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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen einer Lösung aus einem pulverförmigen Produkt und einem Lösungsmittel, mit einem eine Produktkammer aufweisenden Gehäuse, wobei die Produktkammer durch einen in ihrer Längsrichtung verschiebbaren Stempel ein variables Reservoir für das pulverförmige Produkt bildet, und mit einer anschließenden Mischkammer, der neben dem pulverförmigen Produkt aus der Produktkammer über einen Zufluss das Lösungsmittel zuführbar ist und aus der über einen Abfluss die Lösung abführbar ist, wobei zwischen Mischkammer und Produktkammer ein Sieb angeordnet ist.
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Stand der Technik
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Aus der
US 9 022 642 B2 ist eine Vorrichtung zur Herstellung einer Lösung (Waschmittellösung) aus einem pulverförmigen Produkt (Waschmittelpulver) bekannt. Die Vorrichtung umfasst ein Gehäuse mit einer Produktkammer, die zwischen einer Siebplatte und einem in ihrer Längsrichtung verschiebbaren Stempel ein variables Reservoir für das pulverförmige Produkt bildet. An die Produktkammer anschließend weist das Gehäuse eine Mischkammer auf, der über einen Zufluss das Lösungsmittel zuführbar und aus der über einen Abfluss die Lösung abführbar ist.
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Nachteilig dabei ist, dass das in die Mischkammer gedrückte pulverförmige Produkt durch eine in der Mischkammer angeordnete und Lösungsmittel versprühende Sprühdüse nur unzureichend aufgelöst wird. Zudem kann mit dieser Vorrichtung nicht bzw. nur unzureichend auf unterschiedliche Löseeigenschaften und Neigung zum Verklumpen, des Produktes reagiert werden. Nachteilig ist weiterhin, dass die bekannte Mischkammer auf der der Produktkammer abgewandten Seite, d. h. in vertikaler Richtung unten, offen ist. Dadurch ist ein geschlossenes und staubfreies Arbeiten nicht gewährleistet.
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Weiterhin ist aus der
US 5 344 619 A eine Vorrichtung zur Herstellung von Polymerlösungen aus einem Lösungsmittel und Polymerpulver offenbart. Dabei wird einem Mischbehälter über eine Förderschnecke aus einem offenen Produktbehälter unter Zusatz von komprimierter Luft aus einem Kompressor das Polymerpulver zugeführt. Gleichzeitig wird dem Mischbehälter über eine Zuführleitung das Lösungsmittel zugeführt und dabei ein Mischstrudel erzeugt, der allerdings das Polymerpulver nur unzureichend auflöst, sodass das Gemisch noch einer nachgeschalteten Zentrifugalpumpe zugeführt wird. Die Zentrifugalpumpe bringt durch Rotation ihrer Pumpenblätter ungelöste Partikel des Polymerpulvers in Lösung, bevor die Polymerlösung durch eine Ableitung in einen Lagerbehälter überführt wird. Dabei ist im Lagerbehälter noch ein zusätzlicher Mischer zur Beendigung des Lösungsprozesses angeordnet.
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Nachteilig ist auch hier, dass das in die Mischkammer eingebrachte pulverförmige Produkt in der Mischkammer nur unzureichend aufgelöst wird. Durch die zusätzlich benötigten Pumpen ist die Vorrichtung relativ kompliziert und kostenintensiv aufgebaut. Dadurch ist die Vorrichtung nicht geeignet, um die produktberührten Teile als Einwegteile auszubilden. Auch ist mit dieser bekannten Vorrichtung ein staubfreies Arbeiten nicht gewährleistet.
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Aufgabenstellung
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die bekannten Vorrichtungen so zu verbessern und zu vereinfachen, dass zum einen ein staubfreies Arbeiten ermöglicht wird und dass zum anderen wirtschaftlich sinnvoll die produktberührten Teile als Einwegteile verwendet werden können. Des Weiteren soll der Löseprozess durch geeignete Prozesssteuerung in der Lage sein, flexibel und spezifisch auf zu erwartende Unterschiede im Löseverhalten des Produktes zu reagieren.
