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Verfahren und Vorrichtung zum Entwässern von nassem Gut
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Die Erfindung betrifft das Entwässern von nassem Gut, insbesondere
von Wäsche nach dem Waschvorgang. Das Gut wird dabei in einer Preßstation mechanischem
Druck ausgesetzt. Der Begriff Entwässern schließt hierbei auch das Entfernen anderer
wäßriger Flüssigkeiten aus einem damit angereicherten (nassen) Gut ein.
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Es ist bekannt, aus einem Naßbehandlungsprozeß (kontinuierlich oder
diskontinuierlich) kommendes Gut, beispielsweise aus einer Waschvorrichtung ausgegebene
Wäsche, vor einer thermischen Trocknung in einem Konvektions- und/oder Kontakttrockner
zunächst einer mechanischen Entwässerung zu unterwerfen. Das Gut wird dabei zumeist
mit einer erheblichen Menge Schwallwasser in eine Preßvorrichtung eingespült und
unter Aufbringung von mechanischem Druck so weit entwässert wie es die Bindung der
Flüssigkeit an das Gut ermöglicht. Erfahrungsgemäß ist diese mechanische Entwässerung
erheblich kostengünstiger als die thermische Trocknung durch Wärmezufuhr und Verdunsten
bzw.
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Verdampfen der Flüssigkeit.
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Zum Aufbringen des mechanischen Druckes auf das Gut sind im wesentlichen
zwei Verfahrensweisen gebräuchlich. Im einfachsten Falle wird in einen zylindrischen,
vorzugsweise kreiszylindrischen Preßbehälter mit einer durchströmbaren Unterlage
ein Preßstempel eingefahren und unter hohem Druck gegen das Gut gepreßt (s. z. B.
DE-OS 3 041 994).
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Zweitens ist es bekannt, den mechanischen Druck auf das Gut mittels
einer an einem vorzugsweise glockenförmigen Träger befestigten Membran aufzubringen,
welche durch ein Druckmittel wegen das Gut gepreßt wird. Das Gut kann sich dabei
ebenfalls in einem Preßbehälter befinden, in den der Membranträger abgesenkt wird
(DE-OS 2 852 923). Es kann jedoch auch als in einer vorgeschalteten Station vorgeformter
Kuchen von dem glockenförmigen Membranträger überdeckt werden (DD-PS 112 483).
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Bei beiden Verfahrensweisen dient in der Preßstation die Unterlage
als lastaufnehmendes Gegendrucklager. Die Unterlage kann bei entsprechender Unterstützung
als perforiertes Transportband ausgebildet sein.
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Nachteilig ist bei derartigen Pressen, daß die erreichbaren Restfeuchtigkeitsgehalte
im Gut allgemein noch höher als 50 bis 52 % sind. Auch wird der Entwässerungseffekt
wesentlich von der Preßzeit bestimmt. Bei modernen, hochproduktiven Naßbehandlungs-und
Trocknungsprozessen liegen die verfügbaren Taktzeiten oft unter drei Minuten, was
teilweise zu noch höheren Restfeuchtigkeitsgehalten führt. Bei solchen kurzen Taktzeiten,
die oft nur eine effektive Preßzeit (d. h. die Zeit, in der das Gut unter maximalem
Druck steht) von etwa zwei Minuten gestatten, wird der mechanisch mögliche Entwässerungseffekt
infolge des vorzeitigen Abbaus des mechanischen Druckes nicht erreicht. Das Abströmen
der Flüssigkeit aus dem Gut erfolgt relativ langsam und begrenzt so den möglichen
Entwässerungseffekt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine
Vorrichtung zum Entwässern von nassem Gut, wie z. B. Wäsche nach dem Waschprozeß,
zu schaffen, mit denen es möglich ist, auch in Taktzeiten von drei oder weniger
Minuten einen Restfeuchtegehalt unter 50 % zu gewährleisten.
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Die Lösung dieser Aufgabe enthalten die kennzeichnenden Teile der
Ansprüche 1 und 12.
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Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß im
Gut eine sehr geringe und sehr gleichmäßig verteilte Restfeuchte erzielt werden
kann. Da die dielektrische Erwärmung auf der Ausnutzung dielektrischer Verluste
im Material beruht und jene bei Wasser in der Regel wesentlich höher als bei dem
zu entwässernden Gut sind, wird auf diese Weise in dem Gut ein Ausgleich
der
Feuchteverteilung herbeigeführt. Hinzu kommt, daß sich nur das im Gut enthaltene
Wasser sehr stark erwärmt, das Gut selbst jedoch weniger.
