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Die
Erfindung betrifft einen Schaumgenerator für einen Eiweißabscheider
für Aquarien,
insbesondere Meerwasseraquarien, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
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Derartige
Schaumgeneratoren in Eiweißabscheidern
dienen dazu, dem Aquariumwasser Eiweißkomponenten zu entziehen,
welche die Wasserqualität
verschlechtern und die Lebensbedingungen für im Aquarium lebende Tiere
und Pflanzen beeinträchtigen.
Das Entfernen des Eiweißes
erfolgt bei bekannten Eiweißabscheidern
so, dass zunächst durch
Vermischen von Luft und eiweißbelastetem Wasser
mit dem Schaumgenerator ein Schaum erzeugt wird. Letzterer lässt sich
in einem Sammelbehälter
auffangen, der in größeren zeitlichen
Abständen
geleert wird.
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Im
Aquariumwasser befinden sich darüber hinaus
Schwebstoffe, beispielsweise Algenteile, Fischreste oder andersartige
Fremdkörper,
die über den
Schaumgenerator angesaugt werden. Wenn diese Schwebstoffe in der
Schaumgenerator eindringen, können
sie dessen Funktion beeinträchtigen
und diesen unter Umständen
sogar beschädigen.
Um dies zu vermeiden, ist bei bekannten Schaumgeneratoren ein Vorfilter
vorgesehen, um die Schwebstoffe herauszufiltern.
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Aus
Kostengründen
und auch teilweise aus Gründen
des Platzbedarfs der bei in Wohnungen aufgestellten Aquarien eine
Rolle spielt, kann das Vorfilter nicht so ausgelegt werden, dass
es sämtliche Schwebstoffe
herausfiltert. Bei der Verwendung von bekannten Vorfiltern, die
die Schwebstoffe mit der zum störungsfreien
Betrieb des Schaumgenerators erforderlichen Effizienz herausfiltern,
ist darüber
hinaus eine entsprechend große
Pumpleistung des Schaumgenerators erforderlich. Um diese zu erreichen
wird ein entsprechend großer
Pumpmotor benötigt.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es demnach, einen Schaumgenerator
der eingangs genannten Art derart weiter zu entwickeln, der robust, wartungsarm,
störungsunanfällig und
kompakt ist.
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Diese
Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch
einen Schaumgenerator mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.
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Erfindungsgemäß ist ein
Schäumrad
so aufgebaut, dass es als gut effektiver Rührer wirkt, um das Aquariumwasser
mit Luft zu vermischen und dabei mit im Aquariumwasser enthaltenem
Eiweiß Schaum
zu bilden.
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Die
Schäumwerkzeuge
erzeugen dabei beim Drehen des Schäumrades auch einen zum Ansaugen
von Aquariumwassers nutzbaren Wasserdrall. Gleichzeitig durchkämmen sie
das angesaugte Aquariumwasser und erzeugen so ein Gemisch aus Wasser
und feinen Luftblasen. An den aktiven Oberflächen der Luftblasen binden
sich elektrisch geladene gelöste
organische Kohlenstoffe (Dissolved Organic Carbons – DOC),
insbesondere Eiweiß.
Die dabei entstehende dichte Schaummasse kann dann einfach mechanisch
entfernt werden und das gereinigte Aquariumwasser zurück in das
Aquarium geleitet werden.
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Etwa
angesaugte Schwebstoffe werden bei der Rotation des Schäumrades
aus den Bereichen zwischen den Schäumwerkzeugen radial nach außen geschleudert,
so dass das Schäumrad
selbstreinigend ist. Durch die Vielzahl von Schäumwerkzeugen wird sehr effizient
die Aufschäumung
erreicht, so dass der Schaumgenerator insgesamt sehr kompakt aufgebaut
werden kann.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.
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Wie
oben dargelegt hat das Schäumrad
auch die Wirkung eines Pumpenlaufrades. Diese Wirkung ist um so
stärker,
je größer die
radiale Erstreckunskomponente der Schäumwerkzeuge ist, und umso kleiner,
je größer die
axiale Erstreckungskomponente der Schäumwerkzeuge ist. Daher ist
die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 2 im Hinblick darauf
vorteilhaft, ohne zu große
Strömung
im Aquarium eine effektive Eiweißentfernung durch Schaumbildung
zu erzielen.
