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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Trockeneispellets gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Trockeneispellets werden in unterschiedlichen Anwendungen zu Kühlzwecken eingesetzt. Beispiele hierfür sind die Verwendung von Trockeneispellets im Lebensmittelbereich, aber auch in der Medizintechnik. Weiterhin werden derartige Trockeneispellets auch zum Reinigen in Form von Trockeneis-Strahlen unterschiedlicher Geräte eingesetzt.
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Derartige Trockeneispellets werden generell aus flüssigem Kohlendioxid (CO2) hergestellt. Die hierzu eingesetzten Vorrichtungen weisen generell eine Presseinheit mit einer Extruder Matrize und einem Press Stempel auf. Mit einer Zuleitung wird flüssiges, tiefkaltes Kohlendioxid (CO2) in eine durch die Extruder Matrize und den Press-Stempel begrenzte Presskammer der Presseinheit eingeleitet. Bei Einleiten des flüssigen Kohlendioxids (CO2) in die Presskammer expandiert ein Teil dieses flüssigen Kohlendioxids (CO2) und wird dadurch schlagartig in aus Festkörperpartikeln bestehenden Trockeneisschnee gewandelt. Durch Anpressen des Press-Stempels wird dann dieser Trockeneisschnee zu Trockeneispellet extrudiert. Dann wird das so gebildete Trockeneispellet aus der Presseinheit ausgeworfen und der genannte Vorgang zur Bildung eines neuen Trockeneispellets wiederholt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, welche eine erhöhte Funktionalität aufweist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Trockeneispellets mit zwei gegenläufig rotierenden Rotationskörpern. Jeder Rotationskörper weist eine bezüglich einer Drehachse rotationssymetrische, einen Hohlraum umschließende Pressanordnung mit einer Anordnung von Pressmitteln und in den Hohlraum einmündenden Bohrungen auf. Dem Rotationskörper wird Trockeneisschnee zugeführt. In einem Pressbereich sind die Pressmittel beider Rotationskörper in Eingriff, so dass dieser Trockeneisschnee verdichtet und durch Bohrungen der Rotationskörper abwechselnd gepresst wird, wodurch Trockeneispellets gebildet werden.
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Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird eine kontinuierliche Produktion von Trockeneispellets ermöglicht. Damit ist die Funktionalität gegenüber bekannter Vorrichtungen, mit denen lediglich in diskreten Zeitintervallen, getrennt durch relativ lange Totzeiten, Trockeneisschnee produziert werden kann, deutlich erhöht.
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Die Produktion mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist damit gegenüber bekannten Vorrichtungen wesentlich erhöht. Insbesondere ist vorteilhaft, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung Trockeneispellets verarbeitenden Einheiten, wie z. B. Reinigungsanlagen, die mit Trockeneispellets Abreinigungsstrahlen zur Abreinigung generieren oder Anlagen zur Entgratung von Bauteilen direkt vorgeordnet sein kann, um so einen kontinuierlichen Bearbeitungsprozess bei reproduzierbarer, gleichbleibender Qualität der Trockeneispellets zu gewährleisten.
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Die kontinuierliche Erzeugung von Trockeneispellets wird bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf überraschend einfache Weise dadurch realisiert, dass zwei gegenläufigrotierende Rotationskörper eingesetzt werden. Jeder Rotationskörper weist einen Hohlraum auf. Die Pressanordnung mit einer sich in Umfangsrichtung der Rotationskörpererstreckenden, vorzugsweise alternierenden Anordnung von Pressmitteln und in den Hohlraum einmündenden Bohrungen, bildet dabei die wesentlichen Mittel zur Erzeugung von Trockeneispellets aus Trockeneisschnee, welcher der Pressanordnung der Rotationskörper zugeführt wird. Die Funktionsweise ist dabei derart, dass im Pressbereich die Pressmittel den Trockeneisschnee verpressen und durch die Bohrungen drücken, wodurch die Trockeneispellets generiert werden. Durch die kontinuierliche gegenläufige Drehung der Rotationskörper gelangen fortlaufend neue Pressmittel und zugeordnete Bohrungen in den Pressbereich. Dadurch werden Stauungen bei der Produktion der Trockeneispellets vermieden, so dass entsprechend der Drehzahl der Rotationskörper die Trockeneispellets mit einer vorgegebenen Produktionsgeschwindigkeit produziert werden können.
