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Beschreibung Verfahren und Vorrichtung zum Auflockern teilchenförmigen,
zum Zusammenbacken neigenden Materials.
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Die Erfindung besieht sich auf die mechanische Förderung teilchenförmiger
Materialien und das Einleiten solcher Xaterialien in einen kontinuierlichen Strom
eines strömungsfähigen Materials. Die Erfindung ist insbesondere geeignet, die Schwierigkeiten
auszuschalten, die sich ergeben, wenn Früchte wie Kirschen, Sultaninen und Korinthen
in ein Gemisch oder einen Teig für die herstellung von Kuchen eingeführt werden
sollen, wobei das Gemisch von Zutaten in Form eines unter Druck stehenden kontinuierlichen
Stroms abgegeben wird; eine Anwendbarkeit des Verfahrens und der Vorrichtung nach
der Erfindung ist jedoch auch bei der Verarbeitung anderer Materialien gegeben,
z.B. beim Mischen von krümelförmigem Gummi mit einem kontinuierlicehn Strom von
aufgeschäumtem Latex.
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Beim Beimischen von Trachten zu einem Kuchenteig müssen zwei wesentliche
Schwierigkeiten überwunden werden. Die erste dieser Schwierigkeiten beruht darauf,
daß eine Masse aus einem teilchenfömrigen Material, z.B. aus Früchten, verarbeitet
werden
muß, wobei die Teilchen dazu neigen, sich miteinander zu
verkleben und unter ihrem Bigengewicht zusammenzubacken, sodaß es sehr schwierig
ist, das Material aus einem Behälter in einen kontinuierlichen Strom zu überführen.
Die zweite Schwierigkeit besteht darin, daß das Material kontinuierlich und mit
einer geregelten Geschwindigkeit zwischen Zonen bewegt werden muß, die einem unterschiedlichen
Druck ausgesetzt sind. Im vorliegenden Falle muß das Material in eine Umschließung
gebracht werden, in welcher der Teig unter Druck gehalten wird, wobei im wesentlichen
keine Undichtigkeiten auftreten dürfen, die einen Druckausgleich zwischen den beiden
Zonen bewirken wurde, und bei denen Material aus der unter hohem Druck stehenden
Zone sowie Energie verloren gehen würde.
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Allgemein gesprochen, ermöglicht es die Erfindung, die auf Undichtigkeiten
zurückzuführenden Schwierigkeiten durch die Verwendung einer Pumpe zu vermeiden,
bei der ein drehbares Getriebeorgan mit enger Passung in einem Gehause arbeitet;
dieses Getriebeorgan steht in ständigem Eingriff mit einem zweiten drehbaren Organ,-
und zwar derart, daß ein Übertreten von Material aus der Hachdruckzone in die Niederdruckzone
im wesentlichen verhindert wird; während des Betriebs der Pumpe wird das teilchenförmige
Material in Form einer ununterbrochenen-Folge von Getrennten Teilmengen gefördert,
die sich in Räumen zwischen geeigneten Fortsätzen des Getriebeorgans befinden. Unter
diesen Fortsätzen des Getriebeorgans sind diejenigen Fortsätze zu verstehen, welche
dazu dienen, die Antriebskraft zwischen ineinandergreifenden Getriebqelementen zu
ubertragen, z. B. die Zahne von Stirnzahnrädern und die versohiedenen Windungen
einer sohraubenförmigen SchnepRee
Das erwähnte Getriebeelement und
das zweite Element können beide als Stirnzahnräder ausgebildet sein, die das teilchenförmige
Material in den Taschen zwischen ihren Zähnen und der Gehäusewand mitführen, wobei
die Pumpe in diesem Falle einer Zahnradpumpe von bekannter Konstruktion zum Fördern
von Plüssigkeinen ähnelt. Bei einer bevorzugten Ausbildungsform ist das zweite Element
als Scheibe ausgebildet, die an ihrem Rand radiale Schlitze aufweist, während das
erste Getriebeorgan eine Schnecke ist, die einen schraubenlinienförmigen Flansch
trägt, welcher sich unter einem variierenden Winkel zum Körper der Schnecke erstreckt,
damit sich der Flansch durch die Schlitze der Scheibe bewegen kann; der Körper der
Schnecke hat im Längsschnitt ein zur Umfangsfläche der Scheibe passendes konkaves
Profil, so daß die zwischen den Schlitzen liegenden Teile der Scheibe an jedem Punkte,
an welchem sie in die schraubenlinienförmige Nut der Schnecke eintreten, genau in
den Ntuenquerschnitt passen.
