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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verschließen oder Öffnen einer Bodenöffnung eines Materialbunkers für einen Hochofen (Gichtverschluss)
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Gichtverschlüsse sind dem Grunde nach seit langem bekannt.
Die
DE 103 27 276 A1 beschreibt beispielsweise eine Absperr- oder Gichtklappe, die dazu verwendet wird, die Beschickung eines Hochofens mit Koks und Möller zu regeln. Dazu umfasst die Vorrichtung einen Klappenteller, der zum Verschließen oder Öffnen der Bodenöffnung eines oberhalb der Gicht eines Hochofens angeordneten Materialbunkers in eine Offenstellung bzw. Schließstellung bewegbar ist. Um den Klappenteller in die gewünschte Position zu bewegen, ist üblicherweise ein Antriebsmechanismus am Klappenrand angelenkt, wodurch erreicht wird, dass der Klappenteller in Offenstellung die Strömungsöffnung im Wesentlichen vollständig frei gibt. Dabei wird jedoch der Klappenteller relativ weit von der Öffnung weggeschwenkt, so dass die Gicht des Hochofens entsprechend dimensioniert werden muss, um eine Kollision des Klappentellers mit Schüttgut zu vermeiden.
Dieser Nachteil wird bei der Gichtklappe gemäß
DE 103 27 276 A1 dadurch vermieden, dass der Klappenteller an zwei Schwenkarmen angelenkt ist, die um parallel zueinander sich erstreckende Schwenkachsen schwenkbar gelagert sind. Dabei wird erreicht, dass sich die Randbereiche des Klappentellers bei Bewegung desselben aus der Schließ- in die Offenstellung und umgekehrt längs entgegengesetzt gerichteter Bogenbahnen bewegen.
Die dadurch erreichte mehrfach überlagerte Kipp-Translationsbewegung des Klappentellers bewirkt eine Bewegung des Klappentellers auf einer Ortsbahn nahe der Bodenöffnung, wodurch die Gicht des Hochofens insgesamt kompakter gebaut werden kann.
Die Führung des Klappentellers entlang der Bogenbahnen bewirkt im Bereich der Öffnung eine Relativbewegung zwischen dem Randbereich des Klappentellers und dem für den Klappenteller vorgesehenen Dichtsitz an der Bodenöffnung. Insbesondere wenn der Dichtbereich des Klappentellers am Dichtsitz der Bodenöffnung anliegt, ist eine zur Öffnungsebene parallele Relativbewegung schädlich und kann zu einem vorzeitigen Verschleiß der Dichtmittel führen.
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Aus der
EP 2 000 547 B1 ist ein Gichtverschluss bekannt, der einen antreibbaren Klappenteller aufweist, der in eine die Öffnung freigebende Offenstellung und in eine die Öffnung versperrende Schließstellung und umgekehrt bewegbar ist, wobei der Klappenteller mit einer Getriebeanordnung verbunden ist derart, daß für den Klappenteller im Bereich der Öffnung eine lineare Bewegung senkrecht zur Öffnungsebene und distal von der Öffnung eine Schwenkbewegung durchführbar ist. Die beschriebene Getriebeanordnung ist eine Viergelenkkette bzw. ein viergliedriges Drehgelenkgetriebe.
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Die aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen sind mit dem Nachteil behaftet, entweder einen hohen Dichtmittelverschleiß oder einen hohen Wartungsaufwand bei der Getriebeanordnung aufzuweisen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Gichtverschluss bereitzustellen, der die genannten Nachteile des Standes der Technik vermeidet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Bereitstellung einer Vorrichtung zum Verschließen oder Öffnen einer Öffnung eines oberhalb der Gicht eines Hochofens angeordneten Materialbunkers (11) mit einem antreibbaren Klappenteller (12), der in eine die Öffnung freigebende Offenstellung und in eine die Öffnung versperrende Schließstellung und umgekehrt bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Klappenteller (12)
- a) über den Tellerhebel (16) an der Drehachse (18) mit der Lagerkonsole (28) verbunden ist,
- b) die Lagerkonsole über Federelemente (27 oder 29), die entweder als Federstäbe (Stäbe, die wie Blattfedern elastisch gebogen werden) oder als Torsionsstäbe mit Gelenkarmen ausgeführt sein können, beweglich mit dem Gehäuse (26) verbunden ist,
- c) über den Antrieb (14) der Betätigungshebel (15) im Drehpunkt (17) gedreht wird und
- d) mittels der Koppel (20) über die Drehgelenke (19, 22) der Tellerhebel (16) angetrieben und der Klappenteller bewegt wird.