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Bei
Ausbildung des Schäumrades
gemäß Anspruch
3 erhält
man eine sehr effektive lokale Verwirbelung der Wassers und eine
gute Effektivität
der Schaumbildung.
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Die
Weiterbildung gemäß Anspruch
4 ist im Hinblick auf die Selbstreinigung des Schäumrades und
ein sanftes Einschalten der Strömung
nach Stillstand von Vorteil.
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Ferner
erhält
man den Vorteil, dass die Schäumwerkzeuge
und die Grundplatte nachgeben und nicht zerstört werden sobald harte Schwebstoffe angesaugt
werden und auf die Schäumwerkzeuge oder
die Grundplatte treffen.
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Darüber hinaus
werden wegen der Biegbarkeit der Schäumwerkzeuge und/oder des Grundkörpers die
Schäumwerkzeuge
automatisch abhängig von
der Drehzahl des Schäumrades
radial nach außen
geneigt, wobei sie sich zusätzlich
an die Drehrichtung des Schäumrades
anpassen. Hierzu sind keine zusätzlichen
Schwenk- oder Neigeeinrichtungen, beispielsweise Gelenke, erforderlich.
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Auf
diese Weise können
auch angesaugte Fremdkörper
einfach an den Schäumwerkzeugen vorbei
gleiten und radial nach außen
geschleudert werden. Der Schaumgenerator ist somit im Wesentlichen
selbstreinigend.
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Der
Durchmesser des Schäumrades,
der sich durch die Neigung der Schäumwerkzeuge vergrößert, ist
auch beim Starten des Schaumgenerators kleiner als bei hohen Drehzahlen.
Auf diese Weise ist auch das erforderliche Drehmoment beim Starten
des Schaumgenerators entsprechend kleiner, so dass der Synchronmotor
entsprechend kompakt aufgebaut sein kann.
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Die
Elastizität
des Schäumrades,
insbesondere des Grundkörpers
und/oder der Schäumwerkzeuge,
bewirkt darüber
hinaus, dass Vibrationen die durch den Synchronmotor generiert werden,
gedämpft
werden, so dass die mechanischen Bauteile durch diese Vibrationen
weniger belastet werden und der Schaumgenerator insgesamt zuverlässiger und verschleißarm ist.
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Bei
der Weiterbildung gemäß Anspruch
5 hat man eine besonders gute Abstimmung von Pumpwirkung und Schäumwirkung.
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Gemäß Anspruch
6 ist das Schäumrad
in einem speziellen Generatorgehäuse
untergebracht, welches die Einlässe
für das
Aquariumwasser und Luft und den Auslass für den Schaum aufweist und strömungstechnisch
speziell auf die Anforderungen der Schaumerzeugung abgestellt ist.
Auf diese Weise ist eine optimale Zuleitung des Wassers und der Luft
zu dem Schäumrad
und den Schäumwerkzeugen
ebenso gewährleistet
wie eine gute Schaumabgabe.
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Die
Weiterbildung gemäß Anspruch
7 ist im Hinblick auf einfach Montage und Wartung des Generators
von Vorteil.
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Gemäß Anspruch
8 kann der Antriebsmotor für
das Schäumrad
ein Synchronmotor sein, der einfach, kompakt und robust aufgebaut
ist.
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Um
eine optimale Aufschäumwirkung
zu erzielen, kann gemäß Anspruch
10 das Schäumrad eine
Drehzahl von etwa 3000 Umdrehungen pro Minute haben. Bei diesen
Drehzah len wird außerdem ein
guter Selbstreinigungseffekt erzielt.
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Ferner
kann gemäß Anspruch
11 der Einlass für
Luft mit einem Schalldämpfer
verbunden sein, um die Geräuschentwicklung
beim Ansaugen der Luft zu verringern.
