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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe oder einen Mischer,
die bzw. der einen Antriebsmotor mit Übertragungsmechanismus, der aus
einem Riemensatz, einem Getriebe und einem Kurbelmechanismus besteht,
sowie einen Pumpenbereich mit Pumpenblock, Ventilen und Kolben,
die mit dem vorgenannten Kurbelmechanismus verbunden sind, umfaßt, wobei
der Kurbelmechanismus in einem Kurbelgehäuse untergebracht ist.
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STAND DER
TECHNIK
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Eine
Hochdruckpumpe besteht im wesentlichen aus einem leistungsfähigen Elektromotor,
einem Übertragungsmechanismus,
der einen Riemensatz, ein Getriebe und einen Kurbelmechanismus umfaßt, sowie
aus einem Pumpenbereich mit Pumpenblock, Ventilen und einer Anzahl
von Plungern oder Kolben. Der Kurbelmechanismus ist in einem Kurbelgehäuse untergebracht.
Die Drehbewegung des Elektromotors wird mittels des Übertragungsmechanismus
in die Hin- und Herbewegung der Kolben umgewandelt. Die Hochdruckpumpe
beinhaltet darüber
hinaus Peripherieeinrichtungen, wie beispielsweise Betätigungsvorrichtungen,
Druckmesser, ein Schmiersystem und ein elektrisches System.
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Ein übliches
Anwendungsgebiet für
eine Hochdruckpumpe ist ein Mischer. In Fällen, in denen die Hochdruckpumpe
als ein Mischer eingesetzt wird, wird der Pumpenblock durch eine
oder mehrere Homogenisierungs- oder Gegendruckvorrichtungen ergänzt, in
denen das eigentliche Homogenisierungsverfahren stattfindet.
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Homogenisierung
ist ein seit langem angewendetes industrielles Verfahren, dessen
Zweck darin besteht, Teilchen in unterschiedlichen Flüssigkeitsarten
fein zu verteilen, um beispielsweise Emulsionen zu stabilisieren,
Geschmackstoffe und Aromen hervorzuheben, Anstrichfarben eine bessere Farbsättigung
zu verleihen, usw. Ein sehr übliches Anwendungsgebiet
ist die Milchhomogenisierung, deren Zweck darin besteht, die in
der Milch vorhandenen größten Fettkügelchen
in kleinere Fettkügelchen
aufzubrechen und somit die Fettemulsion zu stabilisieren, so daß ein Absetzen
von Rahm verhindert wird. Der größte Teil
der heutzutage üblichen Verbrauchermilch
ist homogenisierte Milch.
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Homogenisierung
findet normalerweise dadurch statt, daß beispielsweise eine Fettemulsion, die
aus Milch bestehen kann, einem hohen Eingabedruck ausgesetzt wird,
wodurch die Emulsion mit einer hohen Geschwindigkeit durch eine
sehr enge Drossel oder einen sehr engen Spalt getrieben wird, wobei
die Fettkügelchen
der Fettemulsion, u.a. als eine Folge der bei einem plötzlichen
Druckabfall stromabwärts
hinter dem Mischerventil auftretenden Turbulenz, aufgebrochen werden.
Das zu homogenisierende Produkt wird mittels der Hochdruckpumpe druckbeaufschlagt,
häufig
bis auf mehrere hundert Bar, und dazu gezwungen, durch eine enge
Drossel oder einen engen Spalt in der Gegendruckvorrichtung zu strömen. Da
oft flüssige
Lebensmittel, wie beispielsweise Milch, in einem Mischer behandelt werden,
muß unbedingt
ein hoher Hygienestandard aufrechterhalten werden.
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Die
meisten Mischer, die der Markt anbietet, sind ähnlich konstruiert. Die im
Mischer enthaltenen Bauteile sind auf einem gemeinsamen Rahmen integriert
und in einem Gehäuse
untergebracht. Vor allem der Elektromotor, der als eine Antriebsmaschine für den Mischer
oder die Hochdruckpumpe dient, erzeugt während des Betriebs beträchtliche
Wärme. Der Übertragungsmechanismus
und der Pumpenbereich tragen auch zur Wärmeerzeugung bei. Als eine Folge
der Konstruktion des Mischers hat es sich bisher als schwierig erwiesen,
eine wirksame Luftkühlung
der darin enthaltenen Mechanismen und Bauteile zu realisieren. Während einer
längeren
Betriebszeitspanne wird im Inneren des Gehäuses der Maschine immer mehr
Wärme erzeugt,
was schließlich aufgrund
der Tatsache, daß das Lastaufnahmevermögen des Öls in den
Lagern mit zunehmender Umgebungstemperatur beträchtlich reduziert wird, zu
einem Ausfall führen
kann. Außerdem
haben Konstruktionen nach dem Stand der Technik bisher keine Möglichkeit
geboten, die überschüssige Wärme abzuführen oder
zu nutzen.
