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Die Erfindung betrifft eine Sicherheitseinrichtung zum Schutz drucklos arbeitender Einrichtungen, insbesondere eine Sicherheitseinrichtung zum Schutz von drucklos arbeitenden Einrichtungen, die bei der Gasbefüllung zum Einsatz kommen.
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Insbesondere im Bereich der Befüllung von Behältern mit Gasen kommen verschiedene drucklos arbeitende Einrichtungen zum Einsatz, die einen Schutz gegen Überdruck benötigen.
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Beispielsweise handelt es sich bei einer Vakuumpumpe um eine solche drucklos arbeitende Einrichtung. Vakuumpumpen werden beispielsweise zum Restentleeren von Drucktanks oder wieder verwendbaren Gasflaschen vor deren Neubefüllung eingesetzt, insbesondere von Drucktank oder Gasflaschen, die mit hochwertigen Gasen, wie Edelgasen, oder mit toxischen oder schädlichen, stark korrosiven, entzündlichen oder explosiven Gasen befüllt werden. Die Drucktanks oder Gasflaschen müssen vor einer zweiten Befüllung mittels einer Vakuumpumpe evakuiert werden, um etwaig vorhandenes und eventuell verunreinigtes Restgas aus dem Behälter zumindest weitgehend zu entfernen, damit die Qualität und die Sicherheit des in den Tank oder die Flasche einzufüllenden Gases sichergestellt ist. Wird eine Vakuumpumpe zum Evakuieren eines Drucktanks oder einer Gasflasche eingesetzt, besteht die Gefahr von Bedienfehlern, die, wenn keine Sicherheitseinrichtung vorgesehen ist, zu Beschädigungen der Vakuumpumpe bzw. der eingesetzten drucklos arbeitenden Einrichtung führen können. Wird beispielsweise ein Tank oder eine Gasflasche zwecks Wiederbefüllung angeliefert, sind dem Abfüller die noch im Behälter vorhandenen Restdrücke in der Regel nicht bekannt; bei einem unachtsamen Anschluss eines noch mit einer erheblichen Restgasmenge befüllten Behälters an die Evakuierungsanlage kann es daher starken Überdrücken an der Saugseite der Vakuumpumpe kommen, die nicht nur zur Beeinträchtigung der Funktion, sondern auch zu irreparablen Schäden an der Vakuumpumpe führen können. Ein anderer Bedienfehler liegt vor, wenn versehentlich bei noch angeschlossener Vakuumpumpe die Befüllanlage von „Evakuieren” auf „Befüllen” umgeschaltet wurde und ein kontinuierliche Hochdruck-Gasstrom durch die Vakuumpumpe geleitet wird.
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Ein anderes Beispiel für eine drucklos arbeitende Einrichtung, die einen Überdruckschutz benötigt, stellt der häufig zum Auffangen von Restbeständen von Edelgasen aus Leitungen oder Behältern eingesetzte Gasballon dar. Wenn die mit dem Gasballon verbundene Leitung nicht geschlossen wurde, bevor der Vorgang zum Wiederbefüllen des Behälters eingeleitet wurde, besteht die Gefahr, dass der Gasballon Schaden nimmt, und die im Ballon gespeicherte Menge wertvoller Edelgase verlorengeht.
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Ein weiteres Beispiel für drucklos arbeitende Einrichtungen, die einen Überdruckschutz benötigen, sind atmosphärische Behälter.
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Ein häufig verwendetes Gerät zum Schutz von drucklos arbeitenden Einrichtungen sind federgestützte Sicherheitsventile. Jedoch erfordert der Schutz der drucklos arbeitenden Einrichtung mit einem derartigen Sicherheitsventil eine Einstellung der Feder, die einerseits schwach genug ist, um bei einem geringen Überdruck das Sicherheitsventil auszulösen und Druck abzulassen, andererseits aber auch hart genug, um bei normalem Betrieb den Ventilkörper dichtend am Ventilsitz zu halten, um Leckagen zu vermeiden. Die Einstellung der richtigen Federstärke zwischen Auslöseempfindlichkeit und Gasdichtigkeit ist eine in der Praxis nicht einfach zu bewältigende Aufgabe.
