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Wechselventil für eine Adsorptionsvorrichtung ~ ~ ~~ ~~ ~ ~~~ ~ ~
~~ ~ ~~ ~~~ ~~ ~ Die ßroindus betrifft ein Wechselventil Pr eie Adsorz tionsvorrichtung
zur wahlweisen Verbindung der An schlußlei -tungen von illit einem Adsorptionsmittel
gefüllten Kammern rni-t den Zu- und Ableitungen eines Adsorptionskreislaufs bzw.
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eines Regenerationskreislaufs.
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Anwendungsfälle für derartige Vorrichtungen sind z.B. die Adsorption
von Molekülen aus Gasen, insbesondere von Wasserdampf aus Luft.
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Üblicherweise wird Luft dadurch getrocknet, dn#ß man sie durch eine
Kammer leitet, die mit einem Adsorptionsmittel wie Silikagel oder Holekularsieb
gefüllt ist. Die Luft ~ibt hierbei ihre Fuchtigkeit an andas Adsorptionsmittel ab.
Sobald dieses mit einem bestimmten rrozentsatz Feuchtigkeit angereichert ist, muß
es rerseneriert werden. Dies geschieht am einfachsten dadurch, daß SuSt- mit höherer
Temperatur, z.B.
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250°C, C, durch die Kammer geleitet wird. Jede Kammer wird daher abweechselnd
in einen Adsorptionskreislauf bzw. einen Regenerationskreislauf geschaltet. Um die
Adsorption und die Regenerition bauslos durchführen zu können, sind mindestens
zwei
Kammern vorgesehen. Zur abwechselnden Schaltung der Kammern in den Adsorptionskreislauf
und den Regenerationskreislauf sind üblicherweise mindestens zwei Wechselventile
erforderlich. Der Aufwand für diese Wechselventile ist verhältnismäßig hoch.
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Es ist andererseits bereits ein Wechselventil bekannt für eine Vorrichtung
zur Adsorption von Molekülen aus Gasen zur wahlweisen Verbindung der Anschlußleitungen
mit Adsorptionsmitteln gefüllter Kammern mit den Zu- und Ableitungen eines Adsorptionskreislaufes
bzw. eines Regenerationskreislaufes, mit zwei relativ zueinander bewegbaren Ventilscheiben,
von denen eine Scheibe Öffnungen für die Zu- und Ableitungen des Adsorptionskreislaufes
bzw. des Regenerationskreislaufes und die andere Scheibe Öffnungen für die Anschlußleitungen
der Adsorptionskammern aufweist, wobei die beiden Ventilscheiben um ihre Mittelpunkte
gegeneinander verdrehbar sind.
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Bei dem bekannten Wechselventil liegen die beiden Anschlüsse einer
Kammer Jeweils auf einem unterschiedlichen Radius (und damit in einem unterschiedlichen
Abstand) vom Drehpunkt der Ventilscheiben, so daß die Außenabmessungen des Ventils
zwangsläufig verhältnismäßig groß sind. Eine Verkleinerung des Ventils hätte eine
Verengung der Strömungsquerschnitte zur Folge. Auch ein zur Verbesserung des Adsorptions-
und Regenerationsablaufs unter Umständen wünschenswerter Anschluß von zwei Adsorptionskammern
in vorgegebener zeitlicher und räumlicher Reihenfolge ist bei dem bekannten Wechselventil
nicht möglich.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Wechselventil der bekannten
Art so auszubilden, daß die Außenabmessungen möglichst klein sind, während die Strömungsquerschnitte
möglichst groß sind; zugleich soll die Möglichkeit für den Anschluß und die Schaltung
zweier Adsorptionskammern gegeben sein.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß smtliche Öffnungen
gleichen Abstand vom Drehpunkt der Scheiben haben. Damit verringert sich der für
die Anordnung der Öffnungen erforderliche Außendurchmesser des Ventils erheblich.
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In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Öffnungen in
jeder der beiden Scheiben in Umfangsrichtung abwechselnd den beiden Kreisläufen
bzw. den einzelnen Adsorptionskammern zugeordnet sind. Damit wird erreicht, daß
mit kurzen Schaltbewegungen pendelnd in beiden Drehrichtungen umgeschaltet werden
kann, anstelle einer Weiterschaltung in nur einem Drehsinn. Hierdurch können die
Kammern über dem Ventil fest angebracht und über Schlauchleitungen o.dgl. angeschlossen
werden, statt auf dem Ventil selbst angeordnet zu werden.
