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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1.
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Eine
derartige Vorrichtung ist aus
US
5 482 625 bekannt, die nachstehend näher erläutert wird.
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Vorrichtungen
zum Reinigen einer Flüssigkeit,
die Membranen aufweisen, sind bekannt. Für die biologische Reinigung
von Abwasser werden immer häufiger
sogenannte Membran-Bioreaktoren (MBR) verwendet. Ein Reaktor dieses
Typ weist einen belüfteten
Tank auf, der Mikroorganismen enthält, welche die Verunreinigungen
im Abwasser als Nahrung nutzen. Ferner weist ein Reaktor dieses
Typs eine Membraneinrichtung auf, die im allgemeinen aus Mikrofiltrationsmodulen
besteht. Die Membranen werden dazu verwendet, die Bakterien aus
dem gereinigten Wasser abzuscheiden und sie dem Reaktortank wieder
zuzuführen.
Membranmodule, die unter Anwendung eines Vakuums arbeiten, können auch
in einen belüfteten
Tank eingehängt
sein. Das Einhängen
der Membranmodule in den belüfteten
Tank bedeutet, daß sie
keinen zusätzlichen
Raum benötigen.
Außerdem
befinden sich in dem Tank im allgemeinen Einrichtungen zum Erzeugen
eines Blasenstroms. Diese Einrichtungen sind allgemein unterhalb
der Membranen positioniert. Mit Hilfe der Luftblasen werden die Membranen
in Schwingungen versetzt, und Scherkräfte bilden sich an der Oberfläche der
Membranen aus, so daß es
Verunreinigen nicht möglich
ist, an dem Membranmaterial zu haften. Trotz der Reinigungswirkung
der aufsteigenden Luftblasen ist es auch erforderlich, die Innenseite
der Membranen von Zeit zu Zeit zu reinigen, beispielsweise mittels
einer Lösung
aus Chemikalien.
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Die
internationale Patentanmeldung WO98/46533 (Zenon) zeigt eine Vorrichtung,
die Membranen verwendet, die Hohlfasern einer Dicke von einigen
Millimetern aufweisen. Eine große
Anzahl der Hohlfasern ist an ihren Enden in einem Modul befestigt.
Die größte Länge dieser
Fasern ist ungefähr
eineinhalb bis zwei Meter. Dadurch, daß die Hohlfasern gemeinsam
befestigt sind, werden "Spaghettibündel" gebildet. Im Gebrauch
ist es schwierig, diese Spaghettibündel zu handhaben. Ferner ist
die Faserlänge
im Hinblick auf die Festigkeit der Anbringung der Fasern begrenzt.
Ein weiterer Nachteil der Vorrichtung dieses Dokuments ist, daß zum Reinigen mit
Hilfe von Chemikalien hoher Druck erforderlich ist, weil die Fasern
dem Chemikalienstrom einen relativ hohen Widerstand entgegensetzen.
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Das
Abstract von JP 07/088337 und von JP 06/210144 zeigt jeweils Vorrichtungen,
die zum Reinigen eines Fluids geeignet sind und zwei geprägte Filtrationsmembranen
aufweisen, die mit Vorsprüngen
und Vertiefungen ausgebildet sind.
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US 3 309 301 zeigt eine
Elektrodialysevorrichtung mit Membranen, die in trommelähnlich straffem
Zustand innerhalb eines Rahmens gespannt sind. Eine der Membranen
hat vorspringende Bereiche und vertiefte Bereiche, wobei letztere
Kanäle
bilden, die quer zu der Spannrichtung innerhalb des Rahmens verlaufen.
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Das
Abstract von JP 04/018923 zeigt ein Membrantuch, das mit Rippen
versehen ist.
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US 4 451 370 zeigt ein Membrantuch,
das Rillen oder parallele Rippen hat.
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Das
Abstract von JP 10/066843 zeigt Sets von zwei Membranelementen,
die in bezug aufeinander verlagerbar angeordnet sind.
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Die
US-PS 5 482 zeigt eine Vorrichtung des im Oberbegriff von Anspruch
1 beschriebenen Typs, wobei anstelle von Hohlfasern Rahmen verwendet werden,
die in Modulen befestigt sind. Mit diesen Rahmen ist Membrantuch
verklebt. Ein Vakuum kann zwischen den Membrantüchern erzeugt werden, und Wasser
wird aus dem Tank durch die Membrantücher in Richtung zu einem Auslaß geleitet.
