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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft einen neuartigen Mischwerkzeughalter, insbesondere zum Mischen, Kneten, Dispergieren und/oder ähnlichen Grundoperationen der Aufbereitungstechnik von festen und/oder flüssigen Materialien, umfassend radial, vorzugsweise in verschiedenen Ebenen, in Aussparungen des Mischwerkzeughalters beabstandet angeordnete, auswechselbare Mischflügel.
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Stand der Technik
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Aus dem Stand der Technik sind derartige Mischwerkzeughalter unlängst bekannt. Die Mischwerkzeughalter sind in der Regel in ihrem Grundriss polygonal ausgebildet, auf die mehrere verschiebbare Werkzeughalterscheiben angeordnet sind. In darin befindlichen Nuten werden Mischflügel gegen radial wirkende Kräfte und durch Stifte in Haltern und Bohrungen im Grundkörper der Mischflügel gegen zentrifugal wirkende Kräfte fixiert. Die Werkzeughalterscheiben werden im Paket durch eine lösbare Verbindung gegeneinander verspannt. Darüber hinaus sind Mischwerkzeughalter bekannt, an denen die Mischflügel mit lösbaren Verbindungselementen, z.B. Schrauben, fixiert werden.
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Die Mischflügel besitzen regelmäßig einen rechteckigen Querschnitt mit einer keilförmigen Verjüngung bzw. messerartigen Abschrägung in Vorlaufrichtung, um dem Aufbereitungsgut bei der Durchdringung eine axiale Strömung zu verleihen. Bei nach oben gerichteter Abschrägung wird das Aufbereitungsgut aufgelockert, während es bei nach unten gerichteter Abschrägung verdichtet wird.
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Es sind ferner solche Mischflügel bekannt, die in ihrer Längsachse verdreht (gekröpft) sind und somit aus einem horizontalen und einem schrägen Teil bestehen. Der horizontale Teil ist in den Werkzeughalterscheiben fixiert und der verdrehte Teil sorgt für die axiale Strömung des Aufbereitungsguts bei Durchdringung.
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Die Mischflügel sind in der Regel aus Baustahl gefertigt und bestehen aus einem Stück. Die Mischflügeloberflächen, die außerhalb des Mischwerkzeughalters liegen bzw. mit Aufbereitungsgut in Berührung kommen, werden gegen Verschleiß üblicherweise durch Auftragsschweißung aus einer harten, verschleißfesten Beschichtung, z.B. einer wolframkarbidhaltigen Legierung oder Hartmetall geschützt. Die Aufbringungsweise ist in der Regel Auftragsschweißen oder Auflöten von Hartmetallplättchen. Die Dicke des Verschleißschutzmaterials wird entsprechend der geforderten Verschleißresistenz des zu mischenden Materials angepasst.
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Der Verschleißschutz auf den Mischflügeln ist bedingt durch das Auftragsschweißen oder Auflöten sehr rau und bietet dadurch Haftgrund für Partikel, die die Mischflügel verschmutzen. Abhilfe kann teilweise durch teures Nacharbeiten wie Schleifen erreicht, jedoch eine absolut glatte Oberfläche nicht erreicht werden. Bei den genannten Herstellungsverfahren führt darüber hinaus die Wärmezufuhr während des Herstellungsprozesses zu Wärmeverzug und/oder Mikrorissen, die den Mischflügel oder den Verschleißschutz schädigen können. Nachträglich an der Oberfläche geschliffene Mischflügel sind sehr teuer und die Bearbeitung führt nur zu einem mäßigen Erfolg. Bekannte Mischflügel mit lösbarem Endstück besitzen überdies eine Trennfuge, an/in der sich Material absetzen kann und zudem besteht hier die Gefahr, dass sich die Trennfuge der Endstücke bei entsprechender stoß- oder zähplastischer Krafteinwirkung durch das aufzubereitende Mischgut weitet und entweder zu erhöhter Materialanhaftung oder sogar zum Bruch führt.
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Nicht mit Verschleißschutz versehene Werkzeughalter anderer Lösungen verschleißen je nach zu mischendem Material und müssen ggf. komplett ausgetauscht werden. Solche bekannte Lösungen, die an den Haltern einen Verschleißschutz besitzen, sind a) sehr teuer b) dadurch, dass sie verschiebbar bleiben müssen und sich dadurch Trennfugen bilden, gegen Verschmutzung anfällig. Kontaminationen nachfolgender Mischgutchargen können die Folge sein.
