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In der Regel ist für den pneumatischen Transport von rieselfähigem Brennmaterial, wie beispielsweise Pellets, vom Lagerraum zur Versorgung eines Heizkessels eine Saug- sowie eine Rückluftleitung erforderlich. Beim Transport von Brennmaterial führen beide Leitungen vom Brennstoff-Lagerraum zum Vorratsbehälter des Heizkessels hin und zurück. Dabei wird das Brennmaterial im Lagerraum an einer Entnahmestelle entnommen, zum Heizkessel gesogen und die Rückluft wieder zur Entnahmestelle geführt. Der Unterdruck wird entweder von einem Saug- oder Druckgebläse aufgebracht. Es handelt sich damit um einen geschlossenen Luftkreislauf.
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Die Leitungsführung erfolgt üblicherweise mittels flexiblen Kunststoffschläuchen, welche einfach und mit geringem Planungsaufwand verlegt werden können. Für den Brennstoff Pellets werden üblicherweise Schläuche mit 50 mm Innendurchmesser verwendet. Für andere rieselfähige Brennstoffe, wie zum Beispiel Kohlestaub oder Hackschnitzel, können auch größere Schlauchdurchmesser notwendig werden.
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Für Niedrigenergie- und Passivhäuser reicht meist eine Entnahmestelle für die Lagerung des Jahresvorrates an Brennstoff aus, für Einfamilienhäuser in der Regel nicht. Es sind damit mehrere Entnahmestellen im Brennstofflagerraum nötig, um einen automatisierten und störungsfreien Betrieb über eine komplette Heizsaison zu gewährleisten und gleichzeitig den Lagerraum gleichmäßig entleeren zu können. Damit ist ein System zum Wechsel der Entnahmestellen erforderlich.
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In der
DE 15 56 003 A ist eine derartige Fördereinrichtung beschrieben. Es handelt sich dabei um ein Saug-Druckgebläse mit Zyklon, Abscheider und Vorratsbehälter. Zusätzlich ist eine Rohrweiche beschrieben, die mit den Saugrohren in Verbindung steht. Die Saugrohre sind mit Überrohren versehen, welche zur Luftrückführung dienen. Die Umschaltung erfolgt mittels Füllstandstaster auf eine nächste Entnahmestelle. Die Rückluft kann bei diesem System nur über den Ringspalt geführt werden. Ein Wechsel von Rückluftleitung sowie Saugleitung bis zur Rohrweiche ist nicht vorgesehen, damit ist auch innerhalb einer Entnahmestelle bis zur Rohrweiche eine automatische Störungsbehebung, wenn beispielsweise die Saugleitung verstopft ist, nicht möglich.
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Für den automatisierten Wechsel der Saug- und Rückluft-Zweigleitungen an mehrere Entnahmestellen bestehen verschiedene Möglichkeiten.
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Vor der Einmündung der Rücklaufleitung in den Lagerraum sowie nach dem Austritt der Saugleitung aus dem Lagerraum findet die Teilung in mehrere Zweigleitungen zu den Entnahmestellen statt. Die Teilung erfolgt nach dem Stand der Technik wie folgt:
- (1) Die erste Methode wurde oben bereits in der DE 15 56 003 A beschrieben.
- (2) Die zweite besteht im Einsatz von linearen Umschalteinheiten. Dabei wird die fest auf einem Linearschlitten befindliche Saug- und Rücklaufleitung automatisch auf die nächste Entnahmestelle weitergeschoben und der Wechsel der Entnahmestelle findet statt. Nachteilig bei diesem System wirkt sich die Tatsache aus, dass bei einem Störfall wie einer verstopften Saugleitung bei oder in der Nähe der Entnahmestelle dieser nicht behoben werden kann. Üblicherweise wird das dadurch gelöst, dass die Saugleitung einer Entnahmestelle durch Fliessrichtungsumkehr von Saug- und Rückluftleitung mit Rückluft auf der Saugseite freigeblasen wird. (Die Saugleitung wird zur Rückluftleitung und die Rückluftleitung wird zur Saugleitung.)
- (3) Die dritte Methode arbeitet mittels Absperrschieber. Über eine Verteilweiche sind 2 oder mehrere Stichleitungen mit der zentralen Saug- und Rückluftleitung verbunden. Die nicht gewünschten Entnahmestellen werden mittels eines automatischen Absperrschiebers verschlossen und die gewünschte Stichleitung gleichzeitig bei Saug- und Rückluftseite freigegeben. Nachteilig bei diesem System ist, wie in Methode 1 und 2 beschrieben, dass eine verstopfte Saugleitung im Störfalle nicht automatisch mit Rückluft freigeblasen werden kann.
