CH652070A5 - Vorrichtung zum mischen und entgasen von komponenten von kunstharzen. - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Mischen und Entgasen von Komponenten von Kunstharzen, insbesondere von duro-plastischen Kunstharzen, mit einem evakuierbaren zylindrischen, sich nach unten verjüngenden Behälter, in dem zentrisch eine drehbare Förderschnecke angeordnet ist, die mit geringem Abstand von einem Führungsrohr umgeben ist, das oben eine Ablauffläche aufweist, wobei zwischen dem unteren Ende des Führungsrohres und dem Behälter sich mit radialer Komponente erstreckende, vorzugsweise an der Schnecke befestigte Rührflügel angeordnet sind.
Bei der Verarbeitung von Kunstharzen muss häufig eine intensive Mischung und Entgasung stattfinden, bevor das Harz vergossen werden kann. Dies gilt insbesondere für du-ro-plastische Giessharze und deren Komponenten. Die Mischung dient häufig dem Zweck, Füllstoffe gleichmässig im Kunstharz zu verteilen. Die Viskosität der herzustellenden Mischung kann innnerhalb weiter Grenzen variieren.
Bei einem Mischer der eingangs genannten Art muss die Drehgeschwindigkeit der Förderschnecke so gross sein, dass der Behälterinhalt längs der Schnecke nach oben gefördert wird. Bei relativ dickflüssigen Massen genügen relativ niedrige Drehzahlen der Schnecke. Je dünnflüssiger der Behälterinhalt ist, desto höher muss die Drehgeschwindigkeit der Schnecke sein, um die nötige Förderhöhe zu erhalten. Wenn die Rührflügel fest mit der Schnecke verbunden sind, stimmt ihre Drehzahl mit der Schneckendrehzahl überein. Die Rührarme nehmen den Behälterinhalt in ihrer Drehrichtung mit, so dass der Behälterinhalt in Rotation versetzt wird.
Die Rotation des Behälterinhaltes hat zur Folge, dass sich am Behälterinhalt eine Oberfläche ausbildet, die als Trombe bezeichnet wird. Die Oberflächenform weicht von der Form eines Rotationsparaboloides mehr oder weniger ab infolge der Reibung an den Behälterwänden und infolge der Förderung von Flüssigkeit durch die Schnecke. Je dünnflüssiger der Behälterinhalt ist, desto ausgeprägter ist die Trombenbildung, vor allem wegen der damit verbundenen hohen Drehgeschwindigkeit der Rührflügel, aber auch wegen der realtiv geringeren Reibung innerhalb der Flüssigkeit.
Die durch Fliehkräfte bewirkte Trombenbildung kann bei geringer Füllmenge dazu führen, dass die Schnecke keine Flüssigkeit mehr nach oben fördert, da ihr unteres Ende nicht mehr genügend überflutet ist, um die Flüssigkeit fördern zu können. Dies kann dazu führen, dass bei kleinen Füllmengen die Masse nicht mehr über die Ablauffläche umgewälzt wird. Zur Abhilfe hat man Mischer konstruiert, die eine Entkupplung zwischen Schnecke und Rührflügel ermöglichen. Nach Entkupplung stehen die Rührflügel still, so dass eine Trombenbildung nicht mehr stattfindet. Dadurch gelingt es, die Masse über die Ablauffläche umzuwälzen, allerdings unter Inkaufnahme eines erhöhten konstruktiven Aufwandes, einer Komplizierung der Bedienung des Gerätes mit der Gefahr von Bedienungsfehlern und einer eventuellen Verschlechterung der Durchmischung nach Abkupplung der Rührflügel.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, dass
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auch bei rotierenden Rührflügeln auch geringe Füllmengen einwandfrei gemischt und über die Ablauffläche umgewälzt werden können.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, dass vom Führungsrohr mindestens ein Auffangarm abragt, der oberhalb der Rührflügel mit für deren Bewegung erforderlichen Abstand von der Behälterwand verläuft und eine Auffangöffnung hat, die der Drehrichtung der Rührflügel zugewendet ist.
