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Vorrichtung zur Zerkleinerung und/oder Mischung von
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festen, pastösen oder flüssigen stoffen Die Erfindung betrifft eine
Vorrichtung zur Behandlung von Stoffen. Insbesondere eine Vorrichtung zur Zerkleinerung
von Feststoffpartikeln, zur Mischung von Stoffen oder für andere noch zu beschreibende
Zwecke.
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Zur Feinstzerkleinerung von Stoffen sind bereits zahlreiche Vorrichtungen
bekannt. Diese Vorrichtungen sind jedoch im allgemeinen kompliziert und teuer, und
der Feinheitsgrad der Zerkleinerung ist häufig begrenzt.
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Die Erfindung schafft bei einer Vorrichtung und Zerkleinerung oüer
anderen Behandlung von Stoffen zwei Verbesserungen, die getrennt oder gemeinsam
ausgenutzt werden können. Ein Hennzeichen der Erfindung
ist darin
zu schon, daß eine schraubenförmig ausgebildete Masse in einer Kammer rotiert. Die
Schraubenform der Masse bringt zahlreiche Vorteile mit sich. Gemäß dem anderen kennzeichen
ist die Masse auf einer flexiblen Welle, z.B. einem Drahtseil, gelagert. Hierdruch
wird ein guter Halt für die Masse erzielt und außerdem erreicht, daß sie sich unter
der Zentrifugalkraft radial bewegen und auf der Achse neigen bzw.
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schrägstellen kann. Wenn die Masse rotiert, wirkt daher eine Kombination
von Fliehkräften und gyroskopischen Kräften auf diese, um das zwischen der Masse
und der Kammerwandung befindliche Material zu zermanlen oder in anderer Weise zu
behandeln. Im allgemeinen.
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jedoch nicht notwendigerweise, werden beide Merkmale gemeinsam asugenutzt.
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Obwohl die Vorrichtungen gemäß der Erfindung vorwiegend zur Herstellung
feinstzerkleinerten Materials bestimmt sind, können sie auch zur Mischung oder Homogenisierung
von Flüssigkeiten, zur Mischung von Feststoffen bzw. Mischung von Feststoffen mit
Flüssigkeiten verwendet werden, oder man kann sie als chemische Reaktoren benutzen,
die das Material zerkleinern, um reaktive Flächen zu schaffen, die mit anderen vorhandenen
Stoffen reagieren können.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden im Zusammenhang
mit der Zeichnung erläutert, die einige Ausführungsbeispiele der Erfindung veranschaulicht.
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Es zeigt: Fig. 1 eine teilweise geschnittene schematische Draufsicht
einer
ersten Ausführungsform der Erfindung, Fig. 2 einen senkrechten Schnitt der Vorrichtung
nach Fig. 1.
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Fig. 3 einen Querschnitt einer andere Ausführungsform der Vorrichtung
nach Fig. 1 und 2 mit flexibler Aufhängung.
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Fig. 4 einen Querschnitt einer Abwandlung der Vorrichtung nach Fig.
3, Fig. 5 eine schaubildliche Ansicht einer Halterung für eine nicht schraubenförmige
rotierende Masse, Fig. 6 eine geschnittene Seilenansicht eines Teiles der Halterung
nach Fig. 5 mit den aufgesetzten Ringen Fig. = eine Ueschnittenc Draufsicht die
erkennen läßt, wie die Halterung nach Fig. 5 auf ein Drahtseil aufgeklemmt ist,
Fig. P einen Querschnitt einer weiteren Ausbildung der Außenfläche einer rotierenden
Masse, Fig. 9 einen Querschnitt eines Teiles einer weiteren abgewandelten Außenfläche
der rotierenden Masse, Fig. 10 eine schaubildliche Ansicht eines Teiles eines Einsatzes
zur Bildung der Außenfläche gemäß Fig. 9, Fig. 11 einen Querschnitt einer weiteren
Abwandlung
der Vorrichtung nach Fig. 4, Fig. 12 einen Querschnitt
einer geänderten Ausbildung der Vorrichtung nach Fig. 11 und Fig. 13 eine Draufsicht
zur Veranschaulichung einer weiteren Ausgestaltung von Kammer und rotierender Masse.
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Fig. 1 und 2 zeigen eine Vorrichtung mit einer kreisförmigen Kammer
1. Die Kammer 1 weist eine zylindrische Innenfläche 2 auf, die zu der Mittelachse
3 der Vorrichtung symmetrisch ist. An einer Nabe 4 sind zwei Paar Tragringe 5 vorgesehen,
die etwa am oberen und unteren Ende der Kammer 1 paarweise an der Nabe angebracht
sind.
