DE2639081A1

DE2639081A1 - Kollergang fuer feinmischungen

Info

Publication number: DE2639081A1
Application number: DE19762639081
Authority: DE
Inventors: Makoto Jotoku Oshima
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-09-04
Filing date: 1976-08-31
Publication date: 1977-03-17
Also published as: JPS5344127Y2; FR2322656A1; JPS5235568U

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Kollergang, insbesondere auf eine Verbesserung des Mischeffektes eines Kollergangs, um Mahlgut gleichzeitig zu zermahlen und zu mischen.

Ein konventioneller Kollergang besteht gewöhnlich aus einer ringförmigen Schale mit flachem Boden, einer zentralen, vertikalen Antriebswelle und Zwillingsläufern drehbar angebracht an beiden Enden einer horizontalen Welle, deren Zentrum mit der Antriebswelle verbunden ist. In der Schale werden die Läufer um die zentrale, vertikale Antriebswelle gedreht und rotieren hierbei an der horizontalen Welle. Durch ihren Lauf in der Schale zermahlen die Läufer das Mahlgut und mischen dieses gleichzeitig.

Der Mischeffekt eines solchen Kollergangs hängt hauptsächlich von der Zentrifugalkraft der Läufer ab. Durch die Drehung der Läufer um die zentrale Antriebswelle wird eine Zentrifugalkraft ausgehend von der Achse der zentralen Antriebswelle erzeugt, durch die das Mahlgut exzentrisch von der Innenkante der Läufer gegen den äußeren Umfang der Schale bewegt wird. Außerdem sind mehrere Schaber am äußeren Umfang der Schale angebracht, die das Mahlgut konzentrisch vom äußeren Umfang der Schale durch die Läufer gegen den inneren Rand der Schale bewegen. Auf diese Weise ent-

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ORIGINAL INSPECtED

stehen radiale Gegenbewegungen des Mahlguts, wodurch dieses gemischt wird. Bei gegebener Schaberwirkung wird deshalb die Mischwirkung mit zunehmender Zentrifugalkraft der Läufer in Bezug auf die Achse der zentralen Antriebswelle erhöht.

Die Zentrifugalkraft an einem beliebigen Punkt "f" auf den Läufern in Bezug zur Achse der zentralen Antriebswelle wird ausgedrückt durch folgende Gleichung:

F = m.v²/r (1)

ν = 2.1T.r.n (2)

hierbei bedeuten:

F = Zentrifugalkraft am Punkt "f" in Bezug auf die Achse der zentralen Antriebswelle

m = Masse im Punkt "f"

ν = Umdrehungsgeschwindigkeit am Punkt "f"

r = Abstand von der Achse der zentralen Antriebswelle zu Punkt "f"

η = Zahl der Umdrehungen des Läufers pro Zeiteinheit

Die Masse im Punkt "f" übt bei der Umdrehung um die zentrale Antriebswelle einen Druck auf die Schale aus:

m = h.W .. : (3)

hierbei bedeuten:

m = Masse im Punkt "f"

W = Druck von Punkt "f" auf die Schale h = Konstante

Aus den Gleichungen (1), (2), (3) ergibt sich:

F = H.W.r.n² (/_f)

wobei
H = 4X².h

Der Druck von Punkt "f" auf die Schale läßt sich in folgenden Gleichungen ausdrücken:

- 3 709811/0750

W = r.w¹ V ···. (5)

hierbei bedeuten:

W= Druck im Punkt "f" auf die Schale

r = Abstand der Achse der zentralen Antriebswelle zum Punkt "f"

w¹ = Schwerkraft im Punkt "f"

w = Gewicht des Läufers und der halben horizontalen Welle

a = Konstante Aus den Gleichungen (4), (5) und (6) folgt:

F = e.w.n².r² ......... (7)

wobei

e = H. a ist.

Die Mischwirkung im Punkt "f" auf dem Läufer ist proportional der Zentrifugalkraft im "Punkt "f" in Bezug auf die Achse der zentralen Antriebswelle bei gegebenen Schabern.

y = k.F .. (8)

hierin bedeuten:

y = Mischwirkung im Punkt "f"

F = Zentrifugalkraft im Punkt "f" in Bezug auf die Achse der zentralen Antriebswelle

k = Konstante

Der Mischeffekt ausgehend vom gesamten Läufer ist die Summe der Mischeffekte in allen Punkten "f" auf dem Läufer in radialer Richtung zur Schale:

γ-Β
Y =J_Ay.dr (9)

hierin bedeuten:

Y = Mischwirkung des gesamten Läufers

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y = Mischwirkung im Punkt "f"

r = Abstand von der Achse der zentralen Antriebswelle zum Punkt "f"

A = Abstand von der Achse der zentralen Antriebswelle zu der Innenkante des Läufers

B = Abstand von der Achse der zentralen Antriebswelle zu der Außenkante des Läufers

Aus den Gleichungen (7), (8) und (9) folgt: Y = f_k C.w.n^r^.dr = C.w.n².(B³ - A⁵)/3 (10)

wobei

C = k.e ist.

Nach der Gleichung (10) nimmt "Y" bei gegebenem ^Mn" und "A" zu mit wachsendem "w" und "B".

Mit anderen Worten: der vom gesamten Läufer ausgehende Mischeffekt nimmt bei gegebenen Schabern, gegebener Zahl der Umdrehungen des Läufers und gegebenem Abstand der inneren Kante des Läufers von der Achse der zentralen Antriebswelle zu mit zunehmendem Gewicht und zunehmender Breite des Läufers.

Eine Vergrößerung der Breite des Läufers wird in der Praxis Jedoch durch die Abmessungen der Kollergangschale begrenzt, in der sich der Läufer um die zentrale Antriebswelle dreht. Andererseits ist eine Vergrößerung des Läufergewichtes in der Praxis ebenfalls begrenzt, weil das Gewicht des Läufers bei dessen durch die Abmessungen der Kollergangschale begrenzten Breite nur durch Vergrößerung des Läuferdurchmessers wesentlich erhöht werden kann, wenn man von gleichem Werkstoff des Läufers ausgeht.

Es kann deshalb ausgesagt werden, daß die Mischwirkung der bekannten Kollergänge aus praktischen Gründen ziemlich begrenzt ist. ·

Für die Produktion von Gießereisand oder Baustoffen ist es oft wünschenswert, die Mischwirkung des Kollergangs möglichst zu steigern, um feine Mischungen zu erhalten.

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Aufgabe der Erfindung ist es, die Mischwirkung und Mahlwirkung eines kompakten Kollergangs fast beliebig zu steigern, so daß darin beliebig feine Mischungen hergestellt werden können und die Mischwirkung und Mahlwirkung des Kollergangs pneumatisch zu steuern.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt gemäß der im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmale.

Eine bevorzugte erfindungsgemäße Ausführung sieht vor, daß mit jeder der im wesentlichen horizontal liegenden Wellen ein ösenstück fest verbunden ist, in welchem das untere Ende der über dem Ösenstück aufgehängten Pneumatikkolben mit einem Stift befestigt ist.

Eine vorteilhafte Ausbildung der pneumatischen Steuerung besteht darin, daß die Pneumatikzylinder mit einer Druckerzeugung und mit Sicherheitsventilen und Regelventilen verbunden sind, wobei die Zufuhr von Druckgas zu den Zylindern gedrosselt wird, wenn der System-Druck einen vorgegebenen Wert übersteigt und ein pneumatischer Überdruck aus den Zylindern nach außen entspannt wird, wenn er dort über einen vorgegebenen Wert steigt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in den Zeichnungen dargestellt.

Es bedeuten:

Fig. 1 einen partiell aufgeschnittenen vertikalen Aufriß des Kollergangs,

Fig. 2 ein Blockschema eines Pneumatiksystems zum Steuern des Kollergangs.

Der erfindungsgemäße Kollergang besteht im wesentlichen aus einer ringförmigen Schale 1 mit flachem Boden, die auf einem Rahmen 22 montiert ist, einer vertikalen Antriebswelle 2 angeordnet in der Mitte der ringförmigen Schale 1, einem an der zentralen vertika-

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len Atitriebswelle 2 befestigten unteren Rotor 3, einem an der gleichen Antriebswelle 2 befestigten oberen Rotor 6_f einem Paar Läufer 5 und 5' auslegerartig mit dem unteren Rotor 3 verbunden und einem Paar an dem oberen Rotor 6 aufgehängten und mit diesem verbundenen pneumatischen Zylindern 7 und 7'.

Der untere Rotor 3 besitzt ein Paar radial ausladender Arme 25 und 25'. Der Arm 25 ist kürzer als der Arm 25'. Der obere Rotor 6 besitzt ebenfalls ein Paar radial ausladender Arme 26 und 26' Der Arm 26 ist kürzer als der Arm 26'.

Die Auslegerverbindung zwischen dem Läufer 5 und dem unteren Rotor 3 ist so gestaltet, daß der Läufer 5 an dem einen Ende einer im wesentlichen horizontal liegenden Welle 4 drehbar angebracht ist, deren anderes Ende mit dem äußeren Ende des Armes vertikal beweglich über den Drehpunkt 24 verbunden ist. An der horizontalen Welle 4 ist ein Ösenstück 9 befestigt. Das Ösenstück 9 sitzt näher am Läufer 5 als der Drehpunkt 24.

Ebenso ist der Läufer 5' an einem Ende einer im wesentlichen horizontal liegenden Welle 4' drehbar angebracht, deren anderes Ende mit dem äußeren Ende des Armes 25' vertikal beweglich über den Drehpunkt 24' verbunden ist. An der Welle 4' ist ein Ösenstück 9'befestigt, das näher am Läufer 5¹ sitzt als der Drehpunkt 24'.

Der Pneumatikzylinder 7 ist am Arm 26 des oberen Rotors 6 über einen Bügel als Zwischenglied über dem ösenstück 9 der horizontalen Welle 4 aufgehängt. Der Pneumatikzylinder 7 besitzt einen vertikal arbeitenden Kolben 8, dessen unteres Ende am ösenstück mit einem Stift 10 befestigt ist.

Ebenso ist der Zylinder 7¹ am Arm 26' über einen Bügel als Zwischenglied genau über dem Ösenstück 9¹ der horizontalen Welle 4' aufgehängt. Der Pneumatikzylinder 7¹ besitzt einen vertikal arbeitenden Kolben 8¹, dessen unteres Ende am ösenstück 9¹ mit einem Stift 10' befestigt ist.

Das obere Ende der zentralen vertikalen Antriebswelle 2 ist mit

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einer Drehverbindung 11 ausgerüstet, über welche die Pneumatikzylinder 7 und 7¹ mit einer gasdruckerzeugenden Vorrichtung, dem Kompressor 12 verbunden sind. Diese Elemente bilden zusammen ein Pneumatik-System. Am unteren Ende der Antriebswelle 2 ist ein Untersetzer-Antriebsrad 21 befestigt, das über einen Antriebsriemen mit einem Motor verbunden ist. Untersetzer-Antriebsrad und Motor sind auf einen Rahmen 22 montiert, der mehrere Füße 20 besitzt. * (siehe Seite 12)

Der innere Rand der ringförmigen Schale 1 ist mit mehreren Schabern ausgerüstet (nicht gezeichnet), die das Mahlgut vom inneren Rand der Schale 1 zur Innenkante des Läufers 5 bewegen. Der äußere Umfang der ringförmigen Schale 1 ist ebenfalls mit einer Vielzahl von Schabern ausgerüstet (nicht gezeichnet), die das Mahlgut veranlassen, sich konzentrisch von dem äußeren Umfang der Schale 1 durch die Läufer 5 und 5¹ gegen den inneren Rand der Schale 1 zu bewegen.

Im Betrieb wird zunächst die ringförmige Schale 1 mit Mahlgut gefüllt, der Motor mit dem Untersetzer-Antriebveingeschaltet und das Pneumatik-System mit dem Kompressor 12 in Betrieb genommen. Durch den Motorantrieb werden die Läufer 5 und 5^f rund um die zentrale Antriebswelle 2 gedreht und rotieren dabei gleichzeitig um die horizontalen Wellen 4 und 4'; inzwischen wird Preßluft in die Pneumatikzylinder 7 und 7^f gefördert, welche die horizontalen Wellen 4 und 4" über die Kolben 8 und 8· nach unten drückt. So angetrieben und bewegt zermahlen und mischen die Läufer 5 und 5^f das in der Schale 1 vorliegende Mahlgut.

Beim Drehen der Läufer 5 und 5' um die zentrale Antriebswelle 2 wird im Bereich der Läufer 5 und 5' in Bezug auf die Achse der zentralen Antriebswelle Zentrifugalkraft erzeugt, die auch auf das Mahlgut einwirkt und dieses veranlaßt, sich exzentrisch von der Innenkante des Läufers 5 unter beiden Läufern 5 und 5¹ gegen den äußeren Umfang der Schale 1 zu bewegen. Die äußeren Schaber (nicht gezeichnet) fördern das Mahlgut konzentrisch vom äußeren Umfang der Schale 1 unter beiden Läufern 5 und 5' gegen den inneren Rand der Schale 1; die innenliegenden Schaber (nicht gezeichnet) fördern das Mahlgut vom inneren Rand der Schale 1 zur Innenkante

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des Läufers 5- Auf diese ¥eise werden radiale Gegenströmungen des Mahlguts erzeugt, welche letzteres mischen. Bei gegebenen Schabern wird deshalb die Mischwirkung der Läufer 5 und 5¹ mit wachsender Zentrifugalkraft in Bezug auf die Achse der zentralen Antriebswelle 2 ebenfalls zunehmen.

Die Zentrifugalkraft an einem beliebigen Punkt "f" (nicht gezeichnet) am Läufer 5 in Bezug auf die Achse der zentralen Antriebswelle 2 wird in der vorher aufgestellten Gleichung (4) beschrieben.

Der Druck im Punkt "f" auf die Schale 1 wird durch folgende Gleichungen beschrieben:

¥ = ¥1 + ¥2 (11)

¥1 = (r - i).w« (12)

w' = b.w (13)

¥2 = (r - j).p' (14)

P¹ = c.ρ (15)

hierin bedeuten:

¥ = Druck im Punkt "f" auf die Schale 1

¥1 = Teil des Druckes aufgrund der auf Punkt "f" wirkenden Schwerkraft

¥2 = Teil des Druckes aufgrund des pneumatischen Druckes, der auf Punkt "f" über den Kolben 8 durch die horizontale Welle 4 ausgeübt wird

r = Abstand der Achse der zentralen Antriebswelle 2 zum Punkt "f"

i = Abstand der Achse der Antriebswelle 2 vom Drehpunkt 24

w¹ = Schwerkraft im Punkt "f"

w = Gewicht des Läufers 5 und der halben horizontalen Welle 4

j = Abstand der Achse der zentralen Antriebswelle 2 vom ösenstück 9

p¹ = pneumatischer Druck ausgeübt auf Punkt "f" über den Kolben 8 durch die horizontale ¥elle 4

ρ = pneumatischer Druck ausgeübt über den Kolben 8 auf die horizontale ¥elle 4

b = Konstante
c = Konstante

Aus den Gleichungen (11), (12), (13), (14), und (15) folgt:

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W =r.(b.w+c.p)-(i.b.w+j.c.p) (16)

In der Gleichung (16) ist das zweite Glied- auf der rechten Seite viel kleiner als das erste und kann daher praktisch entfallen. Die Gleichung (16) lautet dann wie folgt: -

¥ = r.(b.w + Cp) ;.. (17)

Aus (4) und (17) folgt:

F = H.n².(b.w + c.p).r·² .. (18)

Bei gegebenen Schabern ist die Mischwirkung wie durch die vorhergehende Gleichung (8) beschrieben in einem beliebigen Punkt "f" des Läufers5 proportional der Zentrifugalkraft in diesem Punkt "f" in Bezug auf die Achse der zentralen Antriebswelle 2,

Die Mischwirkung des ganzen Läufers 5 ist die Summe der Mischwirkungen in allen solchen Punkten "f" auf dem Läufer 5 in radialer Richtung zur Schale 1; deshalb gilt:

/-R2

Y1 = ) y.dr (19)

R1

hierin bedeuten:

Y1 = Mischwirkung des gesamten Läufers 5 y = Mischwirkung im Punkt "f"

r - Abstand der Achse der zentralen Antriebswelle 2 vom Punkt "f"

R1 = Abstand der Achse der zentralen Antriebswelle 2 von der Innenkante des Läufers 5

R2 = Abstand der Achse der zentralen Antriebswelle 2 von der Außenkante des Läufers 5

Aus (8), (18) und (19) ergibt sich:

/-R2 ρ ο

Y1 =J K.n^.(b.w + c.pO.r^.dr
R1

= K.n².(b.w + Cp)(R₂ ³ -R₁ ³)/? . (20)

wobei

K = k.H ist.

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Die Mischwirkung "Y2" des gesamten Läufers 5^f, dessen Innen- und Außenkanten von der Achse der zentralen Antriebswelle 2 die Abstände "R3" und "R4" haben, wird ähnlich durch folgende Gleichung ausgedrückt:

Y2 = J K.n .(b.w + c.p).r .dr
R3

= K.n². (b.w + Cp)(R₄ ³ - R₃ ³)/3 (21)

Die Mischwirkung des gesamten Kollargangs ist die Summe von "Y1" und "Y2" entsprechend der Gleichung:

Y1 + Y2 = E.n².(b.w + ep) j _{2 1 4} ^

(22)

wobei

E = K/3 ist.

Gleichung (22) zeigt, daß bei konstanten anderen Faktoren die Mischwirkung "Y1 -t- Y2^U wächst mit Erhöhung von "p". Mit anderen Worten, die Mischwirkung des gesamten Kollargangs wächst unter sonst konstanten Bedingungen mit der Erhöhung des pneumatischen Druckes, der auf die horizontalen Wellen 4 und 4¹ durch die Kolben 8 und 8' ausgeübt wird.

Da sich der pneumatische Druck auf die horizontalen Wellen 4 und durch die Kolben 8 und 8¹ praktisch ohne Erhöhung der Gewichte und Abmessungen der Läufer 5 und 5* steigern läßt, kann mit dem Kollergang nach der Erfindung eine praktisch nicht eingeschränkte Mischwirkung erreicht werden. Tatsächlich läßt sich in der Praxis die Mischwirkung in einem so hohen Maße erhöhen, daß entsprechend der Aufgabenstellung der Erfindung damit Feinmischungen hergestellt werden können. Hierbei kann die Mischwirkung nach Wunsch pneumatisch gesteuert werden.

Darüber hinaus ermöglicht die Auslegerverbindung der Läufer mit dem unteren Rotor 3 die Anwendung einer relativ großen Anzahl von Läufern in verschiedenen Abständen von der Achse der zentralen

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Antriebswelle 2, wodurch die Mischwirkung des Kollergangs wesentlich gesteigert werden kann.

Das pneumatische System des Kollergangs nach der Erfindung besteht aus einer Drosselklappe 13, einem Regelventil 14 und einem Sicherheitsventil 15 zwischen dem Kompressor 12 und der Drehverbindung 11.

Das Regelventil 14 wird über eine Membrane und ein Stellglied so gesteuert, daß es sich zur Versorgung der Zylinder 7 und 7¹ mit zusätzlicher Pressluft aus dem Kompressor über die Drehverbindung 11 öffnet, wenn der Druck im System unter dem vorgegebenen Wert liegt und sich schließt entsprechend der Drosselung der Zufuhr von Pressluft, wenn der Druck im System über dem vorgegebenen Wert liegt.

Das Sicherheitsventil 15 ist so eingestellt, daß es Überdruck in den Zylindern 7 und 7' nach außen entspannt, wenn dieser über einen vorgegebenen Wert steigt.

Im Betrieb sind das Regelventil 14 und das Sicherheitsventil 15 so eingestellt, daß sie bei einem bestimmten Druck selbsttätig den Kompressor 12 einschalten, der Druckluft des gewünschten Druckes über die Drehverbindung 11 in die Zylinder 7 und 7' fördert. Hierdurch drücken die Kolben 8 und 8· die horizontalen Wellen 4 und 4¹ mit entsprechender Kraft nach unten.

Wenn der System-Druck über die eingestellten Werte für die Ventile 14 und 15 durch Uberversorgung der Pneumatik durch den Kompressor 12 oder durch eine Reaktion der Läufer 5 oder 5¹ zum Beispiel bei zu starker Mahlbelastung in der Schale 1 ansteigt, spricht das Regelventil selbsttätig an und verzögert die Zulieferung von Pressluft. Außerdem spricht das Sicherheitsventil selbsttätig an und entspannt Überdruck aus den Zylindern 7 und nach außen, wenn dieser dort über den festgesetzten Wert steigt, bis der System-Druck auf den vorgegebenen Wert reduziert ist.

Auf diese Weise können die Läufer 5 und 5^f immer mit dem Druck auf die Schale 1 betrieben werden, der zum Erreichen der Fein-

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mischwirkung des Kollergangs entsprechend der Aufgabe der Erfindung benötigt wird.

Die Zylinder 7 und- 7¹ können einfachwirkend oder doppeltwirkend sein. Im letzteren Fall können die Kolben 8 und 8¹ auf Wunsch nach oben zurückgezogen sowie nach unten bewegt werden, wenn Umstellventile für diesen Zweck im pneumatischen System vorgesehen sind.

Es kann auch ein hydraulisches System anstelle eines pneumatischen verwendet werden.

Es versteht sich von selbst, daß weitere Änderungen in der Konstruktion der oben angegebenen Darstellungen vorgenommen werden können und daß die Erfindung in keiner Weise auf die oben genannten Ausführungen beschränkt ist.

*(Einschub auf Seite 7 nach Absatz 1)

Die Läufer 5 und 5¹ sind genau gleich ausgeführt, ebenso die horizontalen Wellen 4 und 4'. Da der Arm 25 kürzer ist als der Arm 25^f, liegt die Innen-Kante des Läufers 5 näher an der zentralen vertikalen Antriebswelle 2 als die Innen-Kante des Läufers 5¹ und die Außen-Kante des Läufers 5' ist weiter weg von der gleichen Antriebswelle 2 als die Außen-Kante des Läufers 5»

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Claims

P at ent an s ρ r ü c h

1.) Kollergang bestehend aus einer ringförmigen auf einem Rahmen angebrachten Schale mit flachem Boden, einer vertikalen Antriebswelle angeordnet in der Mitte der ringförmigen Schale, einem an der zentralen vertikalen Antriebswelle befestigten unteren Rotor mit mehreren ausladenden Armen, einem an der gleichen Antriebswelle befestigten oberen Rotor mit mehreren radial ausladenden Armen, mehreren um die zentrale '/ Antriebswelle drehbaren und um horizontale Achsen rotierende Läufer, mehreren Schabern am äußeren Umfang und am inneren Rand der ringförmigen Schale,
•dadurch gekennzeichnet,

daß die Läufer (5) an dem einen Ende von im wesentlichen horizontal liegenden Wellen (4) drehbar gelagert sind, deren anderes Ende mit dem äußeren Arm der radial ausladenden Arme (25) des unteren Rotors (3) über eine Auslegerverbindung vertikal beweglich über einen Drehpunkt (24) verbunden ist, daß an den radial ausladenden Armen (26) des oberen Rotors (6) Pneumatikzylinder (7) aufgehängt sind, welche über ihre vertikal arbeitenden Kolben (8) Druck auf die darunterliegenden horizontalen Wellen (4) ausüben können, die Stelle der Druckeinleitung auf der horizontalen Welle näher am Läufer (5) liegt als der Drehpunkt (24) zwischen Welle (4) und Arm (?-5) des unteren Rotors (3), die Läufer (5) in verschiedenen Abständen von der Achse der zentralen vertikalen Antriebswelle in der ringförmigen Schale (T) umlaufen.

2.) Kollergang nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß mit jeder der im wesentlichen horizontal liegenden Wellen (4) ein Ösenstück (9) fest verbunden ist, in welchem das untere Ende der über dem Ösenstück aufgehängten Pneumatikkolben (8) mit einem Stift (10) befestigt ist.

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3.) Kollergang nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Pneumatikzylinder (7) mit einer Druckerzeugung (12) und mit Sicherheitsventilen (15) und Regelventilen (14) verbunden sind, wobei die Zufuhr von Druckgas zu den Zylindern (7) gedrosselt wird, wenn der System-Druck einen vorgegebenen Wert übersteigt und ein pneumatischer Überdruck aus den Zylindern nach außen entspannt wird, wenn er dort über einen vorgegebenen Wert steigt.

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