Die Membrantücher
sind an Rahmen befestigt, um zu verhindern, daß die Membrantücher unter
dem Einfluß des
Vakuums miteinander in Berührung
gelangen, wodurch es unmöglich
wäre, weitere
Flüssigkeit
zwischen diesen Membrantüchern
zu übertragen.
Der Nachteil des Systems nach der vorgenannten US-Patentschrift
ist, daß eine
sehr große
Zahl von Rahmen benötigt
wird, um die Membrantücher
zu befestigen, wodurch das System teuer wird.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer
Vorrichtung des im Oberbegriff angegebenen Typs, die möglichst
weitgehend die Nachteile des Systems nach
US 5 482 625 vermeidet.
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Gemäß der Erfindung
wird diese Aufgabe durch Vorsehen einer Vorrichtung nach dem Patentanspruch
1 gelöst.
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Nach
einer bevorzugten Ausführungsform
ist es möglich,
daß die
Rillen oder Stege von Rippen gebildet sind, die sich in der Längsrichtung
des Tuchs erstrecken.
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Die
Tatsache, daß sich
die Tücher
unter dem Einfluß des
Vakuums in bezug aufeinander geringfügig bewegen und einander berühren können, bedeutet,
daß wegen
des Vorhandenseins der Rippen feine Kanäle zwischen den beiden Tüchern gebildet
werden, welche die Bewegungsbahn für die zu reinigende Flüssigkeit
bilden. Der Rahmen, in dem die Tücher
angeordnet sind, ist an der Unterseite und an der Oberseite offen,
so daß die
Luftblasen ebenfalls durch de Rahmen aufsteigen können. Infolgedessen wird
durch die Tücher
eine Reinigungswirkung erreicht.
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Bei
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
sind Rillen oder Stege sowohl in dem ersten Membrantuch als auch
dem zweiten Membrantuch angeordnet, wobei die Rillen oder Stege
der Tücher
auf solche Weise positioniert sind, daß in der ersten Position der
Membrantücher
die Rillen in dem ersten Tuch gemeinsam mit den Rillen in dem zweiten
Tuch einen Kanal zwischen den Tüchern
einschließen.
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Wenn
die Membrantücher
auf spiegelsymmetrische Weise zu zweit aneinander positioniert sind,
preßt
das zwischen den beiden Tüchern
angelegte Vakuum die Tücher
aneinander und führt
zur Ausbildung von feinen Kanälen.
Diese Kanäle
werden gebildet, wenn die hohlen Seiten der Rillen oder Kanäle in den
Tüchern
aneinander angrenzen.
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Einer
der Hauptvorteile des Systems gemäß der vorliegenden Erfindung
ist, daß es
möglich
ist, eine große
Zahl sehr feiner Kanäle
mit Hilfe von Membrantüchern
zu schaffen. Das bedeutet, daß es nicht
erforderlich ist, "Spaghettibündel" zu verwenden, die
schwer zu handhaben sind und bereits in Verbindung mit dem Stand
der Technik erörtert
wurden. Außerdem
ist die Länge
der Membrantücher
im Prinzip unbegrenzt.
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Ein
weiterer Vorteil ist, daß eine
Reinigungsflüssigkeit
beispielsweise in Gegenrichtung zwischen die Membrantücher gepumpt
werden kann. Das resultiert in einem Überdruck zwischen den Membrantüchern mit
dem Ergebnis, daß sich
die Tücher
auseinander bewegen. Dadurch, daß sich die Tücher auseinander
bewegen, wird der Widerstand der Membrantücher gegen den Strom von Reinigungsmedium
entlang den Tüchern
verringert, und die Reinigungsflüssigkeit
kann erfolgreich in die Kanäle
oder Rillen eintreten, die in den Membrantüchern gebildet sind. Der Überdruck,
der auf die Tücher
aufgebracht werden kann, ist beispielsweise 0,5 m Wassersäule.