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Ein
so ausgeführter
Mischer ist in der 1995 gedruckten Ausgabe des "Dairy Processing Handbook", das seit August
1995 über
das Magazin "Nordisk
Mejer i industri" vertrieben
wird, auf Seite 117 beschrieben.
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In
den Fällen,
in denen der Mischer schallgedämpft
ausgeführt
ist, sind alle Bauteile in einem gemeinsamen isolierten Gehäuse oder
einer ebensolchen Umhüllung
untergebracht, was voraussetzt, daß das gesamte Gehäuse in Übereinstimmung
mit den Vorschriften isoliert sein muß, die für in hygienischen Anwendungen
eingesetzte Maschinen gelten, d.h. für Maschinen, die zur Handhabung
von Lebensmitteln zum Einsatz kommen. Maschinenkonzepte oder Gehäuse in Ausführungen
nach dem Stand der Technik haben auch zur Folge, daß verschiedene
Teile in einem Mischer für
Wartungszwecke schlecht zugänglich
sind.
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AUFGABEN DER
ERFINDUNG
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin durch eine spezifische
Ausführung
und Konstruktion der Hochdruckpumpe oder des Mischers eine gesteuerte
und überwachte
Luftkühlung
der in der Hochdruckpumpe oder im Mischer enthaltenen Bauteile zu
erreichen.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die überschüssige Wärme, die von
den Bauteilen der Hochdruckpumpe oder des Mischers erzeugt wird,
abzuleiten oder alternativ zurückzugewinnen.
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Eine
noch weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die Konstruktion
die Hochdruckpumpe oder den Mischer in einen Hygienebereich und
einen Antriebsbereich unterteilt, mit der Folge, daß der Antriebsbereich
in Übereinstimmung
mit wesentlich niedrigeren Standards, als sie für Hygienemaschinen vorgeschrieben
sind, schallgedämpft
sein kann.
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LÖSUNG
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Diese
und andere Aufgaben werden gemäß der vorliegenden
Erfindung dadurch erfüllt,
daß die Hochdruckpumpe
oder der Mischer in der vorgestellten Ausführung das charakterisierende
Merkmal aufweist, daß der
Antriebsmotor oberhalb des Kurbelgehäuses plaziert ist und daß der Antriebsmotor
an zwei Seiten von Trennwänden
umgeben ist, die zusammen mit einem verbindenden Dach einen Luftkanal
darstellen.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung weisen weiterhin die in den beiliegenden
Unteransprüchen
beschriebenen charakterisierenden Merkmale auf.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
BEILIEGENDEN ZEICHNUNGEN
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird nunmehr nachstehend unter besonderer
Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen ausführlicher beschrieben; dabei
sind:
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1 eine
teilweise auseinandergezogene schematische Ansicht der Hochdruckpumpe
oder des Mischers gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2 eine
schematische Ansicht der montierten Hochdruckpumpe oder des montierten Mischers
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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3 ein
Seitenaufriß,
teilweise im Querschnitt, der Hochdruckpumpe oder des Mischers gemäß der vorliegenden
Erfindung, mit Luftkühlung
gemäß einer
ersten Ausführungsform;
und
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4 ein
Seitenaufriß,
teilweise im Querschnitt, der Hochdruckpumpe oder des Mischers gemäß der vorliegenden
Erfindung, mit Luftkühlung
gemäß einer
zweiten Ausführungsform.
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Die
beiliegenden Zeichnungen zeigen nur diejenigen Details und Teile,
die für
ein Verständnis der
vorliegenden Erfindung unbedingt erforderlich sind.
