DE7601094U1 - Zentrifuge zum trennen von feststoffpartikeln von einer fluessigkeit - Google Patents
Zentrifuge zum trennen von feststoffpartikeln von einer fluessigkeitInfo
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Description
1 BERLIN 33 Auguata-Vlktorla-StraBe
Pat.-Anw. Or. Ing. Ruschke
Pat.-Anw. Dipl.-lng. Olaf Ruschko
Telefon: 030 /
Quadratur Berlin TELEX: 1S37M
Dr. RUSCHKE &. PARTNER PATENTANWÄLTE
München, den 16. Jan. 1976
B MÜNCHEN PlenzenauerstraBa 2
Pat.-Anw. Dipl.-lng. Ham E. Ruichke
Telefon: 088/j» $
Qudadratur München TELEX: 522767
A 1543
Alfa - Laval AB, Postfack, S-147 oo Tumba (Schweden)
Zentrifuge zum Trsrsnen von 3Tes1;s1;offpartikeln
von einer Flüssigkeil;
Die vorliegende Erfindung "betrifft eine Zentrifuge mit
einem Rotor, der axial vereinte und miteinander verbundene Teile aufweist, die zwischen sich eine Trennkammer ausbilden,
mit einem zentralen Einlaß für eine Mischung aus einer Flüssigkeit und Feststoffpartikeln, mit einem zentralen Auslaß
für die abgetrennte Flüssigkeit, mit mehreren Auslässen am Umfang für abgetrennte Feststoff partikel, wobei die zuletzt
erwähnten Auslässe durch Kanäle durch den Rotorkörper vom radial am weitesten außen gelegenen Teil der Trennkam-
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mer zu der Außenseite des Rotorkörpers gebildet werden, und
mit Mitteln, die axial in Richtung auf ein Abdichten gegen die Außenseite des Rotorkörpers um die öffnungen der am Umfang
angeordneten Auslaßkanäle und hiervon weg versetzt wer-
den können, wobei die Dichtflächen dieser Mittel und die äußeren Teile des Rotorkörpers, die die Auslaßkanäle umgeben,
derart angeordnet sind, daß die Dichtkraft beim Abdichten im wesentlichen axial wirkt.
Eine Zentrifuge von dieser Art, die aus der deutschen Patentschrift
582 587 aus dem Jahre 1931 bekannt ist, stellt ein Glied in einer langen Entwicklungskette dar, wie. dies
im folgenden dargestellt wird:
Am Ende des 19. Jahrhunderts wurde die kontinuierlich arbeitende Zentrifuge erfunden. Zunächst hatte sie einen Rotor
mit einer undurchbrochenen umgebenden Wandung, d.h. es gab keine Auslässe am Umfang für Feststoffpartikel, die in dem
Rotor abgetrennt wurden. Zu Beginn des 2o. Jahrhunderts wurde die sogenannte Düsenzentrifuge (nozzle separator)
erfunden, deren Rotor mit engen Auslaßöffnungen am Umfang
versehen war, durch die die abgetrennten Feststoffpartikel
während des Betriebes- der Zentrifuge abgeworfen werden,
Nach und nach wurden verschiedene Ventileinrichtungen erfunden, um während des Betriebes ein intermittierendes
Öffnen der am Umfang vorgesehenen Auslaßöffnungen von Düsenzentrifugen
zu ermöglichen. Eine Ventileinrichtung von dieser Art wird in der oben erwähnten deutschen Patentschrift
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582 587 beschrieben. Ventileinrichtungen von dieser Art waren wünschenswert, da die am Umfang vorgesehenen Auslaßöffnungen
auf diese Weise größer gemacht werden konntenr
so daß ein Zusetzen oder Verstopfen vermieden werden konnte. Etwa im Jahr 193o wurde schließlich die Zentrifuge erfunden,
wie sie heute benutzt wird. Eine Zentrifuge von dieser Art kennzeichnet sich dadurch, daß der Rotor mit
einer Anzahl von am Umfang vorgesehenen Auslaßöffnungen versehen ist, die während des Betriebes vermittels eines
ringförmigen Schiebers geöffnet und geschlossen werden können, der abdichtend in Anlage gebracht werden kann
gegen den Rotorkörper, und zwar radial einwärts von den am Umfang vorgesehenen Auslaßöffnungen. Eine Zentrifuge
von dieser Art ist beispielsweise in der deutschen Patentschrift 652 292 aus dem Jahr 193*f gezeigt.
