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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf einen Separator für
unmischbare Flüssigkeiten
und findet insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, bei Separatoren zum
kontinuierlichen Trennen von Öl und
Wasser Anwendung.
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Öl/Wasser-Separatoren
sind weithin bekannte Ausstattungselemente, die viele unterschiedliche Formen
aufweisen können
und in zahlreichen Industriezweigen verwendet werden. Sie kommen
insbesondere in der Lebensmittelindustrie zur Anwendung, wo es notwendig
ist, flüssige
Schmierfette, Fette und Öle
vom Abwasser zu trennen, bevor das Wasser in das Entwässerungssystem
gelangt.
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Genauer gesagt können große Mengen an Koch- und Salatöl auf Utensilien,
Tellern und anderen Gegenständen
vorhanden sein, nachdem Essen darauf zubereitet oder verzehrt worden
ist. Es können Probleme
im Entwässerungssystem
entstehen, wenn sich die Schmieröle
oder Fette verfestigen, oder im Abwasserreinigungssystem, wo die
zum Digerieren des Abwassers vorhandenen Bakterien oder Biomasse
durch das ankommende Öl
erstickt werden kann, wodurch die erforderliche Behandlung nicht stattfindet.
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Ein erster, weithin bekannter Separator-Typ, der
einfach und kostengünstig
zu verwenden ist, ist ein Fettabscheider, in dem sich Feststoffe
zum anschließenden
Entfernen ansammeln. Solche Separatoren müssen jedoch regelmäßig geleert
werden, wenn sie mit Ölen
angefüllt
sind oder nach ranzigem Fett riechen, und ermöglichen es, dass Öl in das
Auslasssystem eindringt, wenn sie nicht rechtzeitig geleert werden.
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Zudem eignen sich derartige Fettabscheider nicht
für Flüssigkeiten
mit hoher Temperatur und neigen dazu, dass sich beim Abkülen-Lassen
tierische Fette darin verfestigen, da sie im Allgemeinen zu groß sind,
um wirtschaftlich erwärmt
zu werden.
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Separatoren mit Fettfiltern sind
ebenfalls weithin in Verwendung und besitzen den Vorteil, dass sie
relativ einfach sind und Flüssigkeiten
mit hoher Temperatur verarbeiten können. Die Separatoren müssen jedoch
regelmäßig geleert
werden, wenn sie voll mit Öl
sind oder nach ranzigem Fett riechen, und ermöglichen, dass Öl in das
Auslasssystem eindringen kann, wenn sie nicht geleert werden.
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Wie die Fettabscheideranordnungen
sind auch Separatoren mit Filtern im Allgemeinen zu groß, um wirtschaftlich
geheizt zu werden, und tierische Fette können sich darin verfestigen,
wenn das System abkühlen
gelassen wird, wobei das Ersetzen der Filter teuer ist und ein regelmäßiges Spülen erforderlich
ist, um deren Wirksamkeit aufrechtzuerhalten.
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Es versteht sich, dass die derzeit
erhältlichen und
bisher beschriebenen Vorrichtungen Öl und Wasser auf einer kontinuierlichen
Basis trennen können,
wobei normalerweise nur das Wasser kontinuierlich abfließen kann
während
das Öl
angehäuft wird,
um in der Menge abgepumpt, abgesaugt oder anderweitig entsorgt zu
werden.
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Ein dritter, weithin bekannter Separator-Typ schließt ein Abschöpfrad zum
Entfernen von schwimmendem Fett und Öl von der Wasseroberfläche in einem
Rückhaltebehälter ein.
Obwohl die Öl-
und Fettentfernung kontinuierlich erfolgen kann und die Maschinen
klein genug sind, um geheizt zu werden und dadurch die Verfestigung
von Fetten zu verhindern, sind sie teuer in ihrer Anschaffung, benötigen eine elektrische
Stromzufuhr, sind anfällig
für mechanische
und elektrische Probleme, weisen eine fixe Abgaberate auf und können daher
sprunghafte Anstiege in der Ölanfallmenge
sowie schwimmende Abfallteilchen nicht verarbeiten.