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Darlegung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass die Mischkammer einen um die Längsachse des Gehäuses rotierbaren Rotationskörper aufweist, dass der Rotationskörper an seiner dem Sieb zugewandten, quer zur Gehäuselängsachse verlaufenden Unterfläche eine Mehrzahl von Bürsten aufweist, und dass der Rotationskörper von einem außerhalb des Gehäuses angeordneten Antrieb angetrieben wird.
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Dadurch, dass die Produktkammer und die Mischkammer ein gemeinsames Gehäuse aufweisen, ist ein staubfreies Arbeiten ohne Kontamination der Umgebung durch Staubemissionen möglich. Überraschend hat sich zudem gezeigt, dass durch die Verwendung eines rotierenden Rotationskörpers mit Bürsten an seiner Unterfläche eine vollständige Lösung des pulverförmigen Produktes möglich ist. Dadurch wird die Vorrichtung erheblich vereinfacht und die produktführenden Teile können problemlos als Einwegteile verwendet werden.
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Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist zwischen dem Rotationskörper und einer Antriebswelle des Antriebs eine lösbare Kupplung angeordnet. Damit kann der Antrieb problemlos vom Gehäuse gelöst und wieder verwendet werden.
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Die Kupplung ist dabei beispielsweise als eine Magnetkupplung ausgebildet. Die Magnetkupplung hat den Vorteil, dass auf einen Durchgang durch das Gehäuse für die Antriebswelle verzichtet werden kann und dass somit die Geschlossenheit und wenn erforderlich auch die Sterilität des Gehäuses gewahrt bleibt. Es ist aber beispielsweise auch möglich, die Kupplung als eine leicht lösbare Formschlusskupplung für eine formschlüssige Verbindung auszubilden.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Rotationskörper als ein Pumpenrad einer Kreiselpumpe ausgebildet, wobei über das Pumpenrad Flüssigkeit zentral ansaugbar und über radiale Öffnungen ausstoßbar ist. Unter zentral ansaugbar soll dabei auch ein Ansaugen über eine oder mehrere an der Unterseite des Pumpenrades angeordnete Ansaugöffnungen verstanden werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Rotationskörper als ein Bürstenkopf ausgebildet, der zusätzlich zu seiner Unterfläche an seiner Umfangsfläche eine Mehrzahl von Bürsten aufweist. Als besonders günstig hat sich dabei erwiesen, dass das Sieb als ein Siebkorb ausgebildet ist, der den Rotationskörper an der Unterfläche und seitlich umgibt. Der Siebkorb kann dabei anstelle des zwischen Mischkammer und Produktkammer angeordneten Siebes oder zusätzlich zum Sieb angeordnet sein.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist dem Zufluss zur Mischkammer stromaufwärts eine Pumpe vorgelagert.
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Dabei ist es besonders günstig, wenn dem Abfluss stromabwärts ein Abzweig nachgelagert ist, der mit einer Abflussleitung einerseits und mit einer Rück- oder Rezirkulationsleitung andererseits verbunden ist, wobei die Rück- oder Rezirkulationsleitung in eine vor der Pumpe und dem Zufluss angeordnete Zuflussleitung mündet, und wobei der Abzweig ein die Rück- oder Rezirkulationsleitung freigebendes und der Abflussleitung vorgelagertes Trennsieb oder eine Filterplatte aufweist. Das Trennsieb oder die Filterplatte kann dabei als ein Schrägsieb ausgebildet sein. Dieses Schrägsieb kann im Stile eines Cross-Flow-Filters arbeiten und noch nicht vollständig gelöste partikuläre Bestandteile von dem Flüssigkeitsstrom trennen und über die Rück- oder Rezirkulationsleitung wieder in die Zuflussleitung zurückführen, damit dort erneut durch die Verwirbelung des Rotationskörpers noch nicht gelöste partikuläre Bestandteile vermischt und gelöst werden.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Gehäuse von einem Kopfteil mit der Mischkammer und einem Bodenteil mit der Produktkammer gebildet, wobei das Kopfteil und das Bodenteil über eine Klemmverbindung, beispielsweise eine sogenannte „Tri-Clamp“-Verbindung (nach DIN 32676), miteinander verbunden sind.