Bei einer so ausgebildeten Vorrichtung kann Flüssigkeit aus solchen Bereichen des Behälters aufgefangen werden, die oberhalb des unteren Einlaufendes der Schnecke liegen, insbesondere also Flüssigkeit, die infolge einer Trombenbildung in Richtung zur Behälterwand hin verlagert wurde. Die Erfindung gestattet auch bei kleinen Füllmengen eine intensive Durchmischung und Entgasung. Die Funktion ist im Vergleich mit einem Behälter mit abschaltbarem Rührflügel verbessert, da auch die Rührwirkung bis zum Schluss erhalten bleibt. Bedienungsfehler sind nicht mehr zu befürchten, da weder zu befürchten ist, dass das Abkuppeln der Rührflügel vergessen wird, noch, dass vergessen wird, abgekuppelte Rührflügel wieder anzukuppeln. Die genannten Vorteile werden mit konstruktiv einfachen Mitteln erreicht. Der Bauaufwand ist trotz Verbesserung der Funktion geringer als der Bauaufwand für einen Mischer mit abkuppelbaren Rührflügeln. Der geringe Bauaufwand beruht mit darauf, dass die Auffangarme feststehende Bauteile sind.
Die Erfindung kann mit einem einzigen Auffangarm verwirklicht werden. Es können aber auch mehrere Auffangar-me vorgesehen werden; im allgemeinen wird man eine Anordnung gemäss Anspruch 2 mit zwei Auffangarmen vorziehen. Für die Auffangarme sind verschiedene Querschnitte möglich. Vorteilhaft sind wegen ihrer Einfachheit Formen, wie sie in den Ansprüchen 3 und 4 angegeben sind.
Die Auffangarme sind gemäss Anspruch 5 vorzugsweise im Bereich der Behälterverjüngung angeordnet. Es sind aber auch Auffangarme möglich, die oberhalb des Verjüngungsbereiches liegen, was insbesondere dann der Fall sein kann, wenn die Verjüngung verhältnismässig kurz ausgebildet ist. Die Länge der Auffangarme richtet sich auch nach der be-stimmungsgemässen Verwendung der Vorrichtung. Wenn die Vorrichtung für relativ zähflüssige Massen bestimmt ist, reichen kürzere Auffangarme (Anspruch 7), während man bei Mischern, mit denen relativ dünnflüssige Massen verarbeitet werden sollen, längere Auffangarme (Anspruch 6) verwendet.
Die Auffangarme erstrecken sich vorzugsweise gemäss Anspruch 8 vom unteren Ende des Führungsrohres ausgehend nach oben. Diese Anordnung ist jedoch nicht zwingend, da die Auffangarme auch dann noch Masse auffangen können, wenn sie von der Auffangöffnung ausgehend horizontal oder sogar ansteigend verlaufen. Die horizontale oder zum Führungsrohr hin fallende Anordnung hat jedoch den Vorteil, dass keine Steigung überwunden werden muss, was ja überhaupt nur dank der in der Masse steckenden Bewegungsenergie möglich ist.
Die Auffangarme münden vorzugsweise gemäss den Ansprüchen 9 und 10 in das Führungsrohr ein. Auf diese Weise wird verhindert, insbesondere mit der speziellen Ausführungsform nach Anspruch 10, dass ein grösserer Teil der von den Auffangarmen aufgenommenen Masse nicht von der Schnecke erfasst wird.
Die Ausführungsform nach Anspruch 11 hat den Vorteil, dass die Bewegungsenergie der aufgefangenen Masse ausgenutzt wird, um diese längs der Schneckenwendel nach oben zu bewegen, wodurch die Förderwirkung verbessert wird.
