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Die Neuerung betrifft eine Schlauchfilteranlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Gattungsgemäße Schlauchfilteranlagen sind aus der Praxis bekannt. Sie sind als so genannte Großfilter konzipiert, die mehrere Meter lang sind und in industriellen Anlagen verwendet werden, beispielsweise in Trocknungsanlagen, wie sie im Bereich der Klärschlammtrocknung oder dergleichen eingesetzt werden.
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Die Schläuche werden in radialer Richtung durchströmt, beispielsweise von außen nach innen, so dass sich die aus dem Gasstrom auszufilternden Partikel am Filtermaterial absetzen und die Durchströmbarkeit des Filterschlauchs beeinträchtigen. Während Stäube in vielen Fällen vergleichsweise einfach von der Oberfläche des Filtermaterials abgereinigt werden können, beispielsweise durch eine entgegengesetzte Durchströmung des Filterschlauchs in Art einer Rückspülung, neigen andere Materialien, zum Beispiel wenn sie Fasern oder menschliche Haare enthalten dazu, einen Verbund zu bilden, ähnlich einer Verfilzung, so dass derartige Materialien nur unter großen Schwierigkeiten von den Filterschläuchen entfernt werden können und somit die Filterleistung erheblich beeinträchtigen, da sie die wirksame freie Oberfläche der Filterschläuche erheblich verringern.
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Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde eine gattungsgemäße Schlauchfilteranlage dahingehend zu verbessern, dass diese auch unter schwierigen Filtrationsbedingungen möglichst lange eine möglichst hohe Filterleistung gewährleistet.
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Diese Aufgabe wird durch eine Schlauchfilteranlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Die Neuerung schlägt mit anderen Worten vor, die Filterschläuche nicht mit einer zylindrischen Mantelfläche zu versehen, sondern mit einem Querschnitt, der sich jeweils nach unten verjüngt. In ersten praktischen Versuchen hat sich herausgestellt, dass dadurch die Anhaftung auch von Materialien, die dazu neigen, einen Verbund zu bilden, erheblich erschwert wird, so dass bei der ohnehin regelmäßig vorgesehenen Abreinigung der Filterschläuche auch problematische Materialien von der Oberfläche des Filterschlauchs entfernt werden können.
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Diese Verjüngung nach unten kann bei unterschiedlichen Querschnittsgeometrien der Filterschläuche verwirklicht werden. Beispielsweise können die Filterschläuche über ihre gesamte Länge einen kreisrunden Querschnitt aufweisen, allerdings mit nach unten hin abnehmendem Durchmesser. Alternativ sind auch mehreckige, z.B. rechteckige Querschnittsgeometrien der Filterschläuche möglich. Zudem kann auch vorgesehen sein, dass sich die Querschnittsgeometrie eines Filterschlauchs über seine Höhe ändert.
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In den erwähnten ersten praktischen Versuchen wurden Filterschläuche verwendet, die an ihrem oberen Ende einen ovalen Querschnitt aufwiesen und an ihrem unteren Ende einen kreisrunden Querschnitt. Der Materialzuschnitt war dabei als Konus mit einem oberen kreisrunden Durchmesser von 250 mm und einem unteren kreisrunden Durchmesser von 150 mm ausgestaltet, wobei verschiedene Versuchen mit unterschiedlichen Längen der Filterschläuche von 1,5 m bis 2 m durchgeführt wurden. Dadurch, dass diese Filterschläuche jeweils oben in einen ovalen Ausschnitt eines Halters eingesetzt wurden, ergaben sich am oberen Ende der Filterschläuche Querschnittsabmessungen von 230 und 270 mm im ovalen Querschnitt. Dementsprechend verliefen die Filterschläuche entlang ihres Umfangs mit unterschiedlichen Winkeln gegenüber der Senkrechten.
