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Selbstreinigende Trennspalte aufweisende
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Auspreßeinrichtung zum Trennen der flüssigen von den festen Bestandteilen
eines Flüssigkeitsfeststoffgemisches ===~======================================
Die Erfindung betrifft eine selbstreinigende Trennspalte aufweisende Auspreßeinrichtung
zum Trennen der flüssigen von den festen Bestandteilen eines Flüssigkeitsfeststoffgemisches
gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Aus der DE-OS 30 46 384 der Anmelderin ist eine Trennspalte aufweisende
Auspreßeinrichtung bekanntgeworden zum Trennen von Flüssigkeitsfeststoffgemischen.
Die Trennspalte werden gebildet in einer Schneckenpresse mit in einem Hohlzylinder
rotierender Förderschnecke, die wendelförmige Schnekkenstege auf einem zylinderförmigen
Kern aufweist.
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Durch den Hohlzylinder werden radial Rückhaltestifte geführ die mit
ihren Spitzen im Abstand auf den zylinderförmigen Schneckenkern zeigen und zwischen
den Stiftspitzen und dem rotierenden Schneckenkern die Trennspalte bilden.
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Die Stifte weisen axiale Bohrungen auf für die Ableitung der freigepreßten
Flüssigkeit, die mit einem Ableitungsnetz in Verbindung stehen.
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Die wendelförmigen Schneckenstege auf dem Schneckenkern sind radial
an den Stellen vom zylinderförmigen Schneckenkern entfernt worden, an denen die
gebohrten Stifte durch den Hohlzylinder zeigen und bis auf den Schneckenkern geführt
sind, wobei die Stirnflächen der Stifte eine dem zylindrischen Schneckenkern angepaßte
Rundung aufweisen und somit die Trennspalte bilden. Die Trennspalte haben eine max.
Spaltweite von ca. 0,1 - 0,8 mm.
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Mittels derartiger Trennspaltentwässerungsmaschinen werden bisher
mechanisch nicht erreichbare Trockensubstanzgehalte bis zu 90 % erzielt, beispielsweise
bei der Entwässerung von Faserschlämmen in der Papierindustrie oder bei der Entwässerung
von Baumrinden.
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Bei der Entwässerung von verschmutzten Materialien entstehen erhebliche
Verschleißprobleme, -wenn Sand oder ähnliche Stoffe in den zu entwässernden Materialien
enthalten sind.
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Insbesondere bei der Baumrindenentwässerung entstehen zusätzlich zu
den erheblichen Verschleißproblemen auch noch gravierende Korrosionsprobleme durch
bei der Entwässerung freigesetzte Säuren.
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Da Trennspaltentwässerungsmaschinen mit sehr hohen Drücken bis 500
bar und relativ hohen Temperaturen bis 1000 C arbeiten, wird bei den zu entwässernden
Materialien auch das Zwischenzellwasser freigesetzt, wodurch der sehr hohe Trokkenstubstanzgehalt
begünstigt wird.
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Trennspaltentwässerungsmaschinen haben darüber hinaus den entscheidenden
Vorteil, daß einmal freigepreßte Flüssigkeit an den Stellen ihres Freipressens,
nämlich vor den stationä ren, in den Hohlzylinder ragenden Stiften, aus dem zu entwässernden
Material abgeführt werden, ohne daß eine nennenswerte erneute Vermischung mit Feststoffanteilen
erfolgen
kann. Aufgrund des herrschenden Druckgefälles fließt die
freigepreßte Flüssigkeit in Arbeitsrichtung gesehen von vor den Stiften bis hinter
die Stifte und von diesem Ort zu den Stiftspitzen und in die Stiftbohrungen, in
denen Atmosphärendruck herrscht.
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Das Druckgefälle von der Stelle vor den Rückhaltestiften zu den Stiftbohrungen,
kann von 500 bar bis zum Atmosphärendruck ausmachen, wodurch ein sehr schnelles
und reibungsloses Abfließen der freigepreßten Flüssigkeit aus dem System sichergestellt
wird, ohne daß ein nennenswertes erneutes Vermischen mit Feststoffanteilen erfolgen
kann.