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Die EP-A-0118021 offenbart einen
Separator für
das kontinuierliche Trennen zweier unmischbarer Flüssigkeiten,
der eine Wehrplatte für
die schwere Phase und eine glockenförmige Kappe zum Abführen der
leichten Phase verwendet.
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Es wäre wünschenswert einen Separator
für unmischbare
Flüssigkeiten,
wie z. B. Öl
und Wasser, bereitstellen zu können,
der die Probleme der bekannten Anordnungen beseitigt und insbesondere
relativ einfach aufgebaut ist, kostengünstig zu installieren ist und
ein kontinuierliches Abgeben der beiden flüssigen Bestandteile ermöglicht.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
wird ein Separator für
unmischbare Flüssigkeiten
bereitgestellt, umfassend einen Behälter und eine aufrechte Wehrplatte
innerhalb des Behälters,
die sich über
die Breite des Behälters
vom Boden des Behälters
aus so erstreckt, dass sie auf einer Höhe unterhalb der Oberseite
des Behälters
endet, wobei die Wehrplatte den Behälter in eine Einlass- und eine
Auslasskammer unterteilt, eine aufrechte Steuerplatte, die in der Einlasskammer
angeordnet ist und sich über
die Breite des Behälters
erstreckt, wobei das untere Ende der Steuerplatte oberhalb des Bodens
des Behälters angeordnet
ist, um einen Schlitz zwischen der Steuerplatte und dem Boden des
Behälters
zu definieren, und sich das obere Ende der Steuerplatte auf oder oberhalb
der Höhe
des oberen Endes der Wehrplatte befindet, sowie eine Deckplatte,
die den Teil der Einlasskammer zu der Seite der Steuerplatte hin
bedeckt, die von der Wehrplatte entfernt ist, wobei die Deckplatte
einen Scheitel innerhalb der Einlasskammer aufweist, der unterhalb
der Höhe
des oberen Endes der Wehrplatte angeordnet ist, und in ihr eine Öffnung ausgebildet
ist, wobei der Separator weiters einen Einlass zur Einlasskammer,
der sich auf einer Höhe
unterhalb der Deckplatte befindet, einen Auslass von der Auslasskammer,
der sich auf einer Höhe unterhalb
des oberen Endes der Wehrplatte befindet, sowie ein Steigrohr umfasst,
das sich von der Öffnung
in der Deckplatte bis auf eine Höhe
oberhalb jener des oberen Endes der Wehrplatte erstreckt.
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Es versteht sich, dass bei einer
derartigen Anordnung und aufgrund der kontinuierlichen Zufuhr eines
Gemisches an unmischbaren Flüssigkeiten
wie Öl
und Wasser durch die Einlassöffnung,
um die Einlasskammer zu füllen,
die leichtere Flüssigkeit
in der schwereren Flüssigkeit
bis zur Oberfläche
der schwereren Flüssigkeit
nach oben steigt, wo sie in der Einlasskammer unter der Deckplatte
zurückgehalten
wird, wobei die schwerere Flüssigkeit
durch den Schlitz zwischen der Steuerplatte und dem Boden des Behälters über das
obere Ende der Wehrplatte in die Auslasskammer und durch den Auslass dieser
Sammelkammer hinaus strömt.
Das kontinuierliche Zuführen
eines Gemisches zum bzw. durch den Separator führt dazu, dass sich die leichtere Flüssigkeit
im Steigrohr ansammelt und schließlich kontinuierlich aus diesem
hinausströmt,
um gesammelt zu werden.
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Wenn es zu einem Anstieg in der Zufuhr
des Gemisches zum Separator kommt, steigt die Berührungsfläche zwischen
den beiden Flüssigkeiten
und es kann dazu kommen, dass die schwerere Flüssigkeit durch die Öffnung in
der Deckplatte in das Steigrohr eindringt.
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Um dies zu verhindern, wird vorzugsweise ein
Einwegventil im Steigrohr vorgesehen, das so angeordnet ist, dass
es das Hindurchströmen
der schwereren Flüssigkeit
verhindert.
