DE7034444U - Vorrichtung zur herstellung von granulat aus schmelzfluessigen bzw. thermoplastischen kunststoffen - Google Patents

Description

München den

September 19^0

Kein Zeichen;
Anrae '.der:

Hans Hench Ing, Aschaffenburg
Aschaffstr, 75

Verfahren und Vorrichtung trockenem Granulat aus stoffen ο

\ix Herstellung von

Kunst

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur L -r stellung von

. bzw„ jrhermoplast i-schen . „

trockenem Granulat aus schmelzf lussige.wKunststof fen . die- m Strängen aus der Schmelze abgezogen werden, wobei die Stränge durch ein sie umspülendes Kühlmittel gekühlt und anschließend ?.u Granulat geschnitten werden» Dabei ist das Abziehen ^aua der Kunststoffschmelze und die erwähnte Kühlung sowie das Schneiden zu Granulat im gekühlten Zustand aus der Offenlegungsschrift 1 542 4O5 bekannt ο Bei dem bekannten Verfahren entsteht beim Schneiden ein Gemisch aus Granulat und Kühlmittel, das anschließend von dem Granulat getrennt wird ο Das Granulat muß dann in einem getrennten Vorgang «Jurc'i Zufuhr von Wärme so weit wie erforderlich getrocknet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,, den Schneid- und den

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Trocknunqevcrciang organisch m den Ablauf des Verfahrens einzu-

die Sorption'zu verhindern und, . , .

bauen., umVüaüex ynergio tür das Schneiden t.u sparen und eine Wärmezufuhr für die Trocknung so weit wie trögl.ich zu vermeiden „ Gelöst wird das Problem dadurch, daß dii Stränge in einer Strang-M^Jzone nur bis zur Verfestigung ihrer Oberfläche gekühlt und in diesem Zustand geschnitten werden« woraufhin in einer folgenden Granulafckühlzone dem Granulat durch ein Kühlmittel so viel Wärme entzogen wird, daß die verbleibende Rest-.weinne zur späteren SelbsttrocXnung desselben ausreicht (Und daß anschließend das Granulat vom Kühlmittel schnell getrennt wird*

Durch das Schneiden der Stränge in einem Zustand, in dem diese lediglich an ihrer Oberfläche verfestigt sind_t muß beim Schneiden ira wesentlichen nur die für das Duschtrennen der Oberflächenschicht erforderliche Energie aufgewendet werden« Im Inneren der Stränge finden dann die Schneidwerkzeuge infolge des hier noch weichen Materials einen nur geringen Widerstand voso Hierdurch wird auch die Standzeit der Schneidwerkzeuge erhöht» Andererseits wird durch die Verfestigung der Oberfläche erreicht, daß die Strän ge mit irgendwelchen Konstruktionselementen, wie beispielsweise Widerlagern fßr das Schneiden,, in Berührung kommen können„ ohne hinsichtlich ihres Querschnittes deformiert zu werden„ Durch den dosierten Sntz;.sg von Wärme aus der Granulat ist es dann mögliche die verbleibende Restwärme für die Selbefetrocknung auszunutzen« so daß also veicceaend oc⁷sr vollständig auf die Wärmezufuhr von außen zur Trocknung verzichtet warden. kann_o Diese £zur Trocknung ausgenutzte) dem Granulat innewohnende Wärme vrirkfc sich darum besonders günstig av.s- weil ein solch- & Granulat in der Regel eine schlechte Wärmeleitfähigkeit bssifezfc„ so daß es viel schwieriger ist_; eine zur Trocknung benötigte Wärme von außen zuzuführen,. Infolgedessen ergibt, sich bei dem Verfahren auch eine besonders kurze Strecke für die Trocknung„ Hierzu kann eine Trocknungsvor= richtung dienen, die zwackmäßig nach der Trennung von Kühlmittel und Granulat vorzugehen ist,

Da häufig das derart selbstgetrocKnete Granulat für die weiters

Verarbeitung czw„ Lagerung noch eine zu hohe Temperatur besitzt kann man dieses zweckmäßig durch eine Troclcenkühlvorrichtung leiten, in der das Granulat 2ur gewünschten Endtemperatur abgekühlt ■wird. Weiterhin ist es möglich, verbliebene Spuren von Feuchtigkeit dadurch zu beseitigen, das das Granulat schließlich noch

Vakuumdurch Absaugen dem Granulat entzogen werden.