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- Ein in Arbeitsrichtung zunehmendes weniger Flüssigkeit aufweisendes
Flüssigkeitsfeststoffgemisch läftsich in zunehmender Weise leichter einem hohen
Druck unterwerfen. Das ständige und sofortige Abführen der einmal freigepreßten
Flüssigkeit aus der Einrichtung ist also ein weiterer Schritt für die Erzielung
der hohen Drücke bis 500 bar und somit Voraussetzung für die hohen Trockensubstanzgehalte,
die bisher mit anderen mechanisch arbeitenden Maschinen nicht annähernd erzielt
werden.
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Trennspaltentwässerungsmaschinen sind hinsichtlich der sehr engen
Trennspalte etwas schwierig zu handhaben, weil die Trennspalte sehr klein sind und
auch nur dann zufriedenstel lend ohne Verstopfungen arbeiten, wenn gewisse Spaltdickentoleranzen
eingehalten werden.
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Die Trennspalte reinigen sich selbst durch die Relativbewegung zwischen
stationären Stiftspitzen und rotierendem Schn kkenkern (eingetretene Feststoffteilchen
werden in dem Spalt zerrieben und mit der Flüssigkeit durch die Stiftbohrung ab
geführt). Dieser Selbstreinigungseffekt und somit die Funktionstüchtigkeit des Systems
bleibt nur so lange erhalten,
bis eine gewisse Spaltdicke nicht
überschritten wird. Wenn ein gewisses Spaltmaß (abhängig vom zu entwässernden Material)
überschritten wird, finden zu viele Feststoffteilchen ihren Weg in die Stiftbohrung
und verstopfen diese, wodurch die Funktionstüchtigkeit stark beeinträchtigt wird.
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Es ist von ausschlaggebender Bedeutung, ein gewisses Spaltmaß der
Trennspalte trotz Korrosions- und Verschleißerscheinungen einzuhalten.
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Korrosions- und Verschleißerscheinungen werden auf der anderen Seite
jedoch durch den sehr hohen Druck und die Materialtemperatur wesentlich begünstigt.
Wenn gewisse Toleranzen hinsichtlich der Trennspaltdicke korrosions- oder verschleißbedingt
überschritten werden, sinken die erreichten TS-Gehalte sofort bzw. ist :es nicht
mehr möglich, einen derart hohen Druck in der Maschine aufzubauen, weil durch die
verminderte Auspressung der Flüssigkeitsprozentsatz in dem Gemisch zu hoch wird.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Trennspaltentwässerungsmaschine
aufzuzeigen, die auch beim Auspressen von starken Korrosions- und Verschleißerscheinungen
hervorrufenden Gemischen funktionstüchtig bleibt, d.h. insbesondere, daß die Trennspaltdicke
und die Innenauskleidung des Zylinders nur unbedeutend durch Korrosions- bzw. Verschleißerscheinungen
beeinträchtigt werden dürfen.
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Die Aufgabe wird durch die in dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs
niedergelegte Lehre gelöst.
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Wie eingangs erläutert, herrschen in Trennspaltmaschinen bisher nicht
bekannte extreme Bedingungen vor hinsichtlich des Druckes bis 500 bar und hinsichtlich
des erzeilten Entwä -serungsgrades bis 95 % TS-Gehalt, aber auch als Folge davon
eine
Korrosion und ein bisher nicht bekanntes Verschleißverhalten der Verfahrensteile
der Maschine.
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Durch die mauerförmige Auskleidung des Hohlzylinders mit einzelnen
auswechselbaren Segmenten bei gleichzeitiger auswechselbarer Ausbildung der Teile,
die die Trennspalte bilden, gelang der Durchbruch der Trennspaltentwässerungsmaschine.