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Die infolge der dielektrischen Erwärmung verdampfende Flüssigkeit
wird wegen des am Gut anliegenden Vakuums zügig aus diesem abgeführt. Das Vakuum
fördert jedoch auch den Abtransport der nicht verdampfenden Flüssigkeit. Darüber
hinaus führt die Absenkung des Gesamtdruckes im Gut zu einer Vergrößerung des Trocknungspotentials,
d. h. der Differenz zwischen Lufttemperatur und Kühlgrenztemperatur. All dies zusammen
bewirkt eine erhebliche Erhöhung der Trocknungsgeschwindigkeit.
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Bei Gütern mit hohem Anteil an in Kapillaren enthaltener Flüssigkeit,
beispielsweise also bei Textilmaterial, bewirkt die dielektrische Erwärmung auch
eine Trocknung der Kapillaren, wodurch das Gut bis zu niedrigen Endfeuchtigkeitsgehalten
gebracht werden kann.
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Eine Folge der erzielbaren niedrigen Restfeuchte ist, daß dem Gut
in nachfolgenden Trocknungsprozessen weniger Energie zugeführt werden muß. Dies
kann so weit gehen, daß beispielsweise für Wäsche ein Trommeltrockner lediglich
zum Auflockern eingesetzt werden muß, da die Wäsche bereits nach dem Pressen die
für einen Mangelprozeß optimale Eingangsfeuchte besitzt.
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Die thermische Trocknung des Gutes wird damit verlagert, indem die
Verweilzeit des Gutes in der erfindungsgemäßen Vorrichtung genutzt wird, um schon
thermisch zu trocknen. Außerdem wird die dem Gut zugeführte thermische Energie in
Form des Nachverdampfungseffektes genutzt. Diese Nachverdampfung beginnt, sobald
das heiße Gut die Vorrichtung verläßt. Besonders intensiv tritt sie beim Aufschütteln
von Wäsche im Trommeltrockner auf, da alle Wäschestücke hier frei im Luftstrom schweben
und eine große Verdampfungsoberfläche gebildet wird.
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Die erreichbaren sehr niedrigen Endfeuchtigkeitsgehalte bewirken bei
Wäsche weiterhin eine deutliche Leistungssteigerung beim Mangeln. In den Heißmuldenmangeln
muß nur noch relativ wenig Feuchtigkeit getrocknet werden, so daß eine hohe Durchlaufgeschwindigkeit
möglich wird.
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Das Verfahren und die Vorrichtung werden durch die Ansprüche 2 bis
11 und 13 bis 29 weiter ausgestaltet.
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Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles
näher erläutert werden. Die Erläuterung der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgt
am Beispiel einer mit einem Hochfrequenz-Generator ausgerüsteten Presse.
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Die Zeichnungen zeigen in Fig. 1: eine erfindungsgemäße Vorrichtung
in einer schematischen, geschnittenen Seitenansicht und Fig. 2: eine Draufsicht
auf eine Vakuumkammer.
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Mit der Erfindung wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem auf das
zu entwässernde Gut in bekannter Weise mechanischer Druck einwirkt. Zusätzlich wird
jedoch das mechanische Gut einem Vakuum und einer dielektrischen Wechselfelderwärmung
ausgesetzt. Der Begriff der dielektrischen Wechselfelderwärmung schließt hierbei
die Erwärmung mittels Mikrowellen und die Erwärmung in einem Hochfrequenz-Kondensatorfeld
ein. Damit stellen sowohl Vakuum als auch dielektrische Wechselfelderwärmung Effekte
dar, die die Wirkung des mechanischen Druckes hinsichtlich des Entfernens der Flüssigkeit
aus dem Gut wesentlich verstärken.
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Hinsichtlich des Einsatzes der beiden zusätzlichen Effekte in bezug
auf den Zeitpunkt des Aufbringens des mechanischen Druckes sieht die Erfindung verschiedene
Möglichkeiten vor. Bevorzugt setzt die dielektrische Wechselfelderwärmung mit dem
Aufbringen des mechanischen Druckes ein.
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In einer anderen Durchführungsweise des Verfahrens ist vornesehen,
daß die dielektrische Wechselfelderwärmung nach dem Aufbringen des mechanischen
Druckes einsetzt, bevorzugt zu einem Zeitpunkt, der annähernd dem Erreichen des
maximalen mechanischen Druckes entspricht.
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Auch das Vakuum kann bereits zu dem Zeitpunkt angelegt werden, zu
dem der mechanische Druck auf das Gut aufgebracht wird. Hier ist es jedoch bevorzugt
so, daß das Vakuum erst nach dem AuF-bringen des mechanischen Druckes, aber noch
vor dem Erreichen des maximalen mechanischen Preßdruckes angelegt wird. Der Zeitpunkt
wird so gewählt, daß unter Beachtung der für den Aufbau des Vakuums notwendigen
Zeit das Vakuum gemeinsam mit dem mechanischen Druck seinen Extremwert erreicht.
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Die Einwirkung des Vakuums auf das Gut hat zur Folge, daß das Abströmen
der Flüssigkeit und des infolge der dielektrische Erwärmung entstehenden Dampfes
aus dem unter Druck stehenden Gut erleichtert wird. Vorzugsweise wird dieses Vakuum
an der Seite des Gutes angelegt nach welcher hin die Flüssigkeit abströmt.
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Das Vakuum wird erfindungsgemäß bis über das Entfernen des mechanischen
Druckes hinaus aufrechterhalten. Dies erleichtert das Entfernen des Preßstempels
vom Gut.
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Das bei Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens aufzubringendde
Vakuum ist ein Grobvakuum, welches mit einem minimalen absoluten Druck von 10 3
bar definiert ist.
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Eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete erfindungsgemäße Vorrichtung
ist in Fig. 1 schematisch dargestellt. Sie weist eine Preßstation 1 auf, in der
der Entwässerungsvorgang vorgenommen wird Die Preßstation 1 besteht zunächst im
wesentlichen aus einem Preßbehälter 2, einem Preßstempel 3 und einer noch näher
zu beschreibenden, lastaufnehmenden Unterlage.
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Der Preßbehälter 2 besitzt eine zylindrische, vorzugsweise eine kreiszylindrische
Form. Seine Grundfläche entspricht der des Preßstempels 3.
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In dem dargestellten Beispiel ist der Preßbehälter 2 in besonders
vorteilhafter Weise mit einem doppelwandigen Mantel 4 versehen, der eine ringförmige
Vakuumkammer 5 enthält. Diese ist über Durchbrüche 6 im Mantel 4 mit dem das zu
entwässernde Gut 7 enthaltenden Innenraum des Preßbehälters 2 verbunden. Die Durchbrüche
6 reichen bis zu einer Höhe über der Unterlage, die der Höhe des maximal komprimierten
Gutes 7 entspricht. Der Mantel 4 besitzt weiterhin an seiner äußeren Seite eine
oeffnung, die als Evakuierungsöffnung 8 für die Vakuumkammer 5 dient. Diese ist
durch eine zumindest teilweise flexible Absaugleitung 9 über ein Ventil 10 mit einer
Evakuierungseinrichtung in Form einer Pumpe 11 verbunden. In die Absaugleitung 9
mündet eine Belüftungsleitung 12 mit einem Belüftungsventil 13. In einer anderen
Ausgestaltung der Erfindung kann die Vakuumkammer 5 auch entfallen.
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Der Preßstempel 3 ist mit einem Kanalsystem 14 ausgerüstet, welches
über ein Belüftungsventil 15 mit der Atmosphäre verbunden ist. Mittels eines vorzugsweise
hydraulischen Antriebs kann dem Preßstempel 3 eine Translationsbewegung entlang
seiner Achse erteilt und der für den Entwässerungsvorgang erforderliche mechanische
Druck auf das Gut 7 ausgeübt werden. Der Preßbehälter 2 und der Preßstempel 3 können
mittels nicht dargestellter, hinreichend bekannter Verriegelungselemente lösbar
miteinander verbunden werden.
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Die Unterlage für den Preßbehälter 2 kann als perforierte Platte ausgebildet
sein. Im dargestellten Beispiel ist als Unterlage ein perforiertes, vorzugsweise
metallisches Transportband 16 vorgesehen, welches mit einer unterhalb des Preßbehälters
2 angeordneten Vakuumkammer 17 zusammenwirkt. Das Transportband 16 ist endlos und
läuft über die Antriebs- und Führungswalzen 18 um. Letztere
sind
geeignet, dem Transportband 16 eine Intervallbewequng zu erteilen.