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Das Ventil ist praktischerweise ein
Kugelventil, das einen Schwimmer umfasst, der, wenn sich leichtere
Flüssigkeit
im Steigrohr befindet, das Steigrohr offen hält, und wenn sich schwerere
Flüssigkeit im
Steigrohr befindet, das Rohr verschließt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist die Deckplatte einstükig mit der Steuerplatte ausgebildet
oder daran befestigt und weist im Querschnitt im Allgemeinen die
Gestalt eines umgekehrten V auf, wobei sich der Scheitel des Querschnitts
von einem Bereich, der an den Einlass zur Einlasskammer des Behälters angrenzt,
nach oben und in den Behälter
hinein zum Verbindungsbereich der Deckplatte mit der Steuerplatte
hin erstreckt.
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Die Öffnung in der Deckplatte ist
bequemerweise darin an oder angrenzend an ihren Verbindungsbereich
mit der Steuerplatte ausgebildet.
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Vorzugsweise speist ein Auslassrohr
im Wesentlichen horizontal vom Steigrohr auf einer Höhe oberhalb
jener des oberen Endes der Wehrplatte.
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Der Separator kann einen Koaleszenzfilter
in der Einlasskammer unmittelbar stromauf vom Schlitz zwischen der
Steuerplatte und dem Boden des Behälters einschließen.
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Eine Ausführungsform der Erfindung wird nun
lediglich anhand von Beispielen und mit Verweis auf die begleitenden
Abbildungen näher
beschrieben, worin:
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1 eine
Draufsicht eines Separators gemäß der Erfindung
von oben ist;
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2 ein
Querschnitt entlang der Linie A-A in 1 ist;
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3 ein
Querschnitt entlang der Linie B-B in 1 ist,
und
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4 das
Kugelventil und das Steigrohr in Vergrößerung darstellt.
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Bezugnehmend auf die Abbildungen
umfasst der veranschaulichte Separator einen Behälter 2 mit im Allgemeinen
rechtwinkligem Querschnitt, der ein Einlassrohr 4, das
ein Ende davon speist, und ein Auslassrohr 6, das das andere
Ende davon speist, aufweist.
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Eine vertikale Wehrplatte 8 ist
im Behälter 2 zum
anderen Ende davon hin angeordnet, um sich über die volle Breite des Behälters 2 sowie
vom Boden des Behälters 2 auf
eine Höhe
knapp unter der Oberseite des Behälters 2 zu erstrecken.
Die Platte 8 ist an den einander gegenüberliegenden Seiten des Behälters 2 und
am Boden des Behälters 2 befestigt, um
den Behälter 2 in
eine Haupteinlasskammer 10 und eine Auslasskammer 12 zu
unterteilen.
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In der Einlasskammer 10 ist
ein im Allgemeinen mit 14 gekennzeichnetes Strömungssteuerungselement
angeordnet, das eine vertikale Steuerplatte 16 einschließt, die
sich über
die volle Breite des Behälters 2 erstreckt
und eine Unterkante aufweist, die sich knapp über dem Boden des Behälters 2 befindet, um
zwischen der Platte 16 und dem Boden des Behälters 2 einen
Schlitz oder Spalt 18 zu definieren.
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Die Steuerplatte 16, die
an den gegenüberliegenden
Seiten des Behälters 2 befestigt
ist, erstreckt sich in eine Position über dem oberen Ende der Wehrplatte 8,
vorzugsweise bis zur Oberseite des Behälters 2, nach oben.
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Mit der Steuerplatte 16 ist
als Teil des Steuerungselements 14 eine Deckplatte 20 ausgebildet, die
sich über
die gesamte Breite des Behälters 2 und von
einem Zwischenbereich der Platte 16 unter der Höhe des oberen
Endes der Wehrplatte 8 bis zum einen Ende des Behälters erstreckt,
wobei die Deckplatte 20 im Wesentlichen normal zur Steuerplatte 16 steht,
um den Teil der Einlasskammer 10 zu der von der Wehrplatte 8 entfernten
Seite der Steuerplatte 16 hin zu bedecken.
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Genauer gesagt besitzt die Deckplatte 20 im Querschnitt
im Allgemeinen die Gestalt eines umgekehrten flachen V, wie in 2 am besten ersichtlich ist,
und einen leicht abfallenden Scheitel, der sich im Behälter 2 nach
innen und nach oben von dem einen Ende des Behälters 2 knapp über dem
Einlass 4 in Richtung der Steuerplatte 16 erstreckt,
wie in 3 am besten ersichtlich
ist.
