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Die Erfindung richtet sich auf eine Vorrichtung zum Zerkleinern und Mischen eines oder mehrerer Produkte.
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Einleitung
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Zum Erhalt der Fließfähigkeit von feinen Pulvern nach der Zerkleinerung ist eine Vielzahl an Verfahren bekannt. Beispielsweise wird Calciumcarbonat unter Zugabe von Stearinsäure in einer Stiftmühle vermahlen. Dadurch werden die gemahlenen Partikel mit einer hydrophoben Schicht überzogen. Auch ist die Zugabe von Fließhilfsmitteln bekannt, bei der das Fließhilfsmittel keine intensive Bindung mit dem Produkt eingeht. Als Beispiel sei die Zugabe von Maisstärke in gemahlenen Zucker genannt. Andere Verfahren setzen Hochenergiemischer ein. Dabei erfolgt mittels einer besonders hohen Scherkraft eine „Re-Aktivierung“ der Oberflächen, wodurch eine optimale Vermischung erreicht wird. Wiederum andere Verfahren zielen auf die „Passivierung“ der, bei der Zerkleinerung neu entstandenen, also aktiven Oberflächen ab. Beispielsweise wird Zucker in einer konditionierten Atmosphäre mit erhöhter Feuchtigkeit gemahlen.
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Es ist bekannt, dass konventionell gemahlener Puderzucker bei Lagerung verklumpt. Zucker nimmt an den durch die Zerkleinerung entstandenen neuen Oberflächen Wasser aus der Umgebungsluft auf. Dieses Wasser bildet die Grundlage für die Rekristallisation des Zuckers. Nach abgeschlossener Rekristallisation wird das Wasser vom Zucker wieder abgegeben. Wird dieser Vorgang nicht vor der Absackung und Lagerung des Puderzuckers abgeschlossen und das Wasser aus dem Haufwerk abgeführt, löst das Wasser die Oberfläche der Zuckerpartikel an und lässt ihn verklumpen. Es ist bekannt, Puderzucker nach der Mahlung einer Konditionierungsanlage zuzuführen, in der die Wasseraufnahme und -abgabe und so die Rekristallisation des Puderzuckers, durch Einstellen einer bestimmten Lufttemperatur und Luftfeuchte, geregelt ablaufen kann, um so lagerfähigen Puderzucker herzustellen, der nicht klumpt.
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Stand der Technik
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Die
DE 101 01 464 C2 offenbart eine Anlage zur Herstellung von Puderzucker, bei der nach der Mahlung eine Konditionierung des Puderzuckers in einem Sammelbehälter erfolgt. Der Sammelbehälter wird mit konditionierter Luft beaufschlagt. Hier ist es das Ziel, die nach der Rekristallisation freiwerdende Wassermenge abzutransportieren, damit diese nicht im Haufwerk verbleibt, die Puderzuckerkristalle anlöst und beim Austrocknen zum Verhärten bzw. zum Verklumpen des Puderzuckers führt. Hierbei wird Wasserdampf in die Mühle oder in die Förderleitung zum Sammelbehälter eingeblasen, sodass die Rekristallisationszeit verkürzt wird und die Rekristallisation im Sammelbehälter abgeschlossen wird. Der Sammelbehälter wird durch Druckluftstrahlen von unten beaufschlagt, um den Puderzucker aufzulockern, damit die überschüssige Feuchte aus dem Puderzuckerhaufwerk entweichen kann.
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Die
EP 0838529 A2 offenbart ein Verfahren zur Rekristallisation von Zucker. Hierbei erfolgt eine Konditionierung während der Vermahlung des Zuckers. Es entfällt die Konditionierung als Nachbehandlung. Um die Konditionierung in der Mühle zu realisieren, wird der Mühle über eine Zuführung Zucker zugeführt und gleichzeitig durch eine Ansaugöffnung in der Mühle Luft aus dem Raum um die Mühle gesaugt. Die Luft im Raum wurde vorher auf eine bestimmte Temperatur und Feuchte eingestellt. Der Zucker wird mit Luft mit erhöhtem Wassergehalt von mindestens 17 bis 30 g H2O/kg Luft und einer Temperatur von mindestens 25°C bis 45°C konditioniert. Nach der gleichzeitigen Vermahlung und Konditionierung erfolgt eine Zwischenlagerung. Diese Zwischenlagerung wird in einem Rührbehälter, der zwischen Mühle und Absackung geschaltet ist, durchgeführt, in dem der Puderzucker über eine definierte Zeit dauernd bewegt wird.
