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Die Erfindung betrifft eine Mischvorrichtung umfassend einen Mischbehälter mit einer Wandung und ein zum Mischen eines Mischguts in den Mischbehälter eingeführtes Mischwerkzeug mit einer Welle, mit einem die Welle umgreifenden Schraubenband und mit Stegen, wobei das Mischwerkzeug mittels einer Antriebseinrichtung um eine Längsmittelachse der Welle rotierbar ist, wobei die Stege die Welle und das Schraubenband verbinden, wobei das Schraubenband eine dreieckige Querschnittsgrundform aufweist sowie eine in Richtung der Wandung des Mischbehälters geneigte Oberseite, eine zur Wandung des Mischbehälters geneigte Unterseite und eine Rückseite, welche die Oberseite mit der Unterseite verbindet.
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Eine gattungsgemäße Mischvorrichtung wird heute beispielsweise eingesetzt, um ein aus zwei oder mehr Stoffen gebildetes Mischgut gründlich und zugleich schonend zu durchmischen. Es wird hierzu das Mischwerkzeug mittels der Antriebseinrichtung in dem Mischbehälter rotiert. Infolge der Rotation wird das Schraubenband unmittelbar benachbart zu der Wandung des Mischbehälters geführt. Dabei kann konstruktiv insbesondere über einen Abstand des Schraubenbands zur Wandung des Mischbehälters sowie die Neigung der Oberseite und der Unterseite des Schraubenbands Einfluss genommen werden auf die mechanische Beanspruchung der zu durchmischenden Stoffe, der diese während des Mischvorgangs beispielsweise aufgrund einer Verdichtung ausgesetzt sind.
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Neben der Durchmischung der Stoffe dienen die Wandung des Mischbehälters einerseits und das Mischwerkzeug mit dem Schraubenband andererseits dazu, gezielt Einfluss auf die Temperatur des Mischguts während des Mischvorgangs zu nehmen. Beispielsweise kann während des Mischvorgangs das Mischgut gezielt gekühlt beziehungsweise erwärmt werden, indem in der Wandung vorgesehene Fluidkanäle oder das Schraubenband des Mischwerkzeugs von einem temperierten Fluid durchströmt werden.
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Die Rückseite des Schraubenbands trägt jedoch heute nicht oder nur in einem geringen Maße zum Wärmeaustausch bei, da die Wechselwirkung zwischen der Rückseite des Schraubenbands und dem Mischgut nicht sehr ausgeprägt ist. Hintergrund ist, dass zwischen der Oberseite des Schraubenbands und der Rückseite des Schraubenbands ein Winkel im Bereich von nominell etwa 60° bis 70° gebildet ist. In Bezug zu der Wandung des Mischbehälters ist bei der üblichen Neigung der Oberseite an der Rückseite dann ein Hinterschnitt gebildet, so dass die Rückseite des Schraubenbands nicht oder nur wenig mit dem Mischgut in Kontakt tritt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Mischvorrichtung anzugeben, welche eine bessere Temperaturführung für das Mischgut während des Mischvorgangs gestattet.
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Zur Lösung der Aufgabe ist die Erfindung in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Oberseite und der Rückseite des Schraubenbands ein Flankenwinkel von nominell 90° oder mehr gebildet ist.
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Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch die Vergrößerung des zwischen der Oberseite und der Rückseite gebildeten Winkels die Neigung der Rückseite vergrößert wird und ein Hinterschnitt an der Rückseite des Schraubenbands vermieden wird. Insofern ist der Kontakt des Mischguts mit der Rückseite während des Mischvorgangs verbessert mit der Folge, dass der Wärmeaustausch intensiver beziehungsweise wirkungsvoller stattfinden kann, da nunmehr auch die Rückseite beteiligt ist. Verstärkt wird dieser Effekt noch dadurch, dass die Rückseite durch die Vergrößerung des Flankenwinkels länger wird, sofern der zwischen der Oberseite und der Unterseite gebildete Winkel nicht oder nur unwesentlich verändert und insbesondere verringert wird. Die Verlängerung der Rückseite führt zu einer Vergrößerung der an dem Wärmeaustausch beteiligten Fläche mit der Folge, dass das Mischgut effektiver erwärmt beziehungsweise gekühlt werden kann. Zugleich begünstigt der größere Flankenwinkel das Mitwirken der Rückseite an der Durchmischung des Mischguts, so dass die Erfindung auch den Mischvorgang verbessert beziehungsweise zu einer Reduzierung der Mischzeit beiträgt.