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Auftretender Verschleiß kann behoben werden durch Auswechsel der stark
beanspruchten Teile, ohne daß beispielsweise ein neuer Hohlzylinder oder neue gebohrte
Entwässerungsstifte eingesetzt werden müssen. Als besonders wichtig zeigte sich
die auswechselbare Gestaltung des Teiles des Schneckenganggrundes ( der erfindungsgemäß
als auswechselbarer Ring ausgebildet ist), welches mit den Stiftspitzen die Entwässerungstrennspalte
bildet.
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Die hohen Entwässerungsgrade bis 90 % konnten immer nur so lange gehalten
werden, bis durch Abrieb die Trennspaltdicke ein gewisses Maß nicht überschritt.
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Die mauerförmig ausgebildete Verkleidung kann durch Ziehen der runden
Metallstäbe leicht ausgewechselt werden. Auch die Stirnflächenteile der gebohrten
Entwässerungsstifte lassen sich leicht auswechseln, nachdem die einzelnen Stifte
aus dem Hohlzylinder ausgeschraubt sind.
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Durch eine Demontage der Schnecke, durch Abziehen der einzelnen Schneckensegmente,
und der Ringe von einem durchgehenden Dorn, lassen sich auch alle Ringe leicht auswechseln,
so daß alle Verfahren steile relativ einfach demontierbar sind und die Betriebsunterbrechung
nur kurze Zeit dauert.
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Um die Standzeiten und die Zeitinterwalle zwischen den ein-
zelnen
Auswechselperioden zu verlängern, wurden die mauerförmig ausgebildeten, auswechselbaren
Segmente als Keramiksegmente oder Hartmetallsegmente, beispielsweise Wolframkarbidsegmente,ausgebildet,
wodurch diese Verfahrensteile eine erheblich verlängerte Lebensdauer erhielten.
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Die Stirnflächen der Entwässerungsstifte wurden aus im Sinterverfahren
hergestellte Wolframkarbidteile gebildet, so daß auch die stark beanspruchten Stirnflächenteile
sehr lange Standzeiten aufwiesen. Auch die maßgeblichen Ringe, die mit den Stirnflächen
die Entwässerungstrennspalte bilden, wurden im Sinterverfahren aus beispielsweise
Wolframkarbid oder auch aus Keramik (Zinkoxidkeramik) hergestellt, so daß auch in
dieser Hinsicht sehr lange Standzeiten erreicht wurden, insbesondere wurden jedoch
die Entwässerungstrennspalte lange funktionstüchtig gehalten.
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Es wurden erstmals wirtschaftlich vertretbare Standzeiten der Maschine
bei einem gleichzeitigen hohen Entwässerungsgrad.bis 90 % Trockensubstanzgehalt
erreicht.
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Bei der Entwässerung von Baumrinden hatten beispielsweise ohne derartige
Maßnahmen die Stifte nur eine Lebensdauer von wenigen Wochen. Ähnlich verhielt es
sich mit dem Schnekkenganggrund, der mit den Stiftspitzen die Trennspalte bildete.
Von ursprünglich 0,1 mm Spaltabstand zwischen beiden Teilen, wurde innerhalb weniger
Wochen 10 mm Spaltabstand, so daß die Axialbohrungen in den Stiften sich mit Feststoffteilchen
zusetzten und keine weitere Flüssigkeit aus dem Maschinensystem abgeführt wurde.
Der Trockensubstanzgehalt sank sofort erheblich und im letzten Teil des Hohlzylinders
konnte aufgrund der relativ hohen Flüssigkeitsanteile nur noch ein völlig unbefriedigender
Druckaufbau erzielt werden.
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Durch die Anordnung von auswechselbaren Stirnflächenteilen, mit mittiger
axialer Bohrung in den Spitzen der Entwässerung
stifte, wurden
derartige gravierende Nachteile wirkungsvoll vermieden.
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In überraschender Weise zeigte sich, daß selbst unter extrem -sten
Bedingungen, wie beispielsweise bei der Entwässerung von stark mit Sand verschmutzten
Baumrinden, so gut wie keine Korrosion und auch kein Abrieb feststellbar war, selbst
nicht nach mehreren Monaten Laufzeit der Maschine.
