DE9114013U1

DE9114013U1 - Vorrichtung zum Begasen von Flüssigkeiten

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Publication number: DE9114013U1
Application number: DE9114013U
Authority: DE
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Current assignee: Individual
Priority date: 1990-04-20
Filing date: 1991-04-18
Publication date: 1992-01-30
Anticipated expiration: 2001-04-19
Also published as: DE4012631A1; WO1991016125A1; AU7745091A

Description

Keil&Schaafhausen

PATENTANWÄLTE

Frankfurt am Main

11.11. 1991 Sch 50 G 4

Karl Heinz Schüssler
Tannenwaldallee 72

6380 Bad Homburg v.d.H.

Bezeichnung:
Vorrichtung zum Begasen von Flüssigkeiten

Beschreibung:

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Begasen von Flüssigkeiten, insbesondere zum Belüften von Abwasser, mittels eines unter dem Flüssigkeitsspiegel anzuordnenden und an eine Gaszufuhreinrichtung anschließbaren Gasverteilers, welcher wenigstens eine membranartige Wandung aus flexiblem Material mit einer Vielzahl von Gasaustrittsöffnungen hat.

Aus der DE-OS 2 261 994 ist eine derartige Einrichtung zur feinblasigen Belüftung von Abwasser bekannt. Dabei ist ein aus elastischem Werkstoff bestehender, an einem Ende an eine Luftzuführungsleitung angeschlossene und am anderen Ende geschlossener Luftschlauch mit ungelochter Unterseite und mit einer Vielzahl von Luftaustrittsöffnungen versehener Oberseite vorgesehen, wobei der Luftschlauch an seinen Längsrändern von einem Tragglied gehalten und in dem Luftschlauch eine unter der Spannung eines Luftkissens stehende Membran angeordnet ist, welche die unter Begrenzung eines an die Luftzuführungsleitung angeschlossenen Luftkanals bildet. Die beiden Schlauch-

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wände sind an den beiden Längsrändern durch eine Schweißnaht miteinander verbunden und bilden jeweils eine Schlaufe, die einen der beiden strangförmigen Tragglieder umschließt. Die unter der Spannung eines Luftkissens stehende Membran ist an ihren beiden Seitenrändern ebenfalls mit den beiden Schlauchwänden verschweißt. Der Luftschlauch ist ferner an seinen beiden Seitenrändern von einem Stahlblechprofil abgestützt, das die Schweißnähte abdeckt und deren Aufschälen verhindern soll. Durch das Stahlblechprofil soll die Steifigkeit und das Gewicht des Luftschlauches erhöht werden; es kann auch an der Unterseite des Luftschlauches vorgesehen werden, wobei das Gewicht zweckmäßig etwas größer als der Auftrieb des mit Luft gefüllten Schlauches bemessen ist. Diese bekannte Belüftungseinrichtung ist konstruktiv aufwendig und daher teuer.

Aus der DE-PS 507 294 ist eine Vorrichtung zum Belüften von Flüssigkeiten durch Luftstrahlrohrsysteme bekannt, wobei durchlochte metallische oder aus sonstigem geeigneten Material hergestellte Luftzuführungsrohre durch Gummihülsen umschlossen sind, welche feine Durchstiche aufweisen, die sich erst unter dem Druck der in das Strahlrohrsystem eingeleiteten Luft öffnen. Hierdurch soll die Möglichkeit einer feinen Belüftung und der Schaffung einer beim Abstellen des Luftstroms eintretenden Ventilwirkung erreicht werden. Für die Gummihülsen ist also auch hier ein besonderer Aufwand für deren Abstützung erforderlich, nämlich das gesamte Strahlrohrsystem. Zusätzlich ist das Auswechseln verschlissener oder defekter Gummihülsen sehr aufwendig.

Eine besondere Stützkonstruktion für die Membrane wird auch nach dem Vorschlag der DE-PS 34 10 267 für erforderlich gehalten. Bei diesem bekannten Begasungsgerät ist ein Grund-

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körper vorgesehen, der mindestens einen Einlaß für das Gas aufweist. Die Membrane deckt den Grundkörper ab und ist an diesem befestigt. An dem Grundkörper ist ferner eine Vorrichtung zur Begrenzung des Hubes der Membrane befestigt. Der Einlaß für das Gas ist als Durchtrittsöffnung durch den Grundkörper hindurchgeführt. Die Begrenzungsvorrichtung besteht aus einer Verbindung, die im Überdeckungsbereich der Durchtrittsöffnung mit ihrem einen Ende an der Membrane befestigt ist und mit ihrem anderen Ende mit einem im Bereich der Durchtrittsöffnung angeordneten Gegenstück zusammenwirkt. Auch hier sind daher viele miteinander zu montierende Teile erforderlich, welche das Begasungsgerät hinsichtlich Zeit- und Materialaufwand verteuern.

Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die genannten Nachteile zu beseitigen und insbesondere eine Begasungsvorrichtung zu schaffen, welche bei gleicher oder besserer Funktionsfähigkeit leichter und mit geringerem Materialaufwand montiert und daher kostengünstiger erstellt und gewartet werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch gelöst, daß die Wandung als stützungsfreie, lediglich über mindestens einen Gaszufuhrstutzen gehaltene, bis auf wenigstens eine Gaszufuhröffnung und die Gasaustrittsöffnungen geschlossene Blase ausgebildet ist.

Die erfindungsgemäße Lösung kommt daher ohne jegliche innere und äußere Stützkonstruktion aus. Der Gasverteiler braucht im Prinzip lediglich aus der Blase selbst zu bestehen. Schon durch geringe Gasbeaufschlagung kann die Blase formstabil gehalten werden.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Gasaustrittsöffnungen im wesentlichen über die gesamte

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Oberfläche der Blase, vorzugsweise gleichmäßig, verteilt, um eine gleichmäßige Gaszufuhr in die Flüssigkeit zu gewährleisten .

Vorzugsweise nimmt die Blase unter Gasdruck eine vorbestimmte Form, vorzugsweise im wesentlichen die Form einer Kugel, einer abgeflachten Kugel oder eines horizontal liegenden Ringes ein, wodurch eine gleichmäßige Gasverteilung in der Flüssigkeit erzielt werden kann. Bei dem horizontal liegenden Ring ist es besonders vorteilhaft, daß bei Gasbeaufschlagung im Zentrum des Ringes eine Abwärtsströmung der Flüssigkeit erreicht wird, was einen guten Gasaustausch bzw. eine gute Gasanreicherung bewirkt .

Es ist aber auch möglich, die Blasenwandung mittels horizontaler und/oder vertikaler rippenförmiger Verdickungen in einer vorbestimmten Form zu halten, so daß eine Gasbeaufschlagung während der Stillstandszeiten nicht unbedingt erforderlich ist.

Gemäß einem weiteren Erfindungsmerkmal weist der wirksame Öffnungsquerschnitt der Gasaustrittsöffnungen in Anpassung an den von dem durch die Gasaustrittsöffnungen austretenden Gas zu überwindenden Flüssigkeitsdruck unterschiedliche Größe auf. Um bspw. einen gleichmäßigen Gasaustritt über eine gesamte kugelförmige Membranoberfläche zu erreichen, nimmt der Öffnungsquerschnitt der Gasaustrittsöffnungen in der Blasenwandung von unten nach oben in dem Maß ab, wie der Flüssigkeitsdruck in Abhängigkeit von der vertikalen Höhe der Blase von unten nach oben abnimmt.

Ein gleichmäßiger Gasaustritt kann auch dadurch gefördert werden, daß die Blasenwandung in Anpassung an den von dem durch die Gasausrittsöffnungen austretenden Gas zu überwindende Flüssigkeitsdruck unterschiedliche Dicke aufweist. Hierzu

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hat bspw. die Blasenwandung im unteren Bereich der Blase eine geringere Dicke als im oberen Bereich, so daß dem Gasdurchtritt durch die Gasaustrittsöffnungen im unteren Bereich der Blase ein geringerer Strömungswiderstand entgegengesetzt wird, als im oberen Blasenbereich, so daß der insgesamt von dem austretenden Gas zu überwindende Druck etwa gleich ist.

Die Blasenwandung kann aus einem dehnbaren, bspw. gummielastischen Material bestehen, welcher unter der für die Begasung erforderlichen Druckbeaufschlagung die gewünschte Form und Größe einnimmt.

Es ist aber auch möglich, daß die Blasenwandung aus einem nicht dehnbaren, bspw. textlien Material, besteht. In diesem Fall liegt oberhalb eines Mindestdruckes der Gasbeaufschlagung Größe und Form der Blasendruck druckunabhängig fest.

Es ist aber auch möglich, wenn das textile Material eine gewisse Dehnung zuläßt, d.h. die Eigenschaften eines dehnbaren mit denen eines nicht dehnbaren Materials zu kombineren. Dies kann insbesondere dadurch erreicht werden, daß die Blasenwandung aus textilem Material besteht oder eine textile Verstärkungseinlage oder -auflage aufweist.