Um die in der Granulatkühlzone zur Einwirkung gelangende Kühlung möglichst intensiv wirksam werden zu lassen, ist es besonders vorteilhaft, im Bereich der Granulatkühlzone mindestens eine Unterbrechung der Kühlung stattfinden zu lassen« während der aich die Oberflächentemperatur der einzelnen Körner weitgehend der Innentemperatur annähert. Durch eine solche Unterbrechung erreicht man da» sich an der Oberfläche des Granulates wieder eine relativ hohe Temperatur einstellt, po daß die Kühlung ihre volle Wirksamkeit entfalten kann. Dies gilt vor allem für aus besonders dicken Strängen geschnittenem Granulat, da bei diesem sich zwischen Außenhaut und Innere« eine besonders hohe Tempera t'ird iff er enz einstellen karui. Da nun die Trocknung des Granulats in der Trocknungsvorrichtung um so schneller vor sich geht» je höher die Temperatur an dar Oberfläche des Granulates ist, andererseits aber eine zu hohe Temperatur an der oberfläche des Granulates wegen dessen möglicher Erweichung und Verklebung gefährlich ist« stellt man die Unterbrechungsdauer zweckmäßig wahlweise so ein_c daß während der Unterbrechung ein möglichst hohes Temperaturniveau an der Oberfläche erreicht wird, cas jedoch ncch unterhalb der vorstehend geechil" derten Gefahrangrenze liegt. Bei bestimmten Kunststoffen ist zusätzlich noch die bei besonder*» hohen Teuperaturen auftretende Oxydationsgefahr zu berücksichtigen. Wenn nun durch diese wahlweise Einstellung der Unterbrechungsdauar das Temperaturniveau des Granulates geraäa den vorstehenden Gesichtspunkten gewählt wird_t ergibt sich eine relativ schnelle Trocknung bei ebenfalls intensiver schneller Kühlung ₀ so daß der Durchlauf durch die fol= gende Trockenkühlvorrichtung entsprechend ktirz gehalten werden kann.

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Da nun bestimmte Kunststoffe in der Lage sind,, gewisse Flüssig« keiten in sich aufzunehmen,. z.B. also hygroskopisch wirken« hält man bei Verwendung von flüssigem Kühlmittel die Oberflächentamperatur des Werkstoffes zweckmäßig oberhalb des Siedepunktes des Kühlmittels. Diee gilt sowohl for die Strangktihlzonü als auch die

Granulatkühlzone. Das Kühlmittel kann nicht nur aus slnsr

Gaβ oder Flüssigkeit sondern auch auaVexnem Gemisch von Flüssigkeit und Gas

{Nebel} bestehen. Weitere Einzelheiten ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Anhand der Figuren sei ein Ausführungsbeispiel erläutert.. Ββ Beigen

Fig« 1 eine Vorrichtung, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitet„

Fig_o 2 eine Kühleinrichtung im Beteich dsr Granüivtkünizone»

Fig. 3 ein Temperatürdiagramm für den die Vorrichtung gemäß Fig, I durchlaufenden Werkstoff,

* Fig. 4 eine in ihrer Länge variabele Vorrichtung, '«reiche die Strangkühlzone umfaßt.

' Gemäß Fig. 1 besitzt die hiwr dargestellte Anlage einen Avtc.tlaven

A, in dera tich flüssiger Kunststoff befindete Anstelle des Autocia ven kann auch ein kontinuierlich arbeitendes Polymerisat: ons -

oder ein Extruder

ronrytretenο An den Autoclaven A ist das Hauptventil H angeschlossen, das zu dem Verteiler'V führt. Der V ar teiler leitet die Schmelze zu einzelnen Düsen, die einzeln oder gemeinsam abgesperrt w«r~ den können. Von den Düsen gelangt dann die Schmelze zu eine« sogenannten Abzugsgerät B, innerhalb dessen die aus den Düsen austretenden Kunststoffstrange von einem Kühlmedium aufgenommen werden. Dies kann mittels Injektoren geschehene wie diese in Form von Ringdüsen in der DCS I 542 4O5 dargestellt aind. Unterhalb