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Eine andere Sicherheitseinrichtung zum Schutz einer Vakuumpumpe ist in der
EP 2020508 A1 beschrieben. Bei diesem Gegenstand wird eine Vakuumpumpe mit einer in die Atmosphäre führende Austrittsleitung ausgerüstet, in der eine Berstscheibe angeordnet ist. Bei normalem Betrieb hält die Berstscheibe dicht. Wird die Vakuumpumpe mit Überdruck betrieben, bricht die Berstscheibe, die den Überdruck auslösenden Gase entweichen in die Atmosphäre und die Vakuumpumpe wird druckentlastet. Der Einbau einer derartigen Berstscheibe greift jedoch stark in den Aufbau der Vakuumpumpe ein, daher wird ein nachträglicher Einbau in eine bereits vorhandene Pumpe in der Regel nicht oder nur mit erheblichen Mehrkosten möglich sein.
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Hinzu kommt, dass beim Auslösen des Sicherheitsventils, also beim Bersten der Berstscheibe, je nach Einsatz sehr unterschiedliche Gase in die Umgebung entweichen, darunter können toxische oder gefährliche entzündliche, explosive oder korrosive Gase sein. Der verantwortungsvolle Umgang mit solchen Gasen stellt gerade unter dem Gesichtspunkt des Umweltschutzes eine besondere Herausforderung dar.
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Aus der
DE 1 007 346 A1 ist eine Verschlusskappe für Gasflaschen bekannt, die eine Sicherung gegen Überdrücke aufweist. Die Sicherung besteht in einem Wachspfropfen, der in einer Öffnung der Verschlusskappe eingesetzt ist und im Falle eines unvorhergesehenen Überdrucks als problemlos austauschbare Sollbruchstelle fungiert.
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In der
DE 36 15 169 C2 wird eine Druckentlastungsvorrichtung für Gasüberdrücken ausgesetzte Behälter beschreiben. Die Druckentlastungsvorrichtung umfasst ein an einer Öffnung der Behälterwand angeordnetes Verschlussglied in Form eines verformbaren Stopfens. Der maximale Gasüberdruck, oberhalb dessen eine druckentlastende Strömungsverbindung zwischen beiden Seiten der Öffnung hergestellt wird, entspricht dabei im wesentlichen der Formänderungsarbeit, die erforderlich ist, um den Stopfen durch die Öffnung hindurchzustoßen. Der Stopfen wird dabei jedoch dauerhaft verformt und kann nicht wieder verwendet werden.
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In der
DE 40 15 354 C2 wird eine Druckentlastungseinrichtung für einen Druckgasbehälter. Die Druckentlastungseinrichtung umfasst eine Berstscheibe, die bei Erreichen eines vorgegebenen Überdrucks aufplatzt, sowie eine sogenannte „Quenching-Vorrichtung”, die als Staub- und Wärmefilter für das austretende Gas wirkt. Über die Quenching-Vorrichtung ist ein Sack aus einem elastischen Material gestülpt. Beim Bruch der Berstscheibe wird der überwiegende Teil der austretenden Gase im Sack aufgenommen und entweicht nicht in die Umgebung; nachteilig ist dabei das der erforderliche Druckausgleich durch den elastischen Sack gehemmt wird.
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Aus der
US 3 954 118 A ist ein Druckentlastungskörper bekannt, der in eine Öffnung eines Druckbehälters aufgenommen wird. Der Druckentlastungskörper umfasst einen inneren, mit mehreren Abströmöffnung ausgerüsteten Kanal, innerhalb dessen ein Pfropfen aufgenommen ist. Im normalen Betriebszustand verhindert der Pfropfen eine Strömungsverbindung zwischen dem Innern des Druckbehälters und den Abströmöffnungen des Druckentlastungskörpers. Steigt der Druck im Druckbehälter stark an, wird der Pfropfen innerhalb des Innenkanals des Drucksentlastungskörpers gegen die Wirkung genau berechneter Reibungskräfte so wert verschoben, bis eine Strömungsverbindung zu den Abströmöffnungen hergestellt ist. Freilich ist der dort beschriebene Druckentlastungskörper sehr aufwändig im Aufbau und kann nicht wiederverwendet werden.