Gemäss einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung (Anspruch 12) sind die Auffangarme Träger für nach oben ragende Schikanen. Bei einem Behälter, der in Bodennähe angeordnete Rührflügel aufweist, sind von unten nach oben ragende Schikanen bisher nicht angewendet worden. Auch nach unten ragende Schikanen können nicht ohne weiteres angebracht werden wegen der Ablauffläche, über die das von der Schnecke angehobene Harz ablaufen soll, um so eine grosse, für die Entgasung günstige Oberfläche zu erhalten. Erfindungsgemäss können nun solche Schikanen mittels der Auffangarme am feststehenden Führungsrohr der Schnecke befestigt werden. Solche Schikanen sind dem Mischvorgang förderlich und tragen auch zur Verminderung der Trombenbildung bei, da die Schikanen einen feststehenden Widerstand bilden, an dem die zu mischende Masse verwirbelt wird, was zu einer Verlangsamung der Rotation und dadurch auch zu einer Verminderung der Fliehkräfte, die ja die Trombenbildung in erster Linie bewirken, beiträgt.
Bei relativ kurzen Auffangarmen können gemäss Anspruch 13 an den Auffangarmen Verlängerungen angebracht werden, die nur als Träger von Schikanen dienen, also keine Auffangfunktion haben.
In der Zeichnung sind drei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch einen Mischer, Fig. 2 einen Horizontalschnitt nach Linie II-II in Fig. 1, Fig. 3 einen Schnitt durch einen Auffangarm nach Linie III-III in Fig. 2,
Fig. 4 einen Schnitt durch den gleichen Auffangarm nach Linie IV-IV in Fig. 2,
Fig. 5 einen der Fig. 1 entsprechenden senkrechten Schnitt bei einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, Fig. 6 einen horizontalen Schnitt nach Linie VI-VI in Fig. 5,
Fig. 7 einen senkrechten Schnitt bei einer dritten Ausführungsform der Erfindung und
Fig. 8 einen Horizontalschnitt nach Linie VIII-VIII in Fig. 7.
Der Mischer nach den Fig. 1 bis 4 besteht im wesentlichen aus einem Behälter 1, einer innerhalb des Behälters angeordneten Förderschnecke 2, einem die Förderschnecke umgebenden Führungsrohr 3, drehfest mit der Schnecke 2 verbundenen Rührflügeln 4 und mit dem Führungsrohr verbundenen Auffangarmen 5. Die Beschaffenheit und das Zusammenwirken dieser Bestandteile sollen nachfolgend beschrieben werden.
Der Behälter 1 hat einen oberen zylindrischen Teil la, einen nach unten an den zylindrischen Teil anschliessenden kegelstumpfförmigen Teil lb, einen Boden lc und einen Deckel ld. Der Boden lc hat in seinem Zentrum ein Ventil mit einem Verschlusskörper 6, der mit einem Ventilsitz 7 im Boden lc zusammenwirkt.
Der Deckel ld hat zwei Anschlussstutzen 8 und 9, über die Harzkomponenten in den Behälter 1 eingegeben werden können. Im Zentrum des Deckels ist eine Antriebseinrichtung 10 angeordnet, mit der die Schnecke 2 in Drehung versetzt werden kann. In dieser Antriebsvorrichtung 10 ist die Schnecke gelagert.
An der Unterseite des Deckels ld ist mittels Tragstäben 11 das Führungsrohr befestigt. Die Tragstäbe 11 sind an einem kegelförmig gebogenen Blech 12 befestigt, das mit dem oberen Ende des Rohres 3 verbunden ist. Um eine steife Verbindung des Bleches mit dem Rohr 3 herzustellen, erstrecken sich zwischen diesen Teilen Streben 13.
Die Schnecke ragt mit etwa einem Schneckengang über das untere Ende des Führungsrohres 3 vor. An diesem herausragenden Ende sind die beiden um 180° gegeneinander versetzten Rührflügel 4 befestigt. Die Rührflügel sind in ihrer Form an den Behälterquerschnitt angepasst und haben jeweils einen horizontalen Teil 4a, einen schräg nach oben
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ragenden Teil 4b, der parallel zum konischen Bereich lb des Behälters verläuft und einen vertikalen Teil 4c, der parallel zum zylindrischen Teil la des Behälters verläuft. Die Rührarme haben von der Behälterwand nur einen kleinen Abstand.