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In der Deckplatte 20 ist
in der Mitte der Breite angrenzend an deren Schnittstelle mit der
Steuerplatte 16 eine Öffnung
ausgebildet, die den höchsten Punkt
der Deckplatte 20 darstellt, wobei die Öffnung in ein Steigrohr 22 speist,
das sich von der Deckplatte 20 nach oben erstreckt. Ein
horizontales Auslassrohr 24 erstreckt sich vom Steigrohr 22 auf
einer Höhe oberhalb
jener des oberen Endes der Wehrplatte 8.
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Der beschriebene Separator wird wie
folgt betrieben: Ein Gemisch aus zwei unmischbaren Flüssigkeiten,
z. B. Öl
und Wasser, wird mit einer vorbestimmten Fließgeschwindigkeit durch das
Einlassrohr 4 in die Kammer 10 eingeführt, die
dem im Gemisch enthaltenen Öl
Zeit gibt, um sich vom Wasser zu trennen und an die Wasseroberfläche nach
oben zu schwimmen, wo es unter der Deckplatte 20 gesammelt
wird.
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Durch das fortgesetzte Strömen bewegt
sich das Öl
entlang der Neigung der Deckplatte 20 zur Öffnung hin
nach oben und sammelt sich innerhalb des Steigrohrs 22,
wobei die Öl/Wasser-Berührungsfläche in 2 und 3 mit dem Bezugszeichen 26 gekennzeichnet
ist.
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Währenddessen
fließt
die Hauptmenge an Wasser durch den Schlitz 18 unter der
Steuerplatte hindurch und dann zwischen der Steuerplatte 16 und der
Wehrplatte 8 nach oben, über die Wehrplatte 8 in die
Auslasskammer 12 und schließlich durch das Auslassrohr 6 aus
dem Behälter 2 hinaus.
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Die Positionen des oberen Endes der
Wehrplatte 8, des Auslassrohrs 24 und des Auslassrohrs 6 werden
in Übereinstimmung
mit dem spezifischen Gewicht der beiden Flüssigkeiten ermittelt, so dass
in der Gleichgewichtsposition des Separators, wenn die Einlasskammer 10 mit
Flüssigkeit
angefüllt
ist und nichts durch diese hindurchströmt, die Ölmenge im Steigrohr 22 knapp über der
Höhe des
Auslassrohrs 24 liegt und sich der Wasserspiegel am oberen
Ende der Wehrplatte 8 befindet.
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Durch das Strömen des Gemisches durch den
Separator steigt der Wasserspiegel über die Höhe der Wehrplatte 8,
wodurch das Wasser in die Auslasskammer 12 und dann aus
dem Auslassrohr 6 hinaus fließt, um gesammelt zu werden.
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Es kommt auch zu einem entsprechenden Anstieg
des Ölspiegels
im Steigrohr 22, wodurch das Öl die Höhe des Auslassrohrs 24 erreicht
und durch dieses hindurch fließt,
um gesammelt zu werden.
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Wenn daher eine konstante Strömung durch den
Separator und eine konstante Trennung von Öl und Wasser gegeben ist, werden
das abgeschiedene Öl
aus dem Auslassrohr 24 und das Wasser aus dem Auslassrohr 6 kontinuierlich
abgelassen, wodurch die Position der Berührungsfläche 26 zwischen den
beiden Bestandteilen des Gemisches konstant bleibt.
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Wenn die dem Separator zugeführte Menge des
Gemisches plötzlich
ansteigt, neigt die Berührungsfläche 26 zwischen
dem Öl
und dem Wasser dazu, nach oben zu steigen, und Wasser in das Steigrohr 22 einzutreten,
was verhindert werden muss.
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Der Separator schließt daher
ein Steuerungsventil ein, das im Allgemeinen mit dem Bezugszeichen 28 gekennzeichnet
ist und in den unteren Bereichen des Steigrohrs 22 angeordnet
ist.