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In Weiterbildung dieser Ausführungsform ist bei einer Adsorptionsvorrichtung
mit zwei Adsorptionskammern vorgesehen, daß die Öffnungen für die Anschlußleitungen
der Kammern gegeneinander, bezogen auf die Drehachse des Ventils' um jeweils 90°
versetzt sind und ebenso die Öffnungen für die Zu- und Ableitungen des Adsorptionskreisl&ufs
und des Regenerationskreislaufs unter sich. Das Wechselventil wird jeweils durch
eine Relativdrehung der einen Ventilhälfte gegenüber der anderen um 900 umgeschaltet.
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Um in einfacher Weise eine Verlängerung der Adsorptionszeit gegenüber
der Regenerationszeit mit nur geringfügiger Änderung des Ventilaufbaus erreichen
zu können, wird in weiterer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens vorgeschlagen,
die Zu-und Ableitungsöffnungen des Adsorptionskreislaufs in Umfangsrichtung auf
einen Zentriwinkel zu verbreitern, der dem Winkelabstand je zweier Öffnungen der
Anschlußleitungen zweier Kammern und zugleich dem Winkelabstand der Zu- und Ableitungsöffnungen
des Regenerationskreislaufs von der Ableitungsöffnung des Adsorptionskreislaufs
entspricht. Dadurch ist eine
Schaltstellung des Wechselventils möglich,
in der beide Adsorptionskammern in Parallelschaltung in den Adsorptionskreislauf
gelegt sind; daneben sind andere Schaltstellungen möglich, in denen eine der Kammern
regeneriert wird, während die andere Kammer weiterhin im Adsorptionskreislauf liegt,
so daß insgesamt der Zeitaufwand für den Adsorptionsvorgang überwiegt, da der Regenerationsvorgang
verhältnismäßig schneller ausgeführt werden kann.
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In Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, daß der Zentriwinkel
der verbreiterten Zu- und Ableitungsöffnungen nicht größer als 450 ist und die beiden
anderen Offnungen beiderseits einer verbreiterten Öffnung im Abstand dieses Zentriwinkels
angeordnet sind. Dadurch kann das Ventil so geschaltet werden, daß bei Einschaltung
einer Kammer in den Regenerationskreislauf nur ein Anschluß durchverbunden wird,
der andere aber verschlossen wird.
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Eine weitere Ausgestaltung dieser Ausführungsform der Erfindung sieht
vor, daß der Regenerationskreislauf aus dem Adsorptionskreislauf abgezweigt ist,
daß in ihm eine Wärmequelle liegt, daß die Kammern mit einem bei höheren Temperaturen
wirksamen Adsorptionsmittel, z.B. einem Molekularsieb, gefüllt sind und daß an die
Zuleitungen zu diesen Kammern je eine zusätzliche Kammer angeschlossen ist, deren
andere Seite zur Außenluft offen und die mit einem bei niedrigeren Temperaturen
wirksamen Adsorptionsmittel, z.B. Silikagel, gefüllt ist.
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Diese Maßnahme ermöglicht, zwei Adsorptionskammern, die beide mit
jeweils zwei unterschiedlichen Adsorptionsmitteln gefüllt sind, so an den Adsorptions-
und den Regenerationskreislauf anzuschließen, daß, wenn sich eine Kammer im Regenerationskreislauf
und die andere im Adsorptionskreislauf befindet, die Regenerationsluft nacheinander
beide in einer Kammer untergebrachte Adsorptionsmittel durchströmt, während die
zu trocknende
Luft nur durch ein Adsorptionsmittel strömt, während
das zweite Adsorptionsmittel dieser Kammer von#Raumluft durchströmt wird in einer
Menge, die der Regenerationsluftmenge entspricht.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger Ausführungsbeispiele
in der Beschreibung und der Zeichnung näher erläutert.
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Es zeigen in vereinfachter Darstellung: Fig. 1 eine übliche Adsorptionsvorrichtung
mit zwei Wechselventilen; Fig. 2 ein erfindungsgemäßes Wechselventil, wobei die
beiden Ventilhälften auseinandergezogen sind, mit den daran angebrachten üblichen
Bauteilen einer Adsorptionsvorrichtung; Fig. 3 das Wechselventil gemäß Fig. 2 im
Schnitt; Fig. 4 ein Wechselventil in einer Adsorptionsvorrichtung ähnlich der gemäß
Fig. 2, jedoch mit geänderter Anordnung der Öffnungen in der Dichtfläche; Fig. 5
die untere Ventilhälfte eines Wechselventils mit den daran angeschlossenen Bauteilen
einer anderen Ausführungsform einer Adsorptionsvorrichtung und Fig. 6 eine weitere
Ausführungsform einer Adsorptionsvorrichtung und eines Wechselventils.