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In
den 1 und 2 ist die Hochdruckpumpe oder
der Mischer gemäß der Erfindung
mit ihren bzw. seinen Hauptbauteilen dargestellt. In 1 sind
gewisse dieser Bauteile demontiert dargestellt, da sie im montierten
Zustand andere Teile abdecken.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Die
Hochdruckpumpe oder, alternativ, der Mischer wird von einem leistungsfähigen Elektromotor 1 angetrieben.
Der Elektromotor 1 ist über
ein Kabel 2 aus seinem Schutzanschlußkasten 3 mit einer (nicht
dargestellten) Stromquelle verbunden.
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Die
Hochdruckpumpe oder der Mischer beinhaltet weiterhin einen Pumpenbereich,
der aus einer Anzahl von Pumpenplungern oder -kolben 4 und
einem Pumpenblock 8 besteht. Die Kolben sind vorgesehen,
um sich in Zylindern hin und her zu bewegen. Die Pumpenkolben 4 sind
mit einem Kurbelmechanismus verbunden, der in einem robusten Kurbelgehäuse 5,
das vorzugsweise aus Gußeisen
besteht, untergebracht ist. Die Anzahl der Pumpenkolben 4 und
ihre Durchmesser können,
abhängig
von der Leistung und dem Druck, für die die Hochdruckpumpe oder
der Mischer vorgesehen ist, variieren.
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Zwischen
dem Elektroantriebsmotor 1 und dem Pumpenbereich befindet
sich ein Übertragungsmechanismus,
der im wesentlichen aus einem oder mehreren Antriebsriemensätzen 6,
einem Getriebe 7 und dem vorgenannten Kurbelmechanismus
besteht. Der Übertragungsmechanismus
sorgt für
die Umwandlung der Drehbewegung des Antriebsmotors 1 in
die Hin- und Herbewegung der Pumpenkolben 4.
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Wenn
die Hochdruckpumpe als ein Mischer eingesetzt wird, sind eine oder
mehrere Gegendruckvorrichtungen oder Mischerventile 9,
mit dem Pumpenblock 8 verbunden, wobei in diesen Vorrichtungen
oder Ventilen das eigentliche Homogenisierungsverfahren stattfindet,
indem das Produkt unter hohem Druck dazu gezwungen wird, durch eine
sehr enge Drossel oder einen ebensolchen Spalt zu strömen.
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Die
Hochdruckpumpe oder der Mischer gemäß der vorliegenden Erfindung
ist so ausgeführt, daß das leistungsfähige, speziell
konstruierte Kurbelgehäuse 5 den
Rahmen der Hochdruckpumpe oder des Mischers darstellt und daß die tragenden
Stützbeine 10 direkt
in das Kurbelgehäuse 5 eingeschraubt
sind. Der Zweck der anderen Stützbeine 11, die
in Holme 12 eingeschraubt sind, besteht darin, sicherzustellen,
daß die
Maschine stabil, d.h. ohne das Risiko irgendeiner Instabilität, steht.
Die Hochdruckpumpe oder der Mischer ist von Profilen 13 eingerahmt,
in denen äußere Schutzplatten 14 gesichert werden
können.
Die äußeren Schutzplatten 14 umgeben
die Hochdruckpumpe oder den Mischer und schützen sie bzw. ihn während des
Betriebs. Die Schutzplatten 14 lassen sich in geeigneter
Weise öffnen,
um einen einfachen Zugang zu ermöglichen, beispielsweise
um die Hochdruckpumpe oder den Mischer zu warten.
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Der
Elektromotor 1 ist direkt auf dem speziell konstruierten
Kurbelgehäuse 5 plaziert
und wird vom Kurbelgehäuse 5 abgestützt. Dies
verleiht der gesamten Hochdruckpumpe oder dem gesamten Mischer eine
kompakte Konstruktion, und als Folge davon steht eine Hochdruckpumpe
oder ein Mischer bereit, die bzw. der eine kleinere Bodenfläche als
herkömmlich
ausgeführte
und konstruierte Vorrichtungen erfordert. An zwei Seiten des Elektromotors 1 ist der
Motor von zwei Trennwänden 15 und 16 umgeben.
Die zwei Trennwände
sind miteinander durch ein Dach 17 sowie durch eine unterhalb
der Hochdruckpumpe oder des Mischers vorgesehene Platte, die einen
Kanal 24 bildet, verbunden. Das Dach 17 kann für spezielle
Anwendungen der Hochdruckpumpe oder des Mischers eine Verankerung
für ein
beliebiges mögliches äußeres Gehäuse darstellen.