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Nachteilig bei zwei getrennten Apparaten, wie aus dem Stand der Technik bekannt, ist die schlechte Qualität des Puderzuckers, weil die frischen Oberflächen vor der nachfolgenden Mischung bereits degradiert sind.
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Dieses Konzept stellt einen hohen apparativen Aufwand durch die getrennten Maschinen dar. Des Weiteren ist das Konzept hinsichtlich des Haltens der Prozesswärme energetisch ungünstig, da zwei Maschinen eine große Maschinenoberfläche haben.
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Aufgabe
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Lösung zu schaffen, die es ermöglicht einen Prozess aus Zerkleinerung, Konditionierung und Mischung von Produkten in einer Apparatur, d.h. in einem gemeinsamen Maschinengehäuse vorzunehmen. Des Weiteren ist es ein Ziel der Erfindung die optimale Vermischung verschiedener und unter unterschiedlichen Konditionen, auch frisch zerkleinerter Produkte in einer Vorrichtung vorzunehmen. Außerdem ist es eine Aufgabe der Erfindung über eine Langzeitstabilisierung die Fließfähigkeit des zerkleinerten Produkts zu erhalten.
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Lösung
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Bei einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art wird die Aufgabe durch das Kennzeichnen des Hauptanspruchs gelöst.
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Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gelöst, die einen Zerkleinerungsbereich mit Zerkleinerungsorgan und einen Mischbereich mit Mischorgan in einem gemeinsamen Maschinengehäuse vereint. Das Zerkleinerungsorgan und das Mischorgan sind in dem gemeinsamen Maschinengehäuse sequentiell von oben nach unten so angeordnet, dass das Produkt zunächst zerkleinert und anschließend im unteren Teil des Gehäuses gemischt und gleichzeitig konditioniert wird. Des Weiteren können unterschiedliche Produkte in das Maschinengehäuse aufgegeben werden und mit vermischt werden. Speziell richtet sich die Erfindung auf die Zerkleinerung von Zucker und Rekristallisation des hergestellten Puderzuckers in einem Maschinengehäuse.
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Beschreibung der Erfindung
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Durch die Zerkleinerung eines Produktes entstehen an den Bruchstellen neue Oberflächen. Je nach Produkt sind diese neu geschaffenen Oberflächen besonders reaktiv. In Bezug auf die neu geschaffenen Oberflächen spricht man von Aktivierung. Allgemein bekannt sind Partikelkräfte wie z.B. van-der-Waals-Kräfte, Wasserstoffbrücken oder elektrostatische Anziehungskräfte, etc. welche besonders an den neu erzeugten Oberflächen auftreten. Die Auswirkung dieser Partikelkräfte ist im Allgemeinen eine Verminderung der Fließfähigkeit und damit eine Verschlechterung der Mischbarkeit des Produkts.
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Es wurde nun überraschenderweise herausgefunden, dass eine Zerkleinerung mit unmittelbar nachfolgender Mischung des Produktes in einem gemeinsamen Maschinengehäuse bessere Ergebnisse hinsichtlich der Fließfähigkeit lieferte, als mit getrennten Maschinen zum Zerkleinern und Mischen. Interessanterweise sind auch qualitative Verbesserungen feststellbar, wenn das feste Produkt zusammen mit einer weiteren Komponente über das Zerkleinerungsorgan in das gemeinsame Maschinengehäuse eingebracht wird und anschließend gemischt wird. Diese zweite Komponente kann fest, flüssig oder gasförmig sein. Wichtig dabei ist nur, dass der Vorgang aus Zerkleinerern und Mischen erfindungsgemäß im selben Maschinengehäuse definiert kurzfristig hintereinander erfolgt.
