DE2950426A1

DE2950426A1 - Vorrichtung zum trennen von stroemungsmitteln

Info

Publication number: DE2950426A1
Application number: DE19792950426
Authority: DE
Inventors: Robert Paul Coleson; James Charles Danos; Tommy Edwin Graham; Donald Joseph Stookey
Original assignee: Monsanto Co
Current assignee: Monsanto Co
Priority date: 1978-12-22
Filing date: 1979-12-14
Publication date: 1980-06-26
Also published as: ZA796819B; AU525429B2; CA1124185A; FR2444485A1; NL7909027A; JPS5586503A; SE430654B; SE7910321L; IT1126063B; IT7941682A0; BE880629A; MX149501A; DE2950426C2; GB2040723B; GB2040723A; AU5384679A; SU1069603A3

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Endverschluß, insbesondere auf eine einen solchen Endverschluß aufweisende Vorrichtung zum Trennen wenigstens eines Strömungsmittels von einem wenigstens einen anderen Bestandteil enthaltenden Gemisch durch selektiven Durchtritt des wenigstens einen Strömungsmittels durch Membranen hindurch. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine mit Hohlfasermembranen arbeitende Trennvorrichtung, bei welcher die Hohlfaserraembranen in einer Rohrwand eingebettet sind, so daß durch die Rohrwand hindurch eine Strömungsverbindung zum Inneren der Hohlfasermembranen besteht.

Die Verwendung von Membranen zum Trennen wenigstens eines Strömungsmittels von einem wenigstens einen anderen Bestandteil enthaltenden Gemisch ist seit langem bekannt. Bei einer solchen Trennung treten die von dem Gemisch zu trennenden Strömungsmittel unter dem Einfluß einer treibenden Kraft, je nach der Art der Trennung etwa der Konzentration, eines Teildrucks, des Gesamtdrucks od. dergl. von der Zulaufseite der Membrane durch diese hindurch zur Austrittsseite. Der Durchtritt des Strömungsmittels durch die Membrane kann aufgrund einer Wechselwirkung mit dem Material derselben oder Durchströmung von in der membrane vorhandenen Hohlräumen oder Poren erfolgen. Mittels solcher Membranen lassen sich Gase von Gasen, Gase von Flüssigkeiten und Flüssigkeiten, einschließlich in Flüssigkeiten gelöster Feststoffe, von Flüssigkeiten trennen.

Die Anwendbarkeit von Membranen für die Trennung von Strömungsmitteln ist gegenüber anderen Verfahren wie Absorption, Adsorption, Destillation und Verflüssigung

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weitgehend abhängig von den Installations- und Betriebskosten der Trennvorrichtung, dem gewünschten Grad der Selektivität der Trennung, dem von der Vorrichtung verursachten zulässigen Gesamtdruckverlust, der Standzeit der Vorrichtung und den Abmessungen sowie der leichten Bedienbarkeit der Vorrichtung, Fläcbenraembranen sind häufig weniger geeignet als andere Trennvorrichtungen, da die Flächenmembranen abgestützt werden müssen, um den Betriebsbedingungen widerstehen zu können, wozu ein aufwendiger Aufbau einer derartigen Vorrichtung erforderlich ist. Derartoge Nachteile von Flächenmembranen sind weitgehend vermieden bei der Verwendung von Hohlfasermerabranen, da diese auch unter erschwerten Betriebsbedingungen zumeist keiner Abstützung bedürfen und pro Volumeneinheit der Trennvorrichtung eine größere Gesamtoberfläche aufweisen als Flächenmembranen. Mit Hohlfasermembranen arbeitende Vorrichtungen können daher im Hinblick auf ihre Abmessungen und ihre Einfachheit zweckmäßig sein.

Mt Hohlfasermembranen arbeitende Trennvorrichtungen (Permeatoren) haben gewöhnlich ein im wesentlichen undurchlässiges, rohrförmiges Gehäuse und eine Anzahl von darin enthaltenen Hohlfasern, welche zu einem oder mehreren Bündeln geordnet sein können. Um die Außenseite der Hohlfasern derart von der Innenseite derselben zu isolieren, daß eine Strömungsverbindung dazwischen nur durch ihre Wandung hindurch möglich ist, sinct die Hohlfasern gewöhnlich in einer im wesentlichen undurchlässigen Rohrwand eingebettet, so daß durch diese hindurch eine Strömungsverbindung zum Inneren der Hohlfasern besteht. Die Rohrwand mit den im v/esentliehen abdichtend darin eingebetteten Hohlfasern muß außerdem einen im wesentlichen undurchlässigen Abschluß mit anderen Teilen der Vorrichtung bilden, so daß eine Strömungsverbindunp; zwischen den Außen- una den Iiinen-

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seiten der Hohlfasern ausschließlich durch deren V/anuung hindurch mörrlich ist. Selbst die kleinsten Undichtigkeiten um die Rohrwand herum können die Wirkung der Trennvorrichtung erheblich beeinträchtigen.

Dio Rohrwand und die Anordnung der Hohlfasern sind vorzugsweise mühelos in das Gehäuse ein- und aus diesem ausbaubar. Insbesondere im Falle von Vorrichtungen zum Trennen von Strömungsmitteln unter hohen Drücken stellt das Gehäuse häufig ein beträchtliches Investitionnkapital dar und sollte daher nach Ablauf der Standzeit der riohlfasern erneut verwendbar^gein. Es ist deshalb anzustreben, daß sich eine verbrauchte Anordnung aus Rohrwand und Hohl fasern schnell und mühelos aus dem Gehäuse ausbauen und eine neue Anordnung ebenso schnell und mühelos unter sicherer Abdichtung der Rohrwand in dieses einbauen läßt.

Eine mehrfach beschriebene Anordnung für eine sichere Abdichtung zwischen der Rohrwand und dem Gehäuse verwendet zwischen der Umfangcflache der Rohrwand und der Innenseite des Gehäuses angeordnete O-Ringdichtungen. Ine Verwendung solcher O-Ringdichtungen ist u. A. in den US-Patentschriften 3 422 008, 3 702 658 und Ί 061 574 beschrieben. Die zwischen der Umfangsflache der Rohrwand und der Innenseite des Gehäuses angeordneten O-Ringdichtungen können die Ein- und Ausbau der Rohrwand mit den Hohlfasern in das bzw. aus dem Gehäuse beträchtlich erschweren. Außerdem müssen die Umfangsfläche und die Innenseite des Gehäuses auf eine Maßgenauigkeit mit sehr kleinen Toleranzen bearbeitet werden, um einen dichten Abschluß zu gewährleisten. Dabei können aufgrund unterschiedlicher Ausdehnung der Rohrwand und des Gehäuses etwa aufgrund von Temperaturänderunrren oder Einflüssen der zu behandelnden Strömungsmittel erhebliche Schwierigkeiten auf-I-retc η.