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Durch die Verwendung einer solchen Pumpe als Zumeßvorrichtung werden
die sich infolge von Undichtigkeiten ergebenden Schwierigkeiten vermieden und das
teilchenförmige Material kann mit einer geregelten Geschwindigkeit gefördert werden,
die sich nach der Geschwindigkeit richtet, mit der das Getriebeelement gedreht wird,
vorausgesetzt, daß das Material dem Einlaß der Zumeßvorrichtung mit einer solchen
Geschwindigkeit zugeführt werden kann, daß der Einlaß ständig mit einer Geschwindigkeit
mit dem Material gefüllt oder 11überflute't11 wird, die mindestens ebenso groß ist
wie die Geschwindigkeitg mit der das Material durch die'Pumpe'gefördert wird. Bei
klebrigen~zum'Zusammenbacken neigenden Materialien, z. B. bei Früchten für Kuchen,
die in
einem Lagerbehälter unter ihrem Eigengewicht zusammenbackenS
ist es besonders schwierig, das Material der Pumpe zuzuführen.
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Gemäß der Erfindung kann diese Schwierigkeit vermieden werden, wenn
man einen geneigten drehbaren Zylinder oder eine Trommel vorsieht, in welcher die
früchte oder ein anderes klebriges Material in ständiger Bewegung gehalten wird,
wobei-das IZaterial die Trommel über eine Öffnung an. ihrem unteren Ende in Form
eines mehr oder weniger kontinuierlichen Stroms verläßt, um in die Pumpe einzutreten,
die ihrerseits eine Drucksohleuse bildet, Es sei bemerkt, daß dieser Anordnung zum
Erzeugen eines kontinuierlichen Stroms aus teilchenförmigen Materialien, die zum
Zusammenbacken neigen, und zum Abgeben eines solchen Stroms aus einem Lagerbehälter
eine allgemeinere Anwendbarkeit zukommt.
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Die Erfindung sieht somit ein Verfahren vor, um eine klebrige Masse
aus teilchenförmigem Material zur Vorbereitung für einen Förder- oder Mischvorga'ng
zu behandeln; hierbei wird das Material in einen zylindrischen Behälter eingebracht,
dessen Achse gegenüber der Waagerechten geneigt ist, und dessen offenes unteres
Ende durch eine ortsfeste Wand verdeckt ist, in der eine Auslaßöffnung vorgesehen
ist; der Zylinder wird gedreht, um das Material in Bewegung zu halten und ein Zusammenbacken
zu verhindern, so daß das Material in Form eines kontinuierlichen Stroms über die
Auslaßöffnung abgegeben wird.
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Für die Durchführung dieses Verfahrens sieht die Erfindung eine Vorrichtung
vor, die einen zylindrischen Behälter umfaßt, dessen Achse gegenüber der Waagerechten
geneigt ist, und dessen offenes unteres Ende durch eine ortsfeste Wand verdeckt
ist, die nahe dem unteren gebil des unteren Zylinderendes eine
Auslaßöffnung
besitzt; ferner sind Mittel vorgesehen, um den Zylinder zu drehen und so das dem
oberen Ende des Zylinders zugeführte Material in Bewegung zu halten.
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Der Zylinder ist gegenüber seiner Drehachse vorzugsweise exzentrisch
angeordnet. Der Neigungswinkel der Zylinderachse zur Waagerechten soll mindestens
30 betragen er liegt vorzugsweise im Bereich von 400 bis 550, und er kann bis zu
700 betragen.
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Der den Zylinder über die Auslaßöffnung verlassende kontinuierliche
Materialstrom kann einer Zumeßvorrichtung zugeführt werden, z. B. der weiter oben
beschriebenen Zahnradpumpe, mittels deren die Geschwindigkeit der Zufuhr des Materials
zu einer Umschließung geregelt wird, bei der es sich insbesondere um eine Mischkammer
handelt, welche von einem Strom passiert wird, der sich aus flüssigem oder halbflüssigem
Material zusammensetzt.