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Zum
Auffangen des Schaums aus gelösten organischen
Kohlenstoffen (DOC), insbesondere des Eiweißschaums, kann gemäß Anspruch
12 der Auslass für
den Schaum mit einem Schaumbehälter,
insbesondere einem Separator, verbunden sein. Aus diesem kann der
Schaum dann einfach mechanisch entfernt werden.
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Nachstehend
wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme
auf die Zeichnung näher
erläutert.
In dieser zeigen:
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1 schematisch
einen axialen Teilschnitt durch einen Eiweißabscheider für ein Meerwasseraquarium
mit einem Schaumgenerator, gzeigt im Stillstand;
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2 eine
Seitenansicht eines rotierenden Schäumrades des Schaumgenerators
von 1;
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3 schematisch
eine Unteransicht des Schäumrades
von 1 im Stillstand; und
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4 eine
Unteransicht des rotierenden Schäumrades
aus 2.
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In 1 ist
mit 10 insgesamt ein Eiweißabscheider bezeichnet, der
im Inneren eines nicht gezeigten Außenbehälters angeordnet ist. Bei dem
Außenbehälter kann
es sich um einen Aquariumbehälter
oder um eine unterhalb eines Aquariumbehälters in einem Unterschrank
angeordnete Filterkammer handeln.
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Der
Eiweißabscheider 10 umfasst
einen in 1 im Zentrum dargestellten Schaumgenerator 12,
der über
einen Einlassstutzen 14 für Umgebungsluft und Wasser
verfügt,
(1 unten) und einen Auslassstutzen 16 für Schaum
(Luft/Wasser/Eiweiß-Gemisch)
aufweist, wie in 1 links gezeigt.
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Der
Auslassstutzen 16 ist über
eine in 1 schematisch angedeutete Schaumleitung 18 mit
einem Schaumbehälter 20 verbunden,
in dem mit dem Schaumgenerator 12 erzeugter Schaum aufgefangen
wird, der dann aus diesem mechanisch entfernt werden kann.
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Der
Einlassstutzen 14 verfügt über einen
aufgesteckten Ansaugkorb 22, welcher im Aquariumwasser
hängt.
Der Ansaugkorb 22 weist eine Mehrzahl von parallel zur
Achse des Ansaugkorbes 22 verlaufenden Durchlassschlitzen 24 in
seiner Umfangswand und eine zentrale Öffnung 26 in seiner vom
Einlassstutzen 14 abgewandten Stirnseite auf, durch welche
das Wasser in den Ansaugkorb 22 und von dort in den Einlassstutzen 14 gesaugt
wird.
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Der
Einlassstutzen 14 hat in seiner Umfangswand einen Anschlussstutzen 28 für einen
Luftschlauch 30. Der Luftschlauch 30 kommt von
einem Schalldämpfer 32 für die angesaugte
Luft, der in 1 rechts gezeigt ist und bekannten
Aufbau hat.
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Zum
Schalldämpfer 32 führt eine
Luftzuführleitung 34,
welche zur Umgebung hin offen ist und durch welche Umgebungsluft
angesaugt werden kann. Der Schalldämpfer 32 bewirkt eine
Reduzierung der Strömungsgeräusche der
angesaugten Luft.
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Der
Einlassstutzen 14, der Ansaugkorb 22 und der Schalldämpfer 32 sind
aus transparentem hartem Kunststoff, so dass etwaige Verschmutzungen
von außen
leicht sichtbar sind. Sie können
aber auch aus einem anderen vorzugsweise harten Material sein.
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Der
Einlassstutzen 14 trägt
unterhalb des Anschlussstutzens 28 eine transversale Drosselscheibe 29.
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Der
Einlassstutzen 14 ist von unten an einem zylindrischen
Anschlussgehäuseteil 36 des
Schaumgenerators 12 befestigt oder einstückig an
dieses angeformt. Die Bodenwand des Anschlussgehäuseteils 36 weist
mittig eine durchgängige Öffnung 38 auf, welche
den Innenraum 40 des Anschlussgehäuseteils 36 mit dem
Inneren des Einlassstutzens 14 verbindet.