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Bei einer alternativen Ausführungsform wird das Gehäuse von einem Bodenteil mit der Mischkammer und einem Kopfteil mit der Produktkammer gebildet, wobei wie bei der vorgenannten Ausführungsform mit inverser Orientierung von Kopf- und Bodenteil das Kopfteil und das Bodenteil über eine Klemmverbindung, beispielsweise eine sogenannte „Tri-Clamp“-Verbindung (nach DIN 32676), miteinander verbunden sind.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Stempel als ein scheibenförmiges Bodenteil ausgebildet, das an seiner Umfangsfläche gegenüber der benachbarten Gehäuseinnenwandung durch eine Dichtung abgedichtet ist.
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Die Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 10 weiterhin dadurch gelöst, dass die Mischkammer einen um die Längsachse des Gehäuses rotierbaren Rotationskörper aufweist, dass der Rotationskörper als ein Pumpenrad einer Kreiselpumpe ausgebildet ist, dass über das Pumpenrad Flüssigkeit zentral ansaugbar und über radiale Öffnungen ausstoßbar ist, dass der Rotationskörper von einem außerhalb des Gehäuses angeordneten Antrieb angetrieben wird, dass dem Zufluss zur Mischkammer stromaufwärts eine Pumpe vorgelagert ist, dass dem Abfluss stromabwärts ein Abzweig nachgelagert ist, dass der Abzweig mit einer Abflussleitung einerseits und mit einer Rück- oder Rezirkulationsleitung andererseits verbunden ist, dass die Rück- oder Rezirkulationsleitung in eine zwischen der Pumpe und dem Zufluss angeordnete Zuflussleitung mündet, und dass der Abzweig ein die Rück- oder Rezirkulationsleitung freigebendes und der Abflussleitung vorgelagertes Trennsieb (oder vorgelagerte Filterplatte) aufweist, das (die) als ein Schrägsieb ausgebildet ist.
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Überraschend hat sich gezeigt, dass auch bei Verwendung eines Pumpenrades ohne Bürsten in Verbindung mit einer Rück- oder Rezirkulationsleitung und einem Schrägsieb im Abzweig eine ausreichende Auflösung von pulverförmigen Produkten mit den oben geschilderten Vorteilen erreicht wird.
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Das Schrägsieb wirkt, wie oben geschildert, nach Art eines Cross-Flow-Filters, wobei noch nicht vollständig gelöste partikuläre Bestandteile von dem Flüssigkeitsstrom getrennt und wieder in die Zuflussleitung und weiter in die Mischkammer zurückgeführt werden, um dort erneut durch die Verwirbelung des in der Mischkammer angeordneten Pumpenrades vermischt und gelöst zu werden.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden speziellen Beschreibung und den Zeichnungen.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Es zeigen:
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1: eine Seitenansicht im Schnitt einer Vorrichtung zum Herstellen einer Lösung mit einem Pumpenrad als Rotationskörper und Bürsten;
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2: eine Seitenansicht im Schnitt einer weiteren Vorrichtung entsprechend 1 mit einem Schrägsieb in einem dem Abfluss nachgeschalteten Abzweig, und einer vor der Pumpe angeordneten Rück- oder Rezirkulationsleitung;
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3: eine Seitenansicht im Schnitt einer weiteren Vorrichtung mit einem Bürstenkopf mit Bürsten als Rotationskörper in einem Siebkorb und einer einem Zufluss vorgelagerten Pumpe und
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4: eine Seitenansicht im Schnitt einer weiteren Vorrichtung entsprechend 2, jedoch ohne Bürsten.
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Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
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Eine Vorrichtung 1 zum Herstellen einer Lösung 2 aus einem pulverförmigen Produkt 3 und einem Lösungsmittel 4 besteht aus einem Gehäuse 5 mit einer Mischkammer 6, einer Produktkammer 7, einem Sieb 8 und einem Rotationskörper 9.
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Entsprechend den Ausführungsbeispielen der 1 bis 4 besteht das Gehäuse 5 aus einem Kopfteil 10 mit der Mischkammer 6 und aus einem Bodenteil 11 mit der Produktkammer 7. Das Kopfteil 10 und das Bodenteil 11 sind über eine Klemmverbindung 12, die in den Ausführungsbeispielen als eine Tri-Clamp-Verbindung nach DIN 32676 ausgebildet ist, miteinander verbunden. Zwischen der Mischkammer 6 und der Produktkammer 7 ist das Sieb 8 angeordnet. In den Ausführungsbeispielen ist das Sieb 8 im Kopfteil 10 angeordnet oder fixiert, kann aber grundsätzlich auch im Bodenteil 11 angeordnet oder fixiert sein.
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Alternativ zu den Ausführungsbeispielen der 1 bis 4 kann die Anordnung von Mischkammer 6 und Produktkammer 7 auch invertiert sein, d. h. das Gehäuse 5 weist ein Bodenteil 11 mit der Mischkammer 6 und ein Kopfteil 10 mit der Produktkammer 7 auf (nicht dargestellt).
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Das Kopfteil 10 weist einen Zufluss 13 als radialen Zugang für das Lösungsmittel 4 zur Mischkammer 6 auf. Weiterhin weist das Kopfteil 10 einen Abfluss 14 als radialen Ausgang für die Lösung 2 aus der Mischkammer 6 auf. In der Mischkammer 6 ist der um die Längsachse 15 des Gehäuses 5 rotierbare Rotationskörper 9 in vertikaler Richtung oberhalb des Siebs 8 angeordnet. An seiner dem Sieb 8 zugewandten Unterfläche 16 weist der Rotationskörper 9 eine Mehrzahl Bürsten 17 auf. Der Rotationskörper 9 ist über eine lösbare Kupplung 18 mit einer Antriebswelle 38 eines außerhalb des Gehäuses 5 angeordneten Antriebs 19 verbunden. Die Kupplung 18 kann entsprechend den 1, 2 und 4 als Formschlusskupplung 20 oder entsprechend 3 als Magnetkupplung 21 ausgebildet sein.
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Entsprechend den Ausführungsbeispielen der 1, 2 und 4 ist der Rotationskörper 9 als ein Pumpenrad 22 entsprechend einer Kreiselpumpe ausgebildet, so dass über mindestens eine nicht dargestellte Ansaugöffnung an der Unterfläche 16 über das Pumpenrad 22 Flüssigkeit (Lösungsmittel 4 oder Gemisch aus Lösung 2 und pulverförmigem Produkt 3 und Lösungsmittel 4) zentral ansaugbar und über radiale Öffnungen 23 ausstoßbar ist.
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Entsprechend den 1 und 2 weist das Pumpenrad 22 an seiner Unterfläche 16 die Bürsten 17 auf, während entsprechend dem Ausführungsbeispiel von 4 das Pumpenrad 22 / der Rotationskörper 9 keine Bürsten aufweist.
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Entsprechend den Ausführungsbeispielen der 2 und 4 ist dem Zufluss 13 stromaufwärts in einer mit dem Zufluss 13 verbundenen Zuflussleitung 24 eine Pumpe 25 vorgelagert. Dem Abfluss 14 ist stromabwärts ein Abzweig 26 nachgelagert, wobei der Abzweig 26 einerseits mit einer nachgelagerten Abflussleitung 27 und andererseits mit einer Rück- oder Rezirkulationsleitung 28 verbunden ist. Die Rück- oder Rezirkulationsleitung 28 mündet vor der Pumpe 25 in die Zuflussleitung 24. Der Abzweig 26 weist ein die Rück- oder Rezirkulationsleitung 28 freigebendes Trennsieb 29 auf, das der Abflussleitung 27 vorgelagert ist und welches als ein Schrägsieb ausgebildet ist.
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Entsprechend dem Ausführungsbeispiel der 3 ist der Rotationskörper 9´ als ein Bürstenkopf 30 ausgebildet, der zum einen an seiner Unterfläche 16´ eine Mehrzahl von Bürsten 17 und zum anderen an seinem Umfang eine Mehrzahl von Bürsten 31 aufweist. Das Sieb 8 ist hierbei mit einem Siebkorb 32 verbunden, der den Bürstenkopf 30 an der Unterfläche 16 und seitlich am Umfang umgibt. Dem Zufluss 13 zur Mischkammer 6 ist stromaufwärts eine Pumpe 25 vorgelagert. Im Ausführungsbeispiel ist zusätzlich zwischen Mischkammer 6 und Produktkammer 7 das Sieb 8 angeordnet.