Indem die Größe und die
Form des Daches 17 variiert werden, können unterschiedliche Gehäuse verwendet werden.
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Die
vordere Trennwand 15 trennt die antreibenden Teile, d.h.
den Motor und den Übertragungsmechanismus
eines Mischers oder einer Hochdruckpumpe, von den Teilen des Hygienebereichs
ab, d.h. von denjenigen Teilen, durch die das Produkt strömt. Wenn
der Mischer in einer solchen Weise abgetrennt ist, kann der Raum,
in dem sich die antreibenden Teile befinden, in Übereinstimmung mit wesentlich
niedrigeren Standards schallgedämpft
und isoliert werden, als sie bisher für Anwendungen vorgeschrieben waren,
in denen alle zum Mischer zählenden
Bauteile im gleichen Raum untergebracht waren. Die antreibenden
Teile in einem Mischer oder einer Hochdruckpumpe sind weiterhin
diejenigen Teile, die den größeren Teil
der vom Mischer oder von der Hochdruckpumpe verursachten Geräusche erzeugen.
Darüber hinaus
haben hygienische Absorptionsmittel den Nachteil, daß sie teuer
sind, mechanischer Einwirkung nur geringen Widerstand entgegensetzen
und hinsichtlich der schalldämpfenden
Funktion weniger leistungsfähig
sind.
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Die
zwei Trennwände 15, 16 können beispielsweise
aus Aluminiumriffelblech bestehen. Indem die unebenen Seiten des
Riffelblechs dem Motor 1 zugewandt vorgesehen werden, wird
eine Reflexion der Schallwellen in allen möglichen Richtungen erreicht.
Da die Schallwellen bei jeder Richtungsänderung Energie verlieren,
trägt dies
in einem gewissen Grad zur Schalldämpfung des Antriebsbereichs bei.
Des weiteren ist das Aluminiumriffelblech ein wirtschaftliches Material
und hat auch nicht den Nachteil, Licht zu reflektieren und dadurch
eine Blendwirkung zu verursachen, wie es bei rostfreiem Stahl der
Fall sein kann.
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Die
Trennwände 15 und 16 dienen
weiterhin als Verankerungspunkte für die Peripherieeinrichtungen
der Hochdruckpumpe oder des Mischers, wie beispielsweise Schmiereinheit,
Kupplungsmuffen, Alarmtafel und Verdrahtung. Als eine Folge der
eng an den Motor 1 angrenzenden Plazierung der Trennwände 15 und 16,
die den Motor an zwei Seiten umgeben und sich nach außen zu der
einen äußeren Schutzplatte 14 der
Hochdruckpumpe oder des Mischers hin erstrecken, ist es auch nicht
notwendig, den Riemensatz 6 mit einem spezifischen Riemenschutz
zu versehen.
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Die
zwei Trennwände 15 und 16 und
das Dach 17 bilden zusammen einen Luftkanal, der den Motor 1 umgibt.
Der Luftkanal ist in seinen beiden kurzen Enden durch die Schutzplatte 14 definiert.
In den 3 und 4 kennzeichnen Pfeile den Pfad, durch
den die Luft im Antriebsbereich der Hochdruckpumpe oder des Mischers
strömt,
so daß eine
wirksame und einfache Luftkühlung
der wärmeerzeugenden
Bauteile in der Hochdruckpumpe oder im Mischer erzielt wird.
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Luft
strömt
durch einen Lufteinlaß 18 im Dach 17 in
die Hochdruckpumpe oder den Mischer. Die Luft wird durch eine im
Dach 17 plazierte Führungsplatte 19 geführt, strömt anschließend an
einer Labyrinthplatte 20 entlang und wird gezwungen, nach
unten zur Saugseite 21 des Motors 1 hin zu strömen. Die
Führungsplatte 19 und
die Labyrinthplatte 20 verhindern darüber hinaus, daß Wasser
direkt auf den Motor 1 und den Anschlußkasten 3 spritzt,
wenn beispielsweise in einer Molkereiumgebung eine Reinigungslauge
in der Form von Schaum, gefolgt von einem direkten Spülen der
Maschinen unter Verwendung von Wasser unter hohem Druck, zur Anwendung
kommt.