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Der Klappenteller (Dichtklappe) befindet sich an der Bodenöffnung (10) eines Materialbunkers (11) an einem erfindungsgemäßen Gichtverschluss eines Hochofens.
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Der Klappenteller (12) ist über den Tellerhebel (16) an der Drehachse (18) mit der Lagerkonsole (28) verbunden. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Lagerkonsole über Federstäbe (27) (1a, 1b, 1c) beweglich mit dem Gehäuse (26) verbunden. In einer ebenfalls bevorzugten Ausführungsform ist die Lagerkonsole über Torsionsstäbe (auch Drehstabfedern oder Drehstäbe genannt) mit Gelenkarmen (29) (2a, 2b, 2c) beweglich mit dem Gehäuse (26) verbunden. Über den Antrieb (14) wird der Betätigungshebel (15) im Drehpunkt (17) gedreht. Mittels der Koppel (20) über die Drehgelenke (19, 22) wird der Tellerhebel (16) angetrieben.
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Beim Schließen der Dichtklappe schwenkt zuerst der Klappenteller (12) (1b und 2b) bis zum Anschlag (21) vor den Dichtsitz der Klappe und wird anschließend über die Koppel (20) nach oben gezogen und gegen den Dichtsitz im Gehäuse gepresst. Hierbei erlauben die Federelemente (27 oder 29) eine senkrechte Bewegung des Systems bestehend aus Klappenteller (12), Tellerhebel (16) und Lagerkonsole (28), sodass der Klappenteller (12) planparallel auf den Dichtsitz aufsetzt.
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Beim Öffnen der Klappe werden zunächst die Federelemente (27 oder 29) entspannt und der Klappenteller entfernt sich vom Dichtsitz bevor über die Koppel der Schwenkvorgang des Klappentellers erfolgt.
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Dadurch wird vorteilhafterweise erreicht, dass der Klappenteller sich lediglich einige Millimeter vom Dichtsitz entfernt und anschließend berührungslos aus dem Bereich der Öffnung herausgedreht wird, ohne diesen zu weit in Strömungsrichtung von der Öffnung zu entfernen, um eine Kollision mit Schüttgut zu vermeiden.
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Vorteilhafterweise wird bei der erfindungsgemäßen Konstruktion lediglich ein Antrieb benötigt, der über die Koppel sowohl eine translatorische Bewegung als auch eine Rotation des Klappentellers bewirkt. Zusätzlich erfolgt dieser Bewegungsablauf, entgegen einer Viergelenkkette mit hohen dynamischen Belastungen, sehr harmonisch ohne dynamische Lastspitzen. Weiterhin wird durch die erfindungsgemäße Lösung ein nur sehr geringer Spalt benötigt um eine Kollision des Klappentellers mit dem Dichtsitz zu verhindern. Dies erspart Bauhöhe.
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Die Erfindung hat außerdem den Vorteil, dass eine Relativbewegung quer zur Strömungsrichtung bzw. in Öffnungsebene durch das planparallele Aufsitzen des Klappentellers (12) auf den Dichtsitz praktisch vermieden wird. Durch die sich daraus ergebende verminderte Reibung beim Aufsetzen bzw. Abheben des Klappentellers wird der Verschleiß der Dichtungsmittel verringert, so dass ein geringerer Wartungsbedarf besteht. Gleichzeitig kann die kompakte Bauweise der Gicht beibehalten werden, da der Klappenteller nahe an der Bodenöffnung des Materialbunkers geführt wird.
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Die Getriebeanordnung kann einen Betätigungshebel und einen Tellerhebel umfassen, die ortsfest und voneinander beabstandet angeordnete Drehachsen aufweisen. Dabei kann der Betätigungshebel und der Tellerhebel durch ein erstes Drehgelenk gekoppelt sein. Der Tellerhebel kann einen starr mit dem Klappenteller verbundenen ersten Arm und einen durch eine der Drehachsen drehbar gelagerten zweiten Arm aufweisen, wobei der erste und zweite Arm durch ein zweites Drehgelenk gekoppelt sind. Eine derartige Getriebeanordnung führt zu einer kompakten Bauweise, die ein im Wesentlichen reibungsfreies Anpressen bzw. Abheben des Klappentellers auf oder vom Dichtsitz der Öffnung ermöglicht.
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Außerdem wird ein relativ hoher Anpressdruck bei einem gleichzeitig niedrigen Antriebsmoment erreicht, der zu einer verbesserten Dichtigkeit der Anordnung führt.
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Bei einer bevorzugten Ausgangsform sind das erste und zweite Drehgelenk in der Schließstellung auf einer gemeinsamen senkrechten Achse angeordnet.