- (4) Die vierte Methode besteht in der Umschaltung und ist im EP 1 052 456 B1 beschrieben. Diese Methode basiert inhaltlich auf DE 15 56 003 A in Form einer Umschaltung auf dem Prinzip eines Drehschiebers. Bei diesem System kann auf eine weitere Entnahmestelle umgeschaltet werden. Der Drehschieber hat jedoch den Nachteil, dass bei einem Wechsel von Saugluftleitung und Rückluftleitung innerhalb einer Entnahmestelle (Saugleitung wird zur Rückluftleitung und Rückluftleitung wird zur Saugleitung) die beiden Leitungen um 180° verdreht werden müssen. Da die Leitungen in Form von Kunststoffschläuchen einen Durchmesser von mindestens 50 mm aufweisen, ist dieses Verdrehen nur mit ausreichend langen Schläuchen möglich, damit diese nicht deformiert werden.
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Aus der
EP 1 749 768 A1 , der
DE 80 16 635 U1 sowie der
DE 1 877 476 U ist jeweils eine linear verschiebbare Leitungsweiche für Saugförderanlagen bekannt, mittels welcher zwischen verschiedenen Leitungen umgeschaltet werden kann.
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Dafür ist üblicherweise eine Strecke von mindestens 1,5 bis 2 Meter erforderlich, um einen störungsfreien Betrieb zu gewährleisten. Dieser Platz ist jedoch nicht immer ausreichend vorhanden. Ein weiterer Nachteil dieser Lösung ist, dass sich im Aufstellraum dieser Umschalteinrichtungen immer bewegliche Schlauchteile befinden, welche im schlimmsten Falle auch zu Verletzungen des Betreibers führen können.
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Andererseits können nicht fachmännisch verlegte Schläuche im Drehbereich des Tellers zu Undichtheiten im Fördersystem führen, was den notwendigen Unterdruck im System negativ beeinflussen und zum Stillstand führen kann. Zudem sind die diametral auf dem Drehschieber angeordneten Saug- und Rückluftleitungen bei der Montage vor Ort nicht eindeutig vor Verwechslung geschützt, da die Positionen der Schlauchpaare (für Saugen/Rückluft) für je eine Entnahmestelle zwischen starrem Unterteil und beweglichem Oberteil übereinstimmen müssen.
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Alle oben beschriebenen Methoden besitzen im wesentlichen ein gemeinsames Merkmal. Die Umschaltmechanik ist üblicherweise in Metall ausgeführt (inkl., der notwendigen Rohrstücke), die Stichleitungen zum Lagerraum bzw. zum Vorratsbehälter des Kessels aus Kunststoffschläuchen.
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Veränderte Gegebenheiten zu bereits bestehenden Systemen
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Die Betreiber von Biomasseheizkessel erwarten sich in Richtung Komfort und Zuverlässigkeit den gleichen Standard wie bei fossilen Brennstoffen. Gleichzeitig sind die Heiz- und Lagerräume, in welche Biomasseheizungen installiert werden, oft sehr klein. Damit kann das Verlegen von Saug- und Rückluftleitungen oft aufwändig und mit teueren Nacharbeiten behaftet sein, speziell wenn der erforderliche Platz für Wechseleinrichtungen von Saug- und Vorlaufleitungen nicht vorhanden ist.
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Eine der wesentlichsten Problemstellung besteht darin, dass nach der Neubefüllung eines Lagerraumes beispielsweise mit Pellets mehrere Ansaugstellen gleichzeitig verstopft sein können. Dies kann bei einem vollen Lagerraum sehr unangenehme Auswirkungen haben. Abhilfe verschafft da nur ein Wechsel von Saug- und Rückluftleitung.
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Ein weiterer wichtiger Punkt besteht in der Montagefreundlichkeit des Systems. Da in der Regel mindestens 50 mm dicke Kunststoffschläuche verwendet werden ist ein Vertauschen der Fliessrichtung mittels Drehschieber um 180° kritisch, ein lineares Verschieben des Oberteils um beispielsweise 200 mm zur nächsten Zweigleitung jedoch völlig unproblematisch.
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Gleiches gilt auch für das einfache Verlegen der Kunststoffschläuche, da Saug- und Rückluftleitung direkt nebeneinander liegen. Bei einer Drehschieberlösung ist das durch den 180° Versatz nicht der Fall.