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Gemäß der Erfindung
ist es möglich,
daß die Membrantücher Polyesterfasern
aufweisen. Ferner ist es möglich,
daß die
Polyesterfasern mit einer oberen Schicht von Polysulfon wie beispielsweise
Polyethersulfon beschichtet sind. Das Tuch kann beispielsweise aus
einer Polyesterfaser als Trägermaterial
mit einer Dicke von 0,5 mm hergestellt werden. Eine obere Schicht
aus Polysulfon mit einer Dicke von 0,5 mm kann dann auf dieses Trägermaterial
aufgebracht werden. Dieses Material ist relativ haltbar, und somit sind
große
Entfernungen zwischen den Enden eines Rahmens möglich. Das bedeutet, daß es möglich ist, höhere Module
zu verwenden als im Fall der oben erörterten Hohlfasern (Spaghettibündel).
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Das
Wasser bewegt sich durch die obere Schicht aus Polysulfon, so daß Mikroorganismen
und andere Teilchen aus dem Wasser abgetrennt werden. Dann fließt das Wasser
in die stützende
Polyesterfaserschicht. Diese Schicht stellt sicher, daß das Wasser
in Richtung zu der Bewegungsbahn zwischen zwei benachbarten Membrantüchern transportiert
wird.
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Um
ein zu weites Auseinanderdrücken
der Tücher
während
der Reinigung der Tücher
mit einer Reinigungsflüssigkeit
zu verhindern, können
an der Seite der Tücher
Stützwände angeordnet
sein, die verhindern, daß der
Zwischenraum zwischen den Tüchern
zu groß wird.
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Wie
oben bereits ausgeführt
wurde, ist es vorteilhaft, wenn in der Vorrichtung nach der vorliegenden
Erfindung Einrichtungen vorhanden sind, um einen Blasenstrom entlang
den Membrantüchern
zu erzeugen. Diese Einrichtungen sind bevorzugt an der Unterseite
des Rahmens positioniert, in dem die Membrantücher befestigt sind.
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Die
Anwesenheit des Blasenstroms bringt die Membrantücher zum Schwingen, was bedeutet, daß Verunreinigungen,
die an dem Membrantuch haften, von den Membrantüchern gelöst werden können.
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Die
Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum biologischen Reinigen
von Abwasser, wobei:
- – die Vorrichtung nach einem
der Ansprüche
1 bis 8 verwendet wird,
- – das
Abwasser mit Hilfe von Mikroorganismen, die in einem belüfteten Tank
anwesend sind, gereinigt wird,
- – das
gereinigte Wasser entlang dem ersten und dem zweiten Membrantuch
der Vorrichtung geleitet wird, um Teilchen wie etwa Mikroorganismen aus
dem gereinigten Wasser abzutrennen, wobei das gereinigte Wasser
mit Hilfe eines Vakuums durch eine Fluidbahn zwangsgeführt wird,
wobei die Fluidbahn zwischen dem ersten Membrantuch und dem zweiten
Membrantuch eingeschlossen ist, und
- – wobei
das erste Membrantuch und das zweite Membrantuch in bezug aufeinander
auf solche Weise verlagerbar angeordnet sind, daß das erste Membrantuch und
das zweite Membrantuch durch Ansaugen von gereinigtem Wasser zwischen
den Membrantüchern
im wesentlichen aufeinander zu bewegt werden.
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Wie
oben bereits ausgeführt
wurde, ist es vorteilhaft, daß das
erste und das zweite Membrantuch in bezug aufeinander auf solche
Weise verlagerbar angeordnet sind, daß das erste Membrantuch und
das zweite Membrantuch durch Ansaugen von Wasser zwischen den Membrantüchern mit
Hilfe einer Pumpe im wesentlichen aufeinander zu bewegt werden.
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Ferner
ist es vorteilhaft, daß dann
mit Hilfe eines Überdrucks
eine Reinigungsflüssigkeit
durch die Fluidbahn zwischen dem ersten und dem zweiten Membrantuch
gepreßt
wird.
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Die
vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
weiter erläutert;
diese zeigen in:
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1 eine
Vorderansicht eines Rahmens, in dem eine Vielzahl von Sets von jeweils
zwei Membrantüchern
angeordnet sind;
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2.
eine Draufsicht auf einen Teil von 1 im Schnitt
entlang der Linie A-A;
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3 ein
Detail, das in 2 mit III bezeichnet
ist;
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4 ein
Detail der Unterseite des in 1 gezeigten
Rahmens;
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5 eine
Draufsicht auf die in 1 gezeigte Vorrichtung;
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6 ein
weiteres Detail eines Teils der in 5 gezeigten
Vorrichtung;
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7 eine
Position der Tücher
zu einem Zeitpunkt, zu dem zwischen den Tüchern ein Überdruck erzeugt wird;
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8 ein
Detail der in 7 gezeigten Tücher.