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Am
oberen Ende der Umfangswand des Anschlussgehäuseteils 36 ist mittig über einen
Stern von vier Tragarmen 41 ein zylindrischer Lagerblock 42 angebracht,
auf welchem ein ein Schäumrad 44 aufweisendes
Ende eines langgestreckten rotationssymmetrischen Arbeitsrotors 46 gelagert
ist, der Permanentmagnete enthält,
wie von Synchronmotoren bekannt. Der Arbeitsrotor 46 ist
Teil eines insgesamt mit 48 bezeichneten Synchronmotors.
Der Synchronmotor 48 und das Schäumrad 44 wirken zugleich
als Kreiselpumpe.
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Das
Schäumrad 44 läuft in einem
Innenraum 52 eines zylindrischen, zum Anschlussgehäuseteil 36 hin,
in 1 nach unten, offenen Arbeitsgehäuseteils 54.
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Das
Anschlussgehäuseteil 36 ist
von unten in das Arbeitsgehäuseteil 54 eingesteckt.
Es weist an seiner Umfangswand eine umlaufende Dichtungsnut mit
einer O-Ringdichtung 68 auf,
welche den Bereich zwischen dem Anschlussgehäuseteil 36 und dem
Arbeitsgehäuseteil 54 abdichtet.
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Das
Arbeitsgehäuseteil 54 ist
unten an die Unterseite eines Motorgehäuseteils 56 angeformt und
bildet mit diesem zusammen ein von dem Anschlussgehäuseteil 36 trennbares
Gehäuseoberteil 58.
Im Inneren des Arbeitsgehäuseteils 54 befindet sich
das Schäumrad 44.
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An
einer Umfangsseite des Arbeitsgehäuseteils 54 ist der
Auslassstutzen 16 für
die Schaum/Wassermischung angeformt, welcher durchgängig offen
ist.
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Eine
nach außen
dichte mittige Rotorkammer 62 dient zur Aufnahme des Arbeitsrotors 46.
Der Arbeitsrotor 46 ist auf seiner, vom Schäumrad 44 abgewandten
Seite auf einem von einer oberen Endwand eines Gehäuseoberteiles 56 getragenen Lagerzapfen 57 gelagert.
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Ein
Anschlusszapfen 65 des Antriebsrotors 44 steht
aus der Rotorkammer 62 nach unten über und trägt eine Anschlusshülse 64 des
Schäumrades 44.
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Im
Motorgehäuseteil 56 befindet
sich ein Stator 66 des Synchronmotors 48. Der
Stator 66 ist über nicht
gezeigte elektrische Leitungen mit einer Spannungsquelle verbunden
und wird über
diese versorgt. Mit dem Synchronmotor 48 kann das Schäumrad 44 auf
Drehzahlen von etwa 2000 bis etwa 5000, vorzugsweise etwa 3000 Umdrehungen
pro Minute gebracht werden.
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Das
Schäumrad 44 weist
auf seiner dem Synchronmotor 48 zugewandten Seite die zylindrischen
Anschlusshülse 64 und
auf der anderen, unteren Seite eine in axialer Sicht (3)
kreisrunde Grundplatte 68.
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Auf
der vom Anschlusshals 64 abgewandten Oberfläche der
Grundplatte 68 ist eine Vielzahl von borstenähnlichen
Schäumwerkzeugen 70 bürstenartig
angeformt, deren Längsachsen
bei stehendem Synchronmotor 48 parallel zur Achse des Arbeitsrotors 46 verlaufen.
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Die
Grundplatte 68, die Anschlusshülse 64 und die Schäumwerkzeuge 70 sind
einstückig
aus einem elastischen Kunststoff gefertigt. Die Elastizität des Schäumrades 44 hat
unter anderem eine dämpfende
Wirkung bei der Rotation, wodurch Laufgeräusche verringert werden. So
werden auch Vibrationen des Synchronmotors 46 gedämpft, wodurch
auch die mechanische Belastung der Bauteile verringert wird.