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Eine weitere alternative Anforderung in einem neuen System kann darin bestehen, dass eine Störung in einer Saugleitung sofort erkannt wird und die Wechseleinrichtung zwischen den Entnahmestellen augenblicklich darauf reagiert. Üblicherweise erfolgt die Detektion nach dem Stand der Technik indirekt. Der Füllstandsschalter des Vorratsbehälters am Heizkessel erkennt nach mehreren erfolglosen Versuchen der Sauganlage, dass kein Brennmaterial gefördert wurde und schaltet erst dann auf eine neue Entnahmestelle um. Die Förderstörung kann entweder durch Verstopfung einer Entnahmestelle oder durch deren vollständige Entleerung hervorgerufen worden sein. Diese verspätete Reaktion kann oft minutenlang andauern. In dieser Zeit ist in der Regel der Heizkessel abgeschaltet, was zu einem beträchtlichen Ausfall an Heizleistung während dieser Zeit führen kann. Vor allem bei vielen Häusern aus Altbestand kann sich dieser Nachteil wegen großer Wärmeverluste sehr nachteilig auswirken.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung und Beschreibung der einzelnen Bauteile
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Mit der linearen Brennstoff-Förderweiche gilt es die oben beschriebenen Anforderungen zu erfüllen. Dazu gehört der Wechsel der Fließrichtung von Saug und Rückluftleitung innerhalb einer Entnahmestelle. Damit können Verstopfungen bei der Saugleitung einer Entnahmestelle automatisch behoben werden. Durch das lineare Verschieben ist gleichzeitig die Problematik des Verdrehens von zwei mindestens 50 mm dicken Kunststoffschläuchen gelöst. Gleichzeitig wird eine Leitungsbeschädigung durch die Drehbewegung vermieden sowie Reduktion des Platzbedarfes erreicht. Der Wechsel von Saug- und Rückluftleitung zu weiteren Entnahmestellen ist natürlich auch gewährleistet.
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Für Anlagen in Neubauten genügt aufgrund der kleinen Jahresmenge, die benötigt wird, in der Regel eine Entnahmestelle, für alle übrigen Objekte sind zwei oder mehr Entnahmestellen notwendig. Damit ist eine Weiche vor dem Lagerraum nötig. Diese Weiche bzw. Umschaltung hat mehrere Aufgaben zu erfüllen. Während die reinen „Umschaltlösungen” im Störfall zu Ausfällen führen können, sind Lösungen mit Drehschieber relativ aufwändig zu montieren. Zudem wird auf eine Länge von ca 1,5–2 Meter eine Ausdrehstrecke benötigt. Diese ist notwendig, wenn Saugleitung und Rücklaufleitung durch Drehen des Schiebers um 180° verdreht werden. Dies tritt vor allem auf, wenn es sich um eine größere Anzahl von Entnahmestellen handelt. Damit wird der Drehschieber entsprechend groß, genügend Platz in der Raumtiefe muss vorhanden sein, um dieses System einsetzen zu können. Zudem kann es passieren, dass es zu Lecks an den Verbindungsstellen kommt, wenn die Ausdrehstrecke zu kurz bemessen wird.
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Aufgabe dieser Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden, indem beim Wechsel der Entnahmestellen eine Linearbewegung stattfindet, welche im Störfall auch Saug- und Rückluftleitung vertauschen kann.
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Sauganlagen zur Förderung von Brennstoffen arbeiten in der Regel mit einem Unterdruck von ca. 5000–10000 Pascal. Der Luftkreislauf des Systems ist dicht und geschlossen. Erfahrungsgemäß führt eine Verstopfung einer Entnahmestelle zu einem sofortigen Anstieg des Unterdruckes im Vorratsbehälter des Saugsystems. Umgekehrt fällt der Unterdruck sehr stark im System ab, wenn eine Entnahmestelle völlig entleert ist. Dieser Druckanstieg bzw. Abfall kann technisch sehr einfach mit einem Differenzdrucksensor erfasst werden. Damit besteht die Möglichkeit einer sofortigen Reaktion auf Unregelmäßigkeiten. Die Brennstoff-Förderweiche ändert augenblicklich wahlweise die Entnahmestelle oder vertauscht Saugleitung und Rücklaufleitung. Damit werden lange Stillstandzeiten und unnötig hoher Stromverbrauch durch lange Laufzeiten der Saugturbine vermieden. Zum Abschluss sollte die komplette Mechanik sowie alle beweglichen Schlauchteile in einem geschlossenen Gehäuse untergebracht werden.