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Erfindungsgemäß wurde nun eine Vorrichtung entwickelt, die das Zerkleinern und Mischen in einem gemeinsamen Maschinengehäuse ermöglicht. In diesem Gehäuse befinden sich von oben nach unten sequentiell nacheinander angeordnet ein Zerkleinerungsbereich mit Zerkleinerungsorgan und ein Mischbereich mit Mischorgan
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Innerhalb des Maschinengehäuses herrscht eine definierte Atmosphäre. Der Prozess aus Zerkleinerung und Mischen erfolgt in dieser Atmosphäre. Dafür wird zusätzlich zum Produkt Gas definierter Temperatur und Feuchte in das Maschinengehäuse eingebracht. Bei dem Gas handelt es sich um Luft oder um ein Inertgas, wie beispielsweise Stickstoff. Das konditionierte Gas ist möglichst zeitnah an die bei der Zerkleinerung des Produktes neu entstandenen Oberflächen zu bringen um eine Degradation des Produkts zu vermeiden. Idealerweise wird es zusammen mit dem Produkt in das Zerkleinerungsorgan aufgegeben. Es kann aber auch getrennt vom Produkt direkt in das Maschinengehäuse vor Abschluss des Mischvorgangs zugeführt werden.
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Nachfolgend wird das zerkleinerte Produkt im Mischbereich behandelt. Die Verweilzeit des Produktes im Mischbereich ist abhängig von den Produkteigenschaften einstellbar. Dies kann durch die Leistungsaufnahme des Mischorgans gesteuert werden, alternativ kann das Maschinengehäuse auf Wägezellen gesetzt werden. So kann die Verweilzeit bei gegebenem Durchsatz gesteuert werden.
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Es ist ein Übergangsbereich vom Zerkleinerungs- zum Mischbereich im Maschinengehäuse erforderlich, damit die Partikel während einer definierten Einwirkzeit in der konditionierten Atmosphäre gehalten werden, bevor es im Mischbereich zu intensivem Kontakt zwischen den Partikeln kommt. Die definierte Einwirkzeit ergibt sich aus der Zeit für die Diffusion der einzelnen Atmosphärenkomponenten in die frische Partikeloberfläche.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist deshalb zwischen dem Zerkleinerungsbereich und dem Mischbereich ein Übergangsbereich vorgesehen, um die Bereiche der Zerkleinerung und der Mischung zu trennen, sodass die Zerkleinerung abgeschlossen ist, bevor das zerkleinerte Produkt einer Mischung unterzogen wird.
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Des Weiteren bietet die erfindungsgemäße Vorrichtung die Möglichkeit, neben dem zu zerkleinernden Produkt, eine oder mehrere zusätzliche Komponenten in die Vorrichtung hinzuzufügen und mit dem frisch gemahlenen Produkt zu vermischen. Dabei wird mindestens eine weitere Komponente direkt in das Maschinengehäuse aufgegeben. Diese kann, wenn gewünscht, ebenfalls zerkleinert und nachfolgend eingemischt werden. Die Zerkleinerung kann in demselben Zerkleinerungsorgan erfolgen oder in einem weiteren, welches ebenfalls im gleichen Maschinengehäuse angeordnet ist. Bei getrennten Zerkleinerungsorganen können die Parameter der Zerkleinerung an die zu mahlenden Produkte angepasst werden, z.B. in Bezug auf Feinheit und Bedingungen der Konditionierung im Zerkleinerungsbereich. Außerdem kann eine Vorrichtung mit mehreren Zerkleinerungsorganen jeweils mit gleichem oder unterschiedlichem Material gespeist werden.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Zerkleinerungsorgan einseitig im Maschinengehäuse gelagert, bevorzugt ist es in der Tür eines Mannlochs des Gehäuse angeordnet, so kann es leicht herausgeschwenkt werden und ist, sowohl antriebsseitig als auch rotorseitig für Wartungs- und Reinigungszwecke zugänglich.
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In einer anderen Ausführungsform sind zwei Zerkleinerungsorgane im Maschinengehäuse angeordnet. Sie können auch in unterschiedlicher Höhe angeordnet werden um den verschiedenen gemahlenen Produkten eine unterschiedliche Verweilzeit im Übergangsbereich zu geben.
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Bei dem Mischorgan kann es sich um einen Paddelmischer oder Wendelrührer handeln, wobei die Auswahl nicht auf diese Mischer beschränkt ist. Es können auch nichtmechanische Mischer wie pneumatische Mischer eingesetzt werden.