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Kerngedanke der Erfindung ist es also, die dreieckige Querschnittsform des Schraubenbands so zu verändern, dass die Rückseite infolge einer geänderten Neigung intensiver als bisher am Wärmeaustausch teilnimmt. Die Erfindung hat insofern erkannt, dass der Wärmeaustausch verbessert werden kann, wenn der heute im Bereich der Rückseite jedenfalls im Bereich vertikaler Wandungen übliche Hinterschnitt vermieden wird beziehungsweise der zwischen der Oberseite und der Rückseite gebildete Winkel signifikant vergrößert wird.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist zwischen der Wandung des Mischbehälters einerseits und der Rückseite des Schraubenbands andererseits ein spitzer Winkel gebildet, der nominell im Bereich von > 0° und ≤ 45° und bevorzugt zwischen ≥ 10° und ≤ 45° liegt. Vorteilhaft wird durch das Vorsehen des spitzen Winkels insbesondere bei einer vertikal erstreckten Wandung des Mischbehälters das Mischgut im Bereich der Rückseite infolge der Rotation angehoben. Das Mischgut gleitet folglich entlang der Rückseite und es kann ein Wärmeaustausch besonders effektiv stattfinden.
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Nominelle Angaben zu dem Flankenwinkel, welcher zwischen der Oberseite und der Rückseite des Schraubenbands gebildet ist, und dem spitzen Winkel zwischen der Wandung des Mischbehälters einerseits und der Rückseite des Schraubenbands andererseits beziehen sich stets auf die Querschnittsgrundform des Schraubenbands. Diese ist definiert durch das Dreieck, welches sich ergibt, wenn die drei Verbindungspunkte der Seiten gerade verbunden werden. Sofern die Oberseite, die Unterseite und die Rückseite des Schraubenbands gerade ausgebildet sind, entspricht die Querschnittsgrundform des Schraubenbands der tatsächlichen Querschnittsform des Schraubenbands. Es ist jedoch im Rahmen der Erfindung auch möglich, dass die Oberseite, die Unterseite und/oder die Rückseite des Schraubenbands gekrümmt beziehungsweise als Freiformfläche ausgebildet sind. In diesem Fall weicht die tatsächliche Querschnittsform von der Querschnittsgrundform ab und die zur Definition der Erfindung genutzten Winkel sind auf die Querschnittsgrundform des Schraubenbands bezogen.
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Im Sinne der Erfindung ist der spitze Winkel zwischen der Wandung des Mischbehälters und der Rückseite definiert, indem der Winkel ausgehend von einer Innenseite der Wandung im Uhrzeigersinn beziehungsweise rechtsdrehend bestimmt wird.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist im Inneren des Schraubenbands ein Hohlraum gebildet. In dem Hohlraum kann eine Rohrleitung als eine Zuleitung für ein erstes Fluid und insbesondere für eine erste Flüssigkeit vorgesehen sein. Vorteilhaft kann über die Rohrleitung dem Schraubenband ein temperiertes Fluid zugeführt werden mit der Folge, dass der Wärmeaustausch mit dem Mischgut weiter verbessert wird. Beispielsweise kann infolge des Mischvorgangs entstehende Prozesswärme mittels des ersten Fluids besonders wirksam abtransportiert werden. Das erste Fluid wird der Rohrleitung und dann dem Hohlraum insbesondere über die Stege und die als eine Hohlwelle ausgebildete Welle des Mischwerkzeugs geführt. Ein Rückfluss des Fluids erfolgt über den freien, das heißt nicht von der Rohrleitung belegten Querschnitt des Hohlraums, die Stege und die Hohlwelle. Das rückfließende Fluid umströmt insofern die Rohrleitung und es ist innenseitig an der Oberseite, der Unterseite und der Rückseite des Schraubenbands entlanggeführt.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die Wandung des Mischbehälters nach Art eines Doppelmantels ausgebildet. Der Doppelmantel umfasst eine Innenwand und eine Außenwand sowie einen zwischen der Innenwand und der Außenwand gebildeten Freiraum. In dem Freiraum kann ein zweites Fluid und insbesondere eine zweite Flüssigkeit geführt sein. Vorteilhaft kann durch das Vorsehen der Doppelmantel-Wandung der Wärmeaustausch weiter verbessert werden.