Es liegt weiterhin im Rahmen der Erfindung, wenn die Gasaustrittsöffnungen in die vorgespannte Blasenwandung aus dehnbarem Material eingebracht sind. In diesem Falle sind die Gasaustrittsöffnungen ohne Druckbeaufschlagung geschlossen, während sie sich erst öffnen, wenn ein Mindestdruck der Gasbeaufschlagung ansteht. Innerhalb eines gewissen Druckes ist der Öffnungsquerschnitt der Gasaustrittsöffnungen druckabhängig und kann entsprechend eingestellt werden.

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Wünscht man einen druckunabhängigen Öffnungsquerschnitt der Gasaustrittsöffnungen, so sind diese vorzugsweise in die nicht vorgespannte Blasenwandung eingebracht. Sie haben dann vor und während der Gasbeaufschlagung unabhängig vom Druck im wesentlichen gleichen Öffnungsquerschnitt.

Ein weiteres Erfindungsmerkmal besteht darin, daß die Gasaustrittsöffnungen einen von innen nach außen, d.h. radial zunehmenden Öffnungsquerschnitt aufweisen, d.h. konisch ausgebildet sind. Dies hat den Vorteil, daß beim Austreten des Gases aus der Blase etwaige Schmutzablagerungen aus den Gasaustrittsöffnungen leicht mitgerissen werden und dadurch die Gefahr von Verstopfungen auch verhältnismäßig kleiner Gasaustrittsöffnungen verringert wird. Derartige Gasaustrittsöffnungen bringt man bspw. in Form von Perforationen von außen in die Blasenwandung durch Nadelstiche ein.

Eine besonders einfache Montage ist dann möglich, wenn die Blase mit ihrem Gaszufuhrstutzen auf einen Rohrstutzen der Gaszufuhreinrichtung aufgestülpt ist. Eine solche Blase läßt sich auch einfach bei Defekt wieder auswechseln. Zur Sicherheit kann der Gaszufuhrstutzen mittels Schelle an dem Rohrstutzen festgemacht sein, so daß auch größere Druckbeaufschlagungen bewältigt werden können.

Bei einer anderen Ausführungsform hat die Blase einen Gaszufuhrstutzen mit Wulst, welcher in eine Gasversorgungsöffnung der Gaszufuhreinrichtung einknüpfbar ist. Auch dies läßt eine verhältnismäßig leichte Montage und Demontage der Blase zu. Auch hier kann der Gaszufuhrstutzen mit dem Wulst einstückig mit der ebenfalls einstückigen Blase ausgebildet sein.

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Es ist aber auch möglich, daß die Blase mehrteilig, also aus mehreren Wandungsabschnitten besteht, welche zusammenvulkanisiert, zusammengeschweißt und/oder miteinander verklebt, zusammengenäht und/oder mittels z.B. eines ringförmigen Formgebungselements, Reißverschlusses od. dgl. miteinander verbunden sind.

Um dem Auftrieb der Begasungseinrichtung bei gefüllter Blase entgegenzuwirken, wird mit der Erfindung vorgeschlagen, daß die Blase im Abstand ein Ballastgewicht umgibt. Das Ballastgewicht kann als Hohlkörper aus starrem oder flexiblem Material ausgebildet sein, dessen Innenraum mit der die Blase umgebenden Flüssigkeit in Strömungsverbindung steht und/oder mit einer Flüssigkeit wie Wasser, Beton, Blei od. dgl. als Ballastgewicht füllbar ist. Das Ballastgewicht kann jedoch auch außerhalb der Blase angeordnet sein.

In dem Rohrstutzen und/oder der Gasversorgungsöffnung kann ferner ein z.B. als Klappen- oder Kugelventil ausgebildetes Rückschlagventil angeordnet sein, welcher verhindert, daß bei Druckabfall die Flüssigkeit in den Rohrstutzen bzw. das Rohrleitungssystem der Gaszufuhreinrichtung eindringt.

Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der Erfindung auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.

Es zeigen:

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Fig. 1 eine die Erfindung aufweisende Begasungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung schematisch im Schnitt, und

Fig. 2

bis 7 weitere Ausführungsformen der Erfindung in ähnlicher Schnittdarstellung wie in Fig. 1 .