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Sobald
der Synchronmotor 48 in Betrieb ist, bewirkt die Zentrifugalkraft,
dass die Schäumwerkzeuge 70 abhängig von
der Rotationsgeschwindigkeit radial nach außen geneigt werden. Die Neigung beträgt bei einer
Drehzahl von etwa 3000 Umdrehungen pro Minute etwa 30° gegenüber dem
Arbeitsrotor 46 für
die äußeren Schäumwerkzeuge 70 (2). Zusätzlich bewirkt
die Rotation in Kombination mit dem Bewegungswiderstand des umgebenden
Wassers gegen die Borsten, dass die Schäumwerkzeuge 70 entgegen
der Drehrichtung gebogen werden.
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Durch
die Neigung der Schäumwerkzeuge 70 radial
nach außen
vergrößert sich
der Durchmesser des rotierenden Schäumrades 44 (4 in
der Untersicht) im Vergleich zum Stillstand (3).
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Der
oben beschriebenen Eiweißabscheider 10 arbeitet
wie folgt:
Unter Einsatzbedingungen liegt der Ansaugkorb 22 unterhalb
der Oberfläche
des Aquariumwassers. Das freie Ende der Luftzuführleitung 34 ist aus
dem Wasser herausgeführt,
so dass über
sie Umgebungsluft angesaugt werden kann.
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Wird
der Synchronmotor 48 gestartet, so dreht sich das Schäumrad. Dabei
ist zunächst
ein kleineres Anfangsdrehmoment erforderlich, da die Schäumwerkzeuge 70 zunächst parallel
zur Achse des Arbeitsrotors 46 ausgerichtet sind. Bei zunehmender
Drehzahl neigen sich die Schäumwerkzeuge 70 radial
nach außen,
wodurch sich der effektive Durchmesser des Schäumrades vergrößert.
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Die
Rotation des Schäumrades 44 sorgt
neben dem Aufschäumen
schäumbarer
Bestandteile des Wassers nach Art einer Kreiselpumpe für eine Sogwirkung,
so dass Aquariumwasser durch die Durchlassschlitze 24 und
die Öffnung 26 in
den Ansaugkorb 22 und Umgebungsluft über den Luftschlauch 30,
den Schalldämpfer 32 und
die Umluftzuleitung 34 in den Einlassstutzen 14 angesaugt
werden und von dort in den Innenraum 40 des Anschlussgehäuseteils 36 strömen.
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Durch
die Durchgangsöffnungen 50 im
Anschlussgehäuseteil 36 werden
das Aquariumwasser und die Umgebungsluft in den Innenraum 52 des
Arbeitsgehäuseteils 54 gesaugt,
wo die Schäumwerkzeuge 70 des
Schäumrades 44 das
Wasser mit der Luft innig und fein vermischen und so ein Gemisch aus
Wasser und feinen Luftblasen erzeugen, das durch Eiweiß und DOCs
zu einem Schaum stabilisiert wird. Die dabei entstehende dichte
Schaummasse aus DOC's,
also auch Eiweiß,
wird über
den Auslassstutzen 16 und die Schaumleitung 18 in
den Schaumbehälter 20 gefördert.
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Dabei
wird das durch das Arbeitsgehäuseteil 54 fließendes Aquariumwasser
von dem Schaum separiert und wieder zurück in den Außenbehälter geleitet.
Die sich im Sammelbehälter
bildende "trockene" Schaummasse wird
in Abständen
aus dem Schaumbehälter 20 mit
einem Schöpfer
oder dgl. entfernt.
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Das
Anschlussgehäuseteil 36 kann
auch fest mit dem Arbeitsgehäuseteil 54 verbunden
oder einstückig
an dieses angeformt sein. In diesem Fall ist es zweckmäßig, wenn
das Arbeitsgehäuseteil 54 auf dem
Motorgehäuseteil 56 aufsteckbar
oder in anderer Weise mit diesem lösbar verbunden ist, so dass es
von dem Motorgehäuseteil 56 getrennt
werden kann, um den Arbeitsrotor 46 mit dem Schäumrad 44 beispielsweise
zu Wartungs- oder Reinigungszwecken zu entfernen.