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Die zur Produktion der Trockeneispellets eingesetzten Rotationskörper weisen vorteilhaft einen identischen und auch spiegelsymetrischen Aufbau auf. Damit lässt sich besonders einfach ein symetrischer, während der Drehung der Rotationskörper konstant bleibender Pressbereich realisieren, wodurch eine reproduzierbare Produktion von Trockeneispellets mit gleichbleibender Qualität realisiert wird.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Rotationskörper jeweils in Form einer Hohlwelle ausgebildet, wobei jede Hohlwelle eine sich in Umfangsrichtung entsprechende Außenverzahnung aufweist, wobei die Zähne der Außenverzahnung die Pressmittel bilden. Dabei bildet die Außenverzahnung ein Zahnrad aus.
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Vorteilhaft ist zwischen zwei benachbarten Zähnen der Außenverzahnung einer Hohlwelle eine Anordnung von Bohrungen vorgesehen.
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Dabei bilden die Bohrungen zwischen zwei Zähnen einer Linearanordnung, die parallel zu den Längsachsen der Zähne verläuft, wobei die Längsachsen der Zähne in axialer Richtung der jeweiligen Hohlwelle verlaufen.
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Die Verpressung von Trockeneisschnee zu Trockeneispellets erfolgt derart, dass im Pressbereich Zähne beider Hohlwellen in Eingriff miteinander sind.
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Die so ausgebildeten Rotationskörper und insbesondere deren Pressanordnung weisen damit einen kompakten und robusten Aufbau auf.
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Prinzipiell kann eine gegenläufige Rotation der Rotationskörper der erfindungsgemäßen Vorrichtung dadurch generiert werden, dass jeder Rotationskörper mit einem separaten elektrischen Antrieb angetrieben ist. Voraussetzung hierfür ist eine exakte Synchronisierung beider elektrischer Antriebe. Besonders geeignet sind hierfür Servoantriebe.
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Gemäß einer konstruktiv besonders einfachen Ausgestaltung ist ein Rotationskörper mittels eines elektrischen Antriebs angetrieben und versetzt durch mechanische Mitnahmemittel den zweiten Rotationskörper in eine hierzu gegenläufige Drehbewegung. Vorteilhaft ist der elektrische Antrieb ein Getriebemotor.
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Dabei sind vorteilhaft die mechanischen Mitnahmemittel von auf den Rotationskörpern angeordneten, in Eingriff miteinander stehenden Zahnrädern gebildet.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Pressanordnung jeder Rotationskörper ein Mittel zur Generierung von Trockeneisschnee zugeordnet.
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Dabei weisen die identisch ausgebildeten Mittel zur Generierung von Trockeneisschnee jeweils eine oder mehrere Zuleitungen von unter Überdruck stehendem Kohlendioxid (CO2) auf, wobei am Ausgang der Zuleitung Entspannungsmittel (Düsen) vorgesehen, mittels derer das Kohlendioxid (CO2) auf Atmosphärendruck entspannt, wodurch Trockeneisschnee generiert wird. Zweckmäßig weisen die Entspannungsmittel ein Ventil (Düse) auf. Die Ventile (Düsen) werden / können dabei von einer Steuerung gesteuert werden.
