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Die Erfindung betrifft eine Filtereinrichtung sowie ein Verfahren zum Reinigen eines Prozessgases für eine Lasersinter- oder Laserschmelzanlage.
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Aus der
EP 2 307 118 B1 ist eine Filteranordnung zum Filtern eines flüssigen oder gasförmigen Mediums bekannt. Diese Filteranordnung umfasst ein Filtergehäuse, auf welchem ein Gehäusekopf mittels einer Schraubverbindung lösbar befestigt ist. In dem Gehäusekopf ist ein erstes Anschlusselement zur Zuleitung des zu filternden Mediums sowie ein zweites Anschlusselement zur Ableitung des gefilterten Mediums vorgesehen. An dem Filterkopf sind mehrere Verriegelungselemente vorgesehen, durch welche ein versehentlicher Betrieb des Filterkopfes bei fehlendem Filtergehäuse verhindert werden kann.
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Aus der
DE 10 2012 004 587 B4 ist eine Filtereinrichtung zum Anschluss an eine Lasersinter- oder Laserschmelzanlage bekannt. Bei dieser Filteranlage ist vorgesehen, dass ein Filtermodul in einem Gehäuse vorgesehen ist, wobei das Filtermodul in einem unterteilten Gehäuse positioniert ist, welches mit einem Oberteil verschließbar ist. Das Filtermodul weist einen Zulauf und einen Ablauf für ein Flutungsmedium auf, um den mit Pulver beladenen Filter vor dem Öffnen des Filtermoduls zu fluten.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Filtereinrichtung sowie ein Verfahren zum Reinigen eines Prozessgases für eine Lasersinter- oder Laserschmelzanlage vorzuschlagen, wodurch ein vereinfachter Wechsel eines mit Partikeln beladenen Filters ermöglicht ist, wobei eine Gefahr einer Explosion oder Verpuffung vermieden wird.
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Diese Aufgabe wird durch eine Filtereinrichtung zum Reinigen eines Prozessgases für eine Lasersinter- oder Laserschmelzanlage gelöst, welche einen Filterkopf mit einem Gehäuse umfasst, das einen Rohgasanschluss zum Zuführen eines belasteten oder verunreinigten Prozessgases bzw. rohgases und einen Reingasanschluss zum Abführen eines gereinigten Prozessgases bzw. Reingases aufweist, sowie eine Anschlussschnittstelle für einen Filter umfasst, die zwischen dem Rohgasanschluss und dem Reingasanschluss vorgesehen ist und einen Anschluss für die Zuführung eines Benetzungsmediums umfasst, welcher zwischen dem Rohgasanschluss und der Anschlussschnittstelle zur Aufnahme des Filters vorgesehen ist. Dieser Anschluss für die Zuführung des Benetzungsmediums ist stromab des Rohgasanschlusses in einem Zuführkanal zur Anschlussschnittstelle angeordnet. Dies weist den Vorteil auf, dass noch während des Reinigungsprozesses für das belastete Prozessgas über den Anschluss am Filterkopf ein Benetzungsmedium zugeführt und in den Filter eingetragen wird. Dadurch kann bei einem Wechsel des Filters durch ein Lösen des Filters von dem Filterkopf die Gefahr einer Explosion oder einer Verpuffung in dem Filter vermieden werden.
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Zwischen dem Rohgasanschluss und der Anschlussschnittstelle ist ein Zuführkanal ausgebildet, der vor der Anschlussschnittstelle für den Filter eine Querschnittsverjüngung aufweist. Diese Querschnittsverjüngung ermöglicht eine Beschleunigung des Volumenstromes des Prozessgases in dem Zuführkanal. Dadurch kann eine erleichterte Zuführung des Benetzungsmediums über den Anschluss erfolgen, der dem Zuführkanal zugeordnet ist.
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Bevorzugt ist zwischen der Querschnittsverjüngung und der Anschlussschnittstelle der in den Zuführkanal mündende Anschluss für die Zuführung des Benetzungsmittels positioniert. Dies ermöglicht, dass durch die Querschnittsverjüngung ein Venturi-Effekt erzielt wird, durch welchen aufgrund der Strömungsgeschwindigkeit des belasteten Prozessgases eine Mitnahme oder ein Herausführen des Benetzungsmediums durch den Anschluss für die Zuführung des Benetzungsmediums ermöglicht ist.