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Um das Beimischen von früchten zu einem Kuchenteig zu ermöglichen,
sieht die Erfindung eine Vorrichtung vor, die einen zylindrischen Behälter umfaßt,
dessen Achse zur Waagerechten geneigt ist, und dessen offenes unteres Ende durch
eine ortsfeste I Wand mit einer Auslaßöffnung verdeckt wird, ferner Mittel, um den
zylindrischen Behälter zu drehen und die darin befindlichen Früchte derart in Bewegung
zu halten, daß ein Zusammenbacken der Früchte verhindert wird, eine Zumeßvorrichtung
zum Aufnehmen eines kontinuierlichen Stroms von Früchten aus der Auslaßöffnung und
zum Einleiten der Früchte mit einer geregelten Geschwindigkeit in eine Misohkwamer,
wobei das Entweichen des unter Druck stehenden Teiges aus der Mischksmmer verhindert
wird, und wobei
Mischkammer einen Einlaß für den Teig besitzt, eine
mit Stiften besetzte drehbare Welle zum Mischen des Teiges und der Früchte sowie
einen Auslaß für das Gemisch.
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Eine nachstehend beschriebene Ausbildungsform der Erfindung umfaßt
eine Zumeßvorrichtung in Form einer Zahnradpumpe, bei der zwei ineinandergreifende
Läufer mit konvex gekrümmten Flügeln, die in gleichmäßigen Umfangsabständen verteilt
und durch konkave Hohlräume getrennt sind, nebeneinander in einem Gehäuse angeordnet
sind, das eine Einlaßffnung oberhalb der Eingriffs zone der Läufer und eine Auslaßöffnung
unterhalb dieser Eingriffszone besitzt; die ineinandergreifenden Läufer sind so
geformt, daß sie bei allen W'inkelstellungen ineinandergreifen, und das Innere des
Gehäuses ist so ausgebildet, daß es die Außenflachen der Läufer, d.h. die von der
Eingriffszone angewandte Seite der Läufer, mit einem geringen Laufspiel umschließt.
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Bei dieser erfindungsgemäßen Vorrichtung werden die Läufer jeweils
in einer solchen Richtung gedreht, daß das über die Einlaßöffnung in das Gehäuse
eintretende teilchenförmige Material in die Hohlräume zwischen den Flügeln gelangt
und in diesen Hohlräumen zwischen den Läufern und den zugehörigen Seitenwänden des
Gehäuses herumgeführt wird, bevor es über die Auslaßöffnung abgegeben wird.
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Die Läufer, die zweckmäßig mit Neopren überzogen sind, können je
drei in gleichmäßigen Winkelabständen angeordnete Flügel tragen, deren konvexe Wölbungsabschnitte
einen kleineren Radius haben als die Hohlräume zwischen den Flügeln. Die Wölbungsabschnitte
der Flügel können eine halbzylindrische Form besitzen, und die Hohlräume zwischen
den Flügeln können jeweils einen Teil eines Zylinders bilden.
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Die läufer haben vorzugsweise eine erhebliche Länge, dah. ihre Länge
kann dem Zwei- oder Dreifachen ihres Teilkreisdurchmessers entsprechen ; in diesem
Falle sollen die Ednlaß- und Auslaßöffnungen als rechteckige Öffnungen ausgebildet
sein, die ebenso lang sind wie die Läufer, und die so angeordnet sind, daß ihre
Langseiten parallel zu den Drehachsen der Läufer verlaufen.
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Die Vorrichtung kann dazu dienen, Früchte, z. B. Korinthen oder Sultaninen
an der Einlaß öffnung aufzunehmen und sie über ihre Auslaßöffnung an einen unterhalb
der Auslaßöffnung befestigten Sumpf abzugeben, der eine Förderschnecke enthält,
mittels deren ein von einem kontinuierlich arbeitenden Mischer aus zugeführter Kuchenteig,
der unter Druck steht, längs des Sumpfes parallel zu den Läuferachsen von einem
Einlaß am einen Ende des Sumpfes zu einem Auslaß am anderen Ende gefördert wird.
Vorzugsweise mündet ein Anschluß zum Zuführen von Druckluft in dem Sumpf in unmittelbarer
Nähe des Einlasses am einen Ende des Sumpfes. Bei dieser Anordnung werden die von
der Vorrichtung abgegebenen Früchte fortschreitend in den Teig eingeleitet und damit
vermischt, während sich der Teig vom einen Ende des Sumpfes zum anderen bewegt.