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In dem Freiraum des Doppelmantels können eine oder mehrere Umlenkbleche für das zweite Fluid vorgesehen sein, die von der Innenwand und/oder von der Außenwand in den Freiraum hinein abragen und die Fließrichtung und/oder die Fließgeschwindigkeit des zweiten Fluids beeinflussen. Beispielsweise kann ein spiralförmiges Umlenkblech vorgesehen sein, welches von der Innenwandung abragt. Insbesondere mit einem von der Innenwand abragenden Umlenkblech kann bewirkt werden, dass das zweite Fluid, nachdem es entlang der Innenwand geführt wurde und sich erwärmt hat, von der Innenwand weggeleitet wird.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung sieht das Mischwerkzeug zwei oder mehr Schraubenbänder vor. Dabei können einzelne oder alle Schraubenbänder des Mischwerkzeugs die erfindungsgemäße Geometrie aufweisen.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist die Wandung des Mischbehälters einen zylindrischen Wandabschnitt und einen sich konusförmig in Richtung eines Bodens des Mischbehälters verjüngenden Wandabschnitt aufweisen. Der spitze Winkel, welcher nach der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zwischen der Wandung des Mischbehälters einerseits und der Rückseite des Schraubenbands andererseits gebildet ist, ist dabei jedenfalls im Bereich des zylindrischen Wandabschnitts und bevorzugt auch im Bereich des konusförmigen Wandabschnitts gebildet. Vorteilhaft ist hierdurch eine besonders effektive Wärmeabfuhr im gesamten Bereich des Mischbehälters gewährleistet mit der Folge, dass das Mischgut stets optimal temperiert ist beziehungsweise auch lokal, beispielsweise im bodennahen Bereich, eine unzulässige Erwärmung des Mischguts vermieden werden kann.
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Aus den weiteren Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung sind weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung zu entnehmen. Dort erwähnte Merkmale können jeweils einzeln für sich oder auch in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Die Zeichnungen dienen lediglich beispielhaft der Klarstellung der Erfindung und haben keinen einschränkenden Charakter.
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Es zeigen:
- 1 eine Aufsicht auf eine erfindungsgemäße Mischvorrichtung mit einem Mischbehälter und mit einem in dem Mischbehälter vorgesehenen Mischwerkzeug, wobei das Mischwerkzeug eine Mehrzahl von Schraubenbändern vorsieht,
- 2 einen Schnitt A-A durch die erfindungsgemäße Mischvorrichtung nach 1,
- 3 ein Detail X der in der 2 dargestellten Mischvorrichtung,
- 4 ein Detail Y der Mischvorrichtung nach 2,
- 5 eine Prinzipdarstellung der geometrischen Bestimmung einer Querschnittsgrundform eines Schraubenbands des Mischwerkzeugs und
- 6 eine Detailansicht einer Wandung des Mischbehälters der erfindungsgemäßen Mischvorrichtung.
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Eine Aufsicht auf eine erfindungsgemäße Mischvorrichtung sowie eine Schnittdarstellung der Mischvorrichtung sind in den 1 und 2 dargestellt. Die erfindungsgemäße Mischvorrichtung umfasst als wesentliche Komponenten einen Mischbehälter 1 mit einer Wandung 2 sowie ein Mischwerkzeug 3 mit einer Welle 4, mit einem ersten, die Welle 4 umgreifenden Schraubenband 5, mit einem zweiten, die Welle 4 umgreifenden Schraubenband 6, mit einem dritten, die Welle 4 umgreifenden Schraubenband 34 sowie mit nicht dargestellten Stegen, welche die Welle 4 und das Schraubenband 5 verbinden. Das Mischwerkzeug 3 wird dabei von einer nicht dargestellten Antriebseinrichtung der Mischvorrichtung, welche bevorzugt einen Elektromotor umfasst, um eine Längsmittelachse 7 der Welle 4 rotiert. Infolge der Rotation des Mischwerkzeugs 3 wird das Schraubenband 5 rotatorisch entlang einer Innenseite der Wandung 2 geführt und ein in dem Mischbehälter 1 vorgesehenes Mischgut wird durchmischt.
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Die Wandung 2 des Mischbehälters 1 sieht nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Erfindung einen zylindrischen Wandabschnitt 8 und einen sich in Richtung eines Bodens 9 des Mischbehälters 1 konusförmig verjüngenden Wandabschnitt 10 vor. Dem zylindrischen Wandabschnitt 8 ist das erste Schraubenband 5 zugeordnet. Das erste Schraubenband 5 hat einen konstanten Durchmesser und es wird mit einem jedenfalls näherungsweise konstanten Abstand zur Wandung 2 geführt. Dem konusförmigen Wandabschnitt 10 sind das zweite Schraubenband 6 und das dritte Schraubenband 34 zugeordnet. Das zweite Schraubenband 6 und das dritte Schraubenband 34 sind so gestaltet, dass sich der Radius der Schraubenbänder 6, 34 in Richtung des Bodens 9 reduziert und ein im Wesentlichen konstanter Randabstand zu dem konusförmigen Wandabschnitt 10 der Wandung 2 gebildet ist.