Seit diese zuletzt erwähnte Erfindung gemacht wurde, haben sich im wesentlichen alle Weiterentwicklungen auf dem Gebiet
von Zentrifugen mit intermittierendem Austrag der in der Zentrifuge abgetrennten Feststoffpartikeln im Bereich dieser
Erfindung bewegt. Die sogenannten Düsenzentrifugen (nozzle separator) mit kontinuierlichem Austrag von abgetrennten
Feststoffpartikeln während des Betriebes wurden
parallel zu der neuen Art von Zentrifugen entwickelt, verloren aber mehr und mehr an Bedeutung. Der größte Teil des
Marktes wird jetzt von Zentrifugen beherrscht, deren am Umfang vorgesehene Öffnungen für die abgetrennten Feststoff
partikel intermittierend geöffnet werden.
Seit die Entwicklung von Zentrifugen begann hat es immer den Wunsch nach einem höheren Wirkungsgrad beim Abtrennen
gegeben. Dieser Wunsch, der sich natürlich besonders auf Zentrifugen mit intermittierend 2u öffnenden Auslässen am
Umfang für die abgetrennten Feststoffpartikel richtete,
wurde auf verschiedene Arten befriedigt, und zwar einerseits dadurch, daß die Zentrifugen größer gemacht wurden, und
andererseits dadurch, daß höhere Drehgeschwindigkeiten verwendet wurden. Es ergaben sich jedoch große Festigkeitsprobleme, wobei diese im großen Maße durch das Konstruktionsprinzip, von Zentrifugen mit einem inneren ringförmigen Schieber
verursacht wurden, der so angeordnet war, daß er gegen den Zentrifugenkörper dichtend zur Anlage gebracht wurde,
und zwar radial einwärts von den am Umfang vorgesehenen Auslaßöffnungen für die abgetrennten Feststoffpartikel.
Die vorliegende Erfindung weicht nun vollkommen von dieser Entwicklungslinie ab, die in den letzten 40 Jahren bei
Zentrifugen mit intermittierend betätigbaren, am Umfang angeordneten Auslässen für die abgetrennten Feststoffpartikel
eingehalten worden ist. Die vorliegende Erfindung ermöglicht einen höheren Trennwirkungsgrad ohne auf die
Schwierigkeiten zu stoßen, die sich durch die herkömmlichen Probleme dieser Richtung in Bezug auf die Festigkeit
ergeben.
Zu diesem Zweck ist die vorliegende Erfindung dadurch gekennzeichnet,
daß eine Zentrifuge von der eingangs be-
schriebenen Art, die mindestens seit dem Jahre 1931 bekannt ist, in der Weise modifiziert wird, daß ein Rotorteil
aus einer Schüssel besteht, die aus einem Stück gebildet ist und mit radial einwärts gerichteten Randabschnitten
versehen ist, daß der andere Rotorteil einen wesentlichen kleineren Durchmesser hat als der schüsseiförmige Rotorteil und damit an seinem Randabschnitt verbunden
ist und daß der umgebende Abschnitt des schüsseiförmigen Rotorteils einschließlich des Randabschnittes
eine Form besitzt, die, gesehen in einem Axialachnitt durch den Rotor, im wesentlichen die Form eines Axialschnittes
eines hohlen konischen Körpers ist.
Durch diese Erfindung wird es möglich, einen mit betätigbaren Mitteln zum intermittierenden öffnen einer Anzahl
von am Umfang angeordneten Auslässen während des Betriebes versehenen Rotor aus Gesichtspunkten der Festigkeit
heraus in vorteilhafter Weise so weiterzubilden, daß in der Trennkammer mindestens die doppelte Zentrifugalkraft
erhalten werden kann wie bisher, ohne den Durchmesser des Zentrifugenrotors zu ändern. Es hat sich somit in
der Praxis als möglich erwiesen, Zentrifugalkräfte von ungefähr 13.000 g zu erhalten, wobei der entsprechende
Wert für konventionelle Zentrifugen mit dem gleichen Durchmesser und intermittierend zu öffnenden Auslässen
am Umfang ungefähr 6.000 g beträgt.