Die ortsfesten Drehachsen können, bezogen auf eine senkrechte Achse, versetzt angeordnet sein. Dabei kann die Drehachse des Tellerhebels näher an einer Mittelachse der Öffnung angeordnet sein als die Drehachse des Betätigungshebels. Durch die versetzte Anordnung der Drehachsen ergeben sich unterschiedliche Schwenkradien für die beiden Hebel, so dass auf einfache Weise eine optimierte Bewegungsbahn des Klappentellers nahe am Gehäuse der Öffnung bzw. des Materialbunkers bewirkt wird.
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Das erste und zweite Drehgelenk können auf unterschiedlichen Schwenkbahnen bewegbar sein, wobei die Drehgelenke in der Offenstellung weiter voneinander beabstandet sind als in der Schließstellung. Auch dadurch wird erreicht, dass der Klappenteller distal von der Öffnung eine nah am Gehäuse der Öffnung geführte Bewegung vollzieht, wobei im Nahbereich der Öffnung bzw im Bereich der Öffnung eine lineare Bewegung des Klappentellers erfolgt.
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Ferner wird die Vorrichtung im Zusammenhang mit einem Hochofen beansprucht sowie ein Verfahren zum Verschließen oder Öffnen der Öffnung eines oberhalb der Gicht eines Hochofens angeordneten Materialbunkers.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles mit weiteren Einzelheiten unter Bezug auf die beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert.
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In diesen zeigen
- 1a: einen Querschnitt durch eine Vorrichtung nach einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel mit einem Klappenteller in Schließstellung; die Federelemente sind hier als Federstäbe ausgeführt;
- 1b: die Vorrichtung gemäß 1a mit dem Klappenteller in Offenstellung;
- 1c: eine Seitenansicht der Vorrichtung gemäß 1 a;
- 2a: einen Querschnitt durch eine Vorrichtung nach einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel mit einem Klappenteller in Schließstellung; die Federelemente sind hier als Torsionsstäbe mit Gelenkarmen ausgeführt;
- 2b: die Vorrichtung gemäß 2a mit dem Klappenteller in Offenstellung;
- 2c: eine Seitenansicht der Vorrichtung gemäß 2a;
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Die 1a - 1c und 2a - 2c zeigen eine Gichtklappe mit einem Klappenteller 12, der zum Verschließen oder Öffnen einer Bodenöffnung 10 eines oberhalb der Gicht eines Hochofens angeordneten Materialbunkers 11 vorgesehen ist. Durch Öffnen des Klappentellers 12 wird Schüttgut, insbesondere Erze und Möller durch die Bodenöffnung 10 in die Gicht des Hochofens geleitet. In der Schließstellung ist die Bodenöffnung gasdicht durch den Klappenteller 12 verschlossen. Die Bodenöffnung 10 ist an der Unterseite eines Trichters angeordnet, der mit dem Materialbunker 11 verbunden ist. Für den gasdichten Verschluss der Bodenöffnung ist an deren Öffnungsrand ein Dichtsitz 24 mit Dichtelementen vorgesehen. Wie in 1b zu erkennen, ist am Klappenrand des Klappentellers 12 umlaufend eine korrespondierende Dichtfläche 25 vorgesehen, die in der Schließstellung des Klappentellers 12 mit dem Dichtsitz 24 dichtend zusammenwirkt.
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Der Klappenteller 12 ist in eine Schließstellung (1a, 2a) und in eine Offenstellung (1b, 2b) bewegbar, wobei der Klappenteller 12 in der Offenstellung in einem Raum zwischen dem Trichter 23 und dem Gehäuse der Gicht 26 und somit außerhalb der Fluidströmung angeordnet ist. Für die Bewegung des Klappentellers 12 in die Offenstellung bzw. in die Schließstellung und umgekehrt ist dieser mit einer Getriebeanordnung 13 verbunden.