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Als Zerkleinerungsorgane kommen bevorzugt Rotoren und Statoren von Prallmühlen, insbesondere Stiftscheiben von Stiftmühlen, zum Einsatz.
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Weitere Einsatzbereiche der Vorrichtung sind beispielsweise die Herstellung von Süßigkeiten, Nahrungsmitteln, aber auch mineralische oder chemische Produkte.
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Insbesondere eignet sich die Vorrichtung für die Herstellung von Puderzucker aus Zucker. Der zu zerkleinernde Zucker wird zusammen mit konditionierter Luft dem Zerkleinerungsorgan zugeführt und so gleichzeitig zerkleinert und konditioniert. Im Maschinengehäuse stellt sich eine definierte Atmosphäre ein. Der gemahlene Puderzucker wird in der definierten Atmosphäre während einer definierten Verweilzeit im Mischbereich gemischt, sodass die Rekristallisation des Puderzuckes abgeschlossen ist, bevor der Puderzucker ausgetragen, abgesackt und / oder gelagert wird.
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Im Mischbereich der Vorrichtung wird die Rekristallisation abgeschlossen indem die nicht mehr gebrauchte Feuchte aus dem Puderzucker wieder abgegeben wird. Das Rühren bietet die Möglichkeit die abgegebene Feuchte aus dem Haufwerk abzugeben und dem frisch zerkleinertem Produkt zur Verfügung zu stellen. Ein späteres Verklumpen des Puderzuckers wird verhindert, seine Fließfähigkeit bleibt erhalten.
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Das Produkt wird im oberen Teil des gemeinsamen Maschinengehäuses zerkleinert und im unteren Teil vermischt, wobei im Gehäuse eine definierte Atmosphäre herrscht und die Rekristallisierung des Puderzuckers abgeschlossen wird. Dies bedeutet einen geringeren apparativen Aufwand als bei getrennten Maschinen für die Produkte und Verfahrensschritte und eine höhere Qualität des Produktes.
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Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung, bei welchem Produkt in einem Zerkleinerungsorgan eines Zerkleinerungsbereiches zerkleinert wird und direkt im Anschluss mit einem Mischorgan in einem Mischbereich für eine definierte Verweilzeit behandelt wird, wobei im Maschinengehäuse eine definierte Atmosphäre vorherrscht.
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Vorteilhaft ist bei der erfinderischen Vorrichtung, die Qualitätsverbesserung des Produktes, durch das unmittelbare Mischen auf den frisch geschaffenen Oberflächen.
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Außerdem ist der geringe apparative Aufbau durch die Integration von Zerkleinerungsorgan und Mischorgan in einem gemeinsamen Maschinengehäuse vorteilhaft. Des Weiteren verhindert eine definierte Atmosphäre im Maschinengehäuse eine Degradation der frisch gebildeten Oberflächen. Die Vorrichtung ist energetisch günstiger wegen der kleineren Maschinenoberflächen und dem optimierbaren und ganzheitlichen Handling des Produktstroms.
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Figurenliste
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- 1: erfindungsgemäße Vorrichtung zum Zerkleinern und Mischen
- 2: erfindungsgemäße Vorrichtung zum Zerkleinern und Mischen mit zusätzlicher Produktaufgabe
- 3: erfindungsgemäße Vorrichtung zum Zerkleinern und Mischen mit mehreren Mahlorganen
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Anwendungsbeispiele
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In 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum Zerkleinern und Mischen abgebildet. Das Maschinengehäuse 2 der Vorrichtung 1 nimmt ein Zerkleinerungsorgan 3 und ein Mischorgan 4 auf. Die Vorrichtung 1 weist so sequenzielle übereinander, von oben nach unten angeordnet, einen Zerkleinerungsbereich 13 mit Zerkleinerungsorgan 3, einen Übergangsbereich 12 und einen Mischbereich 14 mit Mischorgan 4 auf.
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Das Maschinengehäuse ist in diesem Anwendungsbespiel im Zerkleinerungsbereich 13 zylindrisch ausgeführt und geht in einen konischen Mischbereich 14 über, an den sich der Austrag 9 anschließt.
