geometrie und Anordnung so gewählt ist, daß über die gesamte Fläche der Platte
48 eine gleichmäßige Gasabgabe erfolgen kann. Der Rand 54 des Belüftungselernente
48 ist nun mit dem Rand 56 des Basiselementes 50 derart verbunden, daß Flüssigkeit
in diesen Bereich nicht eindringen kann. Diese Verbindung kann -wie erwähnt- durch
Vulkanisieren erfolgen.
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Mittig weist das Basiselement 50 gleichfalls einen Anschlußstutzen
58 auf, über den eine Verbindung mit einer dargestellten Luftzuführungsleitung 60
erfolgen kann, wobei an einer Luftzuführungsleitung eine Vielzahl von erfindungsgemäßen
Flächenbelüftern angeschlossen sein können.
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In den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 5 und 6 ist die Dichtfläche
60 des Basiselementes 50 bzw. die Dichtfläche 44 des Basiselementes 28 plan ausgebildet.
Alternativ dazu können die entsprechenden Dichtungsflächen auch gewölbt, also in
Bezug auf die Belüftungselemente konvex ausgebildet sein. Entsprechende Ausführungsformen
sind den Fig. 7 und 8 zu entnehmen, auf die besonders hinzuweisen ist.
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In Fig. 7 ist ein Basiseiement 62 hinsichtlich seiner Dichtfläche
64 konvex ausgebildet, auf die sich ein dehnbares Belüftungselement 66 anlegen kann.
In diesem Fall kann in den Bereich zwischen den Elementen 62 und 64 Fltissigkeit
nicht eindringen, da auch eine für
die Gaszuführung bestimmte Fläche
70 des Belüftungselementes 62 von einer geschlossenen Fläche 70 des Belüftungselemenles
66 dicht verschlossen wird. Ansonsten weist die Belüftungsplatte 66 wie die der
Fig. 5 und 6 eine Vielzahl von Schlitzen 72 auf, um so die gewünschte Gasabgabe
zu ermöglichen. Die Verbindung zwischen dem Belüftungselement 66 und der Basisplatte
62 ist in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 gleichfalls zum Beispiel durch Verkleben,
Verschweißen oder ähnliches hergestellt. Im Gegensatz dazu ist in Fig. 8 eine Verbindungsart
wiedergegeben, die der der Fig. 5 entspricht.
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Das entsprechende Belüftungselement 74 weist demzufolge eine umlaufende
Stülpmanschette 76 auf, die den Rand des zugeordneten Basiselementes 78 umgibt.
Auch in diesem Fall ist die Dichtfläche 80 des Basiselementes 78 konvex ausgebildet.
Eine entsprechende Geometrie hat den Vorteil, daß die ebenfalls vorzugsweise als
Gummimembran ausgebildete Belüftungsplatte 74 auch dann noch funktionstüchtig ist,
wenn sie gealtert ist. In diesem Fall dürfte die Membran 74 weitgehend starr geworden
sein, kann sich jedoch aufgrund der vorgegebenen Wölbung weiterhin dichtend auf
die konvexe Dichtfläche 80 des Basiselementes 78 anlegen. Durch die gewählte Art
der Verbindung zwischen Basiselement 78 und Belüftungsplatte 74 ist weiterhin sichergestellt,
daß selbst dann, wenn eine relative Bewegung zwischen diesen erfolgt, ein Herausrutschen
des Randes des Basiselementes 80 aus der umlaufenden Nut der Stulpmanschette 76
nicht erfolgen kann, da der an der Unterseite des Basiselementes 78 verlaufende
Abschnitt 82 der Manschette 76 so gewählt ist, daß stets der Rand des Basiselementes
78 noch unterfaßt wird.
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Bezüglich der Gaszufuhr bzw. der Schlitzausbildung entsprechen die
Ausführungsformen der Fig. 7 und 8 denen der Fig. 5 und 6, so daß es insoweit einer
Erläuterung nicht bedarf.
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