Es hat sich auch infolge der Erfindung als möglich er-
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wiesen, während des Betriebes abgetrennte Feststoffpartikel aus dem Zentrifugenrotor auszutragen, wobei der
Trockensubstanzgehalt höher ist als er bisher möglich war. Dies hängt wahrscheinlich mit der Tatsache zusammen,
daß jetzt ein wesentlich höherer Druck als bisher in dem radial am weitesten außen gelegenen Teil der Trennkammer
erhalten werden kann. Infolge der Druckdifferenz, die
sich dann zwischen diesem Teil der Trennkammer und der den Rotor umgebenden Atmosphäre ergibt, werden derart
große Scherkräfte in der Masse der abgetrennten Peststoffpartikel
innerhalb der Trennkammer erhalten, daß wenn die am Umfang vorgesehenen Auslässe des Rotors geöffnet
werden, die Partikel durch die verhältnismäßig kleinen Auslässe durchströmen können trotz der Tatsache, daß die
Partikelmasse einen sehr hohen Trockensubstanzgehalt hat.
Mit Hilfe der bisher bekannten Zentrifugen mit intermittierend
zu öffnenden Auslässen am Umfang war es auch möglich, einen hohen Trockensubstanzgehalt der Partikelmasse
in der Trennkammer zu erhalten, nämlich indem das Zentrifugieren über einen verhältnismäßig langen Zeitraum
fortgesetzt wurde. Es war jedoch nicht möglich, eine derart erhaltene stark komprimierte Masse von Partikeln durch
die relativ kleinen Auslässe in der umgebenden Wandung des Rotors auszuwerfen. Daher hat es sich als notwendig: erwiesen,
einen Trockensubstanzgehalt in der aus dem Zentrifugenrotor ausgeworfenen Partikelmasse zu akzeptieren, der wesent-
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lieh geringer war als derjenige Gehalt, den man tatsächlich
wünschte.
Eine wichtige Folge aus der vorliegenden Erfindung "besteht
darin, daß den Zentrifugen mit intermittierend zu öffnenden Auslassen am Umfang nun eine wesentlich einfacherere Konstruktion
gegeben werden kann als bisher. Infolge der Tatsache, daß die vorzugsweise wenigen Auslässe am Umfang des
Zentrifugenrotors verhältnismäßig klein gemacht werden können, ist diejenige Kraft, die das betätigbare Mittel infolge
des Druckes des Inhaltes der Trennkammer beeinflussen wird
und die überwunden werden muß, wenn die Auslässe geschlossen werden müssen, verhältnismäßig klein. Die Vorrichtung, die
zum Bereitstellen dieser Schließkraft und zu ihrem Entfernen notwendig ist, kann deshalb kleine Abmessungen haben.
Eine Zentrifuge nach der vorliegenden Erfindung kann daher einfacher und billiger gemacht werden und trotzdem wirksamer
als bisherige Zentrifugen mit intermittierend zu öffnenden Auslassen am Umfang.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat der
radial einwärts gerichtete Randabschnitt einen inneren Durchmesser, der geringfügig größer ist als der äußere
Durchmesser des Tellersatzes, der üblicherweise in der Trennkammer angeordnet ist. Auf diese Weise kann dem Rotorkörper
die aus Festigkeitserwägungen heraus günstigste Form gegeben werden und dennoch kann dieser Tellersatz in
dem Rotor in der einfachsten Weise angeordnet werden.
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Die vorliegende Erfindung wird im Nachfolgenden unter
J Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
In diesen zeigt
Fig. 1 einen Schnitt durch eine Zentrifuge nach der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 zeigt einen Schnitt längs der Linie II-II aus
der Fig, 1.