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Ein Wechsel der Querschnittgeometrie über die Höhe des Filterschlauchs kann vorteilhaft sein: bei einer rechteckigen, beispielsweise quadratischen Querschnittgeometrie kann die Querschnittsfläche eines die Filterschläuche aufnehmenden Gehäuses praktisch optimal ausgenutzt werden. In der Ebene, in welcher die oberen Enden der Filterschläuche angeordnet sind, kann nämlich ein hoher Anteil des dortigen Gehäusequerschnitts in Form von Öffnungen ausgestaltet sein, an welche die Filterschläuche anschließen, so dass dementsprechend ein hoher Anteil des Gehäusequerschnitts dafür genutzt werden kann, von dem zu filternden bzw. dem bereits gefilterten Gasstrom durchströmt zu werden. Bei einer kreisrunden Querschnittgeometrie ergibt sich hingegen ein hoher Flächenanteil von für die Durchströmung nicht genutzten „Zwickeln“ zwischen den einzelnen Filterschläuchen an deren oberen Enden, wo sie ihren größten Durchmesser aufweisen. Durch eine ovale oder eckige Querschnittsgeometrie im oberen Bereich der Filterschläuche kann der Anteil dieser ungenutzten Flächen verringert werden, so dass bei gleichen baulichen Abmessungen des Gehäuses eine größere Filterfläche bereitgestellt werden kann bzw. zur Schaffung einer Filterfläche von bestimmter Größe ein möglichst kompaktes Gehäuse mit vergleichsweise kleinen baulichen Abmessungen verwendet werden kann.
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Vorteilhaft kann auf der Leeseite, auf der in Strömungsrichtung hinteren bzw. stromabwärts befindlichen Seite eines Filterschlauchs, ein Stützskelett angeordnet sein, welches das Filtermaterial stützt. Auf diese Weise wird das Filtermaterial einerseits geschont und andererseits, wenn beispielsweise die Filterschläuche radial von außen nach innen durchströmt werden, wird ein Zusammenfallen des Filterschlauchs mittels des Stützskeletts verhindert, so dass die Durchströmbarkeit des Filtermaterials und somit die Wirksamkeit der Schlauchfilteranlagen aufrecht erhalten bleibt, auch wenn Filtermaterial für die Filterschläuche verwendet wird, welches aufgrund seiner Materialeigenschaften bzw. Wandstärken ansonsten leicht unter den herrschenden Druckbedingungen verformbar wäre.
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Vorteilhaft kann eine regelmäßige Abreinigung der Filterschläuche vorgesehen sein, die durch mechanische Schwingungen erfolgt. Hierzu ist einem Filterschlauch ein Rüttler zugeordnet, welcher den Filterschlauch in Schwingung versetzt. Praktische Versuche haben gezeigt, dass hierdurch eine effektivere Reinigung der Filterschläuche erreicht werden kann, als durch eine Rückspülung des Filters, bei welcher die Filterschläuche von der Reingas- zur Rohgasseite durchströmt werden.
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Der erwähnte Rüttler kann entweder unmittelbar auf das Filtermaterial des Filterschlauchs einwirken, besonders vorteilhaft jedoch kann der Rüttler auf das Stützskelett einwirken und dieses in Schwingung versetzen, so dass sich die Schwingung des Stützskeletts auf das Filtermaterial des Filterschlauchs überträgt. Wenn das Filtermaterial beispielsweise eine vergleichsweise hohe Eigendämpfung aufweist, wie dies bei textilen Filtermaterialien der Fall sein kann, stellt das Stützskelett sicher, dass die vom Rüttler ausgeübte Schwingungsbewegung über möglichst die gesamte Länge des Filterschlauchs auf das Filtermaterial einwirken kann.
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Vorteilhaft kann der Rüttler auf der Reinseite der Schlauchfilteranlage angeordnet sein, so dass der Rüttler möglichst von Verschmutzungen und Anlagerungen freigehalten wird und somit über eine lange Zeit die Funktionsfähigkeit des Rüttlers sichergestellt ist ohne dass es hohen Wartungsaufwandes bedarf.