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Dadurch kann eine einfache Befüllung des Filters mit dem Benetzungsmedium ermöglicht sein.
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Bevorzugt ist die Querschnittsverjüngung als eine Venturi-Düse in Verbindung mit dem Anschluss für das Benetzungsmedium ausgebildet.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Filterkopfes sieht vor, dass die Anschlussschnittstelle am Filterkopf für den Filter an einer Gehäuseunterseite vorgesehen ist und der Anschluss für das Benetzungsmedium an einer Gehäuseseitenfläche oder einer Gehäuseoberseite vorgesehen ist. Dies ermöglicht, dass eine drucklose Bevorratung des Benetzungsmediums in einem Behälter möglich ist, der an den Anschluss für die Zuführung des Benetzungsmediums anschließbar ist.
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Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass der Rohgasanschluss und/oder der Reingasanschluss an der Unterseite oder an einer Gehäuseseitenfläche angeordnet ist. In beiden Fällen kann eine einfache Zuführung des partikelbelasteten Prozessgases bzw. Rohgas in den Zuführkanal sowie eine Abführung des gereinigten Prozessgases bzw. Reingas ermöglicht sein.
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Vorteilhafterweise ist der an dem Gehäuse des Filterkopfes vorgesehene Anschluss für das Benetzungsmedium als ein Befüllstutzen mit einer Dichtung zum lösbaren Anschluss eines Behälters oder eines Zuführschlauches zum Zuführen des Benetzungsmediums ausgebildet. Dies ermöglicht eine einfache und schnelle Bestückung des Filterkopfes zum bedarfsmäßigen Zuführen des Benetzungsmediums.
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Bevorzugt ist der Anschluss am Gehäuse des Filterkopfes für das Benetzungsmedium mit einem lösbaren Deckel verschlossen. Dies ermöglicht eine einfache Handhabung.
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Die im Gehäuse des Filterkopfes vorgesehene Anschlussstelle zur Aufnahme des Filters, insbesondere einer Filterkartusche, umfasst einen halbkreisförmigen Zuführkanal, der sich an die Querschnittsverjüngung des Zuführkanales anschließt und umfasst des Weiteren einen Anschlussstutzen, der mit einem zum Reingasanschluss führenden Abführkanal verbunden ist. An dieser Anschlussstelle kann vorzugsweise ein Filter, insbesondere eine Filterkartusche, angeschlossen werden, welche am Außenumfang einen ringförmigen Eingang für das Rohgas aufweist und zentral einen Ausgang umfasst, über welchen das Reingas abgeführt werden kann. Vorteilhafterweise ist der Rohgaseingang einer solchen Filterkartusche mit mehreren Öffnungen versehen, welche integrierte Rückschlagventile aufweisen, so dass eine Zuführung des Rohgases in den Filter ermöglicht, jedoch ein selbständiges Austreten verhindert wird.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Filtereinrichtung sieht vor, dass zwischen dem Abführkanal und dem Reingasanschluss ein Rückschlagventil vorgesehen ist. Dadurch kann ein schnelles Eindringen von Sauerstoff in die Filtereinrichtung verhindert werden, sobald ein geschlossener Kreislauf für das Prozessgas unterbrochen oder geöffnet wird, beispielsweise indem eine Tür einer Prozesskammer geöffnet wird.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird des Weiteren durch ein Verfahren zur Reinigung eines Prozessgases gelöst, bei dem eine Filtereinrichtung nach einem der vorstehenden Ausführungsformen in einem geschlossenen Kreislauf für das Prozessgas einer Lasersinter- oder Laserschmelzanlage positioniert ist, bei dem zum Filtern des Prozessgases an den Filterkopf ein Filter angeschlossen wird, bei dem vor dem Wechsel des zumindest teilweise gefüllten Filters über einen Anschluss zum Zuführen eines Benetzungsmediums am Filterkopf das Benetzungsmedium zugeführt wird, bei dem nach dem Zuführen eines einstellbaren Volumens des Benetzungsmediums der Kreislauf des Prozessgases gestoppt und der gefüllte Filter entnommen und ein frischer Filter an den Filterkopf angeschlossen wird. Dadurch ist ein schneller Filterwechsel ermöglicht. Gleichzeitig kann sichergestellt sein, dass durch die Zuführung des Benetzungsmediums die Gefahr einer Explosion oder einer Verpuffung innerhalb des Filter verhindert wird. Darüber hinaus weist dieses Verfahren den Vorteil auf, dass ein schneller und sauberer Wechsel durch den einfachen Austausch des Filters, insbesondere einer Filterkartusche, ermöglicht ist.