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1 ist
eine Vorderansicht eines Rahmens 1, in dem eine Vielzahl
von Sätzen
von Membrantüchern 2 positioniert
sind. Der Rahmen 1 weist eine im wesentlichen horizontal
verlaufende obere Wand 3, eine untere Wand 4 und
zwei Seitenwände 5 auf. Eine
spezielle Einrichtung zum Anbringen der Membrantücher 2 ist in 4 gezeigt.
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Der
Rahmen 1 von 1 ist in einem Membran-Bioreaktor
angeordnet. Ein Strom von Blasen wird angewandt, um einen Flüssigkeitsstrom
zwischen den Membrantüchern
hervorzurufen. Der Blasenstrom gewährleistet, daß die Flüssigkeit
entlang den Oberflächen
der Membranen ständig
erneuert wird. Ein Vakuum wird zwischen den Membrantüchern mittels
einer Pumpe erzeugt. Dieses Vakuum bewirkt, daß ein Teil des Fluidstroms
in die Membrantücher
angesaugt wird. Aufgrund der speziellen Gestalt der Membrantücher nach
der Erfindung gibt es kleine Kanäle
zwischen den Membrantüchern,
um das durch die Tücher
hindurch angesaugte Wasser abzuleiten. Der Blasenstrom, der von
unterhalb des Rahmens 1 nach oben strömt, bringt die Membrantücher zum
Schwingen und verursacht die Erzeugung von Scherkräften an
der Oberfläche
der Tücher.
Infolgedessen können
Verunreinigungen nicht an der äußeren Oberfläche des
Membranmaterials haften.
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2 ist
eine Draufsicht auf einen Teil von 1 im Schnitt
entlang der Linie A-A. In 2 ist zu sehen,
daß jedes
Set von Membrantüchern 2 ein
erstes Membrantuch 21 und ein zweites Membrantuch 22 aufweist.
Das Membrantuch 21 ist immer auf der linken Seite in 2 gezeigt,
wogegen ein zweites Membrantuch 22 sich an der rechten
Seite befindet. Eine weitere Einzelheit der Membrantücher 21, 22 ist in 3 zu
sehen. Aus 3 ist ersichtlich, daß der Endrand
des ersten Membrantuchs 21 an den Endrand des zweiten Membrantuchs 22 angrenzt.
In dem Bereich ihrer Enden sind die Tücher 21, 22 über ein Verbindungselement
oder eine Schweißverbindung 23 miteinander
verbunden. Es ist auch möglich,
daß das
erste Membrantuch 21 und das zweite Membrantuch 22 als
ein erster Teil und ein zweiter Teil eines einzigen Filtrationselements
ausgebildet sind. Die Membrantücher 21, 22 bestehen
beispielsweise aus einer Grundschicht aus Polyesterfasern 24,
auf deren Außenseite
eine obere Schicht aus Polysulfon aufgebracht worden ist. Die Polyesterfaserschicht hat
beispielsweise eine Dicke von 0,5 mm, während die obere Schicht eine
Dicke von beispielsweise 0,25 mm hat.
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Die
Grundschicht aus Polyesterfaser gewährleistet eine gute Übertragung
von Wasser durch das Membrantuch. Die obere Polysulfonschicht gewährleistet,
daß Mikroorganismen
aus dem durch die Membran angesaugten Wasser abgetrennt werden. Die
Membrantücher 21, 22 sind
in einer Rinne 31 mit Hilfe einer Masse wie etwa einer
Formmasse 32 befestigt. Dann wird in dieser Formmasse 32 ein
Loch 30 gebildet. Wie noch unter Bezugnahme auf 6 erläutert wird,
wird die Verlängerung
dieses Lochs 30 mit einem zentralen Verteiler verbunden.