Die Fig. 1 zeigt einen Zentrifugenrotor, der zwei Teile 1 und 2 aufweist, die durch einen Verriegelungsring 3 zusam-■t;
' mengehalten werden. Der Rotor bestimmt eine Trennkaminer 4,
in der ein Satz Scheiben 5 angeordnet ist. In dem Rotor ist auch ein konischer Verteiler 6 mit Verteilerflügeln 7S
< und ein stationäres Einlaßrohr 8 erstreckt sich in den Ver-
teiler hinein. Das Einlaßrohr 8 trägt auf seiner Außenseite eine Schälscheibe 9 mit Schälkanälen 1o, die sich in
eine Auslaßkaminer 11 für die abgetrennte Flüssigkeit öffnen.
Von den radial am weitesten außen gelegenen Teilen der Trennkammer aus erstrecken sich eine Anzahl von Kanälen
12 in axialer Richtung durch den unteren Rotorteil 2. In • den Öffnungen der Kanäle 12 an der Außenseite des Rotors
sind kleine Hülsen 13 angeordnet, die um eine gewisse Entfernung aus der Außenseite des Rotorkörpers herausragen.
Kleine Teile 14 zum Verschließen der Öffnungen der Hülsen 13 und damit zum Verschließen der Öffnungen der Kanäle
12 sind auf einer ringförmigen Platte 15 befestigt,
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die konzentrisch zu der Rotorachse der Zentrifuge angeordnet ist und die bezüglich des Rotors axial verschieblich
ist. Ringförmige Dichtglieder 16 und 17 sind derart angeordnet, daß ein im wesentlichen geschlossener Raum 18,
der sich um die Rotorachse herum erstreckt, zwischen der Platte 15 und dem unteren Teil 2 des Rotors umgrenzt wird.
Der Raum 18 bleibt auch während der axialen Verschiebung der Platte 15 relativ zu dem Rotorteil 2 im wesentlichen
geschlossen. Die Platte 15 wird in Richtung auf den Rotorteil 2 mit Hilfe einer großen Anzahl von Federn 19 gepreßt,
die durch eine mit dem Rotorteil 2 verbundene Platte abgestützt werden.
Der ganze Rotor wird durch eine drehbare Welle 21 gelagert, die einen axialen Kanal 21 besitzt. Dieser Kanal 22 steht
über verschiedene sich kreuzende Kanäle 23 in der Welle 21 und durch eine gleiche Anzahl von Kanälen 24 in dem Rotorteil
2 mit dem Raum 18 zwischen der Platte 15 und dem Rotorteil 2 in Verbindung. Der Kanal 22 steht auch mit einer Einrichtung
25 in Verbindung, die vorgesehen ist, um Druckluft intermittierend in den Kanal 22 einzugeben und so den Raum
18 einem Überdruck auszusetzen.
In Fig. 2 ist ein Schnitt längs Linie II-II aus Fig. 1
gezeigt. Hieraus ist zu ersehen, daß die Trennkammer Füllstücke 26 enthält, die am Umfang des Rotors angeordnet sind.
Diese Füllstücke sind so geformt, daß sie zusammen mit dem Rotorteil 2 trichterförmige Taschen in der Trennkammer aus-
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bilden, von deren am weitesten a.ußen gelegenen Teilen
aus die weiter oben erwähnten Kanäle 12 sich erstrecken. Die Zentrifuge nach der vorliegenden Erfindung arbeitet
in der folgenden Weise:
Flüssigkeit, die abzutrennende Partikel enthält, wird in den Zentrifugenrotor durch das Einlaßrohr 8 eingegeben.
Die Flüssigkeit fließt über das Innere des Verteilers 6 zwischen die Verteilerflügel 7 in die Trennkammer 4. In
der Trennkammer 4 werden die Feststoffteilchen durch die Zentrifugalkraft abgetrennt und werden in den trichterförmigen
Taschen zwischen den FüllstUcken 26 (Fig. 2) gesammelt, während die von den Partikeln oder Feststoffteilchen
befreite Flüssigkeit in Richtung auf die Achse des Rotos zu der Auslaßkammer 11 fließt und von dort über
die Schälkanäle 1o aus dem Rotor heraus.