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Durch die so gebildeten Entspannungsmittel kann mit dem über die Zuleitung geförderten Kohlendioxid (CO2) auf konstruktiv einfache Weise und in einem kontinuierlichen Prozess Trockeneisschnee erzeugt werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Dimensionierung liegt in der Zuleitung das Kohlendioxid (CO2) bei einem Druck zwischen 15 und 20 bar und einer Temperatur im Bereich zwischen -20°C und -25°C vor. Das am Ausgang der Zuleitung entspannte Kohlendioxid (CO2) liegt bei einem Druck von 1 bar Atmosphärendruck und einer Entspannungs- Temperatur von -78°C als Trockeneisschnee vor.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Pressanordnungen der Rotationskörper in einem Gehäuse integriert, in welcher der Trockeneisschnee direkt eingeleitet wird.
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Durch die Kapselung der Pressanordnungen der Rotationskörper im Gehäuse wird erreicht, dass der generierte Trockeneisschnee vollständig im Bereich der Pressanordnung verbleibt und damit effizient für die Produktion der Trockeneispellets genutzt werden kann. Hierzu münden vorteilhaft die Zuleitungen mit den von Ventilen (Düsen) gebildeten Entspannungsmittel in das Gehäuse ein, so dass der generierte Trockeneisschnee in den Innenraum des Gehäuses direkt eingespritzt wird.
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Vorteilhaft ist eine Entgasungsvorrichtung vorgesehen, mittels derer bei der Generierung von Trockeneisschnee generiertes gasförmiges Kohlendioxid (CO2) aus dem Gehäuse abgeführt und den erzeugten Trockeneisschnee dabei zurück hält.
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Damit kann bei der Generierung des Trockeneisschnees unvermeidlich entsprechendes gasförmiges Kohlendioxid (CO2) aus dem Gehäuse ausgeführt werden und behindert somit die Produktion der Trockeneispellets nicht.
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Zweckmäßig weist die Entgasungsvorrichtung ein Abgassieb auf, über welches gasförmiges Kohlendioxid (CO2) sicher aus dem Gehäuse ausleitbar ist.
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Da das Abgassieb im Laufe der Zeit mit Trockeneisschnee verstopft, ist eine Abreinigungseinheit zur Reinigung des Abgassiebes vorgesehen.
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Mit dieser Abreinigungseinheit wird das Abgassieb in vorgesehenen diskreten Zeitintervallen abgereinigt.
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Die mit der Pressanordnung der Rotationskörper erzeugten Trockeneispellets werden in den Hohlräumen der Rotationskörper zunächst gesammelt und dann aus diesen ausgeführt. Durch das Durchpressen von Trockeneisschnee durch die Bohrungen der Pressanordnung werden stabförmige Trockeneispellets erzeugt, deren Durchmesser den Durchmessern der Bohrungen entsprechen. Jedoch können die Längen der Trockeneispellets stark variieren.
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Deshalb ist vorteilhaft, dass jedem Hohlraum eines Rotationskörpers ein Räumelement zugeordnet ist, mittels derer Trockeneispellet in einer vorgegebenen Größenzuleitung erzeugt werden.
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Die Räumelemente sind vorteilhaft rein mechanische Elemente, mit denen eine reproduzierbare Zerkleinerung der Trockeneispellets erfolgt.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
- 1: Perspektivische Darstellung eines Ausschnitts der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erzeugung von Trockeneispellets.
- 2: Draufsicht auf die Frontseite der Vorrichtung gemäß 1.
- 3: Einzeldarstellung von zwei Rotationskörper mit Pressanordnung für die Vorrichtung gemäß 1.
- 4: Vergrößerte Detaildarstellung der Anordnung gemäß 4.
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Die 1 bis 4 zeigen ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Erzeugung von Trockeneispellets 2.