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Die Vakuumkammer 17 ist gleichzeitig als Flüssigkeitsauffangbehälter
ausgebildet. Aus diesem Grunde besitzt die Vakuumkammer 17 an ihrem tiefsten Punkt
eine Ablauföffnung 19 für die Flüssigkeit und deutlich höher eine Evakuierungsöffnung
20, welche über eine Absaugleitung 21 mit einem Ventil 22 ebenfalls mit der Pumpe
11 verbunden ist. An die Ablauföffnung 19 ist eine Leitung 23 mit einem Rückschlagventil
24 angeschlossen.
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Als lastaufnehmende Elemente weist die Vakuumkammer 17 sternförmig
angeordnete Streben 25 auf, welche durch einen Versteifungsring 26 zusätzlich verstärkt
werden (Fig. 2).
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Sowohl der Preßbehälter 2 als auch die Vakuumkammer 17 besitzen Dichtelemente
27 bzw. 28, mit denen sie an dem Transportband 16 anliegen, und die die beiden Vakuumkammern
5 und 17 sowohl gegeneinander als auch gegen die Atmosphäre abdichten. Desgleichen
ist so auch das Innere des Preßbehälters 2 gegen die Atmosphäre abgedichtet. Hierzu
trägt auch ein nicht dargestelltes Dichtelement (beispielsweise eine elastische
Manschette) zwischen dem äußeren Rand des Preßstempels 3 und der Innenseite des
Mantels 4 bei.
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Die Erfindung sieht weiterhin für die Vorrichtung einen Hochfrequenz-Generator
29 vor, welcher mit dem Preßstempel 3 verbunden ist. Damit wirkt der Preßstempel
3 als Elektrode; die andere Elektrode wird durch das metallische Transportband 16
gebildet. Hochfrequenz-Generator 29 und Transportband 16 können, wie in Fig. 1,
geerdet oder auch direkt durch einen metallischen Leiter miteinander verbunden sein.
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Die Preßvorrichtung ist auf diese Weise gleichzeitig als Hochfrequenz-Kondensatoranordnung
ausgebildet. Der Hochfrequenz-Generator 29 arbeitet mit einer international festgelegten
Frequenz, beispielsweise also 13,56, 27,12 oder 40,68 MHz.
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ie erfindungsgemäße Vorrichtung funktioniert folgendermaßen: Das zu
entwässernde Gut 7, beispielsweise also aus dem Waschprozeß kommende Wäsche, wird
mit einem hohen Anteil an Feuchtigkeit in das Innere des Preßbehälters 2 eingeschwemmt
und verteilt sich dort infolgedessen relativ gleichmäßig. Der Preßstempel 3 wird
in den Preßbehälter 2 eingefahren und übt mechanischen Druck auf das Gut 7 aus.
Damit beginnt das Entfernen der nur lose auf dem Gut 7 haftenden Flüssigkeit. Die
in dieser Phase anfallende große Flössigkeitsmenge fließt durch die Perforation
des Transportbandes 16 in die Vakuumkammer 17, die gleichzeitig als Flüssigkeitsauffangbehälter
dient, und wird von dort durch die Ablauföffnung 19 in die Leitung 23 abgeführt.
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ivie bereits erwähnt, wird das Verfahren bevorzugt so ausgeführt,
daß gleichzeitig mit dem Aufbringen des mechanischen Druckes auf das Gut 7 durch
Einfahren des Preßstempels 3 in den Preßbehälter 2 die dielektrische Wechselfelderwärmung
beginnt. Hierzu wird der [Jochfrequenz-Generator 29 in Betrieb genommen, wodurch
sich in der Vorrichtung ein hochfrequentes elektrisches Wechselfeld aufbaut. Infolgedessen
werden insbesondere die im Gut 7 enthaltenen Flüssikeitsteilchen in Schwingungen
versetzt und erwärmt. Damit steit die Temperatur der Flüssigkeit und des Gutes 7
an. Da sich bekanntlich Flüssigkeit mit höherer Temperatur leichter entfernen läßt,
begünstigt das hochfrequente elektrische Feld die mechanische Entwässerung. Ist
die Grenze der mechanischen Entwässerung durch den Preßstempel 3 erreicht, bewirkt
das hochfrequente Feld die weitere Trocknung des Gutes 7 mittels thermischer Effekte.