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Die somit zu lösende technische Aufgabe besteht darin, eine Sicherheitseinrichtung zum Schutz drucklos arbeitender Einrichtungen bereit zu stellen, die im Einsatzfall eine gute Ansprechempfindlichkeit und im Normalbetrieb eine hohe Dichtigkeit aufweist, die einfach in Aufbau und Handhabung ist und leicht in eine mit einer drucklos arbeitenden Einrichtung verbundenen Leitung eingebaut werden kann.
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Eine andere zu lösende technische Aufgabe besteht darin, eine Sicherheitseinrichtung zum Schutz drucklos betriebener Einrichtungen zu schaffen, die es erlaubt, entweichendes Gas in einfacher Weise aufzufangen.
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Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass bei einer Sicherheitseinrichtung zum Schutz einer drucklos arbeitenden Einrichtung von einer Ansaugleitung der drucklos arbeitenden Einrichtung eine an einer Austrittsöffnung ausmündende Zweigleitung zur Druckentlastung ausgeht, und dass an der Austrittsöffnung der Zweigleitung ein Druckentlastungsteil ablösbar montiert ist, das bei Überschreiten eines vorgegebenen Grenzdrucks in der Ansaugleitung eine Druckentlastung der Ansaugleitung herbeiführt. Das Druckentlastungsteil ist dabei leicht ablösbar an der Zweigleitung montiert und kann nach erfolgter Druckentlastung in einfacher Weise wieder an der Zweigleitung befestigt oder durch ein anderes ersetzt werden.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass als Druckentlastungsteil eine Hülle aus einem elastischen Material vorgesehen ist, die über die Austrittsöffnung der Zweigleitung gestülpt ist. Bei der Hülle handelt es sich beispielsweise um einen Gummiballon, der kraftschlüssig (reibschlüssig) an der Zweigleitung montiert ist und unter Überwindung der Haftreibung von dieser abgenommen werden kann.
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Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass an der Außenwand der Zweigleitung und/oder in der Innenwand der Hülle Mittel zur Erhöhung der Reibung vorgesehen sind.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Zweigleitung in einem gasdichten Behälter ausmündet.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der gasdichte Behälter mit einem ablösbaren Deckel ausgerüstet ist.
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Eine abermals vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der gasdichte Behälter mit einer Abgasleitung zum Verbinden mit einer Auffang- oder Verwertungseinrichtung für das Gas ausgerüstet ist.
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Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass im Eingangsbereich der Abgasleitung ein ablösbares Drahtgeflecht vorgesehen ist.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass an der Austrittsöffnung der Zweigleitung ein ablösbares Drahtgeflecht vorgesehen ist.
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Eine besonders zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die drucklos arbeitende Einrichtung eine Vakuumpumpe oder ein Gasballon ist.
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Die Sicherheit der drucklos arbeitenden Einrichtung wird gemäß der Erfindung dadurch gewährleistet, dass die Sicherheitseinrichtung das nachgiebigste Glied in dem vom Überdruck belasteten System ist, unabhängig von der Art der drucklos arbeitenden Einrichtung oder der Gründe für den Überdruck in der Ansaugleitung. In seiner einfachsten Ausführungsform fügt die Sicherheitseinrichtung der üblichen Ansaugleitung lediglich eine Zweigleitung hinzu, an der kraftschlüssig ein Druckentlastungsteil angeordnet ist. Dabei handelt es sich etwa um eine auf die Zweigleitung aufgesetzte Hülle oder um einen in die Zweigleitung eingesetzten Druckstopfen. Gegebenenfalls kommt noch ein druckfester Behälter hinzu, in dem die Zweigleitung ausmündet. Dies ist nicht nur eine im Aufbau einfache und mit niedrigen Kosten verbundene Lösung, sondern nach dem Eintreten eines Auslösefalles kann die Sicherheitseinrichtung durch Aufsetzen der Hülle oder durch Einsetzen des Stopfens leicht wieder in seinen normalen Betriebszustand zurückgeführt werden.
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Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen schematisch:
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1: Das Fließbild einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
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2: Die Sicherheitseinrichtung nach 1 im Querschnitt,
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3: Verschiedene Mittel zur Erhöhung der Reibung bei der Ausführungsform nach den 1 und 2,
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4: Das Fließbild einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,
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5: Die Sicherheitseinrichtung nach 4 im Querschnitt.