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Bei einer typischen Ausbildungsform der Vorrichtung hat jeder Läufer
drei Flügel und drei Vertiefungen. Die Wölbungsabschnitte der Flügei sind von halbzylindrischer
Form und haben einen Krümmungsradius von 37 mm, und die Vertiefungen, welche Teile
eines Zylinders bilden und sich über einen Winkel von weniger als 900 erstrecken,
haben ebenfalls einen Krümmungsradius von 37 mm. Die radialen Abstände zwischen
der Achse jedes'läufers und den Basispunkten der Vertiefungen betragen 35 mm, während
die Abstände zwischen den Läuferachsen und den
äußersten Punkten
der Wölbungsabschnitte der Flügel 75 mm-betragen. Die Läufer haben eine Länge von
etwa 420 mm. Die Einlaß und Auslaßöffnungen des Gehäuses der Vorrichtung haben eine
Länge von 415 mm und eine Breite von 126 mm.
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In den meisten Bällen erstrecken sich die Flügel parallel zur Läuferachse,
doch können sie gegebenenfalls auch gleichmäßig schraubenlinienförmig gekrümmt sein.
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Während der gesamte DruckWerlust zwischen der Hochdruckzone und der
Niederdruckzone bei Luftschleusen von bekannter Konstruktion mit Abdichtungsflügeln
im Bereich von 30ffi0 liegt, ist der Druckverlust bei der beschriebenen Vorrichtung
vernachlässigbar gering und entspricht wenig mehr als dem Druckverlust infolge der
Undichtigkeiten, die auf die Laufspiele zwischen den Läufern und dem Gehäuse zurückzuführen
sind.
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Um die Früchte der Einlaß öffnung der Vorrichtung derart zuzuführen,
daß der Einlaß überflutet wird, ist ein geneigter drehbarer Zylinder oberhalb der
Einlaßöffnung angeordnet, die Mittelachse des Zylinders ist zur Senkrechten vorzugsweise
unter 450 geneigt, und der Zylinder wird mit etwa 35 U/min um seine Achse gedreht.
Das untere Ende des Zylinders ist durch eine ortsfeste Platte verdeckt, die in ihrem
unteren Teil eine Öffnung aufweist, durch welche die Früchte' aus dem Zylinder in
die Einlaßöffnung der Druckschleuse fallen können. Die Größe der Öffnung in der
Platte kann mit Hilfe eines Schiebers eingestellt werden. Die Einschaltung des geneigten
drehbaren Zylinders zwischen dem Aufgabebehälter und der Drucksohleuse ermöglicht
es, die früchte der Druckschleuse in Form eines kontinuierlichen Stroms zuzuführen,
wobei die Geschwindigkeit der Zufuhr durch Verstellen des Schiebers variiert werden
kann.
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Eine zweite Ausbildungsform der Erfindung wird im folgenden an Hand
schematischer Zeichnungen näher erläutert.
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Fig. 1 ist eine teilweise als Schnitt gezeichnete Seitenansicht einer
erfindungsgemäßen Mischvorrichtung.
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Fig. 2 zeigt in größerem Maßstabe weitere Einzelheiten der Vorrichtung
nach i'ig. 1.
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Die gezeigte Vorrichtung umfaßt einen geneigten drehbaren zylindrischen
Behälter t0, aus dem die Früchte über eine Zumeßvorrichtung 11 an eine Mischvorrichtung
12 abgegeben werden.
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Der Kuchenteig wird der Mischvorrichtung 12 unter Druck über einen
Einlaß 13 zugeführt, und das Gemisch aus Kuchenteig und Prüchten verläßt das untere
Ende der Mischvorrichtung über einen Auslaß 14.
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Bei dem Behälter 10 handelt es sich um einen an beiden Enden offenen
Zylinder, der durch einen sich diametral erstreckenden Arm 15 unterstützt wird;
der Arm 15 ist an seinen Enden mit der Innenwand des Zylinders 10 verbunden und
nahe seinem Mittelpunkt auf einem Ende einer Antriebswelle 16 angeordnet, mit der
er durch eine Mutter 17 verbunden ist. Der Zylinder 10 wird so unterstützt, daß
seine Hauptachse exzentrisch zur Achse der Welle 16 angeordnet ist, damit sich der
Zylinder beim Drehen der Welle 16 mit einer exzentrischen Bewegung dreht, durch
welche die Früchte stärker in Bewegung versetzt werden als bei einer einfachen Drehbewegung,
bei welcher die Prüchte in dem Behälter herumrollen. In Mig. 1 ist bei 10? mit gestrichelten
Linien eine der Grenzstellungen des Zylinders 10 angedeutet.