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der insekt"" α: en des Abzugagerätös E treten aus diesem Rohre R aus die die von den mieV.toren gelieferten Kunststoff stränge und '.···.:■ tU.^e umspülende Kühlmittel nach unten weiter leiten Abzuc^gerät E und Rohre R bilden dabei eine Strangkühlzone S, "Jnt.erh£L>? ier >.oh*e R befindet sich eine bekannte Schneidvorrichtung M mit rotierenden Messern, die die zugeführten Stränge zu Granulat verschneidenο Dae so erzeugte Granulat wird von dem Strom des Kühlmittels weifcergeleitet und gelangt in eine Granulatkühlzone G die in verschiedene "Feile eingeteilt ist auf die weiter unten -läher eingegangen wird> An die Granulatkühlzone G schließt sich dann ein Abscheider B an der beispielsweise durch Zentiifugenwirkung dao Kühlmittel von dem Granulat trennt_; Letzteres gelangt dann in eine Trocknungsverrichtung u·. an die eine Trockenkühlvorrichtung Tk angeschlossen ist* Die Trockenkühlvcu.-richtung Tk : ' nur dann erforderlich,, wenn a*s Ergebnis des Prozesses ein Granulat einer bestimmten niedrigen Temperatur gewünscht wird.

In der Strangkühlzone S wird nun infolge einer bestimmtan Temperatur des Kühlmittels und einer entsprechenden Länge dieser Zone sowie unter Berücksichtigung der Durchlaufgeschwindigkeit der Stränge diesen so viel Wärme entzogen, daß exe sich nur bis zur Verfestigung ihrer Oberfläche abkühlen ο Die Stränge werden also in einem Zustand geschnitten,, bei dem die Messer der Schneidvorrichtung M nur relativ wenig Widerstand zu überwinden haben, nämlich an der Oberfläche der Stränge, während deren inneres sich noch weitgehend im weichen Zustand befindete Durch diesen frühzeitigen Binsat2 des Schneidgerätes kann die Strangkühlzone S besonders kurz gehalten werden., so daß für ein Eindringen von Kühlmittel in die Stränge infolge Diffusion oder Sorbtion nur eine minimale Zeit zur Verfügung steht. Infolgedessen nehmen die Stränge tatsächlich auch praktisch kein K'ihlmittel auf,, Das von dem Schneid gerät M gelieferte Granulat besitz' nun noch eine erhebliche wärmemenge, die sinnvoll für den Trocknungsprozeß des Granulates ausgenutzt wird. Dem Granulat wird nun in der an des Schneidgerät anschließenden Granulatkühlione G durch ein Kühlmittel so viel Wärme entzogen daß die verbleibende Restwärme zur Selbsttrocknung in

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der Troeknungsvori/ichtung Tr ausreicht. Auf diese Weise wird eine sonst notwendige Energiezufuhr für di** Trocknung eingesparte Das in dem Al/scheider B vom Kühjjiifctef .7er·.-sr.r.-fee Granulat gelangt nämlich mit der erforderlichen ReßtvLrr e in die Txocknungseinrichtung Tr. wo die Trocknung aufgrund Jleser Restwärme stattfindet so daß das Granulat die Trocknungsvorrichtung Tr trock»*.. verlast.

Wie bereits oben erwähnt, ist die GranulatkühIzone G in dem dargestellten Ausfühxungsbeispiel in mehrere Abschnitte unterteilt. In die Granulatkühlzone G sind nämlich zwei ünterbrechungsrbschnitte Ua und Ub eingeschaltet, in denen keine Kühlung des durchlaufenden Granulates stattfindet* so daB sich in diesen Unterbrechungeabschnitten Ua und Ub die jeweilige Oberflächentemperatür der einzelnen Körner weitgeh'snd der Innenteaperatur annuliert= Bier» durch wird erreicht, daß der jeweils folgende KÜhlabschnitt Gb bzw. Gc seine intensive Wirkung entfalten kann, die bei einem Granulat mit nur geringer OberflMch^ntemperatür infolge der schlechten wärmeleitfähigkeit von Kunststofien sonstwesentlich vermindert sein würde. Auf diese Weise können die kühlenden Bereiche der Granuletkühlzone. nämlich Ga, Gb und Gc entsprechend kurz gehalten werden« Es sei in diesen Zusammenhang darauf hingewiesen,, das natürlich auch mehr oder weniger Unterbrechungsabschnitte in die Granulatkühlzone G eingefügt werden können_u Dies hängt von der Temperatur des betreffenden Granulatee sowie dessen Wärmeleitfähigkeit ab» Des weiteren spielt der Durchmesser d_vβ Granulates eine Rolle. Je dünner das Granulat ist. desto weniger kommt as auf eine derartige Unterbrechung an. insbesondere ist es mCJgIich, bei besonders dünnem Granulat ganz auf eine Unterbrechung zu verzichten Dies hängt jedoch, wie gesagt, auch von der Wärmeleitfähigkeit des betreffenden Künstetoffee ab.