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Das Bodenteil 11 der Ausführungsbeispiele der 1 bis 4 weist in seiner Produktkammer 7 einen in ihrer Längsrichtung, die mit der Längsachse 15 des Gehäuses 5 in Deckung liegt, verschiebbaren Stempel 33 auf. Der Stempel 33 ist als ein scheibenförmiges Bodenteil 34 ausgebildet, das an seiner Umfangsfläche 35 gegenüber der benachbarten Gehäuseinnenwandung 36 durch eine Dichtung 37 abgedichtet ist. Durch den verschiebbaren Stempel 33 wird in der Produktkammer 7 ein variables Reservoir für das pulverförmige Produkt 3 gebildet.
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Durch Verschieben des Stempels 33 in Richtung Mischkammer 6 wird das pulverförmige Produkt 3 durch das Sieb 8 in die Mischkammer 6 gedrückt und mit dem über den Zufluss 13 zufließenden Lösungsmittel 4 mit Hilfe des rotierenden Rotationskörpers 9, 9‘ vermischt und aufgelöst, so dass über den Abfluss 14 die Lösung 2 abfließen kann.
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Mit Hilfe einer Steuer- und Regeleinheit 39 kann der Zufluss des Lösungsmittels 4, die Zuführung des pulverförmigen Produktes 3 über den Stempelvorschub des Stempels 33, und die Mischung über die Rotationsgeschwindigkeit des Antriebs 19 und damit des Rotationskörpers 9, 9‘ gesteuert werden. Hierzu kann beispielsweise über einen Eingangsdruckmesser 40 ein Eingangsdruck Pe im Zufluss 13 und über einen Ausgangsdruckmesser 41 im Abfluss 14 ein Ausgangsdruck Pa ermittelt und an die Steuer- und Regeleinheit 39 weitergeleitet werden. Weiterhin ist die Steuer- und Regeleinheit 39 mit einem in der Rück- oder Rezirkulationsleitung 28 angeordneten Druckregelventil 42, dem Antrieb 19 des Rotationskörpers 9 und mit einem nicht dargestellten Stempelantrieb zur Steuerung des Stempelvorschubs des Stempels 33 verbunden.
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Natürlich stellen die in der speziellen Beschreibung diskutierten und in den Figuren gezeigten Ausführungsformen nur illustrative Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar. Dem Fachmann ist im Lichte der hiesigen Offenbarung ein breites Spektrum von Variationsmöglichkeiten an die Hand gegeben.
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Insbesondere lassen sich die Ausführungsbeispiele der 1 und 3 ebenfalls von einer dort nicht dargestellten Steuer- und Regeleinheit in Hinblick auf Stempelvorschub und Rotationsgeschwindigkeit entsprechend den Ausführungsbeispielen der 2 und 4 steuern und regeln.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Lösung
- 3
- pulverförmiges Produkt
- 4
- Lösungsmittel
- 5
- Gehäuse
- 6
- Mischkammer von 5
- 7
- Produktkammer von 5
- 8, 8‘
- Sieb
- 9, 9‘
- Rotationskörper
- 10
- Kopfteil von 5
- 11
- Bodenteil von 5
- 12
- Klemmverbindung
- 13
- Zufluss von 10
- 14
- Abfluss von 10
- 15
- Längsachse von 5
- 16, 16‘
- Unterfläche
- 17
- Bürste
- 18
- Kupplung
- 19
- Antrieb
- 20
- Formschlusskupplung
- 21
- Magnetkupplung
- 22, 22‘
- Pumpenrad von 9
- 23
- radiale Öffnung
- 24
- Zuflussleitung
- 25
- Pumpe
- 26
- Abzweig
- 27
- Abflussleitung
- 28
- Rück- oder Rezirkulationsleitung
- 29
- Trennsieb
- 30
- Bürstenkopf
- 31
- Bürste
- 32
- Siebkorb
- 33
- Stempel
- 34
- Bodenteil von 33
- 35
- Umfangsfläche
- 36
- Gehäuseinnenwandung von 5
- 37
- Dichtung von 34
- 38
- Antriebswelle von 19
- 39
- Steuer- und Regeleinheit
- 40
- Eingangsdruckmesser
- 41
- Ausgangsdruckmesser
- 42
- Druckregelventil
- Pe
- Eingangsdruck
- Pa
- Ausgangsdruck