Wenn nach einer gewissen Zeitdauer abgetrennte Feststoffteilchen aus der Trennkammer 4 entfernt werden müssen, wird
die Vorrichtung 25 auf die eine oder andere Weise aktiviert, d.h. derart, daß die Kanäle 22 bis 24 und der Raum 18 einen
kurzen Augenblick lang einem Überdruck ausgesetzt werden. Dabei wird die Platte 15 von dem Rotorteil 2 gegen die
Wirkung der Federn 19 weggedrückt, so daß die Öffnungen der Kanäle 12 geöffnet werden. Durch den infolge der Drehung
des Rotors in der Trennkammer vorherrschenden hohen Druck werden die abgetrennten Feststoffteile aus dem Rotor
"durch die Kanäle 12 herausgedrückt. Die Partikel werden
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durch die Zentrifugalkraft von den Öffnungen der Hülsen 13 abgeschleudert, ohne mit der Außenseite des Rotors in
Kontakt zu kommen.
Sobald der Druck in den Kanälen 22 bis 24 und in dem Raum 18 wieder einen normalen Wert annimmt, d.h. in der Regel
den atmosphärischen Druck, wird die Platte 15 durch die Federn 19 in die Ausgangsposition zurückgedrückt, in der
die Teile 14 die öffnungen der Hülsen 13 verschließen.
Natürlich kann eine an sich bekannte Vorrichtung an der beschriebenen Zentrifuge vorgesehen werden, um selbsttätig
abzufühlen, wenn die abgetrennten Feststoffpartikel
aus dem Zentrifugenrotor entleert werden müssen. In diesem Fall würde die Vorrichtung so angeordnet werden, daß sie
die oben erwähnte Vorrichtung 25 auf an sich bekannte Weise automatisch beeinflussen würde, Druckluft in die Kanäle
22 bis 24 und den Raum 18 zu liefern.
Der Querschnitt der Kanäle 12 kann je nach der Art der
in dem Zentrifugenrotor abzutrennenden Feststoffpartikel variiert werden. Wenn beispielsweise Hefepartikel im Zusammenhang
mit der Herstellung von Bier abzutrennen sind hat es sich als geeignet erwiesen, daß Kanäle 12 verwendet
werden, die einen Durchmesser von etwa 1o mm haben. Außerdem können die Füllstücke 26 je nach der Art der zu
trennenden Partikel ausgebildet werden. Der Winkel, der von den einen Trichter ausbildenden Oberflächen der Füll-
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stücke mit einem Radius des Zentrifugenrotors gebildet wird, wird demzufolge je nach dem Reibungs- oder Schüttwinkel
der abgetrennten Partikel ausgewählt.
Bei der oben beschriebenen Zentrifuge wird Druckluft verwendet zum Öffnen der Kanäle 12. Jedoch kann auch bei Bedarf
Flüssigkeit ebensogut wie Druckluft verwendet werden. Dann müßte sich eine Anzahl von gedrosselten Abflußkanälen
von den radial am weitesten außen gelegenen Teilen des Raumes 18 aus erstrecken. Die Vorrichtung 25 brauchte in
diesem Fall selbst keinen wesentlichen Druck zu erzeugen. Infolge der Zentrifugalkräfte, die wegen der in dem Raum
18 vorhandenen Flüssigkeit entstehen, würde selbsttätig der notwendige Druck erzeugt werden, um die Platte 15
und den Rotorteil 2 auseinander zu zwängen.
