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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aufnehmen einer
an der Wasseroberfläche
schwimmenden Schicht, wie z.B. einer Erdölschicht, wie sie im Oberbegriff
des ersten Anspruchs definiert ist.
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Stand der
Technik
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Es
sind verschiedene Verfahren und Vorrichtungen zum Aufnehmen des
Produkts einer an der Wasseroberfläche schwimmenden Schicht und
insbesondere einer im Meer schwimmenden Erdölschicht bekannt.
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Diese
bekannten Verfahren und Vorrichtungen sind sehr unterschiedlich,
sie gehen von schwimmenden Dämmen
bis zu schwimmenden Speichern oder Aufnehmern. Die Aufnehmer werden
in zwei Typen eingeteilt, die mechanischen Aufnehmer, die die Strömungs- und
Dichteeigenschaften der aufzunehmenden Flüssigkeit nutzen, und die ölanziehenden Aufnehmer,
die insbesondere zum Aufnehmen von Erdöl bestimmt sind und die die
Fähigkeit
des Erdöls nutzen,
an Oberflächen
zu haften, die in Kontakt mit dem Wasser und dem Schadstoff gebracht
werden.
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Diese
Einteilung wurde in einer Studie des CEDRE (Centre de documentation
de recherche et d'expérimentations
sur les pollutions accidentelles des eaux) mit dem Titel „La récupération
du pétrole en
mer" veröffentlicht
(Auszug aus dem 1999 vom CEDRE organisierten INFOPOL-Fortbildungslehrgang).
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Die
mechanischen Aufnehmer verwenden entweder die direkte Absaugung
oder die Absaugung mittels Überlauf
oder auch ein einfaches Förderband oder
ein Förderband,
das durch Untertauchen arbeitet.
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Die ölanziehenden
Aufnehmer werden im Allgemeinen durch eine Einheit von Scheiben,
von Zylindern oder eine Vorrichtung mit Riemen oder Seilen gebildet,
die in die Schicht eindringen und das Haftvermögen des Erdöls an der Scheiben-, Zylinder-,
Riemen- oder Seilstruktur nutzen, um das Produkt zu binden, zu transportieren
und abzuführen. Die
Entfernung erfolgt im Allgemeinen durch Abkratzen oder Absaugen.
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Unter
den mechanischen Aufnehmern existiert ein sogenannter Wirbel-Aufnehmer,
der durch einen Pumpkopf oder ein Saugfilter gebildet wird, das im
Bereich der abzupumpenden Schicht über die Letztgenannte gebracht
wird. Unter dem Pumpkopf erzeugt eine Schraube einen Unterdruck,
indem sie einen statischen Wirbel bildet, so dass das Produkt, das
weniger dicht als Wasser ist, angesammelt wird, um unter dem Saugfilter
konzentriert zu werden.
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Tatsächlich verwendet
diese Vorrichtung eine Schraube, um unter dem Saugkopf eine Tasche zu
bilden, in der sich die abzupumpende Flüssigkeit ansammelt.
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Der
in diesem Dokument durchgeführten Analyse
zufolge und als Zusammenfassung der Versuche kann gesagt werden,
dass diese Vorrichtung sehr heikel in der Anwendung ist und einzig
für flüssige Produkte
in ruhigem Wasser geeignet ist. Dieses Verfahren und diese Vorrichtung
erlauben es nicht, teilweise feste Produkte abzupumpen, da der Pumpvorgang
von oben in der Richtung erfolgt, die der Richtung entgegengesetzt
ist, in der der statische Wirbel den Unterdruck erzeugt, der die
Tasche bildet.
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In
anderen Worten wirken der statische Wirbel und die Saugwirkung des
Pumpvorgangs in entgegengesetzten Richtungen.
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Dieses
Verfahren kann nicht angewendet werden, wenn die Wasseroberfläche unruhig
ist, da in diesem Fall durch das Eindringen von Luft in den Pumpkopf
die Gefahr besteht, dass die Pumpe leer läuft.
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Das
Dokument
US 3 635 342 beschreibt
eine Vorrichtung zum Aufnehmen einer an der Wasseroberfläche schwimmenden
Erdölschicht.