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Ferner sind drei Paar Schwenkarme 6 vorhanden. Die Arme 6 jedes Armpaares
liegen mit senkrechtem Abstand einander gegenüber, und die Paare sind mit 1200 Abständen
um die Tragringe 5 verteilt. Jeder Arm 6 ist zwischen zwei Tragringe 5 eingesetzt
und wird von einem durch ausgerichtete Bohrungen in den Ringen und das innere Ende
des Schwenkarmes hindurchgeführten Stift 7 so gehalten, daß die Arme 6 um den Stift
7 freidrehbar sind.
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Die äußeren Endes jedes Schwenkarmpaares 6 lagern die Enden einer
Achse 9 einer drehbaren Masse 10. Die Masse 10 ist auf der Achse 9 durch ein nicht
gezeichnetes geeignetes Lager drehbar gehaltert. Axialbewegung der Masse 10 wird
durch Anschlagringe 11 verhindert.
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Die Schwenkarme 6 sind etwas länger als die kleinste Länge, die erforderlich
ist, damit der Außenteil der Masse 10 die Innenfläche 2 berUhren kann. Deshalb erstreckt
sich jedes Armpaar unter einem Winkel zu einem von der Mittelachse 3 durch die Stifte
7 des Armpaares 6 hindurchgezogenen Radius. Die Drehrichtung der Vorrichtung während
des Betriebes ist durch den Pfeil in Fig. 1 angegeben (Uhrzeigersinn) und vorzugsweise
sind die Arme 6 zur Drehrichtung nach hinten gewandt.
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Gemäß Fig. 1 und 2 ist die Masse 10 als zylindrische Schraubenwendel
aus beliebigem sehr haltbarem Material, z B. gehärtetem Stahl, ausgebildet. Die
Schraubenwindungen liegen eng aneinander (Fig. 2).
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Wenn die Nabe 4 durch nicht gezeichnete Mittel in Drehung versetzt
wird, drehen sich die Tragringe 5, die Arme 6 und die Massen 10 als Einheit um die
Mittelachse 3. Die Zentrifugalkraft versucht die Arme 6 gerade-zu-richten und preßt
die Massen 10 gegen die Innenfläche 2 der Kammer 1. Da jede Masse 10 um ihre eigene
Achse freidrehbar ist, wälzt sich außerdem Jede Masse 10 während der Rotation um
ihre eigene Achse auf der Innenfläche der Kammer ab. Jede Masse 10 drückt aufgrund
der Zentrifugalkraft gegen die Fläche 2 an, wobei die Preßkraft von dem Gewicht
der Masse und der Rotat.ionsgeschwindigkeit der Anordnung abhängt. Dieser Druck
kann zum Zerkeinern und Zermahlen von Feststoffpartikeln zu sehr feinem Pulver verwendet
werden, oder er kann wie erwähnt zur Mischung von Stoffen oder Homogenisierung von
Flüssigkeiten
bzw. für andere erforderliche Gutbehandlungen ausgenutzt
werden. Das zu bearbeitende Gut kann auf herkömmliche Weise in die Kammer 1 eingebracht
und das Endprodukt entsprechend aus der Kammer herausgebracht werden.
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Wenn die Masse 10 eine enggewundene Schraubenspule (Fig. 1 und 2)
ist, kann jede Windung im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt haben, so daß Jede
Windung in jeder gegebenen Stellung die Innenfläche 2 der Kammer bertihrt. Wegen
der flexiblen Natur des Schraubenwindungskörpers können einige Windungen durch das
Mahlgut von der Innenfläche 2 a>çhoben sein, ohne daß die anderen Windungen sich
ebenfalls von der Innenfläche entfernen. Da außerdem jede Windung des Schraubenwickelkörpers
mit allen anderen Windungen verbunden ist, wird bei Auftreffen jeder einzelnen Berührungsstelle
auf einen zu zerkleinernden Partikel auf einen zerkeinerten Partikel ein Druck ausgibt,
der größer ist als die Kraft, die von der Masse einer einzigen Windung ausgeübt
werden könnte. Es ergibt sich eine Kraft, die von den Umfangswindungen des Schraubenwicklungskörpers
aufgebracht wird.
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Die Anordnung des Schraubenwicklungskörpers kann so getroffen sein,
daß die progressiven Berührungsstellen sich während der Abwälzbewegung der Masse
fortschreitend in Richtung des Partikelstromes bewegen, wodurch die Bewegung des
Gutes vom Einlaß zum Auslaß der Kammer bei ihrem Durchgang durch dieselbe unterstützt
wird. Alternativ kann der Schraubenkörper so angeordnet sein, daß bei seiner Abrollbewegung
seine
Windungen den Fortschritt des Gutes vom Einlaß zum Auslaß
verzögern, so daß das Gut der Behandlung durch die Mahlkörper länger ausgesetzt
ist und eine feinere Zerkleinerung bzw. bessere Vermischung erhalten wird.