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Die Welle 16 ist in einem ortsfesten Lager 18 gelagert und wird von
einem Motor 21 aus über ein Getriebe 20 und ein Universalgelenk 19 angetrieben.
Die Welle 16 ist ebenso wie die
Achse des Zylinders 10 unter einem
Winkel von etwa 450 geneigt.
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Am oberen Ende des Zylinders 10 ist eine' ortsfeste Beschickungsrutsche
22 angeordnet, die das Einführen der Früchte in den Behälter erleichtert, Das untere
Ende des Behälters 1Q ist durch eine feststehende Platte 23 verdeckt. An der Außenseite
des unteren Randes des Zylinders ist ein flexibles Dichtungsorgan 24 befestigt'7
das auf einer Bläche der Platte 23 gleitet. Von der Platte 23 aus erstreckt sich
ein mit der Welle 16 gleichachsiger ringförmiger Flansch 25, der die Fläche umschließt,
oberhalb deren sich der Zylinder gegenüber der Platte exzentrisch dreht. Der dem
unteren Teil des unteren Zylinderendes benachbarte Teil der Platte 23 ist mit einer
Öffnung 26 versehen, deren Größe mit Hilfe eines Schiebers 27 variiert werden kann.
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Die Auslaßöffnung 26 ist gegenüber dem am tiefsten liegenden Punkt
des Zylinders unter einem Winkel versetzt, Sie ist elliptisch, so daß ihre Projektion
auf die Zuführungsfläche der Zumeßvorrichtung kreisförmig ist und die Hauptachse
der Ellipse verläuft parallel zur Linie der größten Neigung der Platte 23.
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Der Zylinder bewegt sich bei seiner exzentrischen Drehung an der inneren
Grenze seiner Bewegung bis zum Rand der Öffnung 26.
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Von der Öffnung 26 aus gelangen die Früchte, die durch die exzentrische
Drehung des Zylinders 10 in Bewegung gehalten werden und eine lockere Masse bilden,
da sie sich nicht unter ihrem Eigengewicht verdichten können, in Form eines kontinuierlichen
Stroms zu der Zumeßvorrichtung 11. Bei der in Fig. a gezeigten Zumeßvorrichtung
handelt es sich um eine Zahnradpumpe von bekannter Konstruktion, die den Gegenstand
des britischen
Patents 653 185 bildet. Diese in dem genannten britischen
Patent mit weiteren Einzelheiten teschriebene Zahnradpumpe umfaßt eine drehbare
Schnecke 30 mit einem schraubenlinienförmigen Schneckengang 31, dessen Neigung zur
Achse der Schnecke so variiert, daß er in radiale Schlitze 32 einer Scheibe 33 eingreifen
kann. Der Körper der Schnecke 30 besitzt im Längsschnitt ein konkaves Profil und
paßt sich der konvexen Umfangsfläche der Scheibe 33 an; das Gehäuse dieser Pumpe
ist so geformt, daß es die Schnecke 30 und die Scheibe 33 eng umschließt, damit
keine oder nur geringe Undichtigkeiten auftreten. Die Scheibe 33 ist frei drehbar,
eo daß die Schnecke 30 mittels einer Welle 34, auf der die Schnecke befestigt ist,
gedreht werden kann. Durch eine solche Drehbewegung kann bewirkt werden, daß die
Früchte die Pumpe mit einer geregelten Geschwindigkeit durchlaufen, die sich nach
der Drehzahl der Welle 34 richtet Hierbei werden die Früchte in getrennt ten Teilmengen
durch die Vorrichtung gefördert, wobei sich diese Teilmengen zwischen den einzelnen
Gängen des Schneckengangs 31 befinden und durch die zwischen den Schlitzen 32 liegenden
Teile der Scheibe 33 getrennt gehalten werden.