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Die Getriebeanordnung 13 ist dabei derart angepasst, dass der Klappenteller 12 im Bereich der Bodenöffnung 10 eine lineare Bewegung im Wesentlichen senkrecht zur Öffnungsebene und distal von der Bodenöffnung 10 eine Schwenkbewegung durchführt. Die lineare Bewegung des Klappentellers 12 im Bereich der Bodenöffnung 10 bedeutet, dass der Klappenteller 12 linear bewegt wird, zumindest solange dieser in Kontakt mit der Bodenöffnung 10, konkret mit dem Dichtsitz 24 ist. Während dieses Bewegungsvorganges sind etwaige Relativbewegungen in Öffnungsebene, d. h. quer zur Strömungsrichtung aufgrund des dadurch verursachten Reibungsverschleißes kritisch. Durch die erfindungsgemäß ermöglichte lineare Bewegung des Klappentellers 12 wird dies vermieden. Das bedeutet, dass das Aufsetzen und Anpressen des Klappentellers 12 auf bzw. an den Dichtsitz 24 sowie das Lösen des Anpressdruckes und das Abheben des Klappentellers 12 vom Dichtsitz 24 durch eine ausschließlich translatorische Bewegung senkrecht zur Öffnungsebene erfolgen. Der Klappenteller 12 wird damit planparallel zur Öffnungsebene, also zu der Ebene, die durch die Bodenöffnung 10 aufgespannt ist, bewegt. Erst dann, d. h. wenn kein Kontakt zwischen dem Klappenteller 12 und dem Dichtsitz 24 besteht und etwaige Relativbewegungen quer zur Strömungsrichtung unkritisch sind, wird der Klappenteller 12 seitlich verschwenkt und in den Zwischenraum zwischen Trichter 23 und Gichtgehäuse 26 bewegt.
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Die für diese Bewegung des Klappentellers 12 angepasste Getriebeanordnung 13 umfasst Federelemente (27 oder 29), die entweder als Federstäbe oder als Torsionsstäbe mit Gelenkarmen ausgeführt sein können. Dadurch wird eine besonders kompakte und robuste Ausführung der Getriebeanordnung ermöglicht.
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Konkret umfasst die Getriebeanordnung 13 zwei Hebel, insbesondere einen Betätigungshebel 15 bzw. allgemein einen Antriebshebel und einen Tellerhebel 16 bzw. allgemein einen Lenkhebel. Der Betätigungshebel 15 ist in gekröpfter Ausführung ausgebildet und weist zwei L-förmige Abschnitte auf, die auf beiden Seiten des Trichters 23 bzw. der Bodenöffnung 10 angeordnet sind. Die beiden L-förmigen Abschnitte des Betätigungshebels 15 sind miteinander verbunden, so dass sich insgesamt eine kombinierte U-L-Form des Betätigungshebels 15 ergibt, wie in den 1a und 1b zu erkennen. Der Betätigungshebel 15 untergreift in der Schließstellung den Klappenteller 12, wobei das Verbindungsteil zwischen den beiden L-Stücken des Betätigungshebels 15 außermittig bezogen auf den Klappenteller 12 angeordnet ist (1a).
Der Tellerhebel 16 ist U-förmig ausgebildet und untergreift den Klappenteller 12. Der Tellerhebel 16 ist fest mit dem Klappenteller 12 verbunden und bildet mit diesem eine starre Einheit. Dabei greift der Tellerhebel 16 mittig am Klappenteller 12 an, wodurch eine zentrische Einleitung der Anpresskraft in den Klappenteller 12 und somit ein gleichmäßiger Anpressdruck erreicht wird.
Wie in den 1a, 1b, 2a und 2b zu erkennen, sind der Betätigungshebel 15 und der Tellerhebel 16 jeweils durch ortsfest angeordnete Drehachsen 17, 18 drehbar gelagert. Die Drehachsen 17, 18 sind voneinander beabstandet abgeordnet, wobei die Drehachse 18 des Tellerhebels 16 unterhalb der Drehachse 17 des Betätigungshebels 15 vorgesehen ist. Ferner sind die beiden Drehachsen 17, 18 versetzt zueinander angeordnet und zwar bezogen auf eine senkrechte Achse, wobei die Drehachse 18 des Tellerhebels 15 näher an der Mittellinie der Bodenöffnung 10 angeordnet ist als die Drehachse 17 des Betätigungshebels 15. Der Betätigungshebel 15 weist ein erstes Drehgelenk 19 auf, das in der Schließstellung auf gleicher Höhe wie die Drehachse 17 des Betätigungshebels 15 angeordnet ist. Dabei sind das Drehgelenk 19 und die Drehachse 17 jeweils im Bereich des kürzeren Schenkels des L-förmigen Abschnitts des Betätigungshebels 15 angeordnet. In der Schließstellung ist das Drehgelenk 19 auf der Mittellinie des Trichters 23 bzw. der Bodenöffnung 10 angeordnet.