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Bei der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform der Erfindung ist eine drucklos arbeitende Einrichtung 1, etwa eine Vakuumpumpe oder ein Gasballon oder ein atmosphärischer Behälter, verbunden mit einer Ansaugleitung 2. In der Ansaugleitung 2 ist ein Ventil 3 angeordnet, um die drucklos arbeitende Einrichtung 1 strömungstechnisch abtrennen zu können. Ein Druckanzeiger 4 und mit diesem verbundene Ventile dienen dazu, den Arbeitsdruck des Systems zu bestimmen. Zwischen dem Eingangsende der Ansaugleitung 2 und der drucklos arbeitenden Einrichtung 1 ist vor oder hinter dem Druckanzeiger 4 eine Sicherheitseinrichtung 5 für den Schutz der drucklos arbeitenden Einrichtung 1 vorgesehen.
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In 2 ist die Sicherheitseinrichtung 5 nach der ersten Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Die Sicherheitseinrichtung 5 umfasst eine der Druckentlastung dienende Zweigleitung 6, die mit der Ansaugleitung 2 verbunden ist. Am oberen, von der Ansaugleitung 2 strömungstechnisch entgegen gesetzten Ende der Zweigleitung 6 ist ein Druckentlastungsteil in Form einer über das Ende der Zweigleitung 6 gestülpten Hülle 8 aus flexiblem Material, etwa ein Ballon, vorgesehen, die beim normalen Betriebszustand die Zweigleitung 6 gasdicht abschließt. Die auf der Zweigleitung 6 aufgesetzte Hülle 8 ist unter Überwindung der Haftreibung ablösbar mit dieser verbunden. An den Außenwänden der Zweigleitung 6 sind Mittel 7 vorgesehen, um die Reibung zwischen der Zweigleitung 6 und der Hülle 8 zu erhöhen, und dementsprechend die Kraft, die aufgewendet werden muss, um die Hülle 8 von der Zweigleitung 6 abzulösen. Ein Drahtgeflecht 9 ist am oberen Ende der Zweigleitung 6 angeordnet um zu verhindern, dass im Falle eines Unterdrucks die Hülle 8 in die Zweigleitung 6 eingesogen wird.
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Die Reibung zwischen der Hülle 8 und der Außenwand der Zweigleitung 6 bestimmt den Grenzdruck, d. h. den Druck in der Ansaugleitung 2, oberhalb dessen die Hülle 8 von der Zweigleitung 6 abgleitet, um auf diese Weise die Zweigleitung 6 mit der umgebenden Atmosphäre strömungstechnisch zu verbinden und damit eine Druckentlastung für die Ansaugleitung 2 herbeizuführen. Der Grenzdruck wird dabei so gewählt, dass durch das bei Grenzdruck oder knapp unterhalb des Grenzdrucks durch die Ansaugleitung 2 strömende Gas keine Beschädigung an der drucklos arbeitenden Einrichtung 1 hervorgerufen wird. Als bevorzugtes Material für die Hülle 8 kommt Gummi oder ein anderes elastisches Material in Betracht. Das Material für die Zweigleitung kann das gleiche sein wie das der Ansaugleitung 2, ihr Durchmesser sollte etwas kleiner gewählt werden als der der Ansaugleitung 2.
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3 zeigt verschiedene Mittel 7a–d zum Erhöhen der Reibung. Derartige Mittel 7a–d können etwa in die Außenwand der Zweigleitung 6 eingebrachte Unebenheiten sein, beispielsweise Aufrauungen der Wandoberfläche, oder, wie in 3 gezeigt, linienförmige, parallel (7a), senkrecht (7b) oder schräg (7c) zur Längsachse der Zweigleitung 6 gestellte oder voneinander beabstandete punktförmige (7d) Vertiefungen oder Erhebungen. Um den Erfordernissen der jeweils eingesetzten drucklos arbeitenden Einrichtung 1 Rechnung zu tragen, können die Mittel 7a–d auch ganz oder teilweise abgeschliffen werden, um die Reibung zwischen Hülle 8 und Zweigleitung 6 zu vermindern. Entsprechende Mittel 7a–d zur Erhöhung der Reibung können auch – anstelle oder ergänzend zu den Mitteln 7a–d in die Außenwand der Zweigleitung 6 – an der Innenwand der Hülle 8 angeordnet sein. Ebenso kann das Material, aus dem die Hülle gefertigt ist, so beschaffen sein, dass die Hülle 8 bei Überschreiten des Grenzdrucks reißt.