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Die lineare Brennstoff-Förderweiche ist in den 1–8 dargestellt:
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1 Schrägansicht der Weiche im „normalen” Arbeitsmodus auf Entnahmestelle E1
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2 Schrägansicht der Weiche im Ausblasbetrieb
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3 Schrägansicht der Entnahmestelle E2
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4 Aufriss, Kreuzriss und Draufsicht einer möglichen Ausführungsvariante
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5 Schnitt BB aus 4 (mögliche Ausführungsvariante des Linearantriebes)
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6 Schnitt AA aus 4
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7 Aufriss und Kreuzriss einer im Gehäuse integrierten Brennstoff-Förderweiche
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8 mögliche Alternativvariante zu den Darstellungen in 1–7
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Das Prinzip der Brennstoff-Förderweiche:
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In 1 ist der Normalbetrieb dargestellt. Die starr installierte Materialsaugleitung 7 entnimmt an Punkt S5 der Entnahmestelle E1 Brennstoff. Dieser fließt über S4, der Materialsaugleitung 1 sowie die Punkte S2 und S1 zum Vorratsbehälter des Heizkessels. Über die zentrale Rückluftleitung 3 sowie die Punkte R1 und R2 und dann über die Rückluftleitung 8 und die Punkte R4 und R5 wird die Rückluft wieder zur Entnahmestelle R5 geführt. Dabei handelt es sich um normalen Saugbetrieb ohne Störung.
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Um eine verstopfte Leitung an der Entnahmestelle E1 freizublasen, ist es notwendig, die Fliessrichtung der Materialsaugleitung 7 sowie der Rückluftleitung 8 umzukehren. Dargestellt ist das durch 2. Dies erfolgt dadurch, dass die bewegliche Trägereinheit 5 mittels eines Linearantriebes nach links verschoben wird. Damit wird die Alternativsaugleitung 2 mit dem Punkt S3 auf den Punkt R4 verschoben und zur Deckung mit dem Rohr im starren Unterteil gebracht. Die ebenfalls auf der beweglichen Trägereinheit 5 befindliche alternative Rückluftleitung mit dem Punkt R3 wird gleichzeitig auf den Punkt S4 verschoben und dort zur Deckung mit dem Rohr im starren Unterteil gebracht. Damit ändert sich in den Leitungen 7 und 8 die Fließrichtung. Rückluft strömt durch Leitung 7 und kann etwaige Verstopfungen freiblasen, während die Leitung 8 zur Materialsaugleitung umgewidmet die Aufgabe des Materialtransports übernimmt. Mit diesem Prinzip ist erstmals die Umkehr der Fließrichtung mit einer linear beweglichen Einheit möglich.
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Wird die bewegliche Trägereinheit zu Entnahmestelle E2 nach rechts verschoben, erfolgt das Prozedere gleich wie bei Entnahmestelle E1 (siehe 3). Weitere beliebig viele Entnahmestellen arbeiten nach dem gleichen Prinzip.
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4 zeigt eine mögliche konstruktive Ausführungsvariante. Die Verschiebung des linearen Oberteils OT kann beispielsweise durch ein Zahnrad mit Motor, welcher am Oberteil (OT) montiert ist, sowie eine Zahnstange im Unterteil UT erfolgen.
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Der notwendige Wechsel einer beliebigen Entnahmestelle erfolgt nach dem Stand der Technik durch ein Signal des Füllstandsmelders vom Vorratsbehälters des Kessels. Wird nach mehreren erfolglosen Saugversuchen keine „Vollmeldung” des Vorratsbehälters erkannt, so erfolgt der Wechsel.
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Eine spezielle Ausführungsvariante schafft gegen zu lange Reaktionszeiten Abhilfe.
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Da der Unterdruck nach dem Stand der Technik für das zuverlässige Transportieren von Pellets in etwa 5.000 bis 10.000 Pascal betragen muss, kann dieser mit einem simplen Differenzdrucksensor 13 zuverlässig überwacht werden. Dieser Sensor ist zweckmäßigerweise mittels eines Anschlusses 12 an Rücklaufleitung 3 angeordnet und besitzt eine ausreichend große Schalthysterese. Damit kann erstmals unmittelbar auf Unregelmäßigkeiten im Saugsystem reagiert werden und erfordert keine unnötigen Versuche, den Materialfluss in Gang zu setzen. Dies spart Zeit aber auch Energie, da die Saugturbinen beispielsweise bei einer 50 mm großen Saug- und Rückluftleitung mit etwa 1500 Watt Anschlussleistung, recht viel Energie benötigen. Steigt der Druck im Saugsystem deutlich über 10.000 in Richtung 25.000 Pascal kann von einer Verstopfung an der Ansaugstelle ausgegangen werden. Die Reaktion auf diese Situation ist mit der Fließrichtungsumkehr recht einfach (zu 2 beschrieben). Sinkt nun der Druck im Saugsystem, kann davon ausgegangen werden, dass an einer beliebigen Entnahmestelle kein Brennstoff mehr vorhanden ist und der Druck deutlich unter 5000 Pascal im System absinkt. Auch diese Detektion ist mit dem Wechsel der Entnahmestelle sehr einfach in Griff zu bekommen (zu. 3 beschrieben).