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Das Testen von unterschiedlichen Mischflügeln, die sich im Werkstoff des Verschleißschutzes oder der geometrischen Form oder nach oben auflockernd bzw. nach unten verdichtend unterscheiden, wird bedingt durch lange Auswechselzeiten bzw. lange Stillstandszeiten der Produktion oftmals nicht durchgeführt, wodurch Anwender teilweise den kostenintensiveren Verschleißwerkstoff in Kauf nehmen oder einen verfahrenstechnisch nachteiligen Aufbereitungsprozess oder aufgrund anderer Anforderungen an neue aufzubereitende Mischgüter, eine neue Maschineninvestition tätigen, weil sie die Variabilität ihrer vorhandenen Maschine nicht ohne hohe Kosten für Umrüstung und unter Umständen neue Mischflügel testen können.
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Nebst einem möglichst geringen Verschleiß sind weitere Anforderungen an einen Mischwerkzeughalter zu stellen. So sollte das Mischgutmaterial an den produktberührten Teilen bestenfalls nicht oder zumindest nur kaum anhaften, damit es zu keinen Kontaminationen von Folgechargen kommen kann. Ferner sollten Reinigungsarbeiten in kürzester Zeit während und/oder nach der Produktion stattfinden können. Die aus dem Stand der Technik bekannten Mischwerkzeughalter sind radial gegen Verschleiß nicht oder bei Erfordernis durch dasselbe Verschleißschutzmaterial und die Aufbringungsmethode, wie oben bei den Mischflügeln beschrieben, geschützt. Da jeder einzelne Halter verschiebbar bleiben muss, entstehen zwischen den Haltern Trennfugen; diese fördern das Ablagern von Material bzw. das Verschmutzen.
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Des Weiteren ist die Möglichkeit der Austauschbarkeit der Mischflügel sowie die damit verbundene Dauer von zentraler Bedeutung, welche bei den nach dem Stand der Technik bekannten Einrichtungen jedoch enorm hoch liegt, da entweder zeitintensiv Schrauben zu lösen und später wieder festzuziehen sind oder erst miteinander verspannte Halter zu lösen sind, um anschließend dann mit Hilfswerkzeugen die einzelnen Mischflügel herausheben zu können und dann zum Zurückbauen das Ganze in umgekehrter Reihenfolge stattfinden muss.
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Lange Stillstandszeiten oder Betriebsunterbrechungen beeinträchtigen erheblich die Maschinen-/Anlagenverfügbarkeit. Hohe Wartungs-/Instandhaltungskosten führen zu Ergebnisschmälerungen. Das Ausprobieren von kostengünstigeren Mischflügeln aus alternativen Werkstoffen wird aufgrund der langen Produktionsunterbrechungen für den Wechsel ebenso wenig durchgeführt, wie das Ausprobieren von prozessoptimierten Mischaufgabenanpassungen, die z.B. mit dem Drehrichtungswechsel der Mischvorrichtung einhergehen. Hier könnte man bspw. die Wirkungsweise der Mischflügel nach oben auflockernd bzw. nach unten verdichtend/knetend oder aber bei beizubehaltender Drehrichtung anstelle nach unten verdichtend/knetend nach oben auflockernd testen. In den bekannten Mischvorrichtungen würde dies, nebst den langen Stillstandzeiten für die Umrüstung, auch einen komplett neuen Mischflügelsatz bei nicht symmetrischen Mischflügel-Querschnitten zu hohen Preisen bedeuten.
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Es sind zwar aus dem Stand der Technik Mischflügel mit lösbarem Endstück bekannt (vgl.
DE 203 07 420 U1 ), doch sind damit weder die schnelle Austauschbarkeit des kompletten Mischflügels, noch ein minutenschneller Umbau aller oder nur eines einzigen Mischflügels möglich, um die oben beschriebene Mischaufgabenoptimierung in gleicher Drehrichtung von nach unten knetend auf nach oben auflockernd bzw. umgekehrt oder von einer Drehrichtung aus Gegenuhrzeigersinn auf Uhrzeigersinn bzw. umgekehrt umbauen zu können.