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung zum Begasen von Flüssigkeiten besteht aus einer unter dem Flüssigkeitsspiegel anzuordnenden als Blase 4 ausgebildeten Gasverteiler, welcher an eine Gaszufuhreinrichtung 7 anschließbar ist. Die Gaszufuhreinrichtung 7 weist eine Rohrleitung 15, von welcher einer oder mehrere Rohrstutzen 6 an einer Gasversorgungsöffnung 9 abzweigen, auf. Die Blase 4 hat eine membranartige Blasenwandung 5 aus flexiblem Material mit einer Vielzahl von Gasaustrittsöffnungen 1, welche im wesentlichen gleichmäßig über die gesamte Membranoberfläche verteilt sind (dargestellt ist nur ein Ausschnitt). Die Blase 4 ist, jedenfalls im druckbeaufschlagten Zustand, kugelförmig sowie stützungsfrei lediglich über ihren Gaszufuhrstutzen 2, welcher über den Rohrstutzen 6 gestülpt und mittels einer Schelle 12 festgelegt ist, gehalten. In dem Rohrstutzen 6 befindet sich vor der Gaszufuhröffnung 3 in der Blasenwandung 5 ein als Kugelventil ausgebildetes Rückschlagventil 14, welches bei Beaufschlagung mit dem Gasdruck öffnet und bei Druckabfall schließt, so daß keine Flüssigkeit über die Gasaustrittsöffnungen 1 in die Blase 4 und die Gaszufuhreinrichtung 7 gelangen kann.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 2 unterscheidet sich von der in Fig. 1 dargestellten im wesentlichen dadurch, daß der sich an die Gaszufuhröffnung 3 der Blasenwandung 5 anschließende Gaszufuhrstutzen 2 als Wulst 8 ausgebildet ist, welcher in die Gasversorgungsöffnung 9 der Rohrleitung 15 einknöpfbar ist.

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Die Ausführungsform gemäß Fig. 3 unterscheidet sich von der in Fig. 2 dargestellten im wesentlichen dadurch, daß die Blase 4 nicht in einem Stück gefertigt ist, sondern aus einer oberen und einer unteren Blasenhälfte besteht, welche über ihre einander zugekehrten Ringflansche 13 miteinander verbunden sind. Die Verbindung kann in einem Zusammenvulkanisieren, Verschweißen, Zusammenkleben, Zusammennähen od. dgl. bestehen.

Die in Fig. 4 dargestellte Ausführungsform hat eine Blase 4, welche gemäß Fig. 3 aus einer oberen Hälfte und einer unteren Hälfte besteht. Die Blasenwandung 5 umgibt jedoch im Abstand ein Ballastgewicht 11, welches als Hohlkörper ausgebildet ist, dessen Innenraum mit der die Blase 4 umgebenden Flüssigkeit in Strömunsverbindung gebracht oder mit einer gesonderten Flüssigkeit, wie Wasser, Beton, Blei od. dgl. füllbar ist. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Ballastgewicht 1 1 mit einer gesonderten Flüssigkeit über einen abgewinkelten Füllstutzen 16 gefüllt worden, welcher mit einer Kappe 17 aus Kunststoff verschlossen ist. Sind solche Ballastgewichte 11 vorhanden, braucht der Gasverteiler bzw. die Gaszufuhreinrichtung 7 nicht am Boden des die zu begasende Flüssigkeit enthaltenden Beckens befestigt zu werden.

Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform ist die Blase 4 ringförmig ausgebildet und im Bereich zweier diametral gegenüberliegender Gaszufuhröffnungen 3 mittels der als in die Gasversorgungsöffnungen 9 einknöpfbarer Wulst 8 ausgebildeten Gaszufuhrstutzen 2 an der Rohrleitung 15 befestigt.

Bei dem in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Blase 4 ebenfalls ringförmig ausgebildet. Ihr Innenraum steht jedoch über einen einzigen sich verzweigenden Gaszufuhrstutzen 2 in Strömungsverbindung, welcher an seinem unteren Ende

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wieder als in die Gasversorgungsöffnung 9 einknöpfbarer Wulst 8 ausgebildet ist. In der ringförmigen Blase 4 befindet sich als Ballastgewicht 11 eine zweite ringförmige Blase, welche über den Füllstutzen 16 mit Wasser gefüllt worden ist.

Bei dem in Fig. 7 dargestellten Ausführungsbeispiel besteht die Blase 4 aus zwei Blasenhälften, welche an ihren einander zugewandten Rändern mittels eines ringförmigen Formgebungselements 10 gasdicht zusammengehalten sind. Im Bereich der Gaszufuhröffnung 3 der unteren Blasenhälfte schließt sich wiederum ein als Wulst 8 ausgebildeter Gaszufuhrstutzen 2 an, welcher mit seinem unteren Ende in die Gasversorgungsöffnung 9 eingeknöpft ist. Dargestellt ist die Blase 4 in einem Zustand, in welchem sie noch nicht vollständig aufgeblasen worden ist. Beim Aufblasen hebt sich das Formgebungselement 10 von seiner untersten Lage in Pfeilrichtung allmählich an.