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In einer Ausgestaltung, die sich in ersten praktischen Versuchen als vorteilhaft herausgestellt hat, kann der Rüttler vorteilhaft ein aufrecht verlaufendes Zugelement aufweisen, beispielsweise ein Seil, eine Stange oder dergleichen, wobei dieses Zugelement in einem unteren Bereich des Zugelements dem Filtermaterial anliegt, und zwar entweder direkt oder indirekt, wie zum Beispiel mittels des erwähnten Stützskeletts. In einem oberen Bereich des Zugelementes ist das Zugelement mit einer Hubeinrichtung verbunden, die das Zugelement wahlweise anhebt oder freigibt. Nachdem das Zugelement mit Hilfe der Hubeinrichtung angehoben wurde, kann das Zugelement also freigegeben werden, so dass es schwerkraftbedingt nach unten fällt und somit einen Schwingungsimpuls auf das Filtermaterial des Filterschlauchs übertragen kann. Ein solcher Schwingungsimpuls bewirkt eine zuverlässige Entfernung der Anlagerungen, die sich auf dem Filtermaterial befinden, wobei aufgrund der Formgebung des Filterschlauchs diese angelagerten Materialien bereits bei einer geringfügigen abwärts gerichteten Bewegung immer schlechtere Anhaftungsbedingungen an der Oberfläche des Filtermaterial finden, so dass dementsprechend eine wirksame Reinigung der Filterschläuche ermöglicht ist.
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Das Innere des Gehäuses kann vorteilhaft in mehrere Segmente unterteilt sein, nämlich in wenigstens zwei Segmente, die unabhängig voneinander durchströmt werden können. Die Strömungsverbindung zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung der Schlauchfilteranlage kann also in den betreffenden Segmenten jeweils wahlweise verschlossen oder geöffnet werden, wobei hierzu dem Fachmann eine Vielzahl von Möglichkeiten an sich bekannt ist, zum Beispiel verstellbare Klappen, Schieber oder dergleichen. Durch diese wahlweise Aktivierung oder Deaktivierung der einzelnen Segmente innerhalb der Schlauchfilteranlage kann die Schlauchfilteranlage an unterschiedliche Volumenströme angepasst werden, zudem können einzelne Segmente quasi abgeschaltet werden, wenn dort Wartungsarbeiten erfolgen sollen, so dass trotz derartiger Wartungsarbeiten die Schlauchfilteranlage grundsätzlich weiter betrieben werden kann und somit die der Schlauchfilteranlage vorgeschaltete Einrichtung kontinuierlich betrieben werden kann.
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Vorteilhaft kann ein Filterschlauch eine Konizität von wenigstens 2° aufweisen, wobei je nach Einsatzzweck und den dort auftretenden, aus dem Gasstrom herauszufilternden Materialien und je nach den verwendeten Filtermaterialien die geeignete Konizität bestimmt werden kann. Durch die erwähnte Konizität von wenigstens 2° ist jedoch, wie sich in praktischen Versuchen herausgestellt hat, selbst für Materialien, die ansonsten nur unter Schwierigkeiten von den Filterschläuchen entfernt werden können, eine wirksame Abreinigung der Filterschläuche möglich. Eine Konizität mit Winkeln im Bereich von 3° bis 5° hat sich in den bereits erwähnten Versuchen der Klärschlammtrocknung als wirksam erwiesen, um die Oberfläche der Filterschläuche wirksam abreinigen und vor dem Anhaften von Verschmutzungen schützen zu können. Grundsätzlich ist eine möglichst geringe Konizität von beispielsweise lediglich 2° wünschenswert, damit der jeweilige Schlauchfilter eine möglichst große Filterfläche aufweist. Eine stärker ausgeprägte Konizität mit einem größeren Winkel kann jedoch für bestimmte Anwendungsfälle wünschenswert sein, um Materialien, die ansonsten besonders stark anhaftungsfreudig sind, zuverlässig vom Filterschlauch abreinigen zu können.
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Vorteilhaft kann die Schlauchfilteranlage als Großfilter ausgestaltet sein und ein Gehäuse von wenigstens 1 m Länge aufweisen. Im Unterschied zu Filtern, die beispielsweise für die Betriebsstoffe von Fahrzeugen vorgesehen sind, oder zur Filtrierung von Stäuben im Bereich von Werkzeug vorgesehen sind, werden im Rahmen des vorliegenden Vorschlages die Filteranlagen, deren Gehäuse wenigstens 1 m lang ist als Großfilteranlage bezeichnet.