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Obwohl in den Fig. 1 und 2 drei Massen 10 dargestellt sind, kann auch
nur eine einzige Masse 10 benutzt werden, obwohl in diesem Fall ein Gegengewicht
vorgesehen werden muß, das das durch die weggelassenen Massen 10 beeinträchtigte
Gleichgewicht wieder herstellt.
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Die zweite durch die Erfindung erzielte wesentliche Verbesserung ist
in Fig. 3 gezeigt. Diese Fig. zeigt eine andere Anordnung zur Lagerung jeder Masse
10, wobei ebenfalls eine schraubenförmig gewickelte Masse vorhanden ist, die jedoch
auch andere Formen aufweisen kann.
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Gemaß Fig. 3 sind die Schwenkarme 6 durch starre Arme 21 ersetzt,
die von einer Nabe entsprechend der Nabe 4 in Fig. 1 radial ausgehen. Die Masse
10 wird auf den Armen 21 von zwei konischen Teilen 22, 23 getragen, die jeweils
auf einer flexiblen Achse 24 angeordnet sind, die in den Enden der Arme 21 drehbar
gelagert sind. Die konischen Teile 22, 23 werden von einem mittleren Bund 25 in
Stellung gehalten, der auf die Mitte der Achse 24 aufgeklemmt ist sowie von der
Druckkraft von Federn 26 und 27, die die konischen Teile 22, 23 gegeneinanderdrücken.
Die Achse 24 ist in Lagern 28, 29 in den Enden der Arme 21 drehbar gelagert.
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Die Achse 24 ist eine dünne Stange aus Federstahl oder anderem flexiblem
Material, die es zuläßt, daß die Masse 10 sich etwas auf ihrer Rotationsachse neigen
kann.
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Die Arme 21 sind so bemessen, daß die Masse normalerweise mit mäßigem
Druck gegen die Mahlfläche 2 der Zerkleinerungskammer 1 anliegt.
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Wenn die Arme 21 der Anordnung nach Fig. 3 gedreht werden, drehen
sich auch die Massen 10 um die Mittelnabe der Vorrichtung und außerdem rotiert jede
Masse 10 um ihre eigene Achse. Wenn jedoch ein zu zerkleinernder Gut partikel zwischen
ein Ende der Masse 10 und die Fläche 2 gerät, so verursacht dieser eine gewisse
Schrägstellung der Masse 10. Die Schrägstellung der rasch rotierenden Masse um ihre
eigene Achse erzeugt eine gyroskopische Rückstellkraft, die die Massenachse in ihre
Grundstellung zurückführen will, wodurch eine zustzliche Zerkleinerungskraft auf
den Gut part ikel ausgeübt wird.
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Anstatt einer flexiblen Stange oder Welle (Fig. 3) kann als Achse
24 ein Drahtseil verwendet werden.
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Eine solche Anordnung ist in Fig. 4 gezeigt, die der Vorrichtung nach
Fig. 3 im wesentlichen ähnelt, bei der jedoch jede Masse 10 auf einem Drahtseil
30 montiert ist, das als Achse für die Masse 10 dient. Das Seil 30 ist an jedem
Ende in Lager 32 eingeklemmt, die ihrerseits an den äußeren Enden der Arme 21 gelagert
sind. Zur Sicherung des Drahtseiles in den Lagern können beliebige Mittel, z.B.
halbkreisförmige Keile 34, verwendet werden, die durch Stellschrauben 36 gehalten
sind.
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Die Masse 10 ist auf der Seilachse 30 wie folgt angebracht, Es ist
ein sanduhrförmiger Träger 38, der den beiden konischen Teilen 22, 23 ähnelt, vorgesehen,
welcher mit seiner Mitte 40 an die Mitte des Seiles 30 angeschweißt oder durch nicht
gezeichnete Mittel an dieser festgeklemmt ist. Der Durchmesser des Trägers 38 ist
an den Enden kleiner als der Innendurchmesser des Schraubenwickelkörpers 39, damit
der Wickelkörper 39 auf den Träger 38 aufschiebbar ist. Von dem Träger 38 gehen
senkrechte Zapfen 42 aus, die durch Öffnungen in Haltekappen 44 hindurchragen, die
die Masse 10 auf dem Träger in Stellung halten. Muttern 46 sichern die Kappen 44
auf den Zapfen 42. Die Kappen 44 weisen Durchbrechungen 47 auf, durch die das Drahtseil
30 hindurchgeführt ist.