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Bezugszeichenliste:

1 Gasaustrittsöffnungen

2 Gaszufuhrstutzen

3 Gaszufuhröffnung

4 Blase

5 Blasenwandung

6 Rohrstutzen

7 Gaszufuhreinrichtung

8 Wulst

9 Gasversorgungsöffnung

10 Formgebungselement

11 Ballastgewicht

12 Schelle

13 Ringflansch

14 Rückschlagventil

15 Rohrleitung

16 Füllstutzen

17 Kappe

Claims

Sch 50 G 4 Keil&Schaafhausen PATENTANWÄLTE Schutzansprüche :

1. Vorrichtung zum Begasen von Flüssigkeiten, insbesondere zum Belüften von Abwasser, mittels eines unter dem Flüssigkeitsspiegel anzuordnenden und an einer Gaszufuhreinrichtung anschließbaren Gasverteilers, welcher wenigstens eine membranartige Wandung aus flexiblem Material mit einer Vielzahl von Gasaustrittsöffnungen (1) hat, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung als stützungsfreie, lediglich über wenigstens einen Gaszufuhrstutzen (2) gehaltene, bis auf wenigstens eine Gaszufuhröffnung (3) und die Gasaustrittsöffnungen (1) geschlossene Blase (4) ausgebildet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasaustrittsöffnungen im wesentlichen über die gesamte Oberfläche der Blase (4) verteilt sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Blase (4) unter Gasdruck eine vorbestimmte Form, vorzugsweise im wesentlichen die Form einer Kugel, einer abgeflachten Kugel oder eines horizontal liegenden Ringes einnimmt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet, daß die Blasenwandung (5) mittels horizontaler und/oder vertikaler rippenförmiger Verdickungen in einer vorbestimmten Form gehalten wird.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der wirksame Öffnungsquerschnitt der Gasausrittsöffnungen (1) in Anpassung an den von dem durch die Gasaustrittsöffnungen (1) austretenden Gas zu überwindenden Flüssigkeitsdruck unterschiedliche Größe aufweist.

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6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Blasenwandung (5) in Anpassung an den von dem durch die Gasaustrittsöffnungen (1) austretenden Gas zu überwindenden Flüssigkeitsdruck unterschiedliche Dicke aufweist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Blasenwandung (5) aus einem dehnbaren, bspw. gummielastischen Material besteht.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Blasenwandung (5) aus einem nicht dehnbaren, z.B. textlien Material, besteht.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Blasenwandung (5) aus textilem Material besteht oder eine textile Verstärkungseinlage oder -auflage aufweist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasaustrittsöffnungen (1) in die vorgespannte Blasenwandung (5) aus dehnbarem Material eingebracht sind .

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasaustrittsöffnungen (1) in die nicht vorgespannte Blasenwandung (5) eingebracht sind.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, daß die Gasaustrittsöffnungen (1) einen von innen nach außen zunehmenden Öffnungsquerschnitt aufweisen.

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13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Blase (4) mit ihrem Gaszufuhrstutzen (2) auf einen Rohrstutzen (6) einer Gaszufuhreinrichtung (7) aufgestülpt ist .

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Blase (4) einen Gaszufuhrstutzen (2) mit Wulst (8) aufweist, welcher in eine Gasversorgungsöffnung (9) der Gaszufuhreinrichtung (7) einknöpfbar ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Blase (4) einstückig ausgebildet ist oder aus mehreren Wandungsabschnitten besteht, welche zusammenvulkanisiert, zusammengeschweißt und/oder miteinander verklebt, zusammengenäht und/oder mittels z.B. eines ringförmigen Formgebungselements, Reißverschluß od. dgl. miteinander verbunden sind .

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Blasenwandung (5) im Abstand ein Ballastgewicht (11) umgibt.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Ballastgewicht als Hohlkörper aus starrem oder flexiblem Material ausgebildet ist, dessen Innenraum mit der die Blase (4) umgebenden Flüssigkeit in Strömungsverbindung steht und/oder mit einer Flüssigkeit wie Wasser, Beton, Blei od. dgl. füllbar ist.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Rohrstutzen (6) und/oder der Gasversorgungsöffnung oder deren Nachbarschaft ein Rückschlagventil (14) angeordnet ist.