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Vorteilhaft kann eine solche Großfilteranlage ein aus mehreren Abschnitten bestehendes Gehäuse aufweisen, wobei diese mehreren Abschnitte aneinandergereiht sind. Dementsprechend kann durch die Anzahl der Abschnitte die Größe des gesamten Gehäuses bestimmt werden und damit auch die Anzahl der im Gehäuse angeordneten Filterschläuche, so dass dementsprechend durch die Anzahl der Abschnitte auch die insgesamt verfügbare Filterfläche bestimmt werden kann. Aufgrund der sich nach unten verjüngenden Ausgestaltung der Filterschläuche, beispielsweise in Form von geradlinig konisch verlaufenden Filterschläuchen können die Filterschläuche nicht als Endlos-Ware hergestellt werden, wie dies bei zylindrischen Filterschläuchen der Fall ist. Dementsprechend kann auch keine Anpassung an die gewünschte Filterfläche durch die beliebig unterschiedlichen Höhen des Gehäuses ermöglicht werden. Die Herstellung der Filterschläuche ist daher technisch und wirtschaftlich aufwendiger als bei der Herstellung des zylindrischen Endlos-Schlauchmaterials. Der damit verbundene wirtschaftliche Nachteil wird jedoch dadurch kompensiert, dass mit geringem Wartungsaufwand eine hohe Leistungsfähigkeit der Schlauchfilteranlage aufgrund der Möglichkeit bewirkt wird, die einzelnen Schlauchfilter problemlos reinigen zu können.
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Dabei kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass das Gehäuse aus mehreren unterschiedlich langen Abschnitten besteht. So kann werkseitig die Herstellung von standardisierten Abschnitten unterschiedlicher Länge erfolgen, beispielsweise in Längen von 1 m, 3m und 5m, so dass durch Kombination der unterschiedlich langen Abschnitte mit möglichst geringem wirtschaftlichen Aufwand eine Vielzahl unterschiedlicher Gehäusegrößen und damit unterschiedlicher Filterflächen erzielt werden kann.
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Vorteilhaft kann die Schlauchfilteranlage ein im Wesentlichen quaderförmiges Gehäuse aufweisen. Hierdurch wird eine wirtschaftlich vorteilhafte Konstruktion des Gehäuses erreicht, indem dieses beispielsweise ähnlich wie ein Transportcontainer mit einem Rahmen ausgestaltet wird, und diese Rahmenkonstruktion mit Wänden versehen wird.
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Vorteilhaft kann die Schlauchfilteranlage oben auf eine bestehende Vorbehandlungsanlage aufgesetzt werden. In diesem Fall wird eine kompakte Bauform der Gesamtanlage dadurch unterstützt, dass die Einlassöffnung der Schlauchfilteranlage in deren Boden vorgesehen ist. Insbesondere kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass das Gehäuse einen im Wesentlichen offenen, rahmenartigen Boden aufweist, welcher die Einlassöffnung bildet, so dass eine besonders große Fläche für die Einlassöffnung zur Verfügung gestellt wird. In der Praxis werden eine Vielzahl von Vorbehandlungsanlagen in Containerform hergestellt, beispielsweise Trocknungsanlagen und dergleichen, so dass die vorschlagsgemäße Schlauchfilteranlage auf dem Dach eines solchen Containers angeordnet werden kann, und die Abluft aus der erwähnten Trocknungsanlage, beispielsweise einer Klärschlamm-Trocknungsanlage, unmittelbar aus der Trocknungsanlage in die Schlauchfilteranlage gelangen kann.
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Ein Ausführungsbeispiel der Neuerung wird anhand der rein schematischen Darstellungen nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigt
- 1 eine perspektivische Ansicht von unten auf eine Schlauchfilteranlage,
- 2 schematisch eine Seitenansicht auf das Schlauchfilterpaket der Schlauchfilteranlage von 1,
- 3 einen Schnitt entlang der Ebene III-III von 2, und
- 4 einen Blick von schräg oben in einen Halterahmen, an welchem die Filterschläuche und dazu gehörige Rüttler angeordnet sind.
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In 1 ist eine Schlauchfilteranlage 1 dargestellt, die ein Gehäuse 2 aufweist, welches im Wesentlichen quaderförmig ausgestaltet und aus mehreren aneinander gereihten Abschnitten aufgebaut ist. Das Gehäuse 2 weist ein haubenartiges Dach 3 auf, aus welchem ein Auslassstutzen 4 nach oben ragt, der eine Einlassöffnung 5 der Schlauchfilteranlage 1 aufweist. Gefilterte Reinluft verlässt die Schlauchfilteranlage 1 durch diese Auslassöffnung 5.