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Genauer gesagt umfasst das Ventil 28 ein zylindrisches
Gehäuse 30,
dessen Bohrloch die Öffnung
in der Deckplatte 20 mit dem Steigrohr 22 verbindet,
einen Kugelschwimmer 32, der innerhalb des Gehäuses 30 angeordnet
ist und so gestaltet ist, dass er in Wasser schwimmt und in Öl jedoch
absinkt.
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Der Schwimmer 32 wird mittels
einer Siebfläche 34,
die sich über
des untere Ende des Gehäuses über die Öffnung der
Deckplatte 32 erstreckt, zurückgehalten. Ein Dichtungsring 36 umgibt
den Auslass vom oberen Ende des Gehäuses 30 in das Steigrohr 22,
wodurch ein Strömen
vom Gehäuse 30 in
das Steigrohr 22 verhindert wird, wenn der Dichtungsring sich
mit dem Kugelschwimmer 32 in Eingriff befindet.
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Es versteht sich daher, dass unter
normalen Betriebsbedingungen und bei im Gehäuse 30 vorhandenen
abgeschiedenem Öl
der Kugelschwimmer 32 auf der Siebfläche 34 liegt und Öl weiterhin
durch das Ventil 28 in das Steigrohr 22 strömt.
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Wenn die Strömung zunimmt und dadurch Wasser
in das Gehäuse 30 eintritt,
steigt der Kugelschwimmer 32 und dichtet gegen den Ring 36 ab,
um ein Strömen
in das Steigrohr 22 zu verhindern. Somit wird Wasser daran
gehindert, aus dem Auslassrohr 24 abgegeben zu werden.
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Wenn die Wasser/Öl-Berührungsfläche 26 wieder absinkt,
sinkt auch der Kugelschwimmer 32 und ermöglicht,
dass Öl
aus dem Separator fließt.
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Somit ist ein Separator mit einer
relativ einfachen Konstruktion bereitgestellt, der kostengünstig hergestellt
werden kann und ein kontinuierliches Abfließen der beiden abgeschiedenen
Flüssigkeiten
zulässt.
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Die genaue Konstruktion des Separators kann
natürlich
von der beschriebenen und veranschaulichten Ausführungsform abweichen. Die Position
der Öffnung
in der Deckplatte 20 und die Konfiguration der Platte 20 können z.
B. abgeändert
werden, so dass abgeschiedenes Öl
in Richtung der Öffnung
gelenkt wird.
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Der Separator kann bei einem großen Bereich
von Öl-Wasser-Verhältnissen
eingesetzt werden, und es versteht sich, dass die Vorrichtung zwischen
weniger als 1% Öl
und bis zu 50% Öl
zufriedenstellend betrieben werden kann. Vorzugsweise ist das Öl-Wasser-Verhältnis aber
so gewählt,
dass das Steuerungsventil 28 nicht regelmäßig betätigt werden
muss. Dies kann dadurch erreicht werden, indem das Bohrloch des
Steigrohrs 22 relativ zum Bohrloch des Auslassrohrs 6 variiert
wird, wobei ihr Gesamt-Querschnitt natürlich durch die maximale Gemischdurchflussmenge
vorgegeben ist. Die Größe der Einlasskammer 10 wird
durch die Verweilzeit bestimmt, die für die Flotationsabscheidung
der beiden Flüssigkeiten
erforderlich ist.
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Wenn die Temperatur des hereinkommenden
Gemisches über
einem gewissen Wert liegt, ist das Öl im Wasser als Suspension
winziger Kügelchen
vorhanden, die sich von selbst nicht aus der Suspension lösen und
daher normalerweise mit dem Wasser durch den Separator zum Auslassrohr 6 geführt werden
würden.
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Um dies zu verhindern, kann ein Koaleszenzfilter
unmittelbar stromauf vom Schlitz 18 in die Einlasskammer 10 angebracht
werden. Der Filter koalisiert die Ölkügelchen auf seiner Oberfläche, wo
sie verbleiben, bis sich das vom Filter zurückgehaltene Öl koalisiert hat, um Tropfen mit ausreichender
Größe zu formen,
um eine Flotation an die Oberfläche der
Einlasskammer 10 zu ermöglichen,
um wie obenstehend erläutert
abfließen
zu können.