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Eine weitere wesentliche Bedeutung erlangt die Wendemöglichkeit der Mischflügel. Die aus dem Stand der Technik bekannten Mischflügel besitzen – wie bereits ausgeführt – in der Regel eine keilförmige Verjüngung. Dies ist notwendig, damit das zu mischende Material wie von einer Schraube eine vertikale Ablenkung erfährt. Je nachdem, wie herum der Mischwerkzeughalter rotiert, wird das Material nach oben aufgelockert oder nach unten verdichtet. Da aber der einzelne Mischflügel aus einem horizontalen Teil besteht, der in einer horizontalen Aussparung gehalten wird oder aber auch einen senkrechten Flansch besitzt, ist der Mischflügel nicht einfach zu wenden, da er sonst bei gleicher Mischwerkzeughalterrotation plötzlich von z.B. nach oben auflockernd, plötzlich nach unten knetend wirken würde, d.h. die Mischflügel sind – soweit bekannt – nur für eine Wirkseite geeignet. Ein Drehen scheidet aus, da die unter einem Winkel α keilförmige Verjüngung an den Mischflügeln vorgesehen ist. Da der Winkel α bei den bekannten Lösungen durch eine keilförmige Verjüngung an den Mischflügeln realisiert ist, kann er überhaupt nicht oder nur durch eine Neukonstruktion der Mischflügel angepasst werden.
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Darstellung der Erfindung
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Mischwerkzeughalter zu schaffen, der die vorgenannten Nachteile beseitigt, der eine schnelle und kostengünstige Auswechselbarkeit der kompletten Mischflügel und den Verschleißschutzschalen am Mischwerkzeughalter sowie die Wendemöglichkeit der Mischflügel für mehrfachen Einsatz und die höchste Variabilität der Wirkungsweise des Mischwerkzeughalters auf das aufzubereitende Mischgutmaterial gewährleistet.
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Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Mischwerkzeughalters sind in Unteransprüchen angegeben.
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Danach ist ein Mischwerkzeughalter der eingangs genannten Art gekennzeichnet durch eine innerhalb des Mischwerkzeughalters angeordnete Schnellspanneinrichtung, bestehend aus mehreren, die durch die Aussparungen nach innen ragenden Enden der Mischflügel innerhalb des Mischwerkzeughalters form- und/oder kraftschlüssig reversibel fixierenden und übereinander auf/an einer Achse oder einer Führungsstange angeordneten Haltern, wobei die Halter mittels der Schnellspanneinrichtung in eine die Mischflügel entriegelnde, lösende oder verriegelnde, reversibel fixierende Position gespannt werden. Die erfindungsgemäße Spanneinrichtung erlaubt so die sekundenschnelle Auswechselbarkeit der kompletten Mischflügel im Mischwerkzeughalter.
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Die erfindungsgemäße, vorzugsweise hydraulisch-mechanisch betätigte Schnellspanneinrichtung ist im Innern des Mischwerkzeughalters untergebracht. Ein vorteilhaft vorgesehener Hydraulikzylinder ist über eine Hydraulikverbindung an einen Anschluss, der außerhalb des produktberührten Bereiches liegt, angeschlossen. Über eine vorteilhafte Schnellverschlusskupplung wird eine externe Hydraulikpumpe (manuell, elektrisch, pneumatisch betrieben) für Wartungsarbeiten angeschlossen. Nach entsprechendem Druckaufbau bewegt ein Hydraulikzylinder die Schnellspanneinrichtung, die in Sekundenschnelle die Halter der Mischflügel löst.
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Eine formschlüssige Fixierung der Mischflügel in radialer Kraftrichtung erfolgt vorzugsweise mittels der Aussparungen am Mischwerkzeughalter, hier gekennzeichnet durch Ausfräsungen im Mischwerkzeughalter, die unter einem Winkel α zur Rotationssenkrechten vorzugsweise zwischen 15° bis 25° angebracht sind. Dies erst erlaubt den symmetrischen Mischflügelaufbau und damit die Wendemöglichkeit der Mischflügel. Es wird bei gleichem Verschleißschutzmaterial eine ca. doppelte Standzeit durch die Wendemöglichkeit oder einen günstigeren Verschleißschutzwerkstoff, dieselbe Standzeit erzielt. In beiden Fällen werden ca. 50% Einsparung erreicht.