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Das Zerkleinerungsorgan 3 ist einseitig im oberen Bereich des Maschinengehäuses 2, dem Zerkleinerungsbereich 13, gelagert. Das Zerkleinerungsorgan 3 ist über eine waagerecht ausgerichtete Welle über den Motor 15 drehantreibbar ausgeführt. Das zu zerkleinernde Produkt P wird über eine Schleuse 5, z.B. Zellenradschleuse, direkt in den Mahlraum 6 des Zerkleinerungsorgans 3 geleitet. In diesem Anwendungsfall ist das Zerkleinerungsorgan 3 ein Rotor und Stator einer Prallmühle, speziell 2 Stiftscheiben einer Stiftmühle.
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Mit dem Produkt wird konditionierte Luft L in das Zerkleinerungsorgan 3 geführt, sodass die Zerkleinerung in einer konditionierten Atmosphäre stattfindet. Nach der Mahlung fällt das gemahlene Produkt durch den Übergangsbereich 12 in den Mischbereich 14. Das Mischorgan 4 ist im unteren trichterförmigen Bereich des Maschinengehäuses 2, dem Mischbereich 14, angeordnet. Das Produkt wird in der definiert eingestellten Atmosphäre im Maschinengehäuse behandelt. Damit ist die Voraussetzung gegeben, dass der Vorgang aus Zerkleinern und Mischen in einer gemeinsamen Atmosphäre stattfindet. Die Welle 8 des Mischorgans 4 ist vertikal angeordnet und der Antrieb 15 befindet sich auf dem Maschinengehäuse 2. Das Mischorgan ist in diesem Anwendungsbeispiel ein Paddelrührer. Das Endprodukt E wird über den Austrag, hier eine Zellenradschleuse 9, ausgetragen. Danach wird es der Absackung oder einem Silo zugeführt werden.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 steht auf Wägezellen 10, dies ermöglicht die Bestimmung des Füllgrades der Vorrichtung 1 und ermöglicht darüber die Einstellung der Verweilzeit des gemahlenen Produkts im Mischbereich 14 um, wie z.B. beim Puderzucker, die Rekristallisation im Mischbereich 14 abzuschließen.
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In einer explosionsgeschützten Ausführung sind der Produktein- und -austrag als Zellenradschleusen 5 und 9 ausgeführt.
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In der 2 weist die Vorrichtung 1 eine weitere Produktaufgabe 11 für ein zweites Produkt P2 auf. In diesem Fall erfolgt die Produktaufgabe über den Kopf der Vorrichtung 1, es ist auch möglich die Produktaufgabe über die seitliche Wand oberhalb des Übergangsbereichs 12 anzuordnen. Das Produkt P2 wird im Mischbereich 14 in einer eingestellten Atmosphäre unter das zerkleinerte Produkt P1 gemischt.
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In der 3 ist eine Vorrichtung 1 mit zwei Zerkleinerungsorganen 3 im Zerkleinerungsbereich 13 abgebildet. In diesem Anwendungsfall sind zwei Zerkleinerungsorgane 3 gegenüber auf gleicher Höhe angeordnet. Es können nun zwei Produkte P1 und P3 getrennt gemahlen werden, die unterschiedliche Mahlbedingungen und unterschiedliche Konditionierungsbedingungen erfordern und im Anschluss in einer gemeinsamen definierten Atmosphäre vermischt und ggf. auch rekristallisiert werden. Ein weiteres Produkt P2 wird ohne Mahlung zugegeben und unter die anderen Produkte gemischt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Maschinengehäuse
- 3
- Zerkleinerungsorgan
- 4
- Mischorgan
- 5
- Schleuse, Zellenradschleuse
- 6
- Mahlraum
- 8
- Rührwelle
- 9
- Austrag, Zellenradschleuse
- 10
- Wägezellen
- 11
- Produktaufgabe
- 12
- Übergangsbereich
- 13
- Zerkleinerungsbereich
- 14
- Mischbereich
- 15
- Motor, Antrieb
- P
- Produkt (P1, P2, P3)
- L
- Luft
- E
- Endprodukt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10101464 C2 [0004]
- EP 0838529 A2 [0005]