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Das Gehäuse 2 weist einen Boden 6 auf, der als umlaufender Rahmen ausgestaltet und somit im Wesentlichen über seine gesamte Fläche offen ausgestaltet ist. Dieser offene Boden 6 bildet somit eine Einlassöffnung 7 für Rohgas, welches in die Schlauchfilteranlage 1 einströmt. Innerhalb des Gehäuses 2 ist eine Vielzahl einzelner Filterschläuche 8 aufgehängt, wobei bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel insgesamt 150 Filterschläuche 8 vorgesehen sind.
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2 zeigt eine Seitenansicht, ohne das Gehäuse 2, auf das Filterchlauchpaket der Schlauchfilteranlage 1. Die Filterschläuche 8 bestehen aus einem für das Gas durchlässigen Filtermaterial und sind an ihrem unteren Ende geschlossen. Sie verlaufen geradlinig konisch mit sich erweiterndem Querschnitt nach oben, wo sie an einem Halterahmen 9 aufgehängt sind. In 2 ist eine Antriebswelle 10 ersichtlich, die rechts aus dem Halterahmen 9 ragt.
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3 zeigt einen Querschnitt durch das Filterschlauchpaket entlang der Linie III-III von 2. Dabei ist ersichtlich, dass innerhalb der einzelnen Filterschläuche 8 jeweils ein Stützskelett 11 angeordnet ist, welches angesichts der von außen nach innen erfolgenden Durchströmung der Filterschläuche 8 sicherstellt, dass das Filtermaterial nicht zusammengedrückt wird und der Filterschlauch 8 somit in sich zusammenfällt. Die Stützskelette 11 halten somit den Querschnitt der Filterschläuche 8 offen.
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Innerhalb des Halterahmens 9 sind Rüttler montiert, die jeweils insgesamt mit 12 bezeichnet sind. Jeder Rüttler weist ein Zugelement 14 auf, welches an seinem oberen Ende einen Hubteller 15 trägt. Jede Antriebswelle 10 ist über ihre gesamte Länge mit einer Vielzahl von Hebern versehen, die sich radial von der Antriebswelle 10 erstrecken, so dass mittels der Heber 16 die Antriebswelle 10 ähnlich wie eine Nockenwelle wirkt. Die Heber 16 sind in unterschiedlichen Winkeln um die Antriebswelle 10 herum verteilt angeordnet, wobei jedem Hubteller 15 ein Heber 16 zugeordnet ist. Die Antriebswelle 10 ist in einer solchen Drehrichtung angetrieben, dass jeder Hubteller 15 von einem Heber 16 angehoben wird. Bei weiterer Drehung der Antriebswelle 10 gibt der Heber 16 den Hubteller 15 frei, so dass der Hubteller 15 und das daran befindliche Zugelement 14 schwerkraftbedingt nach unten fallen kann. Dabei schlägt das Zugelement 14 mit seinem unteren Ende an das Stützskelett 11 an, so dass ein Schwingungsimpuls vom Rüttler 12 auf das Stützskelett 11 und von diesem auf den Filterschlauch 8 übertragen wird.
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In 3 ist der Filterschlauch 8 im Abstand vom Stützskelett 11 dargestellt. Im Betrieb der Schlauchfilteranlage 1 allerdings wird unter dem Einfluss der Gasströmung der Filterschlauch 8 an das Stützskelett 11 angelegt, so dass Bewegungen des Stützskeletts 11 sich unmittelbar auf den Filterschlauch 8 übertragen.
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Durch die umfangsmäßig verteilte Anordnung der Heber 16 an der Antriebswelle 10 wird die erforderliche Antriebsleistung, die für die Antriebswelle 10 bereitgestellt werden muss, möglichst gering gehalten, da nicht sämtliche Hubteller 15 gleichzeitig angehoben werden müssen.