Das Drehgelenk 19 verbindet den Betätigungshebel 15 gelenkig mit dem Tellerhebel 16. Für diese Anordnung bzw. gelenkige Verbindung der beiden Hebel wäre an sich der kurze Schenkel des L-förmigen gekröpften Betätigungshebels 15 ausreichend. Für eine Einleitung des Schwenkmomentes von beiden Seiten in die Getriebeanordnung 13 ist jedoch die Verbindung der beiden L-förmigen Teile des Betätigungshebels 15 auf beiden Seiten der Bodenöffnung 10 und somit die kombinierte U-L-Form des Betätigungshebels 15 vorteilhaft. Damit ist es möglich, wie in 1c dargestellt, den Antrieb 14 nur auf einer Seite der Getriebeanordnung 13 vorzusehen.
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Generell wäre es denkbar, anstelle der einseitigen Momenteinleitung in die Getriebeanordnung 13 zwei Stellmotoren auf beiden Seiten der Bodenöffnung 10 vorzusehen, die jeweils mit den Drehachsen 17 der Betätigungshebel gekoppelt sind. Die Motoren wären in diesem Fall synchron zu regeln. Eine Verbindung der seitlichen Betätigungshebel 15 wäre in diesem Fall nicht erforderlich.
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Der Tellerhebel 16 weist einen ersten Arm 20 und einen zweiten Arm 21 auf, wobei der erste Arm 20 starr mit dem Klappenteller 12 verbunden ist. Der erste Arm 20 ist U-förmig ausgebildet und auf beiden Seiten der Bodenöffnung 10 durch ein zweites Drehgelenk 22 mit dem zweiten Arm 21 gelenkig gekoppelt. Der zweite Arm ist durch die ortsfest angeordnete Drehachse 18 drehbar gelagert und mit dem Gehäuse verbunden.
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In der Schließstellung ist das zweite Drehgelenk 22 des Tellerhebels 16, das die beiden Arme 20, 21 koppelt, auf der Mittellinie und somit auf derselben senkrechten Linie angeordnet, wie das erste Drehgelenk 19 des Betätigungshebels 15. Aus der in 1a dargestellten Getriebeanordnung 13 ergibt sich, dass der durch die ortsfeste Drehachse 18 gelagerte zweite Arm 21 entgegengesetzt Tellerhebels 16 kürzer ist, als der in der Schließstellung gemäß 1a parallel dazu angeordnete kurze Schenkel des L-förmigen Abschnitts des Betätigungshebels 15. Die beiden Drehgelenke 19, 22 sind bezogen auf die Bodenöffnung 10 ortsvariabel angeordnet Die Getriebeanordnung 13 ist auf beiden Seiten der Bodenöffnung 10 im Wesentlichen analog ausgebildet.
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Aufgrund der Anordnung der beiden Drehgelenke 19, 21 auf der Mittellinie in der Schließstellung gemäß 1a wird beim Abheben des Klappentellers 12 zunächst eine lineare bzw. ausschließlich translatorische Bewegung des Klappentellers 12 entlang der Mittellinie bzw. in Strömungsrichtung durchgeführt. Durch die beabstandete Anordnung der beiden Drehachsen 17, 18 des Betätigungshebels 15 bzw. Tellerhebels 16 wird die ursprünglich lineare Bewegung des Klappenhebels 12 in eine Schwenkbewegung überführt, die nahe entlang der Bodenöffnung 10 verläuft, um eine Kollision mit Schüttgut zu vermeiden. Dabei ist der Betätigungshebel 15 bzw. der längere Schenkel des L-förmigen Abschnitts des Betätigungshebels 15 in Schwenkrichtung dem Tellerhebel 16 nachgeordnet, d. h. läuft diesem nach.
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Zum Schließen der Bodenöffnung 10 erfolgt der vorstehend beschriebene Ablauf in umgekehrter Reihenfolge Dabei ist zu erwähnen, dass in der Schließstellung gemäß der 1a durch die Anordnung der beiden Drehgelenke 19, 22 auf der Mittellinie eine senkrecht zur Öffnungsebene wirkende Anpresskraft vom Betätigungshebel 15 auf den Tellerhebel 16 und somit auf den Klappenteller 12 übertragen wird, so dass eine Relativbewegung zwischen den Klappenteller 12 und den Dichtsitz 24 der Bodenöffnung 10 weitgehend vermieden wird.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Bodenöffnung
- 11
- Materialbunker
- 12
- Klappenteller
- 13
- Getriebeanordnung
- 14
- Antrieb
- 15
- Betätigungshebel
- 16
- Tellerhebel
- 17, 18
- Drehachsen
- 19
- Drehgelenk
- 20
- Koppel
- 21
- Anschlag
- 22
- Drehgelenk
- 23
- Trichter
- 24
- Dichtsitz
- 25
- Dichtfläche
- 26
- Gehäuse
- 27
- Federstab
- 28
- Lagerkonsole
- 29
- Torsionsstab