Diese Vorrichtung umfasst eine Aufnahmekopf, der durch eine Einfassung
gebildet ist, deren oberer Teil mit einem Einlass zum Aufnehmen
des aufzunehmenden Produkts versehen ist. Diese Einfassung ist mit
einem Produktauslass in Form eines Saugrohrs versehen, das in der
Einfassung bis zu ihrem Einlass aufsteigt. Diese Einfassung ist
auch mit einer Schraube versehen, die in die Flüssigkeit der Einfassung eingetaucht ist,
um einen absteigenden Wirbel zu erzeugen, der es ermöglicht,
eine Tasche für
die aufzunehmende Flüssigkeit
zu bilden. Diese Tasche bildet sich über der Schraube. Diese Vorrichtung,
die grundsätzlich nur
das Produkt der Tasche aufnehmen soll, die in dem Wirbel gebildet
wurde, ist schwierig zu regeln, da das Produkt der Tasche in der
Letztgenannten durch eine Pumpe abgepumpt wird, wobei der Wirbel nur
die Tasche erzeugt, da dieser Wirbel hauptsächlich durch das Wasser gebildet
wird. Dieser Wirbel treibt die aufzunehmende Flüssigkeit nicht in die Rohrleitung,
da die Aufnahme einzig durch die Pumpe erfolgt. Diese Vorrichtung
hat nicht zum Ziel, die aufzunehmende Flüssigkeit auf präzise Weise
vom Wasser zu trennen, auf dem sie schwimmt, denn die Vorrichtung
ist am Grund des Wassers befestigt.
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Auf
diese Weise wird je nach der Dicke der Flüssigkeitsschicht und dem Durchsatz
der Pumpe ein mehr oder weniger großer Anteil von Wasser mit der
Flüssigkeit
mitgeführt.
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Die
Wirksamkeit dieser Vorrichtung ist auf Grund von Problemen bei der
Einstellung des Betriebs sehr theoretisch.
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Zusammenfassend
schafft diese Vorrichtung durch einen Wirbeleffekt oder eine Venturi-Saugwirkung
in den verschiedenen angestrebten Ausführungsformen eine Tasche im
Wasser, in die die aufzunehmende Flüssigkeit gelangt, um in dieser
Tasche abgepumpt zu werden.
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Es
existiert auch eine Vorrichtung, die in dem Dokument
US 3 753 496 beschrieben ist. Tatsächlich beschreibt
dieses Dokument zwei Ausführungsformen,
die sich durch die Art, die Flüssigkeit
aufzunehmen, voneinander unterscheiden.
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Diese
beiden Ausführungsformen
haben einen trichterförmigen
Aufnahmekopf gemeinsam, dessen Einlass spiralförmig mit fixen Schaufeln versehen
ist, um die Regelmäßigkeit
des Eintreffens des Produkts in diesem trichterförmigen Aufnahmekopf zu begünstigen.
In einer Ausführungsform
ist das untere Ende dieses Trichters mit einer Ansaugleitung verbunden.
In einer anderen Ausführungsform
ist dieses Ende verschlossen, um ein Gehäuse zu bilden, in das eine
Saugpumpe eintaucht, die die Flüssigkeit
an dieser Stelle aufnimmt.
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Diese
Vorrichtung saugt jedoch in diesen beiden Ausführungsformen eine Mischung
aus Wasser und dem aufzunehmenden Produkt (Erdöl) an, ohne zu versuchen, das
Wasser und die aufzunehmende Flüssigkeit
wirksam zu trennen, um das Volumen des stromabwärts aufzubereitenden Produkts
zu reduzieren.
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In
anderen Worten ist in diesem Dokument in keiner Weise davon die
Rede, zu versuchen, die aufzunehmende Flüssigkeit und das Wasser, auf
dem diese Flüssigkeit
schwimmt, in der Vorrichtung zu trennen.