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Die Erfindung schafft eine Trennvorrichtung mit Hohlfasermembranen und wenigstens einer im wesentlichen undurchlässigen Rohrwand, bei welcher eine Strömungsverbindung zwischen der Außen-(Gehäuse-) und der Innenseite der Hohlfasermeinbranen im wesentlichen allein durch die Wandung der Hohlfasern hindurch vorhanden ist. Die erfindungsgemäße Trennvorrichtung ermöglicht einen schnellen Ein- und Ausbau bzw. ein schnelles und müheloses Auswechseln der aus der Rohrwand und den Hohlfasern gebildeten Anordnung. Die durch die Erfindung gebotenen Vorteile sind ohne aufwendige Bearbeitung der Innenseite des Gehäuses und der Umfangsflache oder anderen Beregnen der Rohrwand erzielbar, wobei gleichwohl ein im wesentlichen dichter Abschluß herstellbar ist. Die erfindungsgemäße Trennvorrichtung kann ferner mit hohen Druckunterschieden zwischen den Außen- und Innenseiten der Hohlfasermembranen arbeiten. Ferner lassen sich alle vorhandenen Dichtungen mühelos freilegen, so daß einen dichten Abschluß beeinträchtigende Beschädigungen, Fremdkörper und dergl. sicher entdeckt und beseitigt werden können. Die erfindungsgemäße Trennvorrichtung ist ferner so ausgebildet, daß im Betrieb auftretende unterschiedliche Ausdehnungen der Hohrwand und des Gehäuses die undurchlässige Abdichtung nicht beeinträchtigen. Die Vorteile der Erfindung sind ohne übermäßig aufwendige Fertigungsverfahren erzielbar, so daß die Fertigung einer erfindungsgemäßen Trennvorrichtung gegenüber derjenigen einer bekannten Trennvorrichtung erheblich vereinfacht ist. Die durch die Erfindung gebotenen Vorteile sind nicht nur für eine Trennvorrichtung erzielbar, sondern auch für andere einen äußeren und wenigstens einen inneren Behälter aufweisende Anordnungen, beispielsweise Rohrschlangen-Wärmetauscher oder ineinandergesetzte Behälter für verschiedene Strömungsmittel.

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Eine mit einem Endverschluß geraä'j aer Erfindung versehene Vorrichtung hat einen äußeren Behälter bzw. ein Gehäuse· mit wenigstens einer Öffnung, einen abnehmbar über der Öffnung befestigten, diese im wesentlichen undurchlässig r.bdichtenärn Enc! verschlug, einen wenigstens eine Öffnung aufweisenden, im au.", crcn Eehälter angeordneten inneren Behälter, welcher unter im wesent lichen undurchlässiger Abdichtung seiner Üffnunr in Anlage am Endverschluss bringbar ist, und wenigstens eine zwischen dem äu'Joren und dem inneren behälter :.i\ nc Oz¹C nc Ie el ar. ti cc he Einrichtunr, welche den inneren Beuäller mit ein^r für die im wesentlichen undurchlässig Abdichtung ausreichenden Kraft in Anlage am orschlug belastet.

In einer Aunführuncsform schafft die Erfindung eine i'rennvcrrichtun™ mit einen wenirstens ein offenes Ende auf v/eisenden, rohrförmigen Gehäuse, einem wenigstens einen Durchlaß aufweisenden, im wesentlichen undurchlässigen, abnehmbar am Gehäuse befestigten und dessen offenes Ende verschließenden Endverschluß, einer Anzahl von für wenigstens ein Strömungsmittel eines wenigstens einen weiteren Pestandteil enthaltenden Gemischs selektiv durchlässigen üohlfasern, welche irc wesentlichen -parallel zueinander in Form wenigstens eines Bündels in Längsrichtung des Gehäuses innerhalb desselben angeordnet sind, einer eine Außenseite aufweisenden Rohrwand, in welcher die Hohlfasern des wenigstens einen Bündels so eingebettet sind, daß durch die Rohrwand eine Strömungsverbindung zur Innenseite der Hohlfasern besteht, und deren dem Endverschluß zugewandte Außenseite sicii in Querrichtung über den Umfang des wenigstens einen Bündels der Hohlfasern hinaus erstreckt, wenigstens einer zwischen dem Gehäuse und der itohrwanduiig angeordneten elastischen Einrichtung zum .ausüben einer im wesentlichen in Längsrich-

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tung des ^uehäuses auf dessen oi'ienes Ende und den Enaverschluii ausgerichteten Kraft auf die Rohi-wand, einer χω wesentliehen undurchlässigen ernten Abdichtung zwischen uein Endverschluß unc aera ^uenäusc und einer zwischen dem Enavex-schlu.? und önr Außenseite der Rohrwand angeordneten, das in der Rohrwand eingebettete wenigstens eine Bündel der Hohlfasern im wesentlichen umgebenden zweiten Abdichtung, wobei die wenigstens eine elastische Einrichtung eino ausreichende Krai't auf die Ronrwand ausübt, daß die zweite Abdichtung einen im wesentlichen undurchlässigen Abschluß zwischen der Außenseite der Rohrwand und dem EndVerschluß bildet. Die Befestigung den Endverschlusses am Gehäuse ist vorzugsweise so ausgebildet, daß sie gleichzeitig den undurchlässigen Abschluß .zwischen dem Endverschlug einerseits und dem Gehäuse sowie der Rohrwand andererseits bewirkt.

Die erfindungsgemäße Trennvorrichtung kann in ,jeder für die Trennung von Strömungsmitteln geeigneten v/ei so ausgeführt und wahlweise ein- oder doppelendig sein. Eine einendige Trennvorrichtung hat nur an einem Ende eine Rohrwand, in welcher Jeweils ein Ende odor beide Enden der Hohl fasern eingebettet nein können. Ist nur jeweils ein Ende der Hohli'asern in der Kohrwand eingebettet, dann müssen di' anderen Enden auf irgend eine Weise verschlossen sein. Bei einer doppelendigen Vorrichtung ist an beiden Enden des Gehäuses jeweils eine Rohrwand vorhanden, und die Hohlfasern erstrecken sich von einer Rohrwand zur anderen. Anderenfalls kann eine solche Trennvorrichtung auch wenigstens zwei voneinander unabhängige Bündel von Hohl fasern enthalten, wobei dann jeweils wenigstens ein Bündel an nur einer Rohrwand angeschlossen ist. Eino Rohrwand oder beide Rohrwändo einer solchen doppelendigrn Trennvorrichtung kann br-w.

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können einen undurchlässigen Abschluß gemäß der Erfindung auf v/eisen. Das Gehäuse der Trennvorrichtung kann bei einem ausreichenden Volumen für eine genügend große Ge samt-flembrancn fläche beliebige querschnittsform aufweisen. Wegen ihrer einfachen Herstellung und hohen Festigkeit v/erden gewöhnlich Gehäuse mit kreisförmigem Querschnitt verv/endet. Für gewisse Trennvorrichtungen können jedoch auch Gehäuse mit anderer, beispielsweise rechteckiger ^uerschnittsform verwendet werden. Der größte Durchmesser des Gehäuses beträgt wenigstens etwa 2 cm, vorzugsweise wenigstens etwa 5 cm und kann bis zu 1 oder ? m betragen. Die Länge des Gehäusen beträgt wenigstens etwa cL bis 3 cm, vorzugsweise wenigstens etwa 50 cm, und kann bir su 10 m oder darüber betragen.

Die '.Trennvorrichtung kann in beliebiger Weise betrieben wwrden, z.B. indem das Strömungsmittelgemisch in das Gehäuse geleitet wird und mit der Außenseite der Hohlfasern in Berührung kommt, oder indem das Gemisch in dir· Hohlfasern eingeleitet wird. Die Strömung an der Außenseite der nohlfusern kann in der Haupsache v/ahlweise quer zur Längsachse des Hohlfasern oder in deren Längsrichtung verlaufen, im letzteren Falle kann die Strömung im wesentlichen gleichsinnig mit oder gegensinnig zur Strömung innerhalb der Hohli'asern verlaufen. Tn einer bevorzugten Betriebsweise der Trennvorrichtung wird das Strömungsmittelgemisch der Gehäuseseite der Hohlfasern zugeleitet. Da der Gesamtdurch des zu behandelnden Gemischs häufig höher liegt als der Druck des durchtretenden Strömungsmittels, unterstützt der zwischen der Außen- und der Innenseite der Hohlfasern vorhandene Druckunterschied die Aufrecht erhaltung des undurchLässigen Abschlusses zwischen der Rohrwand und dem hndverschluß. Bei dieser Betriebsweise ist außerdem (i i - Wirkung ei.ii.os Sicherheitsventils für den Schutz

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der Hohlfasermembranen ersielbar. Wird beispielsweise der rrehäuseseitige Gesamturuck ohne Verringerung des Gesaatdrucks an der Innenseite verringert, so kann an der Inne: seite der Hohlfasern ein beträchtlicher Überdruck entstehen und diese beschädigen. Dieser überdruck kann ,jedoch auch ausreichen, die Rohrwand von der abdichtenden Anlage an 2ndVerschluß zu Ionon, ro da'? der Überdruck an der Innenseite d^r Fohl fasern aufgehoben wird, bevor diese beschädigt werden.

Die Hohlfasermembranen können aus joden geeigneten synthetischen oder natürlichen Material gefertigt sein, welches i'ü:· die Trennung von Strömungsmitteln oder nls Trärer für ein eint solche 'l'reimunr bewirkendes Tiateriai geeignet ist. Die Ausvrahl des i-Iaterialn für die Hohlfasern richtet sich et v/a nach seiner Hitzebeständigkeit, chemischen Beständigkeit und/oder der mechanischen Festigkeit der Kohl fasern sowie nach anderen Faktoren, welche durch das auszuführende Γι-ennvorfahren und die zu erwartenden Arbeitsbedingungen bestimmt sein können. Die Fasern können aus anorganischem, organischem oder einem Gemisch von anorganischen und organischem Material sein. Geeignete anorganische Werkstoffe sind z.B. Glas, Keramik, Cermets, Metalle usw.. Ais organische Werkstoffe kommen hauptsächlich Polymere in Frage. Die Abmessungen der Hohifasern können in einem weiten Bereich gewählt werden, solange eine ausreichende Wandstärke eine genügende Festigkeit gewährleistet. Der Außendurchmesser der Hohlfasern beträgt gewöhnlich wenigstens etwa 20 pm, insbesondere wenigstens etv/a 30 um, wobei die in einem Bündel enthaltenen Fasern gleichen oder verschiedenen Durchmesser haben können. Der Außendurchmesser der Hohlfasern ist kaum jemals größer als ca. 800 oder 1000 um, da sich bei größerem Durchmesser ein wenige.!¹ günstiges Verhältnis zwischen der Gesamtoberfläche der Hohl^asern und

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dem Volumen aer Trennvorrichtung ergibt. Der AuBendurchmesser der Hohlfasern liegt deshalb vorzugsweise zwischen etwa 50 und 300 μχη. Die Wandstärke der Hohlfasern beträgt wenigstens etwa 5 U^ und kann bis zu etwa '^J00 bis ?00 um betrafen. Sie liegt vorzugsweise zv.'icchen ctvja 50 Line 200 μτα. Ilohirasorn aur einem Material relativ geringer ü'estigkeit müssen gegebenenfalls grö.i-ere Durchmesser und Wandstärken erhalten, damit sie eine ausreichende Festigkeit haben. Die Wandung der Hohliasern Kann eine hohe Dichte aufweisen öde-" ein beträchtliches Hohlraumvolumen enthalten. Bei Vorhandensein von hohlräumen kann die Wandung der Hohlfaser durchgehend im wesentlichen die bleiche Dichte cufvjoisen, d.h. dio Fnser is I; dann isotron. Anderenialic kanu die Uandunn der iiohlfaser wenigstenc einen als Durchtrittsspei-re wirksamen Bereich höherer Dichte aufv.'ciscn, wobei man dann von einer anisotropen Hohli'ar.er spricht.