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Parallel zur Antriebswelle 10 verläuft eine zweite, als Hubwelle 17 bezeichnete Welle, die grundsätzlich genauso ausgestaltet ist wie die Antriebswelle 10, also ebenfalls mit Hebern 16 versehen ist, welche auf die Hubteller 15 einer benachbarten Reihe von Filterschläuchen 8 einwirken. Die Hubwelle 17 unterscheidet sich von der Antriebswelle 10 dadurch, dass sie nicht aus dem Halterahmen 9 herausragt und über einen eigenen Antrieb verfügt, vielmehr ist die Antriebswelle 10 über Zahnräder mit der Hubwelle 17 verbunden, so dass die Hubwelle 17 mittels der Antriebswelle 10 in Drehung versetzt wird. In 3 ist für die Hubwellen 17 jeweils dargestellt, wie drei in Blickrichtung hintereinander liegende Zugelemente 14 unterschiedlich weit durch drei Heber 16 angehoben sind.
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Weiterhin ist aus 3 ersichtlich, dass die Zugelemente 14 sowohl nahe ihrem unteren Ende, nämlich mittels des Stützskeletts 11, als auch nahe ihrem oberen Ende, nämlich innerhalb des Halterahmens 9, in Führungen 18 geführt und gegen seitliche Pendelbewegungen gesichert sind.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Zugelemente 14 als Stangen ausgestaltet. Alternativ dazu können sie auch als Rohre ausgestaltet sein, wobei durch die Wahl des jeweils verwendeten Materials, sowie der Wandstärke bzw. des Durchmessers das Eigengewicht des Zugelements 14 bestimmt werden kann, um den gewünschten Impuls auf das Stützskelett 11 zu bewirken. Abweichend von dem dargestellten Ausführungsbeispiel könnte das Zugelement 14 allerdings auch als biegeschlaffes Zugelement, beispielsweise in Form eines Seils ausgestaltet sein und an seinem unteren Ende einen Gewichtskörper bzw. Klöppel tragen, so dass das Zugelement 14 lediglich dazu dient, diesen Klöppel anzuheben, während beim anschließenden Fall lediglich der Klöppel selbst für die Erzeugung des gewünschten Rüttelimpulses sorgt. Aus 3 ist weiterhin ersichtlich, dass der Halterahmen 9 in drei Segmente 19 aufgeteilt ist, wobei in jedem Segment 19 jeweils zwei Filterschläuche 8 nebeneinander angeordnet sind. Jedem Segment 19 ist dabei eine Verschlussklappe 20 zugeordnet, so dass für jedes Segment 19 die Strömungsverbindung zwischen der Einlassöffnung 7 im Boden 6 der Schlauchfilteranlage 1 und der Auslassöffnung 5 im Dach 3 der Schlauchfilteranlage 1 wahlweise geöffnet oder unterbrochen werden kann. In 3 befinden sich die drei Verschlussklappen 20, jeweils rein schematisch angedeutet, in ihrer Offenstellung. Abweichend von dem dargestellten Ausführungsbeispiel kann in der Praxis vorgesehen sein, die Verschlussklappen 20 nicht nur bis in die dargestellte schräge Stellung öffnen zu können, sondern beispielsweise bis in eine Vertikalstellung aufschwenken zu können.
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Aus 4 ist ein Blick von schräg oben in den Halterahmen 16 und somit auf die Konstruktion der Rüttler 12 ersichtlich. Die oberen Führungen 18 sind als durchgehendes, mit Einbuchtungen versehenes Blech ausgestaltet, und aufgrund der umfangsmäßig verteilten Anordnung der Heber 16 befinden sich unterschiedliche Hubteller 15 und die damit verbundenen Zugelemente 14 in unterschiedlich weit angehobenen Stellungen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schlauchfilteranlage
- 2
- Gehäuse
- 3
- Dach
- 4
- Auslassstutzen
- 5
- Auslassöffnung
- 6
- Boden
- 7
- Einlassöffnung
- 8
- Filterschlauch
- 9
- Halterahmen
- 10
- Antriebswelle
- 11
- Stützskelett
- 12
- Rüttler
- 14
- Zugelement
- 15
- Hubteller
- 16
- Heber
- 17
- Hubwelle
- 18
- Führung
- 19
- Segment
- 20
- Verschlussklappe