Am einfachsten wird der Traneport des Granulatee durch die Granulatkühlzone G mittels des Kühlmittels selbst durchgeführt, als das das in der Strangkühlzone S verwendete Kühlmittel verwendet werden kann. Hierbei kann es sich beispielsweise um Wasser handeln. In diesem Pail würde O.er Wasseretrom das Granulat durchjdie Ab-

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schnitte Ga... Gb und Cc hindi .,chKi '^v ^ivmev.. wobei es gleichzeitig eeine Kühlvirkung entfalten v/'ärde* Damit- nun in den Unterbrechung?= = abschnitten Ua und TJb dia Kühlung unterbrochen warden tenn, v; ^ hier ül.s Sranuiat ναι; Kühlmittel getrennt tranaj?^ tiert., bf=.^- spielsv/sise über Siebtrommeln, Siebbänder oder cisty'.eichen*

Anstelle von Wasser als Kühlmittel kann r.uch ein Gas, ζ.-;.. Stick= stoff oder ein FItissigkeifc-Gas-Gemisch nach Art «lines Nebels verwendet werden ο Bas Kühlmittel hängt von der erforderlichen Kühl·» wirkung und üer chemischen Beschaffenheit des zu granulierenden Kunststoffes sb_c auf dessen Empfindlichkeit gegenüber bestimmten Kühlmitteln gegebenenfalls Rücksicht genommen werden muß.

In der Fig. 2 ist dargestellt, vie beispielsweise ein Kühlabschnitt: der Granulatkühlzone G ausgebildet sein kannη Ee handelt sich hier um den Abschnitt 6a. Dieser enthält eine Rohrschlange mit einem Flansch Pl an ihrem Eingang (siehe auch Fig_o 1),in den von der Schneidvorrichtung M das Granulat mit dem Kühlmittel zugeleitet wird. Das Kühlmittel schwemmt das Granulat durch die Rohrschlange«bis dieses am Ausgang 5 austritt« wo es dann der

folgenden Untarbrachungsstufe Ua zugeführt wird. Die Rohrschlange ist von einem weiteren Kühlmedium,, beispielsweise Wasser„ umge= ber, um dem durch die Rohrschlange strömenden Kühlmittel die gewünschte Temperatur zu geben. Damit nun in der betreffenden Stufe wahlweise ein bestimmter Wärmeentzug eingestellt werden kann„ besitzt die Stufe Ga ?.ußer dem Eingang 1 noch weitere Eingänge I₀ 3 und 4, die zu Anzapfungen an der Rohrschlange führen ο Auf diese Weise ist es möglich^ die Verweilzeit des Granulates in der Stufe Ga entsprechend einzustellen und damit den gewünschten Wärmeentzug zu regeln,, nämlich durch wahlweisen Anschluß an einen dieser Eingänge.