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Bevorzugt wird vor dem Betrieb des geschlossenen Kreislaufes der Anschluss für die Zuführung des Benetzungsmediums am Filterkopf geschlossen.
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Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass der Füllstand des Filters für den bevorstehenden Wechsel und die Zuführmenge des Benetzungsmediums erfasst wird. Dadurch kann in Abhängigkeit des mit Partikeln belasteten Prozessgases der Zeitpunkt für den bevorstehenden Wechsel des Filters erfasst und die Zuführung des Benetzungsmediums angesteuert werden, bevor der Filter gewechselt wird und/oder vollständig beladen ist.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass nach einer vorbestimmten Betriebsdauer der Filtereinrichtung das Benetzungsmedium dem Filter zugegeben wird. Alternativ kann vorgesehen sein, dass nach Erreichen eines vorbestimmten Differenzdruckes zwischen dem Rohgasanschluss und dem Reingasanschluss das Benetzungsmittel dazugegeben wird. Mit zunehmendem Füllstand erhöht sich die Druckdifferenz zwischen der Rohgasseite und der Reingasseite. Dadurch kann eine differenzdruckabhängige Ansteuerung für die Zugabe des Benetzungsmediums ermöglicht sein. Des Weiteren kann alternativ vorgesehen sein, dass bei Erfassung eines vorbestimmten Sollwertes für eine Förderleistung einer Pumpe in dem geschlossenen Kreislauf für das Prozessgas das Benetzungsmittel zugegeben wird. Für einen Sinter- oder Schmelzprozess in einer Prozesskammer wird bevorzugt ein konstanter Volumenstrom des Prozessgases angesteuert. Bei einem zunehmenden Füllstand des Filters wird es erforderlich, dass die Förderleistung der Pumpe sich erhöht, um den Volumenstrom des Prozessgases konstant zu halten. Eine solche Änderung in der Förderleistung der Pumpe kann wiederum den Zeitpunkt zur Zugabe des Benetzungsmittels bestimmen.
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Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass ein Füllstand eines Behälters mit Benetzungsmitteln mit einem Sensor oder durch eine Füllstandsanzeige erfasst wird. Dadurch kann eine vollständige Entleerung des Benetzungsmittels überwacht und verhindert sein, um sicherzustellen, dass ein hinreichendes Volumen am Benetzungsmedium vor dem Wechsel des Filters in den Filter eingetragen wird.
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Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass der Wechsel des Filters durch ein RFID-Tag oder einen Transponder überwacht wird. Dadurch kann sichergestellt sein, dass nur vollständig entleerte Filter für den Betrieb an einer Filtereinrichtung angeschlossen werden und dass bei einem Wechsel des pulverförmigen Aufbaumaterials zum Herstellen eines dreidimensionalen Objektes in der Prozesskammer auch ein Filterwechsel erfolgt, so dass in einem Filter nicht zwei verschiedene Partikelmaterialien aus dem Prozessgas herausgefiltert werden. Dies stellt eine Sicherheitsfunktion dar.
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Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen derselben werden im Folgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Beispiele näher beschrieben und erläutert. Die der Beschreibung und den Zeichnungen zu entnehmenden Merkmale können einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination erfindungsgemäß angewandt werden. Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Ansicht einer Filtereinrichtung zur Reinigung eines Prozessgases für eine Lasersinter- oder Laserschmelzanlage,
- 2 eine perspektivische Draufsicht auf die Filtereinrichtung gemäß 1 mit einem abgenommenen Deckel,
- 3 eine perspektivische Ansicht von unten auf die Filtereinrichtung gemäß 1, und
- 4 eine schematische Schnittansicht der Filtereinrichtung gemäß 1.