Am Führungsrohr 3 sind Auffangarme 5 angeordnet. Die beiden Auffangarme 5 sind zu der Achse 14 der Schnek-ke symmetrisch. Wie Fig. 1 zeigt, erstrecken sich die Auffangarme parallel zu den schrägen Teilen 4b der Rührflügel 4 und haben von diesen Rührflügeln einen nur kleinen Abstand, so dass die Unterkanten 15 der Auffangarme ebenfalls einen nur verhältnismässig kleinen Abstand von der konischen Wand lb des Behälters haben.
Die Auffangarme verjüngen sich von ihrem Ansatz am Rohr 3 nach aussen hin, wie man aus dem Grundriss (Fig. 2) und den beiden Querschnitten nach den Fig. 3 und 4 ersehen kann. Die Querschnitte (Fig. 3 und 4) sind etwa V-förmig. Die Auffangarme 5 sind so orientiert, dass die Auffangöffnung 35 der durch den Pfeil 17 angegebenen Drehrichtung der Rührflügel 4 zugewendet ist.
Der Hohlraum 18 der Arme 5 kommuniziert mit dem Hohlraum 19 des Rohres 3. Die Auffangarme 5 sind in untere Ausschnitte des Rohres 3 eingesetzt, so dass die Hohlräume 18 bereits oberhalb der Unterkante 20 des Rohres 3 in den Rohrinnenraum 19 einmünden.
Wie der Grundriss (Fig. 2) zeigt, ist die vordere Kante der Wand 21, zu der auch die Unterkante 15 gehört, so geformt, dass sie im Grundriss gesehen in einer vertikalen radialen Ebene liegt. Die Rückseite 22 ist so gekrümmt, dass die genannte Verjüngung nach aussen hin entsteht.
In der Nähe der oberen Vorderkante sind an jedem Auffangarm drei senkrechte Stäbe 23,24 und 25 angeordnet. Diese Stäbe bilden feststehende Schikanen, mit deren Hilfe die Durchmischung des Behälterinhaltes verbessert wird und die zu einer Verlangsamung der Rotation des Behälterinhaltes beitragen.
Am oberen Ende des Behälters 1 befindet sich ein Stutzen 26 für den Anschluss einer Evakuierungsleitung.
Die Mischvorrichtung arbeitet wie folgt. Bei Inbetriebnahme wird durch die Stutzen 8 und 9 Material eingefüllt, z.B. zwei verschiedene Komponenten eines Giessharzes. Auch mindestens ein Füllstoff kann eingegeben werden. Nach vakuumdichtem Abschluss der Füllstutzen 8,9 wird über den Saugstutzen 26 im Behälter enthaltenes Gas abgesaugt. Die Schnecke 2 wird angetrieben. Zusammen mit der Schnecke 2 rotieren auch die Rührflügel 4. Die Schnecke fördert den Behälterinhalt im Rohr 3 nach oben, wo das Material über das kegelförmige Ablaufblech 12 wieder nach unten abläuft. Dadurch wird eine Ausbreitung der Masse erreicht und damit eine gute Entgasung.
Speziell bei der Verarbeitung von dünnflüssigen Harzen muss die Drehzahl der Schnecke 2 hoch gewählt werden, um das Material bis zum Ablaufblech 12 hin fördern zu können. Infolge der Verbindung der Rührflügel 4 mit der Schnecke rotieren die Rührflügel mit der Schneckendrehzahl, wodurch der im Behälter enthaltenen Masse eine relativ hohe Drehgeschwindigkeit erteilt wird. Die an der Masse angreifenden Fliehkräfte bewirken eine Trombenbildung, was durch die gestrichelte Linie 27 angedeutet ist. Wenn die Füllmenge gering ist, würde ohne die Auffangarme 5 ein Zustand eintreten, in dem das untere Ende der Schnecke nicht mehr so überflutet ist, dass diese Masse nach oben fördern kann. Dank der Auffangarme 5 jedoch, die in das an die Behälterwand gedrückte Material hineinragen, wird das Material aufgefangen und dem anderen Ende der Schnecke zugeführt.