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Wie die 1 und 2 zeigen, umfasst die Vorrichtung 1 ein Gehäuse 3, an deren Oberseite bis zu sechs Zuleitungen 4 vorgesehen sind, über welche von einem Vorratsbehälter befindliches Kohlendioxid (CO2) unter hohem Überdruck in das Gehäuse 3 eingeleitet wird. Das Kohlendioxid (CO2) liegt dort bei einem Druck zwischen 15 und 20 bar und einer Temperatur von -20°C bis -25°C vor. Im Bereich der Einmündung in das Gehäuse 3 ist an jeder Zuleitung 4 als Entspannungsmittel ein von einer nicht dargestellten Steuerung gesteuertes Ventil (Düse) 5 vorgesehen. Mit diesem Ventil 5 wird das Kohlendioxid (CO2) entspannt und somit auf einen Atmosphärendruck von 1 bar reduziert. Dadurch kühlt das Kohlendioxid (CO2) auf -78°C ab und es entsteht Trockeneisschnee.
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Bei der Generierung des Trockeneisschnee entstehendes gasförmiges Kohlendioxid wird zur Vermeidung eines Überdrucks ein Gehäuse 3 über eine Entgasungsvorrichtung ausgeführt. Diese Entgasungsvorrichtung umfasst bis zu sechs, auf der Oberseite des Gehäuses 3 angeordnete Abgassiebe 6.
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Im Laufe der Zeit lagert sich am Abgassieb 6 Trockeneisschnee an, so dass das Abgassieb 6 verstopfen kann. Um das zu vermindern ist dem Abgassieb 6 eine Abreinigungseinheit 7 zugeordnet. Diese besteht im Wesentlichen aus einer Druckgasimpulseinheit, die mittels einer Spule mit Magnetventil aktivierbar und deaktivierbar ist. Über die Steuerung wird damit das Abgassieb 6 in vorgegebenen Zeitintervallen abgereinigt.
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Erfindungsgemäß erfolgt mit der Vorrichtung 1 eine kontinuierliche Herstellung von Trockeneispellets 2, wobei hierzu der im Gehäuse 3 erzeugte Trockeneisschnee verwendet wird.
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Die wesentlichen Elemente zur Erzeugung der Trockeneispellets 2 sind in den 3 und 4 dargestellt. Die in 3 dargestellte Anordnung umfasst zwei Rotationskörper 8a, 8b, die in Form von Hohlwellen 12 ausgebildet sind. Die Längsachsen der Rotationskörper 8a, 8b verlaufen parallel in Abstand zueinander. Die Rotationskörper 8a, 8b werden dadurch auf konstantem Abstand gehalten, dass diese in Aussparungen 9a einer rahmenförmigen Halterung 9 gelagert ist. Diese Halterung 9 besteht aus einer Messeinheit und kann somit auf die Rotationskörper 8a, 8b wirkende Kräfte aufnehmen. Die Halterung 9 kann bevorzugt Bestandteil der Rückwand des Gehäuses 3 sein.
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Wie aus 3 ersichtlich, wird der erste Rotationskörper 8a von einem elektrischen Antrieb angetrieben, der im vorliegenden Fall als Getriebemotor 10, d. h. einem Elektromotor mit zugeordneten Getriebe gebildet ist.
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Durch den Getriebemotor 10 wird der erste Rotationskörper 8a in eine Drehbewegung versetzt, wobei sich der erste Rotationskörper 8a in einer vorgegebenen Drehrichtung um deren Längsachse dreht. Der zweite Rotationskörper 8b, der selbst nicht von einem Antrieb angetrieben ist, wird durch mechanische Mitnahmemittel in hierzu gegenläufiger Drehbewegung versetzt. Als Mitnahmemittel sind auf dem ersten Rotationskörper 8a zwei Zahnräder 11a und auf dem zweiten Rotationskörper 8b zwei Zahnräder 11b vorgesehen. Dabei greift jeweils ein Zahnrad 11a des ersten Rotationskörpers 8a in ein Zahnrad 11b des zweiten Rotationskörpers 8b.
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Am vorderen freien Ende jedes Rotationskörpers 8a, 8b befindet sich eine in Umfangsrichtung des Rotationskörpers 8a, 8b umlaufende, den Hohlraum der Hohlwelle 12 umschließende Pressanordnung 13.