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Die erforderlichen sehr geringen Spaltabstände von 0,2 mm wurden gehalten,
so daß die Trennspalte voll funktionstüchtig blieben, ein hoher Druck aufgebaut
wurde und Trockensubstanzgehalte je nach Material bis 90 % erreicht wurden.
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Hervorgehoben werden muß, daß durch die Keramikauskleidung des Zylinderinnenmantels,
dieses Verfahrensteil der Maschine, welches einem hohen Verschleiß und einer hohen
Korrosion ausgesetzt ist, besonders geschützt wird.
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Um die einzelnen Segmente verdreh- und mitnahmesicher an der Zylinderinnenwandung
zu befestigen, erwies sich die Maßnahme, wie beschrieben in Anspruch 2, als besonders
vorteilhaft, insbesonders ist eine einfache Montage und Demontage der Segmente durchführbar.
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Zwecks Fixierung der einzelnen Segmente gegeneinander, ist es gemäß
Anspruch 4 besonders vorteilhaft, jeweils an ihren Längsseiten bzw. Längsverbundflächen
halbkreisförmige Erhebungen vorzusehen, die in eine halbkreisförmige Nut des benachbarten
Segmentes eingreifen.
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Die besten Standzeiten der Keramikauskleidungen der Zylinder wurden
erzielt, wenn für die Segmente Aluminiumoxidkeramik gemäß Anspruch 5 eingesetzt
wurde.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in den Zeichnungen wiedergegeben
und nachfolgend erläutert. Die Erfindung ist jedoch auf dieses Beispiel nicht beschränkt.
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Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Trennspalte aufweisende
Entwässerungsmaschine.
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Fig. 2 einen Querschnitt gemäß II-II in Fig. 1.
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Fig. 3 einen Querschnitt durch einen Trennspalt.
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Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines ausgekleideten Zylinders.
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Die Entwässerungsmaschine weist einen Hohlzylinder 1 auf, i dem eine
Förderschnecke 2 rotiert, die von Antrieb 3 in Dre bewegung gesetzt wird. In Materialaufgabetrichter
4 wird ei Flüssigkeitsfeststoffgemisch eingegeben und der entwässerte Feststoff
tritt durch ringförmige Öffnungen 5 aus.
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Entwässerungsstifte 6 weisen axiale Bohrungen 8 auf (Fig.
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2 und 3), an die Ablaufleitungen 9 angeschlossen sind für die freigepreßte
Flüssigkeit.
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Die Förderschnecke wird gebildet durch einen Dorn 10, auf dem einzelne
Schneckensegmente i1 mittels Paßfedern 12 verdrehsicher aufgezogen sind.
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Zwischen den einzelnen Schneckensegmenten 11 sind auf dem Dorn 10
Ringe 7 angeordnet, die zusammen mit den Stirnflächenteilen 13 aus gesintertem Wolframkarbid
die Trennspalte 14 bilden.
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Durch den Hohlzylinder 1 werden Entwässerungsstifte 6 bis auf Ringe
7 unter Belassung eines Trennspaltes 14 von etwa 0,1 - 0,8 mm geführt.
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Sowohl Ringe 7 als auch Stirnflächenteile 13 werden aus gesintertem
Hartmetall, wie beispielsweise Wolframkarbid oder aus Oxidkeramik, z.B. Aluminiumoxid
oder Zinkonoxid, hergestellt, wodurch auf eine äußerst einfache Weise ein korrosions-
und verschleißfester Trennspalt 14 für die Ableitung der freigepreßten Flüssigkeit
sichergestellt wird.
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Vor den Entwässerungsstiften (siehe Pfeil 15) entsteht ein sehr hoher
Druck bis 500. bar, aufgrund dessen Flüssigkeit freigepreßt wird, die um die Stifte
6 herumfließt, weil auf der in Materialförderrichtung gesehen rückwärtigen Seite
-der Stifte 6 ein wesentlich geringerer Druck herrscht.