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Ziel der Erfindung
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Das
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, den Mängeln der bekannten Lösungen abzuhelfen, und
sie beabsichtigt, eine Vorrichtung zu entwickeln, die es ermöglicht,
auf extrem wirksame Weise Produktschichten abzupumpen, die auf der
Wasseroberfläche
schwimmen, und dies unabhängig
von der physikalischen Natur der Produkte (flüssiger, halbflüssiger oder
sogar teilweise verfestigter Zustand), unabhängig von den Merkmalen des
Ortes der Schwimmschicht, gleich, ob diese einem Seegang, Wind oder
Oberflächenströmungen ausgesetzt
ist, oder auch unabhängig
vom Ort, an dem sich die Schicht befindet, ohne das Wasser abzupumpen,
auf dem diese Schichten schwimmen, um die Wirksamkeit der Aufnahme
zu erhöhen.
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Zu
diesem Zweck betrifft die Erfindung eine Vorrichtung entsprechend
den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des ersten Anspruchs.
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Der
erfindungsgemäße Wirbel
lässt den
von der Schicht entnommenen Produktstrom zirkulieren, um ihn abzuleiten.
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Die
Vorrichtung erzeugt einen dynamischen Wirbel, d.h. einen Wirbel,
der eine Flüssigkeitszirkulation
von oben nach unten, vom Einlass des Aufnehmers zu seinem Auslass
erzeugt, und nicht bloß einen
statischen Unterdruck, der eine Tasche erzeugt, die mit dem Produkt
gefüllt
ist, das eine geringere Dichte als die Flüssigkeit aufweist, in der normalerweise
die Produktschicht schwimmt, d.h. Süßwasser oder Meerwasser.
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Diese
Ansaugung kommt hier zu dem Impuls hinzu, der der Flüssigkeit
im Bereich des Wirbels verliehen wird.
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Die
Aufnahme des Produkts kann auf eine sehr weitgehend unabhängige Weise
von der physikalischen Natur des aufgenommenen Produkts erfolgen,
gleich, ob dieses flüssig
oder mehr oder weniger pastenartig ist oder ob es feste Partikel
oder Teile enthält.
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Die
Vorrichtung ermöglicht
es, selbst feste Partikel aufzunehmen, die an der Oberfläche der Schicht
schwimmen, da diese Partikel in den Wirbel geführt und von dort abgezogen
werden.
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Auf
vorteilhafte Weise ist die Schraube, die den Wirbel erzeugt, bis
zu einer einstellbaren Höhe
in die Einfassung der Schwimmschicht eingetaucht, was es ermöglicht,
den Wirbeleffekt an die Art des aufzunehmenden Produkts anzupassen.
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Die
Trichter- oder Kegelform der Einfassung begünstigt das Einströmen der
Produktschicht in den Wirbel, ohne tote Bereiche zu schaffen, die
von dem Produkt oder von Wasser belegt sind.
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Die
einstellbare Verbindung zwischen den Schwimmern und der Einfassung
ermöglicht
es, die Eintauchtiefe des Einlasses der Einfassung in Abhängigkeit
von der Stärke
der aufzunehmenden Produktschicht einzustellen.
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Diese
schwimmende Anordnung der Vorrichtung ermöglicht es, den Höhenveränderungen
der Schicht, insbesondere in Abhängigkeit
vom Seegang, zu folgen.
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Auf
vorteilhafte Weise ist der Auslass der Einfassung mit einer Abflussleitung
verbunden, die mit einem Ansaugmittel verbunden ist. Diese Abflussleitung
kann in Abhängigkeit
von der Anordnung der verschiedenen Mittel der Vorrichtung und insbesondere
des Aufnahmekopfes und der Reservoirs, die das Produkt aufnehmen,
eine gewisse Länge
haben.
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Im
Fall einer Abflussleitung, die mit einem Ansaugmittel wie z.B. einer
Pumpe verbunden ist, ist es interessant, dass eine Steuereinheit
mit dem Motor des Wirbelgenerators und dem Ansaugmittel verbunden
ist, um den Betrieb dieser beiden Mittel zu koordinieren und eine
optimale Leistung zu ermöglichen.
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Auf
vorteilhafte Weise stellt das Schwimmmittel, das aus Schwimmern
gebildet wird, die die Einfassung und den Wirbelgenerator tragen,
keine geschlossene Barriere dar, die über der Einfassung angeordnet
ist oder diese umgibt. Es handelt sich im Gegenteil nur um getrennte
Auflagepunkte, die zwischen ihnen Durchgänge freilassen, um es nicht
nur der Schicht, sondern auch der Oberfläche der Schicht ermöglichen,
in die Einfassung einzudringen, um vom Wirbel erfasst zu werden.