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Bei der bekannten Adsorptionsvorrichtung gemäß Fig. 1 saugt ein Gebläse
1 über ein Filter 2 die zu trocknende Luft z.B.
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aus einem Granulattrichter einer Kunststoffverarbeitungsmaschine ab.
Es drückt die Luft über ein Wechselventil 3 in eine mit einem Adsorptionsmittel,
beispielsweise Molekularsieb oder Silikagel gefüllte Adsorptionskammer 5, wo die
Luft durch Adsorption von der Feuchtigkeit befreit wird. Die Luft strömt dann weiter
über ein weiteres Wechselventil 4 und eine Heizung 7 zurück zum Verbraucher, beispielsweise
zum Granulattrichter.
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Gleichzeitig saugt ein Geblase 3 über ein Filter 9 Luft aus der Umgebung
an und drückt diese durch eine Heizung 10, wo sie auf die Regenerationstemperatur
aufgeheizt wird. Die Luft strömt dann weiter über das Wechselventil 4 durch eine
mit Adsorptionsmittel gefüllte Kammer 6. Hier nimmt die erhitzte Luft die Feuchtigkeit
aus dem Adsorptionsmittel auf und befördert sie über das Wechselventil 3 und einen
Rohrstutzen 11 wieder in die Umgebung. Auf diese Weise wird das Adsorptionsmittel
in der Kammer 6 getrocknet. Sobald der Regenerationsvorgang des Adsorptionsmittels
in der einen Kammer 6 abgeschlossen ist, z.B. nach etwa einer halben Stunde, müssen
die beiden Wechselventile 3 und 4 gleichzeitig umgeschaltet werden, so daß nunmehr
die Kammer 5 regeneriert wird, während das Adsorptionsmittel in der Kammer 6 die
Trocknung des Luft stromes iibernimmt.
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Die Adsorptionsvorrichtung gemaß Fig. 2 ist im wesentlichen in ,,leicher
Weise gestaltet wie die gemäß Fig. 1, wobei leichte Teile mit gleichen Sezugszeichen
versehen sind, nur sind die Wechselventile 3 und 4 durch ein einziges Wechselventil
ersetzt, das aus zwei kreisscheibenförmigen Ventilhälften 21 (Steuerscheibe) und
22 (Tragscheibe) besteht. Die untere Ventilhälfte 21 trägt auf einem mittig angeordneten
Zapfen 21a die obere Ventilhälfte 22, die mittels einer Nutter 22a, einer Scheibe
22b und einer Feder 22c leicht an die untere Ventilhälfte 21 angedrückt wird und
auf dieser gleitend verdreht werden kann. Hierzu dreht ein Elektromotor 23 über
ein Ritzel 24 an, das mit einem Zahnkranz 24a am Umfang der oberen Wentilhälfte
22 kämmt (Fig. 3).
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In der unteren Ventilhälfte 21 mündet die Zuleitung la des Adsorptionskreislaufes
in einer Öffnung ib, seine Ableitung 7a in einer Öffnung 7b, die Zuleitung 10a des
Regenerationskreislaufes in einer Öffnung 10b und dessen Ableitung 11 in einer Öffnung
leib. In der gemeinsamen Dichtungsfläche 25
münden bei der oberen
Ventilhälfte 22 die Anschlußleitungen 5a der Adsorptionskammer 9 in Öffnungen 5b
und die Anschlußleitungen 6a der Adsorntionskammer 6 in Öffnungen 6b. Alle Öffnunen
liegen auf einem gemeinsamen Kreis jeweils um 900 gegeneinander versetzt. Wie man
aus Fig. 3 erkennt, können die Öffnungen in der oberen Ventilhälfte 22 und der unteren
Ventilhälfte 21 fluchtend miteinander verbunden werden.
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In der in Firz. 2 gezeigten Stellung saugt das GebLase 1 über das
Filter 2 die zu trocknende Luft von dem Verbraucher, z.B.
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einem Granulattrichter, an und drückt sie durch die Leitung 1a und
die Öffnung Ib der unteren VentilhrilSte 21 in die Öffnung 5b der oberen Ventilhälfte
22 und die Bettung 5a in die Kammer 5, die mit dem Adsorptionsmittel gefüllt ist
ueber eine weitere Anschlußleitung 5a und eine Öffnung 5b gelangt die Luft in die
Öffnung 7b der unteren Ventilhälfte und durch die Leitung 7a und die Heizung 7 wieder
zurück zum Verbraucher.