Die Fig.3 zeigt ein Diagramm« das die Temperaturverhältnisse beim Druchlauf des Werkstoffes durch eine Anlage gemäß Fig I beispielsweise veranschaulicht.·, Die eingezeichneten Kurven geben dabei die jeweilige Temperatur des Werkstoffs an,, wobei mit ti die Kern tempera tur „ mit tm die Durchschnittstemperatur und mit,

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;:β die Ct^x 2 lichen temper a tür bezeichnet ist ο Der Prozeß beginnt mit. dem Eintritt der noch flüssigen KunBtstof fstränge in das Abzugsge-Ifc S₅ wobei die StrM -re eine Temperatur von 3OO° C haben_o dindurchieifcens der Stränge durch die Strangkühlzne ι das Material an dsr Oberfläche stark ab, und zwar bie aui suie Teraparatur von etwa 150°,. wogegen die Kern tempera tür nur bis etwa 28o° abfällt. Die Stränge haben sich dabei an ihrer Oberfläche verfestigt-und werden in diesem Zustand von dem Schneidgerät M geschnitten. Es schließt sich dann die GranulatXühlzone G an, innerhalb deren zunächst im Kühlabschnitw Qa eine weitere Kühlung stattfindet, bei der die jeweiligen Temperaturen, vie ersichtlich« weiter absinken. Hierbei wird die Differenz zwischen Außentemperatur ta und Karntetaperatur ti noch groiet_c so das «regen der schlechten Wärmeleitfähigkeit von Kunststoff die Kühlintensität entsprechend Am immt. In der anschließenden Unterbrechungsstufe Ua wird dann dem Granulat ohne weitere Kühlang Zeit gegeben, in sich einen Temperaturausgleich vorzunehmen« wcbei je nach Dauer der Unterbrechung die Oberflächentemperatur sich der Kerntemperatür annähert, während die Durchschnittetemperatur tan praktisch konstant bleibt. Hierbei etaigt die Oberflächentemperatur ta wieder beträchtlich an, so daß in der folgenden Kühlstufe Gb sich die Kühlung wieder intensiv auswirken kann. In der folgenden Unterbrechungsstufe Ub findet dann nochmals ein innerer Temperaturausgleich statt, bsi dem wiederum die Außentemperatur ta ansteigt, woraufhin in der letzten Kühletufe Gc zunächst die letzte Kühlung stattfindetο Am Enöe dieser Stufe haben sich dann Kerntemperatur ti und Oberflächentemperatur ta weitgehend angenähert. In diesem Zustand des Granulates erfolgt die Abscheidung des Kühlmittels in uera Abscheider B, an den sich die Trocknungsvor^ richtung Tr anschließt. An dieser Stelle besitzt run das Granulat noch eine Restwärme,, die für die Selbsttrocknung in dieser Stufe ausreicht. Dabei nähern sich Kerntemperatür ti und Oberflächentemperafcur ta weiter einander an. Das Granulat verlust dann die Trocknungsvorrichtung getrocknet« allerdings auf οinem relativ hohen Temperaturηiveauo das hier noch eine Trockenkühlung erforderlich macht» die in der anschließenden Tr ockenhühlvorrichtung Tk stattfindet« in der das Granulat auf die gewünschte Endtempe-

ratur abgekühlt wird_o Hierbei kann ea sich beispielsweise um eine Kühltrommel oder eine KÜh lachneck β handeln.

Bei dem dem Diagramm zugrundeliegenden Verwendungsbeispiel ist da» die Cbsrfläehentssper&tur ta bis «us

der Trocknung in der Trocknungsvorrichtung Tr η i totale unter 10O⁰C absinkt. Hierbei wird <?Λνοη ausgegangen, das als Kühlmittel Wasser verwendet wird. Diet· Mafinahne erbringt den Vorteil« dad das Kühlmittel, wenn es β it den Werkstoff in Berührung kamst, sofort siedet, v»u einer Diffusion bzw. Sorbtion von Wasser in den Werkstoff entgegenwirkt.

Durch die wahlweise Einstellung von Verweilseit in Cvu einseinen Abschnitten der Granulatkühlzone G, ntolich Qa, Gb und Qc sowie in den Uhterbrechungssfeufen Ua, Ub l&ftt sich jeweils in gewünschter Weise ein bestirntes Temperaturniveau des Granulates einstellen, was für verschiedene Zwecke von Bedeutung sein kann. Der Verfahrenstechniker hat es damit in £-_: &:nd, das erfindungsejmJkte Verfahren an verschiedene Betriebs- und Mater ia!Verhältnisse anzupassen, insbesondere kann er durch Einstellung der Unterbrechungsdauer ein bestioB^es Tenperaturniveau in der Trockenvorrichtung Tr einstellen.