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Auf
allgemeine Weise stellt die erfindungsgemäße Vorrichtung ein extrem einfach
einzusetzendes Mittel dar, das in der Lage ist, unter extremen Bedingungen
sowohl hinsichtlich der Situation der aufzunehmenden Schicht als
auch der Natur Produkte zu funktionieren.
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Schließlich ist
die Vorrichtung besonders einfach zu warten und in Betrieb zu sehen,
und sie benötigt
wenig Platz.
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Zeichnungen
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Im
Folgenden soll die vorliegende Erfindung auf detailliertere Weise
mit Hilfe der beiliegenden Zeichnungen beschrieben werden, wobei:
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1 ein
Schema einer bekannten Vorrichtung ist,
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2 ein
Schema der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist,
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3 ein
Detail der Vorrichtung von 2 zeigt,
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4 die
erfindungsgemäße Vorrichtung
in der Betriebsposition zeigt.
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Beschreibung
einer Ausführungsform
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Gemäß 1 setzt
sich eine bekannte Vorrichtung vom so genannten Wirbel-Typ zur mechanischen
Aufnahme eines Produkts P, das in der Form eines Schwimmschicht
an der Wasseroberfläche
E schwimmt, aus einem Saugkopf 100 zusammen, der an der
Oberfläche
der Schicht P angeordnet ist. Dieser Saugkopf 100 umfasst
eine Schraube 101, die durch einen nicht dargestellten
Motor angetrieben wird, und ist in einem trompetenförmigen Behälter 102 untergebracht,
der die Schraube 101 umgibt. Die Schraube 101 erzeugt
einen Unterdruck im Inneren des Behälters 102, um eine
Tasche 103 unter dem Einlass 104 des Saugkopfes 100 zu
bilden, um hier eine Dicke des Produkts P anzusammeln, die ein Abpumpen
möglich
macht. Das Produkt P wird abgepumpt, wie dies die Pfeile F1, F2
anzeigen.
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In
dieser bekannten Vorrichtung erzeugt die Schraube 101 eine
Art statischen Wirbel, der die Tasche bildet, in der sich das Produkt
P ansammelt; dieses kann nun abgesaugt werden. Doch wie bereits erwähnt, ist
diese Saugwirkung umgekehrt zur Saugwirkung, die von dem statischen
Wirbel erzeugt wird.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung, wie sie in 2 und 3 und
in Betriebsposition in 4 dargestellt ist.
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Gemäß 2 setzt
sich die Vorrichtung aus einem Aufnahmekopf 1 zusammen,
der durch eine Einfassung 2 gebildet wird, die am oberen
Teil einen Einlass 3 und am unteren Teil einen Auslass 4 aufweist.
Dieser Kopf 1 wird von einem Schwimmmittel getragen, das
durch Schwimmer 5 gebildet wird, die fest mit einem Rahmen 6 verbunden
sind. Der Rahmen 6 trägt
auch einen Motor 7, dessen Welle 8 mit einer Schraube 9 versehen
ist, die einen Wirbelgenerator bildet. Diese Schraube 9 erzeugt
einen dynamischen Wirbel in der Einfassung 2, die vorzugsweise eine
den Strömungslinien
eines Wirbels entsprechende Trompetenform aufweist.
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Die
Einfassung 2 ist mit dem Gestell 5, 6 unter
Zwischenstellung von Verbindungsorganen 10 von einstellbarer
Länge verbunden.
Diese Verbindungsorgane sind mit den Schwimmern 5 verbunden dargestellt.
Sie könnten
auch direkt mit dem Rahmen 6 verbunden sein. Diese Verbindungsorgane 10 von einstellbarer
Länge ermöglichen
es, die Eindingtiefe (e) des Randes der Einfassung 2, der
den Einlass 3 bildet, zu verändern. Diese Einstellung erfolgt
in Abhängigkeit
von der Dicke X der aufzunehmenden Produktschicht P (siehe 3).
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Als
Einstellmittel wird in diesem besonderen Beispiel eine Gewindestange 11 verwendet,
die mit dem Schwimmer 5 verbunden ist und mit einer Mutter 12 versehen
ist, um den Rand 13 der Einfassung 2 zu halten.
Auf diese Weise wird die Höhe
(e) der Öffnung 3 definiert.
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4 zeigt
die erfindungsgemäße Vorrichtung
in der Verwendungsposition.
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Der
Aufnahmekopf ist in einer Produktschicht P angeordnet und stützt sich
unter Zwischenstellung seiner Schwimmer 5 auf die Schicht,
allgemeiner auf die Oberfläche
der Flüssigkeit.
Diese Schwimmer 5 stellen keinen Ring dar, der die Oberseite
der Einfassung 2 umgibt, sondern sie bilden Stützen, die
an der Oberfläche
der Schicht oder der Flüssigkeit
verteilt sind, wie dies in 4 gezeigt wird,
in der im Gegensatz zu 2 der rechte Schwimmer 5 nicht
dargestellt wurde.
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Es
ist extrem wichtig, dass der oder die Schwimmer 5 keine
geschlossene Barriere bilden, die sich über dem Einlass der Einfassung 2 erstreckt, um
die Produktschicht P nicht zu zwingen, notwendigerweise unter allen
Schwimmern 5 durchzuströmen.
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Im
Gegenteil können,
wie dies im rechten Teil von 4 dargestellt
ist, mehr oder weniger feste Produkte P1 ihrerseits an der Oberfläche der
Schicht P schwimmen. Es kann sich um Partikel P1 von mehr oder weniger
verfestigten Produkten handeln. Alle diese Partikel, die ihrerseits
an der Oberfläche schwimmen,
können
in die Einfassung 2 eindringen, wenn sie von dem dynamischen
Wirbel angesaugt werden, der von der Schraube 9 erzeugt
wird.
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Dies
bedeutet, dass die Schraube 9 in der Einfassung 2 nicht
nur einen Unterdruck, sondern einen Wirbel V erzeugt, der in 4 schematisiert
ist und mindestens bis zum Auslass 4 der Einfassung 2 gelangt.
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Dieser
dynamische Wirbel saugt die obere Schicht der Flüssigkeit an, in der der Aufnahmekopf 1 schwimmt,
und die hauptsächlich
durch die Produktschicht P gebildet wird.
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Der
Auslass 4 der Einfassung 2 ist mit einer Leitung 20 zum
Ableiten des Produkts verbunden. Diese Leitung 20 ist vorzugsweise
mit einer Pumpe 30 verbunden, die die Flüssigkeit
zu einem Reservoir 31 liefert.
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Auf
diese Weise wird gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren
zum Aufnehmen des Produkts, das eine Schicht an der Oberfläche des
Wassers bildet, wie z.B. eine Erdölschicht, ein dynamischer Wirbel
unter der Oberfläche
der Schwimmschicht geschaffen; dieser Wirbel wird mit der Schicht gespeist,
wobei hauptsächlich
die Flüssigkeit
zurückgehalten
wird, auf der das aufzunehmende Produkt schwimmt, und das Produkt
wird eventuell mit Flüssigkeit über die
Basis des Wirbels abgeleitet.
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Diese
Ableitung erfolgt in der gleichen Wirkrichtung wie jene des Wirbels.
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Insbesondere
wird das Produkt, eventuell mit Flüssigkeit, an der Basis des
Wirbels abgesaugt. Diese Saugwirkung kommt zur Saug- oder Schubwirkung
des Wirbels hinzu. Dieses Verfahren ermöglicht es, das an der Oberfläche der
Flüssigkeit
E schwimmende Produkt P praktisch unabhängig davon aufzunehmen, wie
der Zustand des Produkts P ist, nämlich flüssig, mehr oder weniger dickflüssig oder
sogar feste Partikel enthaltend. Selbst wenn die Oberfläche der
Produktschicht P mehr oder weniger unruhig ist, kann diese Schicht
wirksam durch den aktiven Wirbel aufgenommen werden.