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In 1 ist perspektivisch eine Filtereinrichtung 11 dargestellt. Diese Filtereinrichtung 11 umfasst einen Filterkopf 12, an welchen ein auswechselbarer Filter 14, insbesondere eine Filterkartusche, anschließbar ist. Diese Filtereinrichtung 11 dient zum Anschluss in einen geschlossenen Prozessgaskreislauf einer nicht näher dargestellten Lasersinter- oder Laserschmelzanlage. Von einer Prozesskammer der Lasersinter- oder Laserschmelzanlage wird mit Partikeln belastetes oder verunreinigtes Prozessgas bzw. Rohgas einem Rohgasanschluss 16 in einem Gehäuse 17 des Filterkopfes 12 zugeführt. Das Rohgas wird durch den Filter 14 gereinigt. Das gereinigte Prozessgas bzw. Reingas wird zu einem Reingasanschluss 18 am Gehäuse 17 des Filterkopfes 12 geführt. Von dort aus wird das Reingas über eine Pumpe der Prozesskammer wieder zugeführt. Durch diese im geschlossenen Kreislauf angeschlossene Pumpe wird das Rohgas aus der Prozesskammer der Lasersinter- oder Laserschmelzanlage abgezogen und dem Filterkopf 12 zugeführt.
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Der Rohgasanschluss 16 und Reingasanschluss 18 sind bevorzugt benachbart zueinander und insbesondere an einer Gehäuseunterseite an einem Gehäuse 17 des Filterkopfes 12 angeordnet. Alternativ können der Rohgasanschluss 16 und der Reingasanschluss 18 auch einander gegenüberliegend an dem Gehäuse 17 angeordnet sein. Des Weiteren ist bevorzugt an einer Gehäuseunterseite des Filterkopfes 12 eine Anschlussschnittstelle 21 zur lösbaren Anbringung des Filters 14 vorgesehen. An einer Gehäuseoberseite des Filterkopfes 12 ist bevorzugt ein Anschluss 23 für die Zuführung eines Benetzungsmediums in den Filterkopf 12 vorgesehen.
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In 2 ist eine perspektivische Ansicht auf den Filterkopf 12 dargestellt, bei der die geschlossene Gehäuseoberseite nicht dargestellt ist. Der Rohgasanschluss 16 mündet in einen Zuführkanal 25, der in einen halbkreisförmigen Kanalabschnitt 26 übergeht. Dieser halbkreisförmige Kanalabschnitt 26 ist Teil der Anschlussschnittstelle 21 für den Filter 14.
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Zwischen dem Rohgasanschluss 16 und dem halbkreisförmigen Kanalabschnitt 26 umfasst der Zuführkanal 25 eine Querschnittsverjüngung 27. Bei dieser Querschnittsverjüngung 27 kann der Querschnitt des Zuführkanals 25 um mehr als 20 % verringert sein. Zwischen der Querschnittsverjüngung 27 und dem halbkreisförmigen Kanalabschnitt 26 der Anschlussstelle 21 ist der Anschluss 23 zum Zuführen des Benetzungsmediums in dem Zuführkanals 25 vorgesehen.
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Innerhalb des halbkreisförmigen Kanalabschnitts 26 ist ein Anschlussstutzen 29 vorgesehen, der einen zweiten Teil der Anschlussschnittstelle 21 bildet. Von dem Anschlussstutzen 29 aus erstreckt sich ein Abführkanal 31 zum Reingasanschluss 18. Zwischen dem Abführkanal 31 und dem Reingasanschluss 18 ist ein Rückschlagventil 32 vorgesehen.
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In 3 ist eine perspektivische Ansicht von unten auf den Filterkopf 12 der Filtereinrichtung 11 dargestellt. Daraus geht die Anordnung und Positionierung des Rein- und Rohgasanschlusses 16, 18 sowie die Anschlussschnittstelle 21 mit dem Anschlussstutzen 29 und dem halbkreisförmigen Kanalabschnitt 26 hervor.
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Die Anschlussschnittstelle 21 mit dem halbkreisförmigen Kanalabschnitt 26 und dem Anschlussstutzen 29 ist zum Anschluss für einen Filter 14, insbesondere eine Filterkartusche 14, ausgebildet, welche bevorzugt als eine sogenannte Spin-On-Kartusche ausgebildet ist. Diese Filterkartusche 14 kann lösbar über eine Schraubverbindung an dem Anschlussstutzen 29 befestigt sein. Die Filterkartusche 14, welche in 4 beispielhaft dargestellt ist, umfasst einen ringförmigen Aufnahmebereich, der in der Geometrie dem halbkreisförmigen Kanalabschnitt 26 entspricht. In diesem Aufnahmebereich sind mehrere integrierte Rückschlagventile 37 vorgesehen, so dass ein Austreten des eingeströmten Rohgases aus der Filterkartusche 14 verhindert ist. In der Filterkartusche 14 ist zentral eine Bohrung vorgesehen, über welche das gefilterte Prozessgas als Reingas aus der Filterkartusche 14 herausgeführt und über den Anschlussstutzen 29 in den Abführkanal 31 übergeführt wird.