Die HobIf,?.scm sind fewöhnJ.ich parallel zueinander in i'Orrn von einem oder mehreren Bündeln im Gehäuse angeordnet. Eine Trennvorrichtung enthält gewöhnlich v/eni 'T ten G et v/a 10 000 Hohlfasern und kann beispielsweise bis zu 1 mio liohlfasern enthalten. Innerhalb des Bündels können die Hohlfasern relativ geradlinig ver-Ir u fen, oder si ο können, wie in der US-PS 5 4-22 008 beschrieben, spiralförmig gewunden sein. In vielen Fällen wird, in einer Trennvorrichtung ein einziges Bündel von Hohlfasern verwendet, wobei ,jeweils v/enigstens ein Ende der Hohlfasern in einer Rohrwand eingebettet ist. Das andere Ende der Hohlfasern kann U-förmig umgeschlagen und in der gleichen Rohrwand eingebettet, auf irrend eine V/eise verschlossen oder in einer anderen Rohrwand eingebettet sein. Bei einem U-förmig umereschlarenen Bündel können die beiden Enden der einzelnen

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Hohlfasern in voneinander getrennten Bereichen der Rohrwand einfebettet sein. Die Bereiche der Rohrwand können dann abdichtend voneinander getrennt sein, so daß sie ausschließlich über die Innenräume der Hohlfasern in Strörcungcverbindung miteinander stehen.

Die ,jeweils wenigstens ein Ende der Hohlfasern wenir:- stens eines Bündele enthaltende .Rohrwand bann Jede beliäbige für aen Einbau in eine Trennvorrichtung geeip·- nete Form haben. Die da~ wenigstens eine in der Pohrwand eingebettete Hohlfaserbündel umgebende Außenfläche der Rohrwand muß eine genügend große Ausdehnung für die Aufnahme der Abdichtung und die im wesentlichen undurchlässige Anlage daran haben. Die Außenfläche ist vorzugsweise groß genug, daß die Srrömungsverbindung zum Inneren der Hohlfasern nicht wesentlich beeinträchtigt ist. Bei einer ein einziges Hohlfaserbündel von im wesentlichen kreisförmigem Querschnitt enthaltenden Trennvorrichtung hat die Rohrwand vorzugsweise ebenfalls kreisförmigen Querschnitt mit einem gegenüber aem des Bündels vergrößerten Durchmesser, so daß eine Abdichtung an der Außenseite der Iiohrwand anliegen kann, ohne die Strömungsverbindunp· zum Innenren der darin eingebetteten Hohlfasern nennenswert zu beeinträchtigen. Bei einer Trennvorrichtung mit mehreren in einer Rohrwand eingebetteten Hohlfaserbündcln kann eine Abdichtung an der Außenseite der Rohrwand sämtliche Bündel gemeinsam oder nur ein Teil derselben umgeben. Der für die Anlage der Abdichtung bestimmte Bereich ist gewöhnlich wenigstens et v/a 0,5 vorzugsweise wenigstens etwa 1 cm breit. Die Außenseite der Rohrwand kann in einer Ebene verlaufen, oder dir Rohrwand kann eine Verbreiterung aufweisen, an v/elcher die Abdichtung in Anlage kommt. Eine derartige Verbreiterung muß mit der übrigen Rohrwand einen undurchlässigen Abschluß bilden. Die Außensei be der Rohrv/and

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■vorlaufυ vorzugsweise lotrecht zur Ausrichtung der Hohlfasern. Die durch fixe Erfindung gebotenen Vorteile sinr ,-jedoch auch mir einer abgeschrägten, gewölbten, ro stuft en oaez* sonsrwie unebenen Außenseite der Eohrwand erzielbar. Die Hohlfasern können über die Außenseite der Rohrwand hervorstehen, gewöhnlich schneiden sie jedoch bündig damit ab.

Die Rohrv/and kann wenigstens um ein Stück in das Gehäuse hineinragen oder am offenen Ende außerhalb des Gehäuses angeordnet sein. In ersteren x^rallc sind die ^uerschnittsabmessungen der i< ohrwand vorzugsweise um ein Stück kleiner als die des Gehäuses, so daß sich dio L.ohrwand, mühelos in das Gehäuse einschieben laßL. Da zwischen der Innenfläche des Gehäuses una der Umfanersf lache der Kohrwanu keine Abdichcunp· notv/endir ist, braucht zwischen der Rohrwand und den Gehäuse keine übermäßig enge Passung vorhanden zu sein. Dadurch ist es möglich, die Rohrwand zum ii'reilefen der Öffnungen der llohlfasern abzuschleifen oder sonstwie zu bearbeiten, ohne dabei übermäßige Rücksicht; auf die Abmessungen der Rohrwand zu nehmen. Die wenigstens ein Ende vrnigsLens eines Hohlfaserbündels enthaltenee Roiu-wand kann in beliebiger Weise gefertigt werden, etwa durch Umgießen des lindes des .Bündels mit einer Gie3mnr.se, wie in den US-Patentschriften 5 359 5^ZH und -j *+M-2 589 beschrieben, oder durch Beschichten der J^nden der Hohlfasern mit exnor Gießmasse und Zusammenlegen dor Fasern zu einem Bündel, wie in den US-Patent Schriften 5 4-45 ^tO und 5 690 465 beschrieben.

Als Gießmasse eignen sich u.A. aushärtbare Polymere wie Epoxidharze, Urethane usw., Lötmassen, Zemente, V/achse und dergl.. Die Stärke der Rohrwand ist so zu wählen, daß diese eine ausreichende festigkeit erhält, um den in Betrieb auftretenden Druckunterschieden wider-

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stehen zu können. Damit kann die Wandstärke teilweise von der Festigkeit der verwendeten Gießmasse abhängen. Außerdem muß die Wandstärke der Kohrwand eine ausreichende Berührungsfläche und damit einen abdichtenden Verschluß zwischen den Hohlfasern und der Gießmasse gewährleisten. Go beträgt die Stärke, der Rohrwand vorzugsweise wenigstens etwa 0,01 τη und kann bis ca. 0,25 πι betragen.

Zwischen dem Gehäuse und der Rohrwand ist wenigstens ein elastisches Teil angeordnet, welches auf die Rohrwand eine diese in Längsrichtung des Gehäuses zu dessen offenem Ende hin bzw. in Richtung auf den EndVerschluß belastende Kraft ausübt. Das elastische Teil kann eine .Feder sein, z.B. eine Schraubenfeder, eine Blattfeder, ein wellenfederring, eine hetallbandfeaer, ein Federstößel od. äergl., oder aus einem elastisch verformbaren Material v/ie flexiblem Kunststoff od. dergl. bestehen. Die von dem elastischen Teil ausgeübte Kraft ist vorzugsweise genügend groß, um unter den zu erwartenden Arbeitsbedingungen einen im wesentlichen dichten Abschluß durch die zwischen der Außenseite der Kohrwand und dem Endverschluß angeordnete zweite Abdichtung zu gewährleisten. Der von der elastischen Einrichtung auf die zweite Abdichtung ausgeübte Druck beträgt

wenigstens etwa 5 kp/cm , vorzugsv/eise wenigstens

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ca. 10 kp/cm* und kann sogar 100 kp/cm oder darüber betragen. Der Gesamtdruck an der Gehäuceseite dei· Hohlfasern ist vorzugsv/eise höher als der Gesamtdruck an der Innenseite der Fasern. Der üabei auf die Rohrwand einwirkende Unterschied der Gesamtdrücke kann dabei zu der im v/esentlichen undurchlässigen Abdichtung zwischen der Rohrwand und dem Endverschlu? beitragen. Der von der elastischen Einrichtung ausgeübte Druck ist vorzugsweise niedriger als ein bei höherem Druck an der Innenseite der Hohlfasern zu einer Gefähr-

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dung derselben führender Druckunterschied, so daß sich im Zusammenwirken mit dem Endverschluß die Wirkung eines Sicherheitsventils ergibt.

Das wenigstens eine elastische Teil ist zwischen dem Gehäuse unc der Kohrwano angeordnet und ist vorzugsweise genügend flexibel, um einen undurchlässigen Abschluß auch dann zu gewährleisten, wenn sich die Abmessungen beispielsweise der zweiten Abdichtung, der ivOiirwand oder des Gehäuses im Laufe der Zeit aufgrund von Materialermüdung, Temperaturänderungeii und/oder unter dem Einfluü von .bestandteilen der Strömungsmittel vorändern sollten. Eine starke Verformbarkeit der elastischen Einrichtung ist auch deshalb erwünscht, weil sich dadurch eine genauere Bearbeitung der Rohrwand zum Einpassen derselben in die Vorrichtung erübrigt. So können die Abmessungen von in einer gegebenen Trennvorrichtung gemäß der Erfindung Unterschiede von einigen Millimetern aufweisen, ohne daß der abdichtende Verschluß dadurch in Frage gestellt ist. Die elastische Einrichtung kann sich in Anlage an der Innenseite des Gehäuses oder an dessen die Öffnung uagebender Stirnseite befinden. Der Angriffspunkt der elastischen Einrichtung am Gehäuse kann auch zur Anpassung an Rohrwände von stark unterschiedlichen Abmessungen verstellbar sein. An der Rohrwand kann die elastische Einrichtung in jeder weise angreifen, welche die Ausübung der notwendigen Kraft gewährleistet. So kann die elastische Einrichtung etwa an der Innenseite der Rohrwand oder an einer seitlich hervorstehenden Verbreiterung derselben angreifen. Vorzugsweise läßt sich die elastische Einrichtung mühelos von der Rohrwand lösen, um das Auswechseln derselben und der dazugehörigen Hohlfasern zu erleichtern.

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Die erste und die zweite Abdichtung können aus dem gleichen oder aus verschiedenen Werkstoffen und dabei so geformt sein, daß sich der notwendige undurchlässige Abschluß ergibt. Die Abdichtungen können aus natürlichen oder synthetischen Polymeren sein, welche falle erforderlich mit organischen oder anorganischer* Füllstoffen versetzt sind. Das Material der Abdichtungen rau¹³, gsr:onüber den Strömungsmitteln, tait denen es in Berührung kommt, weitgehend inert sein, so daii es im Betrieb der Trennvorrichtung nicht angegriffen wird. Das Material der Abdichtungen ist vorzugsweise genügend flexibel, um auch bei Vorhandensein kleinerer Unebenheiten an den Berührungsflächen einen dichten Abschluß zu gewährleisten. Für die Abdichtungen eignen sich beispielsweise Dichtungsscheiben, ü-xiinge und dergi..

Der Endverschluß ist abnehmbar am Gehäuse befestigbar. Eine besonders zweckmäßige Anordnung zum Befestigen des Endverschiusses am Gehäuse weist mittels Schrauben zusammengehaltene Flansche auf. Die erste Abdichtung ist vorzugsweise derart zwischen dem Lndverschluß und dem Gehäuse angeordnet, daß sie bei der Befestigung des Endverschlusses dazwischen eingespannt wird. Nach der Befestigung des Endverschlusses am Gehäuse übt die elastische Einrichtung eine ausreichende Kraft auf die Rohrwand aus, da"· die zweite Abdichtung einen im wesentlichen undurchlässigen Abschluß zwischen der Außenseite der .Rohrwand und dem Endverschluß gewährleistet. Die erste und die zweite Abdichtung können jeweils aus einer einzigen Dichtungsscheibe od. dergl. gebildet sein. Dabei befindet sich dann die eine Seite der Dichtungsscheibe mit einem Teil in Anlage am Gehäuse und mit einem anderen Teil in Anlage an der Außenseite der Rohrwand. Anderenfallf können die erste und die zweite Abdichtung jedoch aus mehreren Dichtungsscheiben, O-Ringen od. dergl. gebildet sein.

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Im folgenden sind Ausführungsbeist>iele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematisierte Längsschnittansicht einer Trennvorrichtung in einer ersten Ausführungsf orra,

Fig. 2 eine Teil-Längsschnittansicht einer Trennvorrichtung in einer zweiten Ausi'ührungsform,

Fig. 3 eine Teil-Längsschnittansicht einer Trennvorrichtung in einer dritten Ausführungsform und

Fig. 4 eine Teil-Längsschnittansicht einer Trennvorrichtung in einer vierten Ausführungsform der Erfindung.