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Darüber hinaus ermöglicht diese Ausführungsform den Austausch der oder des Werkzeughalter-Dickwandrohre(s) mit Aussparungen unter dem Winkel α, gegen solche bzw. eines mit Aussparungen unter einem Winkel β. Ist allerdings nur ein Wechsel der Mischflügel von nach oben arbeitend auf nach unten arbeitend, bei gleicher Drehrichtung und gleichem Winkel α erforderlich, so können die Mischflügel durch die Kreuzaussparung (siehe 3 100a, 100b) aus der einen Position in die andere gewechselt werden. Lediglich die Verschleißschutzschalen sind entsprechend der neuen Mischflügelwirkrichtung zu tauschen.
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Die einzelnen Mischflügel können aus den Aussparungen des Mischwerkzeughalters herausgezogen, gewendet, komplett ausgetauscht oder an Stelle in Drehrichtung nach oben arbeitend, nach unten arbeitend wieder eingesetzt werden. Die anschließende Druckentlastung am Hydraulikzylinder bringt – besonders bevorzugt mittels Federkraft, die Schnellspanneinrichtung wieder in ihre Ausgangslage zurück, wodurch alle Mischflügel erneut radial gesichert sind. Eine vorzugsweise vorgesehene zusätzliche mechanische Sicherung verhindert ein unbeabsichtigtes Öffnen der Schnellspanneinrichtung, während der Mischwerkzeughalter rotiert.
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Die Mischflügel bestehen vorteilhaft aus einem radial inneren Grundkörper und einem radial äußeren Verschleißschutz. Der Verschleißschutz ist hier gekennzeichnet durch eine einteilige Hülse, die auf den Grundkörper lösbar geklebt ist. Die Querschnittsfläche des Grundkörpers ist gekennzeichnet durch eine Achssymmetrie, die das Wenden der Mischflügel in Längsachsrichtung ermöglicht.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten des erfindungsgemäßen Mischwerkzeughalters ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung.
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In den Zeichnungen zeigen
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1 den erfindungsgemäßen Mischwerkzeughalter innerhalb eines Mischbehälters in perspektivischer Ansicht;
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2 die Spanneinrichtung mit mehreren in verschiedenen Ebenen angeordneten Mischflügeln in perspektivischer Ansicht;
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3 das Gehäuse des Mischwerkzeughalters und Verschleißschutz-Halbschalen in perspektivischer Ansicht;
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4a, 4b, 4c unterschiedliche Aussparungen im Mischwerkzeughalter;
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5 einen Mischflügel in perspektivischer Ansicht;
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6 mögliche Varianten von Querschnitten einer Verschleißschutzhülse für Mischflügel.
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Ausführung der Erfindung
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Die in 1 dargestellte vorteilhafte Ausführungsform zeigt den erfindungsgemäßen Mischwerkzeughalter 1 innerhalb eines Mischbehälters 300 in perspektivischer Ansicht. Wie aus 1 sowie auch aus 3 ersichtlich, besteht das Gehäuse 10 des erfindungsgemäßen Mischwerkzeughalters 1 vorzugsweise aus einem oder mehreren konzentrisch ineinander liegenden rohr- und/oder schalenförmigen (bzw. teilrohrförmigen) Gehäuseteilen 10a, 10b. Die erforderliche Anzahl Aussparungen 100a zur Fixierung der Mischflügel 20 sind radial über einen Teil oder über die gesamte Länge der rohrförmigen Gehäuseteile 10a verteilt angeordnet.
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Die aus 3 ersichtlichen vorteilhafterweise vorgesehenen schalenförmigen Gehäuseteile 10b dienen als Verschleißschutzschalen 10b, welche ebenfalls radial Aussparungen 100b zur Durchführung der Mischflügel 20 beinhalten und je nach Mischaufgabe in Drehrichtung nach oben ansteigend oder nach unten abfallend ausgeführt sind. Auch eine Kombination aus beidem ist möglich. Die Verschleißschutzschalen 10b werden am Mischwerkzeughalter 1 vorzugsweise jeweils am oberen und unteren Ende axial, lösbar und zusätzlich axial und radial durch die hindurchgeführten Mischflügel 20 fixiert. Der Werkstoff und die Anzahl der Verschleißschutzschalen 10b werden in Abhängigkeit der Mischaufgabe gewählt.