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Von der Rückseite fließt die Flüssigkeit dann zu den Stiftspitzen
gemäß Pfeil 16 durch die sehr kleinen Trennspalte 14 ih die Axialbohrung 8 der Stifte
und wird durch Leitungen 9 in ein nicht dargestelltes Ablaufsystem geführt.
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Die Stifte 6 sind zu einzelnen Stiftebenen zusammengefaßt.
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Eine Stiftebene im gezeigten Beispiel besteht aus acht über den Umfang
verteilten Stiften. Es können auch mehr Stifte 6 um den Umfang der Schnecke herum
angeordnet werden. Die Zahl der Stifte ist abhängig von den Wasseranteilen des zu
entwässernden Gutes und der Maschinengröße.
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Durch die abrollende Bewegung des Materials in den Schneckengängen
sowie durch die Bremswirkung der Stifte 6 wird ein Druck aufaebaut, der zu einer
höheren Förderleistung der Schnecke führt. Die Erhöhung der Förderleistung führt
zwangsläufig zu einer erheblichen Druckerhöhung im Zylinder 1, beispielsweise bis
über 500 bar, insbesondere zwischen den Stiftebenen.
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Im Stiftzylinderbereich wird der größte Druck auf das auszupressende
Gut ausgeübt, wodurch Interzellular- bzw. Zwischenvolumenwasser freigesetzt wird
und wodurch somit der Trockensubstanzgehalt je.nach Material bis 90 % in nur einem
Arbeitsgang und kontinuierlich erhalten wird.
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Die wesentlichsten Voraussetzungen für den hohen Entwässerungsgrad
des Flüssigkeitsfeststoffgemisches besteht jedoch in der Anordnung der axialen Ablaufbohrungen
8 in den Stiften 6, wobei zwischen den abgerundeten Spitzen der Stifte 6 und dem
Ganggrund der Schnecke Entwässerungstrennspalte 14 gebildet werden. Es wird durch
die Stiftbohrungen 8 eine Ableitungsmöglichkeit für die freigesetzte Flüssigkeit
geschaffen, und zwar an einer Stelle, an der auch die Flüssigkeit freigepreßt wird.
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Es ist von ausschlaggebender Bedeutung, die einmal freigepreßte Flüssigkeit
möglichst an der Stelle des Auspressens auch abzuführen, ohne daß eine erneute Vermischung
mit dem Feststoff in nennenswertem Umfang stattfinden kann.
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Durch die Entwässerungstrennspalte 14 wird insbesondere erreicht,
daß das freigepreßte Interzellular- bzw. Zwischenvolumenwasser abgeführt werden
kann, ohne daß ein nennenswerter Druckverlust im Stiftzylinderbereich auftritt.
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Auf der anderen Seite wird der hohe Druckaufbau für die Auspressung
des Interzellular- bzw. Zwischenvolumenwassers gebraucht, um derartig hohe Trockensubstanzgehalte
erreichen zu können.
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Zylinder 1 besteht aus einem äußeren Metallzylinder 24, der mittels
einzelner Keramiksegmente 25 ausgemauert ist.
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Zwischen den Segmenten 25 und dem Metallzylinder 24 wird zur1vict1st
eine Schicht 26 eines die Segmente 25 mit dem Metall-
zylinder
verbindenden Klebstoffs aufgetragen. Dann werden die einzelnen Segmente 25 jeweils
mit ihrer halbkreisförmigen, seitlichen Nut 27 und der halbkreisförmigen Erhebung
28 in die Klebstoffschicht gedrückt.
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Zuvor werden jedoch in die halbkreisförmige, axiale Nut 29 im Metallmantel
24 und in die halbkreisförmige Nut31 der Segmente Rundstäbe 30 eingesetzt, die die
eingeklebten Segmente 25 am Mitdrehen mit den Schneckenstegen der Schnecke 2 hindern.
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Es wird somit auf eine sehr einfache Weise eine wirkungsvolle und
praktisch unverschleißbare Auskleidung des Zylinders 1 erreicht.