Eine in Fig. 1 dargestellte Trennvorrichtung 100 hat ein Gehäuse 102, von welchem Jeweils nur dan vordere und das hintere Endstück gezeigt sind. Das Gehäuse kann aus jedem geeigneten undurchlässigen Material sein, z.B. aus Metall oder Kunststoff.Für das Gehäuse wird häufig ein Metall, z.B. Stahl verwendet da es leicht bearbeitbar ist und eine hohe Beständigkeit und Festigkeit aufweist. Das Gehäuse kann beliebige Querschnittform haben. Bevorzugt ist zumeist ein kreisförmiger Querschnitt. An dem für die Aufnahme einer Rohrwand vorgesehenen vorderen Ende hat das Gehäuse 102 einen Flansch 104-, und am anderen Ende einen hinteren Flansch 106. Nahe dem vorderen Flansch 104 hat das Gehäuse 102 einen Durchlaß 108, welcher eine Strömungsverbindung zum Inneren des Gehäuses herstellt. Anstelle des dargestellten einen Durchlasses 108 können mehrere solche Durchlässe um das Gehäuse 102 herum angeordnet sein. Am hinteren Ende des Gehäuses 102 ist ein Deckel 110 mittels (nicht gezeigter) Schrauben am Flansch 106 befestigt. Eine zwischen dem Flansch

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und dem Deckel 110 eingespannte Dichtung 112 sorgt für einen im wesentlichen undurchlässigen Abschnluß. Der Deckel 110 ist von einem Durchlaß 114 durchsetzt.

Das Gehäuse 102 enthält ein Hohlfaserbündel 116. Dieses enthält gewöhnlich wenigstens etwa 10 000 Holilfasern, bei dünneren Hohlfasern und einem großen Gehäusedurchraesser kann ihre Anzahl auch mehr als 100 000 oder gar mehr als 1 000 000 betragen. Dar Bündel hat im wesentlichen die gleiche Querschnittsforw wie das Gehäuse. Die Fasern des Bündels 116 sind mit ,jeweils einem Ende in einer Rohrwand Ti8 eingebettet, so daß die Innenräume der Hohlfasern durch die Ronrvrand 11ö hindurch in Strömungsverbindung mit dem offenen Ende des Gehäuses 102 stehen. Die anderen Enden der Hoiilfasern sind in einem Verschlußkörper 120 angeordnet, so daß durch diesen hindurch keine Strömungsverbindung zum Inneren der Hohlfasern besteht. Die Rohrwand und der Verschlußkörper können in beliebiger Weise gefertigt sein, etwa durch Gießen einer Vergußmasse oder durch Eintauchen der Enden der Hohlfasern in eine Vergußmasse und Zusammenlegen der Hohlfasern zu einem Bündel.

Die Rohrwand 118 ist von einem mittels einer Anzahl von Schrauben 124 daran befestigten Tragring 122 umgeben. Dieser hat einen quer davon abstehenden Halteflansch 123, welcher über ein Teil des Endflanschs des Gehäuses 102 hinwegreicht. An der Rückseite des Flanschs 123 stehen mehrere Führungsstifte 125 hervor, welche in Bohrungen 127 des Gehäuseflanschs 104 Aufnahme finden, und auf welche jeweils eine Feder aufgeschoben ist. Am vorderen Flansch 104 des Gehäuses 102 ist ein vorderer Endverschluß 128 mittels (nicht gezeigter) Schrauben befestigbar. Eine zwischen dem Endverschluß 128 und dem Flansch 104 eingespannte

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Dichtung 150 sor^t für einen undurchlässigen Abschluß. Ferner hat der Endverschluß 128 eine Ringnut 152 für die Aufnahme einer ü-xiingdichtung 1?4. Der Innendurchmesser der Fängnut 152 ist etwas gröiler als der der Ringdichtung 1$4, so da? diese zum Einsetzen in die Nut um ein Stück gedehnt v/erden muß und dann sicher in der Nut festgehalten ist. Die O-Ringdichtung 154 mildet einen undurchlässigen Abschluß zwischen dem Endvcrschluhi 128 und der Rohrwand 118. Sofern der Tragring 122 im wesentlichen vollständig abdichtend um die Kohrwand 113 herum befestigt ist, kann die O-IiingdichtunfT 154 auch in Anlago am Flansch 125 kommen, um fü.- einen undurchlässigen Abschluß zu sorgen. Die sichere Abdichtung wird durch die Federn 126 unterstützt, welche die Rohrwand 118 in Längsrichtung des Gehäuses 10? zum offenen tinae hin belasten. Der Endverpchluß 128 ist von einem Durchlaß 15b durchsetzt, welcher in Ströraungsverbindung mit den Innenräumen der Hohlfasern ct-~ht.

In Betrieb der Trennvorrichtung 100 kann ein zu behandelndes Strömungsmittelgemisch über den Durchlaß 114 oder vorzugsweise über den Durchlaß 108 in das Gehäuse eingeleitet werden, wobei dann die von den Hohlfasermembranen nicht durchgelassenen Bestandteile des Gemischs über den jeweils anderen Durchlaß wieder entweichen. Die durch die Hohlfasermembranen hindurchtretenden Bestandteile des Gemischs gelangen von den Innenräumen der Hohlfasern durch die Rohrwand 118 hindurch zum Durchlaß I56 des Endverschlusses 128 und können über diesen entweichen.

Das in Fig. 2 dargestellte vordere Teil einer weiteren Trennvorrichtung 200 hat ein Gehäuse 202 von im wesentlichen kreisförmigem Querschnitt. Das Gehäuse 202 hat

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einen vorderen Endflansch 204 und einen Durchlaß 208 und enthält ein Bündel 216 aus einer Vielzahl von Hohlfasermembranen, welches im wesentlichen die gleiche Querschnittsform hat wie der Innenrautn des Gehäuses. Das Hohlfaserbündel 216 läuft am vorderen Ende in einer Rohrwand 218 aus. Diese hat eine in zwei Ebenen verlaufende Vorder- oder Außenseite mit einem ringförmigen äußeren Rand und einer Erhebung in der Mitte desselben. Zwischen dem Flansch 204 des Gehäuses 202 und der Rohrwand 218 ist eine Wellenfeder 226 angeordnet, welche die Rohrwand 218 elastisch in Längsrichtung des Gehäuses 202 aus dem offenen Ende desselben heraus belastet. Ein .'.ndverschluß 228 ist mittels (nicht gezeigter) Schrauben am Gehäuse 202 befestigbar. Eine zwischen dem Endverschluß 228 und dem Gehäuseflansch 204 eingespannte Dichtung 230 sorgt für einen undurchlässigen Abschluß. Eine in den Endverschluß eingelegte Q-Ringdichtung 254 befindet sich in Anlage am äußeren Rand der rohrwand 218 und sorgt unter Einwirkung der von der Wellenfeder 226 in Längsrichtung ausgeübten Kräfte für einen undurchlässigen Abschluß zwischen der Rohrwand 218 und dem am Gehäuse 202 befestigten Endverschluß 228. Der Endverschluß 2?R hat einen Durchlaß 256, welcher mit den Innenräumen der Hohlfasermembranen in Strömungsverbindung steht.