An der Oberseite der Membranen (nicht gezeigt) befindet sich eine
entsprechende Rinne mit einer entsprechenden Bohrung. Die Verlängerung
dieser Bohrung wird mit der Auslaßleitung für das gereinigte Wasser verbunden.
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Die
Position der Tücher 21, 22,
wie sie in den 2 und 3 gezeigt
ist, entspricht der Position, welche die Tücher einnehmen, wenn zwischen
den Tüchern
ein Vakuum angelegt wird. Als Ergebnis des Vakuums bewegen sich
die einander zugewandten Seiten der Tücher 21, 22 im
wesentlichen aufeinander zu. In dem vorliegenden Text wird diese
Position auch als die "erste
Position" bezeichnet.
Dieses Position wird angewandt, um einen Flüssigkeitsstrom wie etwa Abwasser
mit Hilfe der Membrantücher 21, 22 zu
reinigen.
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4 zeigt
ein weiteres Detail der Art und Weise, wie die Membrantücher 21, 22 an
der Unterseite des Rahmens 1 angebracht sind.
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Es
ist vorteilhaft, daß die
Formmasse 32 aus dem gleichen oder im wesentlichen dem
gleichen Material wie die Membrantücher 21, 22 hergestellt
ist. Im vorliegenden Fall bedeutet das, daß die Formmasse 32 aus
einem Polyester besteht. Diese Maßnahme gewährleistet gute Haftung der
Membrantücher 21, 22 an
der Masse 32. Der Kanal oder die Rinne 31 ist
bevorzugt aus einem Material wie etwa rostfreiem Stahl hergestellt.
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5 ist
eine Draufsicht auf die in 1 gezeigte
Vorrichtung.
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Wie
in 5 zu sehen ist, sind die verschiedenen Rinnen 31 an
den Oberenden der Membranen mit Verteilern 51, 52 über Ansatzelemente
verbunden. Diese Verteiler 51, 52 sind über einen
zentralen Anschluß 61, 62 beispielsweise
mit einer Pumpe verbunden, um sicherzustellen, daß das aus
der Vorrichtung entfernte gereinigte Wasser ausgeleitet wird. 5 zeigt
auch die Seitenwände 5,
die vorhanden sein müssen,
um zu verhindern, daß sich
die Membrantücher
(die in der Draufsicht nicht sichtbar sind) zu weit auseinander
bewegen, wenn zwischen den Membrantüchern ein Überdruck angelegt wird.
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6 zeigt
ein Detail, das in 5 mit VI bezeichnet
ist. Aus dieser Figur geht hervor, daß jede Rinne 31 mit
dem Verteiler 52 über
einen Anschluß 63 verbunden
ist. Es ist selbstverständlich,
daß die jeweilige
Rinne 31 an ihrem anderen Ende mit dem zentralen Verteiler 51 über das
Ende eines entsprechenden Anschlusses verbunden ist.
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7 zeigt
erneut eine Draufsicht auf die Tücher 21, 22 entlang
der Schnittlinie A-A in 1. In 7 wirkt
jedoch ein Überdruck
zwischen den Tüchern 21, 22.
Dieses Situation tritt ein, wenn die Tücher 21, 22 mit
Hilfe einer Reinigungsflüssigkeit
gereinigt werden sollen, die unter Druck zwischen den Tüchern 21, 22 aufgebracht
wird. Dieser Druck kann beispielsweise 0,5 m Wassersäule betragen.
Infolge des Überdrucks,
der zwischen den Membrantüchern 21, 22 erzeugt
wird, wird der Abstand zwischen den beiden Membrantüchern größer, so
daß der
Widerstand, den der Flüssigkeitsstrom
erfährt,
geringer ist und die Reinigungsflüssigkeit auch tief in die Ausnehmungen 25 gelangen
kann.
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Eine
weitere Einzelheit der in 7 gezeigten
Position ist in 8 zu sehen. Aus 8 geht hervor,
daß dann,
wenn die Tücher 21, 22 spiegelsymmetrisch
in dem Rahmen 1 befestigt sind, in der Position von 7 die
Rückseiten
der Kanäle 25 aneinander
anliegen.
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Der
Klarheit halber sollte erwähnt
werden, daß die
Position der Membrantücher 21, 22,
die in den 7 und 8 zu sehen
ist, auch als die "zweite
Position" im vorliegenden
Text bezeichnet wird.