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Im normalen Betriebszustand des in den 1 und 2 gezeigten Systems wird Gas durch die Ansaugleitung 2 zur drucklos arbeitenden Einrichtung 1 gefördert. Ein starker Druckanstieg in der Ansaugleitung 2 führt dazu, dass die Hülle 8 unter Überwindung der Reibungskraft von der Zweigleitung 6 abgeschoben wird, oder dass die Hülle 8 reißt, wodurch eine Strömungsverbidung zur umgebenden Atmosphäre hergestellt und die drucklos arbeitende Einrichtung 1 wirkungsvoll geschützt wird. Nach dem Druckausgleich kann der normale Betriebszustand einfach dadurch wiederhergestellt werden, dass die Hülle 8 wieder auf die Zweigleitung 6 gestülpt oder aber die zerstörte Hülle 8 ausgetauscht wird. Die Ausführungsform nach den 1 und 2 eignet sich besonders dann, wenn in der Ansaugleitung 2 Inertgase oder andere, für Mensch und Umwelt ungefährliche Gase oder Gasgemische gefördert werden.
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Die 4 und 5 zeigen eine zweite Ausführungsform der Erfindung, die sich von der ersten Ausführungsform nur darin unterscheidet, dass die Sicherheitseinrichtung 5 mit einer hier nicht gezeigten Einrichtung zum Auffangen oder Reinigen des Gases verbunden werden kann.
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Die 5 zeigt die Sicherheitseinrichtung 5 aus 4 im Querschnitt. Bei dieser Ausführungsform mündet die Zweigleitung 6 in einen gasdichten Behälter 11 aus, der zugleich die Hülle 8 umgibt. Von der Zweigleitung 6 beabstandet ist eine Abgasleitung 13 vorgesehen, mittels der das Innere des Behälters 11 mit einer hier nicht gezeigten Entsorgungs- oder Wiederaufbereitungseinrichtung für das Gas verbunden werden kann. Die Eintrittsöffnung der Abgasleitung 13 im Innern des Behälters 11 ist mit einem Drahtgeflecht 9 versehen, um zu verhindern, dass die Hülle 8 oder Teile davon in die Abgasleitung 13 eingesogen werden und diese zum Verstopfen bringen.
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Die in den 4 und 5 gezeigte Ausführungsform ist insbesondere dann zu empfehlen, wenn das in der Ansaugleitung 2 geförderte Gas oder Gasgemisch toxisch, entflammbar, explosiv oder in sonstiger Weise für Mensch oder Umwelt gefährlich ist, oder wenn das Gas oder Gasgemisch besonders teuer ist.
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Im normalen Betriebszustand des in den 4 und 5 gezeigten Systems wird Gas durch die Ansaugleitung 2 zur drucklos betriebenen Einrichtung 1 gefördert. Ein starker Druckanstieg in der Ansaugleitung 2 führt dazu, dass die Hülle 8 unter Überwindung der Reibungskraft von der Zweigleitung 6 abgeschoben wird, oder dass die Hülle 8 reißt und somit eine Strömungsverbindung zwischen der Ansaugleitung 2 und dem Innenraum des Behälters 11 herstellt. Das beim Druckausgleich in den Behälter 11 abströmende Gas wird über Abgasleitung 13 abgeführt und sicher entsorgt bzw. einer Wiederverwertung zugeführt.
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Der Behälter 11 ist mit einem ablösbaren Deckel 10 ausgerüstet. Nach einem Druckausgleich, bei dem die Hülle 8 von der Zweigleitung 6 abgeschoben oder die Hülle 8 zerstört wurde, kann der Deckel 10 abgenommen und die Hülle 8 wieder über die Zweigleitung 6 gestülpt bzw. die zerstörte Hülle ausgetauscht werden, und das System kann wieder in den normalen Betriebszustand überführt werden.