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Gleichzeitig saugt das Geblase 8 Raumluft über das Filter 9 an und
drückt sie in die heizung 10, wo sie auf Regenerationstemperatur erhitzt wird. Die
heiße Luft strömt durch die Leitung 1 Oa und die Öffnung 10b in der unteren Ventilhälfte
21 in die Öffnung 6b der oberen Ventilhälfte 22 und durch die Leitung 6a zur Adsorptionskammer
6; dort wird das Adsorptionsmittel regeneriert und die Luft strömt durch die andere
Anschlußleitung 6a zur Öffnung 6b, von dort zur öffnung lib in der unteren Ventilhälfte
und durch den Rohrstutzen 11 in die Umgebung. Wenn der Regenerationsvorgang abgeschlossen
ist, wird der Motor 23 eingeschaltet, der über das Ritzel 24 die obere Ventilhälfte
oder Tragscheibe 22 um 900 verdreht. Hierdurch wird die frisch regenerierte Adsorptionskammer
6 in den Trockenluftkreislauf eingeschaltet, während die mit Feuchtigkeit angereicherte
Kammer 10 in den Regenerationskreislauf geschaltet wird. Die Bezeichnungen obere
bzw. untere Ventilhälfte beziehen sich auf die Darstellung in der Zeichnung; in
der praktischen Ausführungsform können die beiden Ventilhälften auch umgekehrt angeordnet
sein.
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Da die Regeneration einer Adsorptionskammer, die beispielsweise ein
Trockenmittel enthält, viel schneller erfolgen kann als die Aufladung einer frisch
regenerierten Adsorptionskammer mit beispielsweise der Feuchtigkeit des zu trocknenden
Gases ist man bestrebt, die Adsorptionszeit im Verhältnis zur Regenerationszeit
zu erhöhen. Dieser Zweck wird mit dem Wechselventil gemäß Fig. 4 erreicht, wobei
die Darstellungsweise und die übrigen Teile der Adsorptionsvorrichtung der Fig.
2 entsprechen. Dabei sind die Öffnungen 1b und 7b des Adsorptionskreislaufs, die
in der unteren Ventilhälfte 21 münden, in Umfangsrichtung auf einen Zentriwinkel
von 600 verbreitert. Der Winkelabstand der Öffnungen 10b und lib von den Öffnungen
7b bzw. 1b beträgt ebenfalls 600. In der oberen Ventilhälfte 22 sind die Öffnungen
5a und 6a ebenfalls auf etwa 600 aneinander gerückt. Dadurch wird erreicht, daß
in einer bestimmten Schaltstellung, die in Fig. 4 dargestellt ist, beide Adsorptionskammern
5 und 6 parallel in den Adsorptionskreislauf, d.h. im beschriebenen Beispiel den
Trockenluftkreislauf geschaltet werden können. In dieser Stellung münden jeweils
zwei Öffnungen 5a und 6a in die verbreiterte Öffnung 7b bzw. ib.
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Zur Regeneration wird dann die obere Ventilhälfte oder Tragscheibe
22 jeweils um 500 in eine von beiden Richtungen geschwenkt. Dabei bleibt eine der
beiden Kammern 5 bzw. 6 weiterhin im Adsorptionskreislauf, während die andere Scheibe
in den Regenerationskreislauf gelangt. Ubliche Taktzeiten für einen Lufttrockner
sind z.B. 15 Minuten Regeneration in der einen Endstellung, 15 Minuten Parallelschaltung
beider Trockenmittelkammern in der Mittelstellung und 15 Minuten Regeneration der
anderen Trockenmittelkammer in der anderen Endstellung.
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Fig. 5 zeigt die gleiche untere Ventilhälfte 22 wie in Fig.
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4, jedoch in Anwendung bei einer Adsorptionsvorrichtung mit
nur
einem einzigen Gebläse 1, das sowohl die zu trocknende Luft als auch die Regenerationsluft
fördert. Die obere Ventilhälfte mit den angeschlossenen Adsorptionskammern entspricht
dabei der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform. Diese Anordnung hat zwar den Vorteil,
daß sie mit nur einem Gebläse auskommt, jedoch den Nachteil, daß die durch den Rohrstutzen
11 abgegebene verlorene Regenerationsluft ersetzt werden muß. In dem im übrigen
geschlossenen Trockenluftkreislauf geschieht dies durch Ansaugen der entsprechenden
Luftmenge aus der Umgebung durch einen Rohrstutzen 16. Durch die hier angesaugte
feuchte Raumluft werden der Trocenlrreislauf und insbesondere das Adsorptionsmittel
in den Adsorptionskammern zusätzlich belastet.