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Das erste Schraubenband 5 sowie das zweite Schraubenband 6 weisen einen dreieckförmigen Querschnitt auf. Jeweils sind an den Schraubenbändern 5, 6 eine in Richtung der Wandung 2 geneigte Oberseite 11, 14, eine zur Wandung 2 geneigte Unterseite 12, 15 sowie eine Rückseite 13, 16 vorgesehen. Die Rückseite 13, 16 ist jeweils der Wandung 2 abgewandt und verbindet die Oberseite 11, 14 mit der Unterseite 12, 15. Die Oberseiten 11, 14, die Unterseiten 12, 15 und die Rückseiten 13, 16 sind jeweils gerade ausgebildet.
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Eine Vergrößerung der Querschnitte für das erste Schraubenband 5 und das zweite Schraubenband 6 ist in den 3 und 4 dargestellt. Es ist dabei wesentlich für die Erfindung, dass zwischen der Oberseite 11, 14 der Schraubenbänder 5, 6 und der Rückseite 13, 16 ein Flankenwinkel 20 von 90° oder mehr gebildet ist. Insofern ist zwischen der Oberseite 11, 14 und der Rückseite 13, 16 jeweils ein rechter beziehungsweise ein stumpfer Winkel gebildet. Zwischen der Oberseite 11, 14 und der Unterseite 12, 15 einerseits sowie der Unterseite 12, 15 und der Rückseite 13, 16 ist demzufolge jeweils ein spitzer Winkel gebildet. Sowohl für das erste Schraubenband 5 als auch für das zweite Schraubenband 6 ist ein zwischen der Oberseite 11, 14 und der Unterseite 12, 15 gebildete spitzer Winkel betragsmäßig größer als der spitze Winkel, der zwischen der Unterseite 12, 15 und der Rückseite 13, 16 gebildet ist.
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In Bezug auf das erste Schraubenband 5, welches dem zylindrischen Wandabschnitt 8 der Wandung 2 zugeordnet ist, ist ein spitzer Winkel 17 zwischen der Wandung 2 einerseits und der Rückseite 13 des Schraubenbands 5 andererseits realisiert. Zur Bestimmung des spitzen Winkels 17 ist dabei ausgehend von der Wandung 2 der Winkel im Uhrzeigersinn definiert. Zur Verdeutlichung der Lage und Größe des spitzen Winkels 17 ist in 3 eine zur Wandung 2 parallele Hilfslinie 18 gestrichelt dargestellt.
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In analoger Weise ist für die vorliegende Ausführungsform der Erfindung ein in gleicher Weise definierter spitzer Winkel 19 zwischen dem konusförmigen Wandabschnitt 10 der Wandung 2 und der Rückseite 16 des zweiten Schraubenbands 6 realisiert. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist in diesem Fall der spitze Winkel 19 für das zweite Schraubenband 6 unter Bezugnahme auf die zur Wandung 2 parallele Hilfslinie 18 punktsymmetrisch dargestellt.
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Sowohl das erste Schraubenband 5 als auch das zweite Schraubenband 6 sehen innenliegend einen Hohlraum 30, 31 vor. Die Seiten 11, 12, 13, 14, 15, 16 des ersten Schraubenbands 5 beziehungsweise des zweiten Schraubenbands 6 sind beispielsweise durch miteinander verschweißt oder anderweitig geeignet verbundene Bleche beziehungsweise Profile gebildet. In dem Hohlraum 30, 31 ist jeweils eine Rohrleitung 32, 33 als Zuleitung für ein erstes Fluid und insbesondere eine erste Flüssigkeit vorgesehen. Das Fluid wird über die Welle 4, welche hierzu als Hohlwelle ausgebildet ist, sowie die nicht dargestellten Stege der Rohrleitung 32, 33 zugeführt. Das Fluid tritt endseitig aus der Rohrleitung 32, 33 aus und strömt dann über den freien Querschnitt der Hohlräume 30, 31, die Stege sowie die Welle 4 zurück. Das Fluid wird dabei von innen entlang der Oberseite 11, 14, der Unterseite 12, 15 sowie der Rückseite 13, 16 des Schraubenbands 5, 6 geführt und kühlt oder erwärmt während des Mischvorgangs das in dem Mischbehälter vorgesehene Mischgut.