Dadurch ist es möglich, die Förderwirkung der Schnecke auch bei geringer Füllmenge und niedriger Viskosität in der Masse aufrechtzuerhalten.
Die feststehenden Schikanen 23,24 und 25 bremsen die Rotation der Masse und tragen damit zu einer Verminderung der Trombenbildung bei. Die Schikanen bewirken auch ein gutes Einrühren von Füllstoffen, insbesondere von leichten Füllstoffen, die dazu neigen, auf der Kunstharzmasse zu schwimmen.
Die Ausführungsform nach den Fig. 5 und 6 stimmt weitgehend mit der beschriebenen Ausführungsform überein. Der Unterschied besteht darin, dass die hier mit 5' bezeichneten Auffangarme wesentlich kürzer ausgebildet sind als gemäss den Fig. 1 bis 4. Die Auffangarme ragen hier nur bis etwa zur Hälfte des Behälterdurchmessers. An jedem Auffangarm 5' ist ein schräg nach oben ragender Stab 28 befestigt, der ein senkrecht nach oben weisenden Ende 28a aufweist. Parallel zum Ende 28a erstreckt sich ein am Stab 28 befestigter Stab 29. Unmittelbar am Auffangarm 5' ist ein weiterer vertikaler Stab 30 befestigt. Diese Stäbe bilden wiederum feststehende Schikanen, die den Stäben 23, 24, 25 nach Fig. 1 entsprechen. Besondere Tragstäbe 28 sind bei der Ausführungsform nach den Fig. 1 bis 4 deshalb nicht nötig, weil dort die Auffangarme selber genügend weit nach aussen reichen.
Das Gerät nach den Fig. 5 und 6 ist für die Verarbeitung von Massen bestimmt, die zähflüssiger sind als Massen, die mit dem Mischer nach den Fig. 1 bis 4 verarbeitet werden können. Die Oberfläche der Masse während des Mischvorganges ist in Fig. 5 durch die gestrichelte Linie 31 angedeutet.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 7 sind die hier mit 5" bezeichneten Auffangarme rohrartig ausgebildet. Hinter einer Auffangöffnung 35", die ähnlich geformt ist wie bei der Ausführungsform nach den Fig. 1 bis 4, befindet sich ein kanalartiger Hohlraum 36, der (siehe hierzu insbesondere auch Fig. 8) so gekrümmt ist, dass das der Auffangöffnung 35" entgegengesetzte Ende 37 des Kanales 38 eine Richtung hat, die der Drehrichtung der Schnecke 2 entgegengesetzt ist. Die Drehrichtung der Schnecke stimmt überein mit der Drehrichtung 17 der Rührarme 4.
Der Hohlraum 36 kommuniziert mit dem Innenraum 19" des Führungsrohres 3" über ein Fenster 39. Das Fenster 39 hat einen Abstand vom unteren Ende 40 des Führungsrohres 3". Dieser Abstand ist etwa gleich der Steigungshöhe h der Schnecke 2.
Durch die Krümmung des Kanales 38 erreicht man, dass die Masse entsprechend den Pfeilen 41 in das Führungsrohr 3" einströmt. Die kinetische Energie der Masse bewirkt eine Aufwärtsströmung auf der Schneckenwendel 2a, da die An-strömung so ist, dass die Strömung in Steigungsrichtung der Schneckenwendel erfolgt. Die Steigungsrichtung ist der Bewegungsrichtung der Schnecke entgegengesetzt.