Falls erwünscht kann die vorliegende Erfindung bei Zentrifugen von der Art verwendet werden, die ständig offene
Düsen am Umfang der Zentrifuge aufweisen. Bei Zentrifugen von dieser Art wird während des Betriebes eine hoch viskose
Masse der abgetrennten Partikel aus der Trennkammer kontinuierlich entfernt. In gewissen Zusammenhängen hat
es sich als wünschenswert erwiesen, daß der Rotor einer Zentrifuge dieser Art außerdem mit Auslaßöffnungen für
abgetrennte Feststoffpartikel versehen wird. Diese Auslaßöffnungen
sollten normalerweise geschlossen aber intermittierend offenbar sein, um einen Überschuß %ron in der
Tr endkammer abgetrennten Partikeln rasch entfernen zu
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können. Eine Anordnung von dieser Art, die sowohl ständig offene Auslässe als auch intermittierend offenbare Auslässe
aufweist, kann dazu verwendet werden zu verhindern, daß die Partikelkonzentration der Partikelmasse, die die
Trennkammer durch die ständig offenen Auslässe verläßt, über einen vorbestimmten Wert ansteigt.
Die intermittierend offenbaren Auslässe können vorzugsweise
aus am Umfang angeordneten Auslaßöffnungen 12 gemäß der vorliegenden Erfindung bestehen. Infolge der in der Zeichnung
gezeigten einfachen Konstruktion dieser Auslaßöffnungen können diese mit hoher Frequenz geöffnet und geschlossen
werden, ohne daß sich eine besondere Abnutzung des Zentrifugenrotors oder eine wesentliche Verringerung der
Drehgeschwindigkeit des Zentrifugenrotors im Zusammenhang mit dem Öffnen ergibt.
Die intermittierend offenbaren Auslässe sind vorzugsweise
am weitesten von der Drehachse in der Trennkammer angeordnet, während die Einlaßöffnungen der ständig offenen
Düsenkanäle etwas radial einwärts von den intermittierend offenbaren Auslässen in der Trennkammer angeordnet sind.
Hierdurch kann vermieden werden, daß die Düsenkanäle, die sehr eng sind, durch große Feststoffpartiekl verstopft werden,
die in der zentrifugierten Flüssigkeit vorhanden sein mögen. Vorzugsweise sind die Einlaßteile der Düsenkanäle
so gerichtet, daß deren Öffnungen radial auswärts weisen, d.h. von der Rotorachse weg. Ein Verstopfen der Düsenkanäle
kann auf diese Weise praktisch vermieden werden.
Claims (2)
1. Zentrifuge mit einem Rotor, der zwei axial vereinte
und miteinander verbundene Teile aufweist, die zwischen sich eine Trennkammer ausbilden, mit einem zentralen Einlaß
für eine Mischung aus einer Flüssigkeit und Feststoffpartiekln, mit einem zentralen Auslaß für die abgetrennte
Flüssigkeit, mit mehreren Auslässen am Umfang für abge->
trennte Feststoffpartikel, wobei die zuletzt erwähnten
Auslässe durch Kanäle durch den Rotorkörper vom radial am weitesten außen gelegenen Teil der Trennkammer zu der
Außenseite des Rotorkörpers gebildet werden, und mit Mitteln, die axial in Richtung auf ein Abdichten gegen die Außenseite
des Rotorkörpers um die Öffnungen der am Umfang angeordneten Auslaßkanäle und hiervon weg versetzt werden
können, wobei die Dichtflächen dieser Mittel und die äußeren Teile des Rotorkörpers, die die Auslaßkanäle umgeben, derart
angeordnet sind, daß die Dichtkraft beim Abdichten im wesentlichen axial wirkt, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rotorteil
(2) aus einer Schüssel besteht, die aus einem Stück gebildet ist und mit radial einwärts gerichteten Randabschnitten
versehen ist, daß der andere Rotorteil (1) einen wesentlichen kleineren Durchmesser hat als der schüsselför-
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mige Rotorteil und damit an seinem Randabschnitt verbunden ist lind daß der umgebende Abschnitt des schüseelförmigen
Rotorteils (2) einschließlich des Randabschnittes eine Form besitzt, die, gesehen in einem Axialschnitt
durch den Rotor, im wesentlichen die Form eines Axialschnittes eines hohlen konischen Körpers ist.
2. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet» daß der radial einwärts gerichtete Randabschnitt einen
inneren Durchmesser besitzt, der geringfügig größer ist als der äußere Durchmesser eines Tellersatzes (5) von
konventioneller Art, der in der Trennkammer angeordnet
ist.
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