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Das Drahtseil 30 zeigt im Vergleich zu der flexiblen Stange gemäß
Fig. 3 eine erheblich bessere Flexibilität. Es ermöglicht, daß die Masen 10 so angebracht
werden, daß sie in Ruhe die Innenfläche 2 der Kammer 1 nur geringfügig berühren
oder etwas nach innen von der Fläche 2 abgehoben sind. Wnn die Arme 21 gedreht werden,
reicht die Flexibilität und Rückstellfähigkeit des DraHzeiles 30 aus, um ein Auswärtsbewegen
der Massen 10 gegen die Innenfläche 2 zuzulassen. Gewünschtenfalls kann in dem Drahtseil
ein geringfügiger Durchhang belassen werden, damit eine ausreichende Radialbewegung
der Masse 10 gewährleistet ist. Die zusätzliche Flexibilität des Drahtseiles erlaubt
außerdem eine vergrößerte Neigbarkeit der Mahlkörper 10 auf ihren Rotationsachsen.
Hierdurch wird die Zerkleinerung größerer Partikel möglich, es werden die gyroskopischen
Kräfte
vergrößert und die Genauigkeit der erforderlichen Toleranzen wird herabgesetzt.
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Anstatt der festen Arme 21 kann für die Schwenkarme 6 eine flexible
Achslagerung wie bei der Achse 24 oder dem Drahtseil 30 verwendet werden.
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Die Masse 10 ist als Schraubenwicklungskörper dargestellt, jedoch
können auch andere Formen verwendet werden. Als Beispiel einer Alternative für die
Masse 10 gilt die Darstellung der Fig. 5 bis 7. Fig. 5 zeigt einen Rahmen 50 mit
oberen und unteren Ringen 52, 54, die durch drei Längsstreben 56 miteinander verbunden
sind. An jeder Strebe 56 befindet sich eine nach innen gerichtete im wesentlichen
U-förmige Versteifung 58, bei der die Innenfläche des geraden Mittelteiles 60 zur
Anpassung an die Außenfläche des Seiles 30 konkav gestaltet ist. Die geraden Mittelteile
60 bilden gemeinsam einen pasenden buchsenartigen Durchlaß 62 (Fig. 7) für das Drahtseil
30. Fin von einer Schraube 65 betätigter Spannring 64 drückt die geraden Mittelteile
60 dicht gegen das Drahtseil, um den Rahmen 50 mit diesem fest zu verbinden, Die
Außenfläche des Mahlkörpers besteht aus aufeinandergestapelten Ringen 66 (Fig. 6).
Die Ringe 66 werden von den Streben 56 in ihrer richtigen Stellung gehalten und
durch Endscheiben 68 daran gehindert, oben oder unten von dem Rahmen 50 abzurutschen,
Die Endscheiben 68 mit einer Zentralöffnung 70 flir das Drahtseil sind auf von den
Ringen 52, 54 abgehende Zapfen 72 aufgesteckt und durch Muttern 74 gesichert.
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Rr Rahmen kann im übrigen auch mit einer Schraubenwicklung oder anderen
Formen des Zerkleinerungskörpers ausgestattet sein.
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Eine weitere Ausbildungsform des Mahlkörpers ist in Fig. 8 mit Positionsziffer
76 bezeichnet. Der Mahlkörper 76 ist als einteilige Hillse ausgebildet, deren Außenfläche
abwechselnd Rippen 78 und Nuten 80 aufweist. Die Rippen und Nuten 78, 80 können
im Querschnitt sinusförmig verlaufen, oder es können in Anpassung an den Verwendungszweck
andere geeignete Konturen gewählt werden. Die Hülse 76 kann mit dem Rahmen 50 gemäß
Fig. 5 verwendet werden oder auf einem anderen geeigneten Träger angebracht sein.
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Ein Teil einer weiteren Abwandlung der Zerkleinerungsflache der Masse
ist in Fig 9 dargestellt. Diese Fig.
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zeigt drei Windungen einer schraubenförmig gewickelten Spule 82. Die
Wicklungen des Körpers sind im Abstand zueinander gehalten, so daß zwischen sie
eine Einlage 8 eingesetzt werden kann. Die Einlage 84 besteht aus spezialgehärtetem
Material, z.B. gehärtetem Stahl, und hat einen im wesentlichen T-förmigen Querschnitt.