Durch die Anordnung des Fensters 39 im Abstand vom unteren Ende 40 wird erreicht, dass möglichst wenig von der aufgefangenen Masse das Führungsrohr 3" nach unter verlassen kann. Die Schneckenwendel nämlich bildet einen gewissen Abschluss nach unten hin, der dies verhindert. Wenn der untere Rand 39a des Fensters 39 höher liegt als die Steigungshöhe h der Schneckenwendel 2a, ist der Abschluss nach unten bei jeder Drehlage der Schnecke 2 gewährleistet. Diese geometrische Bedingung ist bei der gezeichneten Ausführungsform nicht erfüllt. Die dargestellte Höhenlage genügt jedoch bereits für einen guten Abschluss.
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2 Blatt Zeichnungen
Claims (13)
1. Vorrichtung zum Mischen und Entgasen von Komponenten von Kunstharzen mit einem evakuierbaren zylindrischen, sich nach unten verjüngenden Behälter, in dem zentrisch eine drehbare Förderschnecke angeordnet ist, die von einem Führungsrohr umgeben ist, das oben eine Ablaufflä-che aufweist, wobei zwischen dem unteren Ende des Führungsrohres und dem Behälter sich von der Schnecke nach aussen erstreckende Rührflügel angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass vom Führungsrohr (3; 3'; 3") mindestens ein Auffangarm (5; 5'; 5") abragt, der oberhalb der Rührflügel (4) mit einem für deren Bewegung erforderlichen Abstand von der Behälterwand (lb) verläuft und eine Auffangöffnung (35; 35'; 35") hat, die der Drehrichtung (17) der Rührflügel (4) zugewendet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Auffangarme (5; 5'; 5") symmetrisch zur Achse (14) des Führungsrohres (3 ; 3'; 3") angeordnet sind.
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PATENTANSPRÜCHE
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auffangarme (5; 5') einen im wesentlichen V-förmigen Querschnitt haben, wobei der Scheitel des Querschnittes vorzugsweise ausgerundet ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Auffangarme (5; 5') zu ihren äusseren Enden hin derart verjüngen, dass die lichten Querschnitte nach aussen hin abnehmen, wobei vorzugsweise die die Auffangöffnung (35; 35'; 35") begrenzende Kante (15) in einer vertikalen, durch die Achse (14) des Führungsrohres (3) gehenden Ebene liegt.
5') nach oben ragende Schikanen (23,24,25; 30,29,28a), z.B. senkrechte Stäbe, angeordnet sind.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auffangarme (5; 5'; 5") im Bereich der unteren Behälterverjüngung (lb) angeordnet sind, die vorzugsweise kegelstumpfförmig ausgebildet ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Auffangarme (5; 5") bis nahe an den grössten Durchmesser des Behälters (1) erstrecken (Fig. 1 bis 4; Fig. 7, 8).
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Auffangarme (5') nur über einen Teil des grössten Behälterdurchmessers erstrek-ken, z.B. bis etwa zur Hälfte des grössten Behälterdurchmessers (Fig. 5, 6).
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auffangarme (5; 5'; 5") vom unteren Ende des Führungsrohres (3; 3'; 3") abra-gen und sich vorzugsweise von innen unten nach aussen oben erstrecken.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Auffangarm über ein oberhalb des unteren Randes (40) des Führungsrohres (3") liegendes Fenster (39) in das Führungsrohr (3") einmündet, wobei ein hinter der Auffangöffnung (35") befindlicher Hohlraum (36) über das Fenster (39) mit dem Innenraum (19") des Führungsrohres (3") kommuniziert.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand des unteren Randes (39a) des Fensters (39) vom unteren Rand (40) des Führungsrohres (3") gleich oder grösser als die Steigung (h) der Schnecke (2) ist.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein hinter der Auffangöffnung (35") angeordneter Kanal (36) gekrümmt ist und an seinem der Auffangöffnung (35") entgegengesetzten und in das Führungsrohr (3") einmündenden Ende (37) der Drehrichtung (17) der Schnecke (2) entgegengerichtet ist.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an den Auffangarmen (5;
13. Vorrichtung nach den Ansprüchen 7 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass sich an den Auffangarmen (5') radial erstreckende Verlängerungen (28) befinden, die nur als Träger für Schikanen (28a. 29.30) dienen.
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