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2 zeigt die Spanneinrichtung 2 mit mehreren, in verschiedenen Ebenen angeordneten Mischflügeln 20 in perspektivischer Ansicht. Die vorzugsweise hydraulisch-mechanisch betätigte Schnellspanneinrichtung 2 besteht erfindungsgemäß aus zahlreichen, die durch die Aussparungen 100a (100b) nach innen ragenden Enden der Mischflügel 20 innerhalb des Mischwerkzeughalters 1 form- und/oder kraftschlüssig reversibel fixierenden und übereinander auf/an einer Achse (bzw. Führungsstange) 200 angeordneten Haltern 201 (Fixier- oder Spanndornen), die mittels der Schnellspanneinrichtung 2 in eine die Mischflügel entriegelnde, lösende oder verriegelnde, reversibel fixierende Position gespannt werden. An den Haltern 201 ist vorzugsweise ein Verbindungselement (bspw. in Form einer Nut, Auskerbung bzw. einer Ausnehmung) 202 vorgesehen, in die das Verbindungselement 23 der Mischflügel 20 form- und/oder kraftschlüssig eingreifen. Beim Lösen der Schnellspanneinrichtung 2 geben die Halter die Enden der Mischflügel 20 frei, so dass sie aus den Aussparungen 100a (100b) gezogen werden können.
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Die 4a, 4b, 4c zeigen unterschiedliche Aussparungen bzw. Aussparungsformen und -ausrichtungen. 4a zeigt eine Aussparung 100a, 100b, welche derart ausgeführt ist, dass nach Einsetzen eines Mischflügels 20 und Rotation des Mischwerkzeughalters 1 im Uhrzeigersinn das Aufbereitungsgut nach oben aufgelockert wird. 4b zeigt eine Aussparung 100a, 100b, welche derart ausgeführt ist, dass nach Einsetzen eines Mischflügels 20 und Rotation des Mischwerkzeughalters 1 entgegen dem Uhrzeigersinn das Aufbereitungsgut nach unten verdichtet wird. 4b zeigt eine Aussparung 100a, 100b, welche derart ausgeführt ist, dass der einzusetzende Mischflügel 20 nach Wahl nach oben oder unten arbeiten und bei Rotation des Mischwerkzeughalters 1 im oder entgegen dem Uhrzeigersinn arbeiten kann.
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Wie aus 7 ersichtlich, sind die Grundkörper 21 der Mischflügel 20 in Längsrichtung vorzugsweise symmetrisch und jeweils an den Seitenflächen abgerundet. Hierdurch wird eine gleichmäßige Kraftverteilung bei der Fixierung in den Aussparungen 100a, 100b des Mischwerkzeughalters 1, aber auch auf die vorteilhaft vorgesehene Klebefuge 24 zwischen einer Verschleißschutzhülse 22 und dem Grundkörper 21 des Mischflügels ohne Kraftspitzen durch scharfkantige Ecken gewährleistet.
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Die Grundkörper der Mischflügel 20 verfügen am, dem Mischwerkzeughalter 1 zugewandten Ende, über ein zum Verbindungselement 202 des Halters 201 korrespondierendes Verbindungselement 23, das den Grundkörper 21 des Mischflügels 20 beim Schließen der Schnellspannvorrichtung 2 in radialer Richtung festhält. Es sind auch Aussparungen am Umfang des Grundkörpers 21 der Mischflügel 20 möglich, durch die eine Fixier- und Klemmleiste geführt wird, um den Grundkörper 21 des Mischflügels 20 radial zu fixieren und festzuhalten.
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Der erfindungsgemäße Mischwerkzeughalter 1 beschränkt sich in seiner Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsformen. Vielmehr sind eine Vielzahl von Ausgestaltungsvariationen denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteter Ausführung Gebrauch machen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Mischwerkzeughalter
- 2
- (Schnell-)Spanneinrichtung
- 10
- Gehäuse des Mischwerkzeughalters
- 10b
- Verschleißschutzschalen
- 20
- Mischflügel
- 21
- Grundkörper des Mischfflügels
- 22
- Verschleißschutzhülse am Grundkörper des Mischfflügels
- 23
- Verbindungselement am Mischflügel
- 24
- Klebefuge
- 10a
- rohrförmiges Gehäuseteil des Mischwerkzeughalters
- 10b
- teilrohrförmige bzw. schalenförmige Gehäuseteile (Verschleißschutzschalen)
- 100a
- Aussparungen an 10a
- 100b
- Aussparungen an 10b
- 200
- Achse bzw. Führungsstange
- 201
- Halter
- 202
- Verbindungselement am Halter / Nut, Auskerbung bzw. Ausnehmung
- 203
- Hydraulikzylinder
- 300
- Mischbehälter
- α
- Winkel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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