Die Seiten des T-Schenkels und die Unterseite des Querteiles des T sind bei 86 abgerundet,
damit sie die Windungen der Spule 82 passend aufnehmen können. Die Außenfläche des
Querteiles ist mit einer leicht auswärts gebogenen Mahl fläche 88 versehen. Die
Einlage 84 kann als einstückige Leiste ausgebildet sein, oder sie kann aus kurzen
Abschnitten (Fig. 10) bestehen, so daß bei Verschleiß einzelner Abschnitte diese
ausgetauscht werden können, ohne daß man die gesamte Einlage wechseln
muß.
Die Außenfläche 88 der Einlage kann in Abhängigkeit von dem Anwendungszweck der
Vorrichtung jede geeignet erscheinende Profilierung aufweisen.
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Die Masse 10 kann auf ihrer eigenen Achse drehbar angeordnet sein
und die Achsen können relativ zu ihren Tragarmen feststehen. Eine solche Anordnung
ist in Fig, 11 gezeigt, die bis auf diese änderung der Vorrichtung nach Fig. 4 entspricht.
In Fig. 11 ist der innere Laufring 90 eines Lagers 92 mit der Mitte des Drahtseiles
30 verschweißt oder in anderer Weise an dieser befestigt. Der äußere Laufring 94
des Lagers 92 ist mit dem Träger oder Rahmen 40abeispielsweise durch Bolzen verbunden.
Der Träger oder Rahmen 4 kann nun frei auf dem Drahtseil rotieren und das Drahtseil
30 ist daher einfach in die Enden der Arme 21 eingeklemmt oder in anderer geeigneter
Weise mit diesen verbunden.
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Fig. 12 zeigt einen Mahlkörper 10, der als schraubenförmig gewundene
Spule mit konvexer Außenfläche 90 gestaltet ist. Die Innenfläche der Kammer 1 ist
bei 92 konkav, wobei ihre axiale KrSimmung derjenigen des Mahlkörpers 10 entspricht.
In Abhängigkeit von dem Anwendungszweck können auch andere nicht lineare Gestaltungen
verwendet werden. Normalerweise hat die Masse 10 die Form eines Rotationskörpers,
bei dem jeder unter rechten Winkeln zur Achse angelegte Querschnitt ein Kreis ist;
gewünschtenfalls kann sie jedoch auch eine andere Gestalt aufweisen, solange die
Kammer 1 eine entsprechend angepaßte Innenfläche besitzt, so daß eine ständige Drehberührung
zwischen der Masse 10
und der Innenfläche der Kammer herrscht.
Ein Beispiel einer solchen Anordnung ist in Fig. 13 gezeigt. Hierbei hat die Kammer
1 eine polygonale Innenfläche 100 mit Facetten 102. Die Massen 10 sind mit Flächen
104 versehen, die in Umfangsrichtung mit den Facetten 102 zusammenpassen.
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Außerdem kann die Innenfläche der Kammer 1 etwas elliptisch gestaltet
sein, vorzugsweise mit einem ausreichenden Spielraum zur Radialbewegung der Massen
10, so daß sie bei ihrer Drehung mit den Innenflächen der Kammer in Berührung bleiben.
Diese Anordnung führt zu Schwingkräften, die im allgemeinen unerwünscht sind, die
jedoch eine Zerkleinerungs-oder Mischkraft aufbringen, die sich um den Kammerumfang
verändert, und die an den langen Enden der Ellipse auf Null abfallen kann. Dies
mag für besondere Anwendungszwecke wünschenswert sein.
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Obwohl es bei Lagerung der Massen 10 auf einer flexiblen Achse vorteilhaft
ist, die Massen mit der Mitte der Achse klemmend zu verbinden, kann die Masse trotzdem
mit Klammern, z.B. auf den Endkappen 47 versehen sein. Die Endkappen 47 werden in
diesem Falle auf die Achse geklemmt. Diese Anordnung ist jedoch weniger zweckm0ßig,
weil sie die Kippbewegungen der Masse 10 einschränkt und behindert.
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Ein Mahlkörper mit schraubenförmig gestalteter Außenfläche kann bei
einer Anbringung verwendet werden, die keine Radialbewegung des Körpers zuläßt (obwohl
dies nicht bevorzugt ist), oder es kann eine solche Masse
mit verschiedenen
Anbringungsarten verwendet werden, bei denen Radialbewegungen möglich sind. Beispielsweise
kann ein derartiger Mahlkörper auf Gleitführungen gelagert sein, die eine Bewegung
nur mit einer Radialkomponente vermitteln, oder er kann in Lagern bzw. auf einer
Welle gelagert sein, deren Toleranz oder Lockerheit zur Ermöglichung des erforderlichen
Maßes an Radialbewegung ausreicht.