Das in Fig. 3 dargestellte vordere Teil einer weiteren Trennvorrichtung 500 hat ein Gehäuse 502 mit einem vorderen Endflansch 304 und einem in rückwärtiger Verlängerung verlaufenden Führungsrohr 303 für ein Hohlfaserbündel. Ausgehend vom Endflansch 304 hat das Gehäuse eine weite Mittelbohrung, in welche das Führungsrohr 303 hineinragt, so daß zwischen dessen Außenseite und der Innenseite der Bohrung ein ringförmiger Raum vorhanden ist. Das innere Ende des Führungsrohrs 303 ist in einem rohrförmigen Stutzen eines Abstand-

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Halters 305 Gehalten. Dieser hat an seinem vorwärts über das Führungsrohr 303 hinausreichenden Teil einen ausitfärts hervorstehenden Flansch, welcher sich in Anlage an der Innenwand der Bohrung befindet. Das vordere Teil des Gehäuses 302 hat einen in dem ringförmigen Raum um das Führungsrohr 303 herum ausmündenen Durchlaß 308. Der rohrförmige Stutzen des Abstandhalters hat mehrere den ringförmigen kaum mit dem Innenraum des Führungsrohrs 303 verbindende Durchlässe 307 und ist somit als Stroraungsverteiler wirksam.

Ein aus einer Vielzahl von Hohlfasermembranen zusammengesetztes Bündel 316 ist im Führungsrohr 303 angeordnet und erstreckt sich durch den Abstandhalter hindurch in eine Rohrwand 318 hinein. Diese ist unter Zwischenlage einer Welienfeder 326 zwischen ihr und dem Flansch des Abstandhalters 305 in die Bohrung im vorderen Teil des Gehäuses eingesetzt.

Der Endverschlui? der Trennvorrichtung 500 setzt sich aus zwei Teilen zusammen, nämlich einem dem Gehäuseflansch 304- zunächst angeordneten Rohrwand-Dichtungsring 335 ^un<:' einem an dessen Außenseite angeordneten Deckel 329· Der Dichtungsring 335 hat eine ziemlich kleine Mittelbohrung und dadurch eine genügend große Oberfläche für die abdichtende Anlage einer an der Außenseite der Rohrwand 318 anliegenden O-Ringdichtung 334·· Die Bohrung des Dichtungsrings 335 ist andererseits groß genug, daß die Strömung des aus den Hohlfasermembranen austretenden Strömungsmittels nicht nennenswert gedrosselt wird. Der Deckel 329 hat einen Durchlaß 33£> für das aus der Trennvorrichtung abzuführende Strömungsmittel. Zwischen dem Endflansch uud dem Dichtungsring 335 und zwischen diesem und dem Deckel 329 ist jeweils eine Dichtung 330 bzw. 331 ange-

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ordnet, um bei der Befestigung der Teile mittels (nicht dargestellter) Schrauben aneinander einen undurchlässigen Abschluß zu gewährleisten.

Fifr. 4 zeigt das Vorderteil einer weiteren Trennvorrichtuno 400. Diese hat ein Gehäuse 402 mit einem vorderen .bindstück größeren Durchmessers und einem vorderen Endflansch 404 nowi·"¹ einen Durch Im ^ 4OS. Das Gehäuse 402 enthält ein aus einer Vielzahl von Kohlfasermerabranen gebildetes Bündel 416, welches im wesentlichen dir gleicho Querschnittsforra hat v/ie der Innenraum des Gehäuses. Las Bündel 41t) verläuft durch einen von Verteilerdurchlässen durchsetzten Kammereinsatz 405» welcher im vorderen Endstück dos Gehäuses angeordnet ist und der Verteilung einer Strömung vom oder zum Durchlaß 408 dient. An vorderen Ende läuft dr.n Bündel 416 in einer Rohrwand 418 aus. Zwischen dieser und dem Kammereinsatz 405 ist eine elastische Einrichtung in Form von beiderseits einer Ringscheibe liegenden Vellenfedern 426a, 42öb anneordnet. Durch Verwendung einer beliebigen Anzahl von einander abwechselnden Wellenfedern und Ringscheiben läßt sich der ,■jeweils gewünschte Abstand bzw. die gewünschte Belastung einstellen. Die gewünschte Belastung ist also ohne Berücksichtigung der Stärke der Rohrwand erzielbar. An der Vorderseite der Rohrwand 418 ist ein Abstandsring 435 angeordnet. Dieser trägt an seiner der Rohrwand 418 zugewandten sov/ie an der dieser abgpwandten Seite jeweils eine O-Ringdichtung 437 bzw. 439· Die Bohrung des Gehäuses ist mittels eines unter Verwendung von (nicht gezeigten) Schrauben am Gehäuse 402 befestigbaren Endverschlusses 428 verschließbar. Zwischen dem Endverschluß 428 und dem Gehäuseflansch ist eine Dichtung 430 eingespannt, um für einen undurchlässigen Abschluß zwischen diesen beiden Teilen zu sorgen. Ferner kommt die 0-3ingdichtung 459 an dem

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am Gehäuse befestigten Endverschluß 428 in abdichtende Anlage. Diese kommt unter Einwirkung der von den Wellenfedern 426a, 426b auf die Rohrwand 418 ausgeübten Kraft zustande. Diese Kraft bewirkt außerdem die abdichtende Anlage der O-Ringdichtung 437 an der Außenseite der Rohrwand 418. Die Breite bzw. Länge des Abstandrings 435 kann so bemessen sein, daß die gewünschte Kompression der Wellenfedern 426a, 426b und damit die von diesen auszuübende Kraft erzielt wird. Der Endverschluß 428 ist von einem Durchlaß 436 durchsetzt.