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Durch die lineare Verschiebeeinheit ist es erstmals möglich, auch bei einer größeren Anzahl von Entnahmestellen (z. B. 5 bis 10) sehr platzsparend bauen zu können, was in kleinen Heizräumen sehr oft von großem Vorteil sein kann. Der Vorteil entsteht dadurch, dass mit dem Linearprinzip jede zusätzliche Entnahmestelle einfach neben die Grundeinheit gereiht wird. Dies schafft eine schlanke platzsparende Bauweise an der Wand.
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Wie bei Montagezeit und Stellfläche gespart werden kann, ist in 7 dargestellt. Die Brennstoff-Förderweiche bildet eine vorgefertigte Einheit bestehend aus Gehäuse Rückteil 16, der Gehäuseabdeckung 18, der Brandschutzisolierung 17 und den beiden Brandschutzmanschetten 23 sowie der kompletten in 1–4 dargestellten Förderweiche. Diese Einheit wird unmittelbar vor dem Brennstofflagerraum montiert, wo die Zweigleitungen dann hin münden. Vom starren Unterteil der Förderweiche führen jeweils eine in der Regel aus Kunststoff ausgeführte Saugleitung 22 und eine Rücklaufleitung 21 zu einer Entnahmestelle. Dabei können beliebig viele Entnahmestellen realisiert werden. Gleichzeitig werden auf dem linear verschiebbaren Oberteil OT jeweils eine in der Regel aus Kunststoff ausgeführte Saugleitung 20 und Rückluftleitung 19 zum Vorratsbehälter des Kessels angeschlossen. Der große Vorteil dieser Lösung besteht darin, dass außerhalb des Gehäuses im Gegensatz zu herkömmlichen Lösungen keinerlei bewegliche Leitungen vorzufinden sind. Neben einer schnellen Montage ist auch die geringe Bautiefe hervorzuheben. In einigen Gebieten Europas darunter auch Deutschland, ist es brandschutztechnisch bereits erlaubt, dass sich Brennstofflager und Heizkessel in einem gemeinsamen Raum befinden dürfen. Dazu gehört natürlich auch die Brennstoff-Förderweiche. In diesem Fall kann die Brandschutzisolierung 17 entfallen. Auch bei der Gehäuselösung kann ein Differenzdrucksensor 13 in die Leitung eingebaut werden. In 8 ist eine alternative Variante zum bisher erklärten Prinzip angeführt. Die Wirkung ist ident, jedoch sind die alternative Materialsaugleitung 31 sowie die alternative Rückluftleitung 29 nicht im beweglichen Oberteil sondern im starren Unterteil angeordnet. Diese Lösung ist konstruktiv aufwändiger zu realisieren, da die alternativen Leitungen für das Material bzw. die Rückluft für jede Entnahmestelle eigens ausgeführt werden müssen. Es kann jedoch Anwendungen geben, wo das bewegliche Oberteil platzsparender ausgeführt werden muss. In diesem Falle kann diese Variante zum Einsatz kommen.
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Vorteile der Erfindung:
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- • im Störfall kann vollautomatisch die Fließrichtung von Saug- und Rückluftleitung vertauscht werden, die verstopfte Stelle in der Saugleitung wird mit Rückluft freigeblasen und der Störfall behoben
- • keine Rotationsbewegung der Materialsaug- bzw. Rückluftschläuche bei Wechsel der Entnahmestellen bzw. Umkehr der Fließrichtung
- • einfaches Verlegen der Saug- und Rückluftleitungen
- • geringe Bautiefe der Einheit
- • bei der Verwendung eines Differenzdrucksensors kann sofort auf Störfälle regiert werden
- • weniger Montagefehler
- • keine Verletzungsgefahr, da bewegliche Teile abgedeckt sind