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Die 4 zeigt eine schematische Schnittansicht der Filtereinrichtung 11. An dem Filterkopf 12 der Filtereinrichtung 11 ist an der Anschlussstelle 21 der Filter 14 befestigt. Des Weiteren ist an dem Anschluss 23 zum Zuführen des Benetzungsmediums ein Behälter befestigt, in dem das Benetzungsmedium bevorratet ist. Dieser Anschluss 23 ist bei Nichtgebrauch mittels eines lösbaren Deckels verschlossen. Nach dem Abnehmen des Deckels kann der Behälter 34 vorzugsweise über eine Schraubverbindung an dem Anschluss 23 befestigbar sein. Insbesondere ist eine Dichtung 35 zur mediumdichten Anordnung des Behälters 34 an den Anschluss 23 vorgesehen.
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Bei Betrieb der Lasersinter- oder Laserschmelzanlage wird das Prozessgas über den Rohgasanschluss 16 zugeführt. Durch die Querschnittsverjüngung 27 wird die Strömungsgeschwindigkeit des Rohgases in dem Zuführkanal 25 zur Anschlussschnittstelle 21 erhöht. Diese Querschnittsverjüngung 27 bildet eine Venturi-Düse. Aufgrund der erhöhten Strömungsgeschwindigkeit in dem verjüngten Kanalquerschnitt wird an dem Anschluss 23 ein Unterdruck erzeugt, wodurch das Benetzungsmedium aus dem Behälter 34 herausgeführt und gemeinsam mit dem Rohgas in den Filter 14 eingetragen wird. Bevorzugt ist das Benetzungsmedium als ein Löschmittel ausgebildet. Dadurch kann ein Entzünden der in dem Filter 14 gesammelten Partikel verhindert oder ein möglicher Brandherd verhindert werden, oder im Brandfall das Feuer im Filter 14 gelöscht werden.
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Durch die Reinigung des verunreinigten Prozessgases oder mit Partikeln belasteten Prozessgases setzt sich der Filter 14 zunehmend zu. Vor einem Wechsel des Filters 14 wird der Behälter 34 mit dem Benetzungsmedium an dem Anschluss 23 fixiert. Der geschlossene Kreislauf für das Prozessgas wird betätigt. Dadurch wird das Benetzungsmedium aufgrund des Venturi-Effektes im Filterkopf 12 zunehmend in den Filter 14 eingetragen. Nachdem ein vorbestimmtes Volumen des Benetzungsmediums in den Filter 14 eingetragen wird oder der Behälter 34 mit dem Benetzungsmedium entleert ist, wird der Volumenstrom des Prozessgases im geschlossenen Kreislauf gestoppt. Vorzugsweise wird die Pumpe im geschlossenen Kreislauf stillgesetzt. Danach kann der Behälter 34 abgenommen und der Anschluss 23 mit dem lösbaren Deckel verschlossen werden. Auch kann der Filter 14 ausgetauscht werden. Darauffolgend wird die Pumpe im geschlossenen Kreislauf wieder für weitere Prozessschritte der Lasersinter- oder Laserschmelzanlage gestartet.
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Der Filter bzw. die Filterkartusche 14 ist in 1 und 4 schematisch dargestellt. Am Boden dieser Filterkartusche 14 kann ein RFID-Tag oder ein Transponder angebracht sein. Dadurch kann sichergestellt sein, dass die Filterkartusche 14 nur für ein einziges pulverförmiges Aufbaumaterial und nur einmal benutzt wird. Dies dient als Schutz vor exothermen Reaktionen im Filter 14. Des Weiteren kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass der Boden des Filters 14 als Aufstandsfläche ausgebildet ist und eine oder mehrere Griffmulden für dessen einfache Handhabung umfasst, insbesondere zum Anschrauben des Filters 14 an den Anschlussstutzen 29, zu ermöglichen. Dieser Filter 14 weist zur Anschlussschnittstelle 21 weisend eine außenliegende Dichtung und eine innenliegende Dichtung auf, um eine Medientrennung zwischen dem halbkreisförmigen Kanalabschnitt 21 und dem Anschlussstutzen 29 zu ermöglichen.