Fig. 4 zeigt den Teil der erfindungsgemäeen Anlage, der sich im wesentlichen auf die Strangkuhlzone S bezieht. Gezeigt i*t das Abzugsgerit B mit den Injektoren 10« und die Schneidvorrichtung M, die auf einen Geh&use llnit dem Antriebsmotor 12 sitzt. Injektoren 10 und Schneidvorrichtung H sind über ineinander teleskopartig einschiebbare Rohre 13 und 14 miteinander verbunden. Das behause 11 hangt an drei Zylindern 15, 16 und 17, die sich fiber Stößel gegen die hydraulische einrichtung 19/2O abstützen. Durch 3Sufuhr von Druckflüssigkeit in den Druckraum 21 wird der Kolben 19 hochgedrückt und nimmt damit den Zylinder 15 mit. Auf diese Weise l&et sich das Geh&use 11 zusammen mit der Schneidvorrichtung H nach oben verschieben. Eine Höhenlage dieser Anordnung ist in der Fig. 4 gestrichelt dargestellt. Bei dieser Verschiebung nach oben schieben sich die Rohre 13 und 14 tele-

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skopartig ineinander, "Wodurch im Effekt die Stramgktfhlzone S verkürzt wird. Auf diese Weise läßt sich die Strangkühlzone S auf die jeweils gewünschte Länge einstellen.

Gemäß Figur 1 bildet die eigentliche Granuliervorrichtung, d.i. die Zusammenfassung von Verteiler V „Abzug»vorr ichtung E, Strangkühizone S und Schneidvorrichtung M eine Einheit. Die Anzahl der Stränge und Messer in einer solchen Einheit kann hier nicht beliebig vergrößert werden. Pur eine Groeanlage, insbesondere eine solche für kontinuierlichen Betrieb zehn _s hundert- und mehrfacherBinzelleistung* müssen daher entsprechend viele Granuliervorrichtungen vorgesehen werden. Aueerden muß neben der Reservehaltung auch noch die Auswechselbarkeit aller Teile wShrend des kontinuierlich bleibenden Betriebes gewährleistet sein. Das kann in der Praxis dadurch geschehen dass aus einer Mehrzahl von Autoclave»„ Extrudern usw. die Schmelzflüsse in ein säomel-oder MischgefäS geleitet werden, von welchem aus unmittelbar oder über Verzweigungen die Hehrzahl von Granuliervorrichtungen gespeiet wird. Liüb aus diesen Einzelgranuliervorrichtungen unter genau gleichen Betriebsbedingungen gelieferte Granulat kann zur Weiterbehandlung -Kühlung. Abscheidung und Trocknung'^ in gemeinsame wesentlich leistungsstarkere Kühl-,Abscheide- unfi Trockeneinrichtungen geleitet werden, bei denen für jede Vorrichtungstype sofort einschaltbare Reserven vorgesehen sind. Hierdurch wird ermöglicht: daß bei Ausfall einer Vorrichtung sofort ohne Störung des Betriebes auf eine betriebs/ iivite Reserve umgeschaltet werden kann. Atif diese Weise last sieh mit Sicherheit ein kontinuierlicher Betrieb

Claims (1)

1. DSPL. ING, HCiNZ BARDEHLE Münden, αο:ι 11. J,: 11 1072 k.i

   Γ " T T N Τ». Ν WA LT

   Akte^zoichen: C " 1 " <1 -1 1 . '_ Mjin Zeichen: Q ].q/. ζ

   Ξ c" iU t z ?,ii ε τ rü cn a

   Verrichtung zur rlcrslillu-g ve:". fcranu;.?.t r.us schirelzfli'ssigen J2\v. thsrr^-plsistischen Kunststoffen^) die in Strängen aus der Schneide abgezogen wenden, v;obai die Stränge in Kühl rohren durc/i ein sie umspülendes Kühinittel gekühlt und anschließend zu Granulat geschnitten wer el er., dadurch gekennzeichnet, daf; die Küh" rohre (13, 14; hinsichtlich mrer Länge variabel ausgebiidec sind.

   Verrichtung nacn Anspruch J , dadurch gekennzeichnet, da.: die KühJ rohre (11, .1-1) teleskcpartr.g gegeneinander verschiebbar sine.

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