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Die zugeführte Hochfrequenzenergie erwärmt das Gut 7 so weit, daß
die enthaltene Flüssigkeit verdunstet und verdampft. Dies betrifft auch in Kapillaren
enthaltene Flüssigkeit.
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Durch die einwirkung des hochfrequenten elektrischen Feldes entsteht
Wärme in jedem einzelnen Volumenelement. Dadurch wird über das gesamte Volumen des
Gutes 7 von innen her eine gleichmäßige
Erwärmung möglich. Im
trockenen Zustand nehmen Stoffe, z. B. auch textile Faserstoffe, nur relativ wenig
iioch?requenzenergie auf und erwärmen sich daher nur langsam. Bei feuchten Stoffen
nimmt im wesentlichen nur die enthaltene Flüssigkeit Hochfrequenzenergie auf. Dieses
physikalische Verhalten führt dazu, daß bei längerem Verweilen im Hochfrequenz-Kondensatorfeld
keine Überhitzung des Gutes 7 auftreten kann. Die beschriebenen Gesetzmäßigkeiten
führen darüber hinaus zu einer usliciistrocknung, da feuchte Stellen mehr Hochfrequenzenergie
aufnehmen und demzufolge stärker trocknen.
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Während der ersten mechanischen Entwässerungsphase ist auch die Pumpe
11 so rechtzeitig in Betrieb gesetzt worden, daß in den beiden Vakuumkammern 5 und
17 ein Unterdruck erzeugt wird, welcher mit Eintreten des maximalen mechanischen
Druckes seinen vorbestimmten Wert erreicht, der minimal bei etwa 10 3 bar liegen
soll (Grobvakuum).
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Die Belüftungsventile 13 und 15 sind hierbei geschlossen; der Innenraum
des Preßbehälters 2 ist außerdem durch die erwähnten, nicht dargestellten Dichtelemente
zwischen der Innenwandunn des Preßbehälters 2 und dem Preßstempel 3 gegen von außen
einströmende Luft gesichert. Das Rückschlagventil 24 verhindert das !tückströmen
von Flüssigkeit und Luft aus der Leitung 23 in die Vak.uumkammer 17.
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Das nahezu allseitig am Gut 7 anliegende Vakuum bewirkt im intensiven
Zusammenwirken von mechanischem Druck, Unterdruck und hochfrequentem elektrischem
Feld das Entfernen der mit stärkerer F3iridung am Gut 7 haftenden und in den Feineren
Kapillaren eingelagerten Flüssigkeit. Diese wird aus den Vakuumkammern 5 und 17
von der Pumpe 11 abgesaugt.
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Nach Abschluß des Entwässerungsvorganges (beispielsweise gegen Ende
der zur Verfügung stehenden Taktzeit) wird zunächst das Belüftungsventil 15 für
das Kanalsystem 14 im Preßstempei 3 nefiflnet,
wodurch sich der
Unterdruck im Gut 7 von oben her abbauen kann. Das ventil 10 wird geschlossen, bevor
mit dem Öffnen des Beltift;ungsnentils 13 das Vakuum in der Vakuumkammer 5 zusammenbricht.
Die weiterhin arbeitende Pumpe 11 erhält das Vakuum in tier Vakuumkammer 17 aufrecht,
so daß das entwässerte Gut 7 weiterhin fest auf dem Transportband 16 haftet. Die
bereits genannten Verriegelunqselemente bewirken nun, daß der Preßbehälter 2 zusammen
mit dem Preßstempel 3 angehoben wird und das Gut 7 freigibt. Durch Schließen des
Ventils 22 und/oder Stillsetzen der Pumpe l1 sowie Öffnen des Ventils 10 wird der
Unterdruck in der Vakuumkammer schlagartig ausgeglichen. Das Gut 7 wird durch das
Transportband 16 zum nächsten Bearbeitungsschritt (z.B. Trommeltrockner) befördert.
Parallel dazu wird der Preßstempel 3 mit dem Preßhehälter 2 abgesenkt, bis letzterer
auf dem Transportband 16 aufsitzt, die Verriegelung gelöst und der Preßstempel 3
wieder angehoben. Anschließend kann im nächsten Takt neues Gut 7 in den Preßbehälter
2 eingebracht werden.
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