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Man ist daher bestrebt, durch zusätzliche Adsorptionskammern die Belastung
des Adsorptionsmittels herabzusetzen.
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Fig. 6 zeigt, daß auch für diesen Anwendungsfall eine geringfügig
abgewandelte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wechselventils eingesetzt werden
kann. Aus konstruktiven Gründen sind die vier Adsorptionskammern in einem gemeinsamen
Behälter 26 untergebracht. Die zu trocknende Luft gelangt über das Filter 2 zu einer
verbreiterten schlitzförmigen Öffnung 27 in der unteren Ventilhälfte 21 und von
dort in die beiden Leitungsöffnungen 28 und 29, die in den Trokkenmittelbehälter
26 münden. Dort strömt die Luft jeweils durch eine mit dem Adsorptionsmittel Molekularsieb
MS gefüllte Adsorptionskammer 30 bzw. 31, wo sie getrocknet wird.
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Uber Leitungen gelangt die Luft zu zwei Öffnungen 32 und 33 in der
oberen Ventilhälfte 22. Die Öffnungen 32 und 33 münden in eine verbreiterte Öffnung
34 in der unteren Ventilhälfte 21; von dort wird die Luft durch ein Gebläse 1 abgesaugt.
Der Luftstrom gelangt teilweise über eine Heizung 7 zum Verbraucher und teilweise
über eine Heizung 10 in ein Leitungssystem 35 zu Öffnungen 36 und 37 in der unteren
Ventilhälfte 21, die in der gezeigten Drehstellung jedoch verschlossen sind.
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Sobald eine der Adsorptionskammern, die mit Molekularsieb gefüllt
sind, regeneriert werden muß, wird die obere Ventilhälfte 22 um 45° gedreht. Die
Breite der Öffnungen 27 und 34 entspricht einem Drehwinkel von 450, ebenso der Abstand
der Öffnungen 36 und 37 von der Öffnung 34. Auch der Abstand der Öffnungen 32 und
33 bzw. der Öffnungen 28 und 29 ist jeweils 45°. Durch die Drehung der Scheibe 22
um 450 (z.B. im Uhrzeigersinn in Fig. 6) wird eine der mit Molekularsieb gefüllten
Adsorptionskammern mit der Regenerationsluft in Verbindung gebracht, die ebenfalls
vom Gebläse 1 über die Heizung 10 umgekehrt zur gezeigten Pfeilrichtung durch das
Molekularsieb gedrückt wird. Da die Luft über die anschließende Leitung 40, die
zum Wechselventil führt, den Behälter 26 nicht verlassen kann, muß sie durch eine
der beiden zusätzlichen, mit Silikagel SG gefüllten Adsorptionskammern (z.B. 39)
ins Freie strömen. Dabei wird sowohl das Molekularsieb als auch das Silikagel regeneriert.
Die hierdurch dem Trockenluftkreis verloren gehende Luftmenge wird automatisch auf
der gegenüberliegenden Seite des Adsorptionsmittelbehälters 26 durch das dort befindliche
Silikagel angesaugt und getrocknet. Sobald die Regeneration abgeschlossen ist, wird
die eine Ventilhälfte um 450 zurückgedreht, so daß wieder beide Adsorptionskammern
in den Trockenkreislauf geschaltet sind. Wenn die zweite mit Molekularsieb gefüllte
Adsorptionskammer (z.B. 30) regeneriert werden soll, wird die Ventilhälfte nochmals
in derselben Richtung (z.B. entgegen dem Uhrzeiger) um 450 verdreht.
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Da die eine Ventilhälfte bei dem in Fig. 6 gezeigten Ausführungsbeispiel
maximal um 1200 hin- und herbewegt werden kann, können die mit Adsorptionsmittel
gefüllten Kammern entweder fest auf der Tragscheibe montiert werden oder aber -
was insbesondere bei größeren Adsorptionsmittelbehältern günstig sein kann - sie
können fest in einem Gestell montiert werden, wobei die Ausgänge der Kammern jeweils
nur über flexible Verbindungen mit den Anschlüssen an dem Wechselventil verbunden
werden.