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Die Pressanordnung 13 umfasst eine Außenverzahnung mit einer periodischen Anordnung von identisch ausgebildeten Zähnen 14, die von der äußeren Mantelfläche des Rotationskörpers 8a, 8b sich über dessen gesamten Umfang erstreckt.
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Wie 4 zeigt, wird die Pressanordnung 13 komplettiert durch Anordnungen von Bohrungen 15, wobei jeweils zwischen zwei Zähnen 14 eine Linearanordnung von identischen Bohrungen 15 vorgesehen ist. Die Bohrungen 15 dieser Linearanordnung verlaufen längs einer Geraden, die parallel zu den Längsachsen der Zähne 14 verlaufen.
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Die Pressanordnungen 13, die identisch ausgebildet wird, bilden jeweils eine zahnradförmige Struktur aus. Wie die 3 und 4 stehen die Pressanordnungen 13 innerhalb eines Bereichs im Eingriff miteinander, in welchem die Zähne 14 bei der Pressanordnung 13 ineinander greifen.
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Die Pressanordnungen13 der beiden Rotationskörper 8a, 8b sind im Innenraum des Gehäuses 3 gelagert. Der Bereich, in welchem die Zähne 14 der Pressanordnungen 13 ineinandergreifen, bildet einen Pressbereich, in welchen der generierte und in das Gehäuse 3 eingeleitete Trockeneisschnee zu Trockeneispellets 2 verpresst wird. Der Trockeneisschnee liegt am äußeren Umfang der Pressanordnung 13 an. Durch die ineinandergreifenden Zähne 14 der Pressanordnung 13 im Pressbereich wird der Trockeneisschnee verdichtet und dann durch den Anpressdruck der Zähne 14 durch die Bohrungen 15 gepresst. Dadurch werden Trockeneispellets 2 gebildet, die im Hohlraum jedes Rotationskörpers 8a, 8b vorliegen, wie z. B. 2 zeigt. Die Trockeneispellets 2 bilden dabei stabförmige Körper, deren Durchmesser dem Durchmesser der Bohrungen 15 entspricht. Jedoch können die Längen der Trockeneispellets 2 stark variieren.
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Um Trockeneispellets 2 mit einer definierten, engen Größenverteilung zu erzeugen, wird an den Ausmündungen der Hohlräume der Rotationskörper 8a, 8b an der Außenwand des Gehäuses 3 Räumelemente 16 vorgesehen. Die Räumelemente 16 bilden platten- oder stabförmige mechanische Elemente zum Zerkleinern der Trockeneispellets 2.
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Die so zerkleinerten Trockeneispellets 2 werden aus dem Gehäuse 3 ausgeführt und können unmittelbar einer weiteren Anlage zugeführt werden, in welcher mit den Trockeneispellets weitere Arbeitsvorgänge durchgeführt werden. Beispielsweise kann die Anlage aus den Trockeneispellets 2 Reinigungsstrahlen zum Reinigen von Bauteilen generieren. Generell können derartige Trockeneis Strahl Anwendungen auch zur Entgratung von Bauteilen genutzt werden. Weitere Möglichkeiten der Weiterverarbeitung von Trockeneispellets 2, sind die Herstellung von Trockeneisscheiben oder Blöcken aus vorgefertigten Pellets, welche in weiteren Schritten zu Scheiben oder Blöcke gepresst werden können. Diese werden überwiegend für allgemeine Transportkühlungen eingesetzt.
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Bezugszeichenliste
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- (1)
- Vorrichtung
- (2)
- Trockeneispellets
- (3)
- Gehäuse
- (4)
- Zuleitung
- (5)
- Ventil
- (6)
- Abgassieb
- (7)
- Abreinigungseinheit
- (8a, b)
- Rotationskörper
- (9)
- Halterung
- (9a)
- Aussparung
- (10)
- Getriebemotor
- (11a, b)
- Zahnrad
- (12)
- Hohlwelle
- (13)
- Pressanordnung
- (14)
- Zähne
- (15)
- Bohrung
- (16)
- Räumelement