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Das dritte Schraubenband 34 ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Erfindung an einem dem Boden 9 des Mischbehälters 1 zugewandten freien Ende der Welle 4 vorgesehen. Der Aufbau des dritten Schraubenbands 34 entspricht geometrisch dem Aufbau des ersten Schraubenbands 5 und des zweiten Schraubenbands 6. Es ist jedoch für das dritte Schraubenband 34 auf eine Fluidführung und demzufolge auf eine Rohrleitung verzichtet. Das dritte Schraubenband 34 kann massiv oder hohl ausgebildet sein.
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In den 1 bis 4 sind die Oberseiten 11, 14, die Unterseiten 12, 15 und die Rückseiten 13, 16 der Schraubenbänder 5, 6 stets gerade ausgebildet. Grundsätzlich müssen die Seiten 11, 12, 13, 14, 15, 16 des ersten Schraubenbands 5 beziehungsweise des zweiten Schraubenbands 6 aber nicht gerade sein. Wenigstens einzelne Seiten 11, 12, 13, 14, 15, 16 der Schraubenbänder 5, 6 können beispielsweise konkav beziehungsweise konvex gekrümmt sein beziehungsweise als Freiflächenform definiert werden. Insofern werden der Flankenwinkel 20 und der spitze Winkel 17, 19 stets nominell bestimmt anhand einer Querschnittsgrundform der Schraubenbänder 5, 6.
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Die geometrischen Verhältnisse sind im Einzelnen in 5 dargestellt. Die Querschnittsgrundform ergibt sich dabei, indem die Eck- beziehungsweise Schnittpunkte, die durch die Seitenflächen 23, 24, 25 des dargestellten Schraubenbands gebildet sind, gerade verbunden werden. Die geraden Verbindungslinien sind in 5 durch gestrichelt dargestellte Hilfslinien 21, 22 einerseits und die Unterseite 25 dargestellt. Eine erste Hilfslinie 21 ist dabei einer nach außen gekrümmten Oberseite 23 und eine zweite Hilfslinie 22 einer nach innen gekrümmten Rückseite 24 zugeordnet. Die Unterseite 25 ist gerade. Insofern fällt die Querschnittsgrundform im Bereich der Unterseite 25 mit der tatsächlichen Querschnittsform zusammen, während die Querschnittsgrundform im Bereich der Oberseite 23 und der Rückseite 24 von der tatsächliche Querschnittsform des Schraubenbands abweicht. Der Flankenwinkel 20 ist demzufolge im vorliegenden Beispiel zwischen der ersten Hilfslinie 21 und der zweiten Hilfslinie 22 bestimmt, wohingegen der spitze Winkel 17 zwischen der zur Wandung 2 parallelen Hilfslinie 18 und der zweiten Hilfslinie 22 bestimmt ist.
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Nach der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Wandung 2 des Mischbehälters 1 nach Art eines Doppelmantels ausgebildet ist. Die Wandung 2 umfasst insofern eine Innenwand 26 und eine beabstandet zu der Innenwand 26 vorgesehene Außenwand 27. Zwischen der Innenwand 26 und der Außenwand 27 ist ein Freiraum 28 gebildet, welcher der Aufnahme eines zweiten Fluids und insbesondere eine zweite Flüssigkeit dient.
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Von der Innenwand 26 der Doppelmantel-Wandung 2 ragt in Richtung der Außenwand 27 mindestens ein Umlenkblech 29 ab, welches beispielsweise schraubenlinienbeziehungsweise spiralförmig in dem Freiraum 28 geführt sind und dazu dienen, das zweite Fluid umzulenken und insbesondere von der Innenwand 26 wegzuführen. Das Umlenkblech 29 erstreckt sich im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Erfindung etwa bis zur Mitte des zwischen der Innenwand 26 und der Außenwand 27 gebildeten Freiraums 28.
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Beispielsweise kann die Oberseite 11, 14 in Richtung der Wandung 2 des Mischbehälters 1 über die Unterseite 12, 15 hinausragen. Die Oberseite 11, 14 definiert dann einen beispielsweise umlaufend gebildeten Kragen des Schraubenbands 5, 6. Im Bereich des Kragens kann eine Profilierung, beispielsweise ein Wellen- oder ein Zahnprofil ausgebildet sein.
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Gleiche Bauteile und Bauteilfunktionen sind durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet.