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Nach dem Passieren der Zumeßvorrichtung 11 gelangen die Früchte in
das obere Ende einer geneigten Mischkammer 35 der Mischvorriohtung 12. Die Welle
34 ragt durch die untere Wand am oberen Ende der Mischkammer 35 und ist dort von
einer Dichtung 36 umsohlossen. Die Welle 34 läuft in einem Lager 37 und wird gemäß
Fig. 1 von einem Motor 40 aus über einen Riemen 38 und ein Getriebe 39 angetrieben.
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Über den Einlaß 13 der Mischvorrichtung 12 wird belüfteter Euohenteig
unter Druck in die Mischkammer 35 eingeleitet, und zwar unmittelbar unterhalb desjenigen
Punktes, an welchem die
Früchte von der Schnecke 30 aus in die
Mischkammer gelangen.
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Der dauptkörper der Mischkammer 35 ist allgemein zylindrisch und enthält
eine mit Stiften 42 besetzte Welle 41. Wenn die die Stifte tragende Welle durch
einen Motor 43 (Fig. 1) über ein getriebe 44 angetrieben wird, bewirkt sie ein gründliches
Mischen der Früchte mit dem Teig, bevor das Gemisch die Mischkammer 35 über ihren
Auslaß 14 verläßt.
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Bei der beschriebenen Vorrichtung hat der zylindrische Behälter 10
einen Durchmesser von etwa 420 mm, und seine Exzentrizität beträgt etwa 9,5 mm,
so daß jeder Punkt des Randes bei einem Radius von etwa 210 mm eine Bewegung über
eine Strecke von etwa 19 mm ausführt. Die bevorzugte Drehzahl, bei der eine Verdichtung
der Früchte ohne Beschädigung der Früchte verhindert wird, beträgt 15 U/min, doch
kann man auch mit jeder anderen Drehzahl zwischen 10 und 50 U/min arbeiten.
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Zwar wurde im vorliegenden Falle ein Neigungswinkel des Zylinders
10 zur Waagerechten von 45° gewählt, doch kann man auch einen Neigungswinkel von
300 bis 700 und möglicherweise einen noch größeren Neigungswinkel vorsehen; der
bevorzugte Neigungswinkel liegt zwischen 400 und Es liegt auf der Hand, daß man
die beschriebene Vorrichtung auch zum Mischen anderer Materialien benutzen kann,
z. B. zum Beimischen von Früchten zu Speiseeis und Zuckererzeugnissen sowie zum
Beimischen kuümelförmigen Gummis zu einem Strom aus aufgeschäumtem Latex. Erforderlichenfalls
kann man die Drehgeschwindigkeit des Zylinders variieren und die Konstruktion der
Mischvorrichtung abändern, um sie den jeweils &u mischenden Materialien anzupassen.
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Alternativ zur exzentrischen Lagerung des drehbaren Zylinders kann
man den Zylinder um seine eigene Achse mit einer sich ständig ändernden Drehzahl
drehen, oder man kann im Inneren des Zylinders eine Rippe oder einen anderen Vorsprung
vorsehen, um die gleichmäßige strömende Bewegung des Materials längs der Innenfläche
des Zylinders zu unterbrechen.
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Die beschriebene Vorrichtung ermöglicht es, den Rauminhalt der der
Mischkammer zuzuführenden Früchte mit Hilfe der Zumeßvorrichtung zu regeln, doch
kann es in manchen Bällen erforderlich sein, die Zuführungsgeschwindigkeit der Früchte
nach ihrem Gewicht zu bestimmen. Dies kann in der Weise geschehen, daß man die Vorrichtung
auf mehreren Gewichtsmeßzellen (load cells) anordnet, damit die Verringerung des
Gewichts der in dem drehbaren Zylinder enthaltenen Früchte gemessen werden kann,
während sich der Zylinderinhalt verringert und die Früchte aus der Vorrichtung in
den Teig überführt werden. Diese Gewichtsänderung kann über eine bestimmte Zeitspanne
integriert werden, so daß man die Zuführungsgeschwindigkeit der Früchte nach dem
Gewicht ermitteln kann. Die Arbeitsgeschwindigkeit der Zumeßvorrichtung kann mit
der Hand oder automatisch geregelt werden, damit sich die gewünschte Zuführungsgeschwindigkeit
bzw. Durchsatzmenge ergibt.
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Patentansprüche: