DE2839707A1 - Homogenisieren von breien und fluessigkeiten - Google Patents

Homogenisieren von breien und fluessigkeiten

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DE2839707A1
DE2839707A1 DE19782839707 DE2839707A DE2839707A1 DE 2839707 A1 DE2839707 A1 DE 2839707A1 DE 19782839707 DE19782839707 DE 19782839707 DE 2839707 A DE2839707 A DE 2839707A DE 2839707 A1 DE2839707 A1 DE 2839707A1
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rings
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homogenizing
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/40—Static mixers
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    • B01F27/60—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a horizontal or inclined axis
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Description

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Dipl.-Ing. H. Graf
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Deutsche Patentamt Telefon (0941) 5 47 53
Telegramm Begpatent Rgb.
oOOO München 2 Telex 6 5709 repat d
11. September 1978 W/Ja
Anmelder: Imperial Group Limited
Imperial House, 1, Grosvenor Place, London SWlX 7HB, England
Titel: Homogenisieren von Breien und Flüssigkeiten
Erfinder: John Hiddleton iiendrikz
2 Richmond Terrace, Clifton, Bristol, England
Priorität ι Großbritannien Nr. 39039/77 vom 20. September 1977
Konten: Bayerisdie Vereinsbank (BLZ 750 20073) 5839300 Postscheck München 893 69-801
Gerichtsstand Regensburg
-Jf-
Die Erfindung bezieht sich auf das üehnndein, insbesondere '· ίο mögen is ieren von dreien und Flüssigkeiten, die entweder durch Schleifmatcrialien verschmutzt sind oder Schleifmaterialien enthalten.
Bei einem Komogenisiervorgang, auf den die Erfindung anwendbar ist, wird Brei oder Flüssigkeit unter hohem Druck durch eine kleine Mündung geführif, und trifft mit sehr hoher Geschwindigkeit auf eine Prallfläche auf, die senkrecht zur Richtung des Flusses durch die Mündung angeordnet i^t. Unter diesen Bedingungen hoher Geschwindigkeit und starken Aufpralls treten hohe Äbscher- und Kavitationskräfte auf, die die Feststoffe im
. Brei zerkleinern und/oder dispergieren sowie sie im Drei innigpiischen.
. Dieser Vorgang kann entsprechend auch zum Homogenisieren zweier sonst unvermischbarer Flüssigkeiten verwendet werden.
Eine Einrichtung zur Durchführung dieses Vorganges weist zwei einander zugewandte koaxiale Ringe auf, die aus sehr hartem Material bestehen und ! die einander zugewandte parallele ebene Ringfläche besitzen, üie Hinge
werden durch eine Feder so gegeneinander gedruckt, da3 die i'ingflüchen in innigen Kontakt miteinander kommen, üie uohrung eines Ringes ist abgeschlossen. Das zu homogenisierende strömende Medium, ζ.ί3. Drei oder Flüssigkeit, wird unter hohem Druck durch die Bohrung des anderen Äingos geführt, so daß die Ringflächen der Ringe gegen den Widerstand der Feder getrennt werden, wodurch eine sehr schmale Mündung entsteht, durch die das strömende Medium in radialer Richtung mit sehr hoher Geschwindigkeit und sehr hohem Druck entweicht. Das strömende Medium trifft beim Entweichen aus dem Raum zwischen den Ringen auf die innere Oberfläche eines dritten oder Prallringes auf, der die ersten beiden oder Mündungsringe umgibt, jedoch von ihnen getrennt ist.
Man hat festgestellt, daß zum Homogenisieren von strömenden Medien, die Schleifmittel enthalten, bei Anwendung des vorbeschriebenen Verfahrens
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-JB- \
nach einer verhältnismäßig kurzen Zeitdauer Verschlei.jri.Llen und Lrosion$ kanäle in radialer Richtung über die einander zugewandten kingflächen cleT Hündungsringe entstehen. Die Verschleii3rillen und Erosionskanäls rec'uzie-f
ren die Geschwindigkeit des Strömungsmittels durch die f.'ündung und beein-f trächtigen die üomogenisierung. Andererseits ermöglichen diese Pillen und Kanäle den freien Durchgang eines Strömungsmittels durch die Künoung was ein übermäßiges Einfressen in den Prallring bewirkt. Der Verlust an Homogenisierdruck zeigt die Ausbildung der vorerwähnten Pillen und Kanal
an. ;
. Wenn die Rillen und Kanäle auftreten, muß die Ebenheit der einander zugef ι ι
wandten Flächen der hündungsringe wieder hergestellt werden. Dies kann
dadurch geschehen, daß die abgenutzten Oberflächen erneut zu einem ebene ι ; Profil geschliffen werden; dies kann mehrere Haie abhängig von der Tiefe : der Rillen und Kanäle, und damit von der Tiefe der Überfläche wiederholt werden, die entfernt werden mu.3, damit eine ebene Fläche erhalten wird.
üer Prallring kann bei zu starkem Einfressen nicht repariert v/erden, : sondern mud ausgewechselt werden.
j Aufgabe der Erfindung ist es, die nutzbare Lebensdauer der Hündungsringe wesentlich zu verlängern, ohne daß die Mündungsringe häufig demontiert und neu geschliffen werden müssen.
Gemäß der Erfindung wird bei einem
Verfahren zum Verringern des Auftretens örtlicher Abnutzungs-
stellen in zwei parallelen Überflächen, zwischen denen ein Strömungsmittel oder Schleifmittel geführt wird, vorgeschlagen, dai3 eine der Oberflächen relativ zu der anderen um eine Achse senkrecht zur parallelen Ebene in Drehung versetzt wird. Die Oberflächen können eben ausgebildet und zwei benachbarte ringförmige Oberflächen sein, die relativ zueinander um eine
j gemeinsame Achse drehbar sind. j
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BAD ORIGINAL
λπ weiterer /-lUs^esiciltunrj der Erfindung wird eine ! richtung mit zwei in engem /\b?tand voneinander vernetzten parallelen Oberflächen vorgeschlagen, die eine Vorrichtung ;-:ur,i Einführen einer, zu homogenisierenden ctrö'mungsmittels zwischen die oberflächen und eine ' Vorrichtung zum Rotieren einer Überfläche relativ zu der anderen um eine seikrecht zur parallelen Ebene aufweist.
Desweiteren wird gemä j der Erfindung eine iiomogenisiereinrichtung mit zwei einander zugewandten koaxialen singen mit einander zugewandten parallelen ebenen Ringflächen/ mit einer Vorrichtung zum elastisch nachgiebigen Andrücken der Ringe gegeneinander, so daß die einander zugewandten Fitchen in Kontakt miteinander kommen, und mit einer Vorrichtung zum Einspeisen eines zu homogenisierenden Strünungsmittels unter Druck
in axialer Dichtung durch die bohrung eines Ringes bei geschlossener : I
Uohrung des anderen fringes, wobei Strömungsmittel, da,s unter Druck durch;
die Bohrung des einen Ringes eintritt, in radialer Richtung nach au'en ; zwischen die zugewandten Flächen gedrückt wird, vorgeschlagen, die eine Vorrichtung aufweist, welche eine Relativdrehung zwiechen den kingen um ihre gemeinsame Achse ergibt, wobei die einander zugev/andten Flächen
sich selbst läppen. Vorzugsweise wird ein Ring stationär gehalten und ; der andere in Drehung versetzt.
V/eitere Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
{ iJachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung anhand j eines Ausführungsbeispieles erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine axiale Schnittansicht durch eine Homogenisiereinrichtung
j nach der Erfindung,
j Fig. 2 eine Schnittansicht durch einen Teil der Homogenisiereinrichtung ι
! nach Fig. 1 längs der Linie II-II, und i
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BAD ORIGINAL
rig. ο in perspektivischer Darstellung eine iixplosionscmsicht eier homor;onisiereinrichtung nach Fig. 1.
Die !iomogenisiereinrichtuna 10 dient beispielsweise zum homogenisieren von fabc'ibrei. Die i.omogcnisiereinrichtung weist ein koaxiales i'aar identischer or:er ε ohr ähnlicher Ί /olframkarbidr ingell, 12 ^öie hier als \ üünoungsringe bezeichnet werden) auf; die entsprechenden, einander züge-] v/anctfin .üncjflüchen 13, 14· dieser «vinge sind eben bearbeitet und liegen senkrecht zur gemeinsamen Achse der t.ündungsringe. Wenn die KUndungsrinrie IUn=JS ihrer gemeinsamen Achse, zusammengebracht v/erden, kommen die Flüchen Ib, 1-: mi innigen .kontakt miteinander. L»ie Abmessungen der Kinge bei einer praktischen Ausführungsform sind: Äu^endurchmssser 2«; mm, inncndurchmersor 1". mvf Tiefe 10 mm.
Die Iilinäufigaringe umgibt ein dritter wolframkarbidring IS, der im Abstand und koaxial zu den Mündungsringen angeordnet ist und der ni': "r'rallring" bezeichnet wird. Dieser Prallring ist auf der Innenseite eines äußeren zylindrischen ietaligehäuses 16 befestigt, uie Innenseite aef- i-'reliringes bildet zusammen mit der Außenseite der fiündungsringe einsn uingraum 17.
uiner der hündungsringe, 11, ist in einem zylindrischen h'etailblock 1 ■-angeordnet, der in einem Ende des Gehäuses Io befestigt ist und mit einer axialen Einlaßöffnung 19 versehen ist, die koaxial zu den Kundungs·- ringen verläuft und in den Raum 10 führt, der von den hüncuncjsringen einf geschlossen wird. !
Der zweite Mündungsring 12 ist in einem nicht mit öffnung versehenen zylindrischen Metallblock 2lbefestigt, der die zentrische Bohrung des ; Ringes 12 abschließt. :
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- -gr-
Der Au lendυrchmesser des Lilockss '.Ά ist geringer «Ir. der Innendurchmesser des Prallringes 15. Der u'lock 21 legt zusammen mit dem !'rollring 15 '
einen ringförmigen Durchgang 7-2 fest, der zu einem ivingraum rC führt,
v/elchcr zv.'iöclien Üloc!: 21 und der Innenfläche dos öeniiu.iCG Ic· ausgebildet ist. Das Gehäuse 16 ist mit einer Öffnung 14 vorsehen, >:!io mit iem Uingraum --c- in Verbindung steht.
Der Block 21 ist am einen ende einer Antriebswelle 2-5 befestigt, die durch iJadellager 27 axial drehbar gehalten ist; die Lager 27 sind gegen Druck durch Oldichtungen 20 an dem dem plock Zl nüchstliegenden Ende abgedichtet. Die Welle 25 wird in der durch Pfeil 29 angezeigten i'Uchtun durch einen iiotor oder eine andere Vorrichtung (nicht dargestellt) in Drehung versetzt. Somit bewirkt eine Drehung der '..'eile 25 eine Drehung des Ringes 12 relativ zum King 11.
; Der Ring 12 wird gegen den Ring 11 durch eine Kompressionsfeder 30 unter ; Druck gehalten, die die Antriebswelle Zö umgibt und die zwischen einer j Hülse 31, die gegen den Block 21 anliegt, und einer iiüise 31, die vom Block 21 weiter versetzt ist, wirkt. Die Feder Gö wird durch ein iiandrad 33, das gegen die Hülse 32 wirkt, mit Hilfe eines Drucklaufringes 34 komprimiert,/durch die Welle unabhängig von der Drehung des Handrades gedreht werden kann, wenn die Feder auf einen gewünschten Grad kompri-' miert wird.
Im Betrieb wird Tabakbrei durch die Öffnung 19 im Block Ii; in den Raum 20, der von den Mündungsringen 11, 12 eingeschlossen ist, unter sehr hohem
j n
j Druck, z.B. 230 kg/cm" eingeführt. Die Antriebswelle 25wird mit Dreh-J zahlen zwischen 1 und 60 U/min in Drehung versetzt. Der Brei wird gegen j den Druck der Feder 30 zwischen die in Berührung miteinander stehenden Flächen 13, 14 der Mündungsringe eingeführt, wodurch die Flächen sich voneinander um einen sehr kleinen Betrag abheben, so dai3 eine sehr kleine
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ringformige i.unoung entsteht, und e'er 3rei wird dann mit sehr hoher Geschwindigkeit in den uingraum Xf zwischen den Kündungsringen und den Prailring ausgestoßen und trifft kräftig auf den Prallring auf. iJas Einpressen des Sroiec zwischen die hündungsringe und das Ausdrücken gegen den iPrailring ergibt eine Homogenisierung des LJreies. uer homogenisierte ürei verlust den Ringraum 17 über den Kanal 22 und tritt in den größeren ringförmigen kaum 1.3 zwischen Block 21 und äui3erem Gehäuse Io ein/ der ■3rei verläJt diesen Kaum dann durch die Offnungi-4 im äuiieren Gehäuse. Der Pfad für den brei ist durch die Pfeile 35 gekennzeichnet.
ί Das kotieren der Mündungsringe hat zwei 'Wirkungen: Erstens wird eine
■ Rillenbildung an den Ringflächen der Ringe verhindert, was wiederum ein zu starkes Einfressen des Prallringes verhindert und eins gleichmäßige
; Abnutzung beschleunigt, und zweitens bringt es mit sich, άα'Λ die i<ingflächen der Kinge sich selbst läppen.
Die anfängliche Abnutzung ist ähnlich der für konventionelle iiündungs-, ringe beschrieben und ist aus den radialen Rillen geringer Tiefn auf den ; ringförmigen Flächen der Ringe ersichtlich. Wenn der SchieifmitteJ.brei ι oder die Flüssigkeit frei längs dieser Rillen laufen kann, wird die j gleiche Erodierwirkung wie oben fortgesetzt, bis tiefe Rillen einge- ! schnitten worden sind; wegen der Drehung der Ringe tritt jedoch eine Abnutzung nicht in übertrieben tiefen Rillen auf, sondern ist gleichförmig| über die gesamte ringförmige Arbeitsflüde eines jeden Ringes verteilt.
Es hat sich als notwendig herausgestellt, die Ringflächen der Hündungs- ! ringe erneut zu schleifen. Die effektive Lebensdauer der Ringe wird [ verlängert, so daß Fehler aufgrund des Einfressens und der Rillenbildungί
beseitigt v/erden. j
ί Obgleich vorliegende Erfindung sich auf des Homogenisieren von Brei oder1
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r.i.ü3sigkeib beliebiger Lieschaff enheit bezieht, die eine Abnutzung der
Kündungsringe und der. r'rcillringes bewirkt, ist sie insbesondere auv t'jb
Verarbeitung von Tobckbrei während der i;ersto.ü.un ; einer rekonstituierten Tabakbahn aus "fabakabfall geeignet.
fabakcbfaliteile können in eine brauchbare Γογιγ. dadurch rekonstituiert werden, da-3 oie rOrtikelgröJe des Materials bei Vorhandensein von l.'asser zur bildung eines freies reduziert v/ird. ^/er brei kann dann noch bekannton Gießmethoden zu einer bahn geformt werden.
üie .'ibfalltabakfeinteile werden während der Herstellung von Zigarren und Zigaretten erzeugt, und bestehen typischerweise aus (-'einteilen, *>augstaub und Üodenkericht. Dieses iiaterial ist mit Siliziumoxyd und anderen;
ί abrikverunreinigungen verschmutzt. Die 3chleif\.'irkung dier.er yerschmut-; rung zerstört die Lchneidflachen der die Partikelgrö ]e verringernden ; Gerüte, beispielsweise liammermühlen und iioniogenisiereinrichtungen. ;
Oor öiliziumoxydgehalt des Abfalls kann bis zu .1 /J betragen. Um die Lenge an Verunreinigungen auf 3 ■/> zu reduzieren, können Siebtechniken
: verwendet werden, eine weitere Reduzierung ist jedoch praktisch nicht
; vertretbar. Dieser reduzierte Wert der Verunreinigung bewirkt immer noch|
! ■ eine zu hohe Abnutzung des iiomogenisiergerötes. ;
;
Beispielsweise wird eine Homogenisiereinrichtung vom Typ APV i-ianton
Gaulin verwendet, um den Tabakbrei bei einem üruck von 2ÜÜ kg/cm" zu j
reduzieren, dispergieren und homogenisieren. Kit herkömmlichen Mündungsringen aus Violframkarbid treten Verschlei.ßrillen und Erosionskanäle mit einer Tiefe bis zu 0,5 mm normalerweise schon nach 1 Stunde tfetriebsdauejr ! auf. Uiesen Rillen und Kanälen entsprechen tiefe erodierte Lochstellen j j (Pitting) in der Prallringoberfläche, die bis zu S- mm tief sein können, \ im Vergleich zu der normalen gleichförmigen Erosionsrille, die um die ;
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Prallringflache mit einer Tiefe von etwa 0,2 mm verläuft. In dieser Stufe ist der Druck an der Mündung auf etwa 70 kg/cm reduziert, und die Homogenisierwirkung stark beeinträchtigt, üie Ringe müssen dann ausgewechselt v/erden. In der Praxis werden die abgenutzten Ringflächen nach dem tntfernen erneut geschliffen, damit sie wieder ebene, glatte überflächen ergeben, und es ist möglich, etwa zwanzig derartiger Schleifvorgönge pro Ring vorzunehmen, was eine gesamte Lebensdauer von 20 Stunden ergibt.
Unter Verwendung der rotierenden Ringanordnung nach vorliegender Erfindung bei Drehzahlen zv/ischen 1 und 60 U/min für den gleichen Tabakbrei v/ird ein homogenisiertes Endprodukt erzeugt, das ähnlich dem ist, das durch konventionelle Ringe in gutem Zustand erreicht wird. Nach einer einstündigen Verarbeitungsdauer unter Verwendung der rotierenden '"'inge trat die durch Verarbeitung auftretende Abnutzung in Form von zahlreicher schmalen radialen Hüten geringer Tiefe (Tiefe etv/a 0,01 mm, Breite etwa 0,01 mm) auf, die einen Homogenisierdruck von 280 kg/cm und ein gutes Endprodukt ergaben. Nach weiteren fünf Stunden Betriebsdauer war der Verschleiß ähnlich und immer noch nur in Form von zahlreichen schmalen und seichten Nuten von 0,01 mm vorhanden. Das gesamte Wolframkarbidmaterial, das aus den ivingflächen durch den selbstläppenden Vorgang abgenommen wurde, war nach dieser fünfstündigen Dauer so gering, oaß es nicht bestimmt werden konnte.
Der entsprechende VerschHB im Prallring war vollständig gleichförmig und gleichmäßig, und trat in Form einer schmalen Rille von etwa 0,3 mm Tiefe auf, die In die Prallringoberfläche verlief.
Bei einer abgeänderten Ausführungsform der Erfindung kann der Mündungsring 12 stationär gehalten und der Ring Π gedreht werden, oder beide Ringe können In entgegengesetzten Richtungen gedreht werden. I>ie Dreh-
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zahl kann über den angegebenen Bereich von 1 bis όΟ U/min hinaus gewühlt werden, um bestimmten Anforderungen zu genügen.
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Claims (1)

  1. ι' c t e η ΐ ο η s ρ r ϋ c h e
    (1.} Einrichtung zum behandeln, insbesondere Homogenisieren von Verunrei- j nigunren oder andere unerwünschte haterialien enthaltenden ,jreien undj
    Flüssigkeiten mit zwei im Abstand voneinander versetzten parallelen ι Oberflächen, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (19) zum Einführen! eines zu homogenisierenden itrömuncjsiviittels zwischen die ^berflüchon !
    (13, 14; unci eine Vorrichtung (2ö) zum kotieren einer Oberfläche j
    relativ zu der anderen um eine Achse senkrecht zur parallelen Ebene, j
    Einrichtung zum Behandeln, insbesondere Homogenisieren von Verunrei- j
    nigungen oder andere unerwünschte Materialien enthaltenden Breien undj
    j Flüssigkeiten mit zwei einander zugewandten koaxialen Ringen mit j einander zugewandten parallelen ebenen Kingflüchen, mit einer Vorrichtung zum elastisch nachgiebigen Andrücken der <<inge gegeneinanderL
    so dar] die einander zugewandten Flächen in Kontakt miteinander konimenL und mit einer Vorrichtung zum Einspeisen eines zu homogenisierenden j
    „ ί
    ittrümungsuttels unter Druck in axialer Richtung durch die uohrung I
    _ j
    eines Ringes bei geschlossener Bohrung des anderen Ringes, wobei j
    Strömungsmittel, das unter Druck durch die oohrung des einen kinges
    eintritt, in radialer Richtung nach außen zwischen die zugewandten
    Flächen gedrückt wird, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (25),
    die eine Relativdrehung zwischen den Ringen (11, 12) um ihre gemeinsame /»chse bewirkt, wobei die einander zugewandten Flächen sich selbs läppen.
    ! 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein King (li ; gedreht und der andere Ring (12) stationär gehalten ist.
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    28397Q7
    4. Hinrichtung nach Anspruch 2 oder S, dadurch gekennzeichnet, caJ koaxial zu dem King (IT, 12) und diesen im Abstand umgebend ein dritter Ring (16) vorgesehen ist, dessen innere Oberfläche zurammen mit den äußeren überflachen der beiden Ringe (11, 12) einen .xingraum (17) bildet, wobei -trümuncjsnuttel, das in radialer Richtung nach au:3en zwischen den einander zugewandten Oberflächen ("13, 1-1·) der
    beiden >iinge gedrückt wird, heftig gegen die Innenfläche des dritten Ringes (15) auftrifft.
    5. Einrichtung nach einem der Ansprüche /' bis 4, dadurch gekennzeichnet,
    zum
    da3 die Vorrichtung (3O)/elastisch nachgiebigen Gegeneinanderdrücken '. der Uinge (11, 12) eine einstellbare Kompressionsfeder aufweist, die : koaxial zu dem anderen Ring (12) und zwischen diesem und einem ortsfesten iJauteil angeordnet ist. ;
    ό. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (25) zur Relativdrehung eine drehbare V.'elle auf- . weist, die den anderen Ring (12) in Drehung versetzt.
    7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6 zum Homogenisieren eines Schleifmitteis enthaltenden Tabakbreies, dadurch gekennzeichnet, aal die Ringe (11, 12, 15) aus einem Haterial bestehen, das härter ist al das bchleifmittel.
    ! S. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Material Wolframkarbid ist.
    9. Verfahren zum Verringern des Auftretens örtlicher Abnutzungsstellen i in zwei parallelen Oberflächen, zwischen denen ein Strömungsmittel |
    oder Schleifmittel geführt wird, dadurch gekennzeichnet, daii eine
    Oberfläche relativ zu der anderen um eine Achse senkrecht zur parallelen Ebene in Drehung versetzt wird. _
    Ö09813/083S
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    -βίο. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Jberfiüchen flach in geringem Abstand zu den Ringflächen ausgebildet werden, da.3
    das strömungsmittel oder Schleifmittel in radialer Richtung nach au'jeiji zwischen den Oberflächen geführt wird, und da.l eine Oberfläche statioA
    när und die andere Oberfläche um die gemeinsame Achse drehend c.^halteiji
    wird. ,
    i Π. Verfahren zum Homogenisieren von Tabakbrei, dadurc!· gekennzeichnet, [ da? der brei in radialer Richtung nach auCen zwischen den zugewandten j Flächen zweier eng benachbarter koaxialer Ringe aus hartem Ijäteric.I ; geführt wird, die eine Relativdrehung i>m ihre gemeinsame Achse ausführen und όα3 der Brei so bewegt wird, da.:"i er heftig gegen eine übert fläche auftrifft, die im Abstand von den Ringen und diese koaxial ' umgebend angeordnet ist. \
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