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Auf
der Saugseite 21 des Motors 1 wird die Luft durch
das Lüfterrad
des Motors 1 eingesaugt und druckbeaufschlagt. Danach wird
bewirkt, daß die
Luft entlang den Kühlflanschen
des Motors 1 strömt,
wobei die Luft in einem solchen Fall auch an der Oberseite des Kurbelgehäuses 5 entlangströmt. Die
Luft wird durch das Lüfterrad
des Motors 1 eingesaugt, weil andere Routen durch eine
gegenüber
dem Motor 1 abgedichtete Platte 23 blockiert sind.
Nachdem sie den Motor 1 passiert hat, wird die Luft durch
die Schutzplatte 14 gezwungen, nach unten zu strömen, und
passiert auf ihrem Weg den Übertragungsmechanismus,
den Riemensatz 6 und das Getriebe 7 der Hochdruckpumpe
oder des Mischers. Anschließend
gelangt die Luft in den Kanal 24 unterhalb des Kurbelgehäuses 5 und
kühlt die
Unterseite des Kurbelgehäuses 5.
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Wie
aus 3 ersichtlich, kann eine Luftdurchführung 25 an
den Kanal 24 unterhalb des Kurbelgehäuses 5 angeschlossen
sein, wobei die Luftdurchführung
die Luft von der Hochdruckpumpe oder dem Mischer weg- und aus deren
Einsatzort dadurch ableitet, daß die
Luftdurchführung 25 durch
eine Wand 26 verläuft.
Alternativ kann die Luftdurchführung 25 zur
Hochdruckpumpe oder zum Mischer dadurch zurückgeführt werden, daß bewirkt
wird, daß sie
durch einen herkömmlichen
Luftkühler 27,
wie in 4 dargestellt, verläuft, der luftgekühlt oder,
alternativ, wassergekühlt
sein kann. Nach erfolgter Kühlung
im Luftkühler 27 kann
die Luft zurückgeführt und erneut
durch den Lufteinlaß 18 des
Daches 17 eingeleitet werden. Indem durch die Luftströmung bedingte Verlusteffekte,
die sich bei einer großen
Maschine auf etwa 20 kW belaufen können, auf das im Kühler 27 zirkulierende
Wasser übertragen
werden, besteht die Möglichkeit,
diese Energie, die normalerweise einen Verlust darstellt, beispielsweise
mittels einer Wärmepumpe
zu nutzen. Ein anderer Vorteil, der unter Anwendung dieser Verfahrensweise
erzielt werden kann, besteht darin, daß eine gemäß der vorliegenden Erfindung
gebaute Hochdruckpumpe oder ein ebensolcher Mischer in keiner Weise
zu einer Erhöhung
der Umgebungstemperatur in der Fabrik, was oft ein größeres Problem
darstellt, beiträgt.
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Die
meisten Hochdruckpumpen und Mischer haben einen Wirkungsgrad im
Antriebsbereich von weniger als 90 Prozent. Durch Rückgewinnung
des Energieverlusts, wie vorstehend beschrieben, kann der Wirkungsgrad
auf 98–99
Prozent verbessert werden.
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Wie
aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich, wird mit der vorliegenden
Erfindung eine Hochdruckpumpe oder ein Mischer realisiert, die bzw.
der, als eine Folge der besonderen Ausführung und Plazierung der Bauteile,
keinen speziellen Rahmen erfordert und eine kompakte Konstruktion
mit geringem Flächenbedarf
bietet. Als eine Folge der Trennwände und des diese verbindenden
Daches wird ein Luftkanal erhalten, der für eine wirksame Kühlung des
Antriebsbereichs der Hochdruckpumpe oder des Mischers verwendet
wird. Nachdem sie durch die Hochdruckpumpe oder den Mischer geströmt ist,
kann die Luft entweder abgeleitet oder nach dem Kühlen zurückgeführt werden.
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Die
vorliegende Erfindung soll nicht als auf die vorstehende Beschreibung
und die Darstellung in den Zeichnungen beschränkt angesehen werden, sondern
es sind viele Modifizierungen vorstellbar, ohne vom Schutzbereich
der beiliegenden Ansprüche
abzuweichen.