Die Erfindung schafft somit eine Anordnung, in welcher ein einziger Endverschluß für einen strömungs-undurchlässigen Abschluß eines äußeren und wenigstens eines inneren Behälters Veriirednung findet. Der wenigstens eine innere Behälter ist beweglich im äußeren Behälter angeordnet und durch eine zwischen ihm und dem äußeren Behälter angeordnete elastische Einrichtung in abdichtende Anlage am Endverschluß belastet. Eine bevorzugte Verwendung eines solchen Endverschlusses ist für eine Trennvorrichtung gesehen, welche mit selektiv für wenigstens ein Strömungsmittel eines Strömungsmittelgemischs durchlässigen Hohlfasermembranen arbeitet und eine abdichtend angeordnete Rohrwand enthält, so daß eine Strömungsverbindung zwischen der Außenseite und der Innenseite der Hohlfasermembranen ausschließlich durch deren Wandungen hindurch besteht. Bei einer solchen Trennvorrichtung ist zwischen einem die Hohlfasermembranen enthaltenden, rohrförmigen Gehäuse und wenigstens einer eine Strömungsverbindung zu den Innenräumen der Hohlfasermembranen herstellenden Rohrwand eine elastische Einrichtung angeordnet, welche auf die Rohrwand eine in Längsrichtung des Gehäuses auswärts gerichtete Kraft ausübt. Nahe der Rohrwand ist ein EndVerschluß abnehmbar am Ende des Gehäuses befestigbar. Zwischen dem Endverschluß

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und dem Gehäuse ist eine erste und zwischen dem Endverschluß und der Rohrwand eine zweite Abdichtung angeordnet, wobei die elastische Einrichtung eine derartige Kraft auf die Rohrwand ausübt, daß die zweite Abdichtung einen im wesentlichen undurchlässigen Abschluß bildet.

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Claims

DR. BERG "OIPL.-INO. STAPF DIPL.-ING. SCHWABE tt. DR. SANDMAIR PATENTANWÄLTE 2 9 5 0 A 2 Postfach 860245 · 8000 München 86 Anwaltsakte 10 Monsanto Company 8OO North Lindbergh Boulevard St. Louis, Missouri 63166 U. S. A. Vorrichtung zum Trennen von Strömungsmitteln P a te nt

1. Strömungsmittel-Trennvorrichtung mit einem wenigstens ein offenes Ende aufweisenden, rohrförmigen Gehäuse, einem abnehmbar am offenen Ende des Gehäuses befestigten und dieses verschließenden, im wesentlichen undurchlässigen und wenigstens einen Durchlaß aufweisenden Eridverschluß, einer zu wenigstens einem im Gehäuse angeordneten Bündel geformten Anzahl von pol-: ktiv für wenigstens ein !Strömungsmittel einon

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ORIGINAL INSPECTED

ftnr einen anderen Bestandteil enthaltenden ~-"önunfismittel^eraischc durchlässigen, sich im wesentlichen Oaraliel in Längsrichtung erstreckenden Hohlfrrsern, unc¹ einer im wesentlichen undurchlässigen iiohri.^!und, in welchor aie I-iohl.fasern des wenigstens einen uiuidelr einpjeue/.trt: sinu, so dab cine Strömun^sverbin-"iinjT üu ihren innenrHuraen durch die Rohrwand hindurch vorhanden ict, und deron Außenseite sich über den üra-J."an;' des darin eingebetteten Bündels erstreckb und dom Jindvorrchlu.i zu ro wandt ist, dadurch p; e k e η η ~ e i c Ji :i ο t, üaß "wischen c?m Gehäuse (102) und <ⁱct iiülirv'and C'1'i6) weniriGten:· oin elactirches l'eil (i?.b) nnncordnnt ist, welches auf die Rohrwand eine in Längsrichtung den Gehäuses aus dessen offenem Ende heraus (xriehtete kraft ausübt, dnft zwischen dem undvorschlug (12β) und dem Gehäuse eine erste Abdichtung C150) anreordnet irt unu cinai im wesentlichen undurchl iibschlufi dazwischen bildet, und üaß zwischen dom vex'scii.u'? und uer !·'ohrwund eine das wenigstens eine in der iiohrwand eingebettete Blinde I im wesentlichen Uiiifobonde zweite Abüichtunn; (.'l^^;0 anr-roorunot ist, wobei das i;enip:fitens eine elasLischo Teil cLne solche Kraft •n\\' die iioln-wanu ausübt, aaJ^ dio κν/eite Abdichtung einen im wecent.l ichtjii undu.rchläcsiren Abschluß zwischen der Au'^enseibo der Kohrwand und dem Endverschluß bildet.

2. Trennvorrichtunf: nach Anspruch 1, dadurch

fr ο kennzeichnet, daß die Kohrwand (118) vonip;stons teilweise im Genüur;e (102) angeordnet, und Ln Lännsrichtunp; desselben versebieblich ist.

;i. Trennvo.rrLciiirnnn: nach Anspruch 1 oder 2, dadurch

I · ο k e η /ι :: e i c h η e t, daß das elastische Teil

ι, I,"'G) an der¹ Innen [Mäche dos Gehäuses (102) und an ii'T i-iohri/and (1 K]) angreift.

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Trennvorrichtung nach wenigsten? einen der An-■üche 1 bis ;), dadurch gekennzeichnet,

dan elastische Teil (126) an einer Endfiäcne des äuses (102) und an der jtiohrwana (113) angreift.

Trennvorrichtung nach wenigstens einem der aii-•üche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Hohrwand (118) aus der Vorrichtung (1Ck/) auobeubnr

Vorrichtung r:ach Anbruch 1, dadurch g c k e η η i c h η e t, daß die liohrwand (218) außerhaiü aes äuses (202) angeordnet ist.

Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 5, dadurch pe kennzeichnet, daß das stische Teil eine Feder (1°6j ist.

Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 7» dadurch gekennzeichnet, daß die onseite der Rohrwand (1'8) im wesentlichen lotrecht Ausrichtung der Hohlfasern (11b) vorläuft.

Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 8, dadurch gekennzeichnet, dp."3 sie einziges offenes Ende hat.

Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 9» dadurch gekennzeichnet, da3 sie einziges Hohlfaserbündel (116) enthält.

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