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Die
Erfindung geht von bekannten Mischwerkzeugen sowie bekannten Scherwerkzeugen
aus, die an einer Welle befestigt sind, wobei die Welle in einem
zumindest teilweise zylindrischem Trog drehbar gelagert ist und
die Mischwerkzeuge in durchwegs geringem Abstand von einer Troginnenfläche enden
und die Welle Antriebsmittel aufweist.
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Derartige
Mischwerkzeuge sowie derartige Scherwerkzeuge sind seit Jahrzehnten
bekannt und werden meist in weitgehend horizontal ausgerichteten
Trögen
eingesetzt, um Schüttgüter und
flüssige Massen
jedweder Art zu vermischen oder einer Scherbehandlung zu unterziehen.
Diese Gesamtwirkungsweise hat sich für die Behandlung von Schokolade-,
Compound- und Füllmassen
als äußerst günstig erwiesen.
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Stand
der Technik für
Mischwerkzeuge sind Pflugscharschaufeln, wie sie durch die
DE 1276986 A , bekanntgeworden
sind. Diese Mischwerkzeuge werden in einer Trommel derart angeordnet,
dass eine Produktverteilung im Spalt zwischen dem Mischwerkzeug
und der Trommelinnenfläche
nicht stattfinden kann. Dies wird am Mischwerkzeug durch einen entgegen
der Umlaufrichtung des Schleuderwerks sich öffnenden Freiwinkel erreicht.
Um diese Vorgabe zu erfüllen,
kann die Bodenwand des Mischwerkzeugs zurückversetzt sein, oder sie ist
entsprechend angeschrägt
oder das Mischwerkzeug selbst wird schräg angestellt, so dass das Mischwerkzeug
eine die Trommelinnenwand abkratzende, reinigende Funktion erhält. Für reine Mischwerkzeuge
ist dies nicht von Einfluss, weil die eigentliche Mischwirkung,
die die Werkzeuge erfüllen müssen, dadurch
nicht beeinträchtigt
wird.
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Ebenso
Stand der Technik für
Mischwerkzeuge sind Wurfschaufeln. Mischwerkzeuge solcher Art sind
sichelförmige,
zur Querachse der Wellenachse schräg gestellte, gerade und flache,
blattförmige Schaufeln
mit durchgehend gleichmäßig geringstmöglichem
Abstand zur Trommelinnenwand, wobei die der Trommelinnenwand nächst anliegende Schaufelkante
logischerweise eine elliptische Kurve sein muss. Diese Mischwerkzeuge
werden in einer Trommel derart angeordnet, dass im Spalt zwischen dem
Mischwerkzeug und der Trommelinnenfläche das Produkt weder eingezogen,
gepresst oder geschert wird, sondern vom Mischer vorhergeschoben wird,
noch dass gar eine Keilwirkung stattfinden kann. Mit anderen Worten:
Es bildet sich kein Scherspalt aus, und damit können nur geringe Materialumstruktierungen
stattfinden.
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Bekannt
sind auch Scherwerkzeuge, die wiederum mehr einen scherenden als
mischenden Einfluss ausüben
sollen. Diese Werkzeugen haben über ihre
ganze Länge,
in Umlaufrichtung der Werkzeuge gesehen, im vorderen Bereich durchgehend
einen größeren Abstand
zur Troginnenfläche
als durchgehend im hinteren Bereich, was eine das Material einziehende
Wirkung hervorruft. Allerdings ist bei diesen Werkzeugen die Mischwirkung
gering.
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Des
weiteren ist aus der
DE
4344995 A1 eine Konstruktion bekanntgeworden, die ein Mischwerkzeug,
wie eine bekannte Pflugscharschaufel, dahingehend verbessert, dass
neben dem Mischvorgang auch Materialumstrukturierungen begünstigt werden.
Zu diesem Zweck wird das oder die Mischwerkzeuge, in Umlaufrichtung
der Mischwerkzeuge gesehen, im vorderen Bereich weiter von der Trommelinnenfläche beabstandet
als im hinteren Bereich.
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Dies
führt bei
den gedachten Produkten zu einer erheblichen Produktverkeilung,
und das einmal im Spalt gefangene Produkt, insbesondere begünstigt durch
die bei enger werdendem Spalt dafür größer werdende Scherfläche, kann
bei übermäßiger Beanspruchung
kaum mehr der Pressung ausweichen, was bei Suspensionen bis zu einem
Mahleffekt für
die Feststoffteile führen
kann. Die dadurch erzeugte übermäßige Reibung
kann zu örtlichen Überhitzungen
des Produktes führen,
was unerwünscht sein
kann.
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Aus
der
GB 702 175 A ist
ein Mischer bekannt, bei dem die Spitzen der in Form doppelseitiger Pflugscharschaufeln
ausgebildeter Mischwerkzeugschaufeln, in Umlaufrichtung gesehen,
vorne liegen und zu vermischendes Material von den Troginnenwänden abschaben.
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Die
DE 1 082 576 A beschreibt
ein Gegenstrommischwerk, bei dem an Tragarmen Rührschaufeln winklig angeordnet
sind. Die Tragarme sind schwertähnlich
gestaltet und derart im Winkel zur Achse der Rührwerkswelle gestellt, dass
die Förderrichtung
der Tragarmfläche
der Förderrichtung
der Rührschaufeln
entgegengesetzt ist.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein Mischwerkzeug, wie eine bekannte
Wurfschaufel, dahingehend zu verbessern, dass neben dem Mischvorgang
auch Materialumstrukturierungen im zu behandelnden Produkt begünstigt werden,
andererseits aber auch im gleichen Schritt dasselbe Werkzeug als Scherwerkzeug, ähnlich einer
bekannten Scherleiste, dahingehend zu verbessern, dass neben dem Schervorgang
auch eine beachtliche Mischwirkung erzielt werden kann.
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Wichtiges
Ziel der Verbesserung ist dabei, bei optimaler Mischleistung eine
das Produkt noch schonende und trotzdem höchst effiziente Materialumstrukturierung
herbeizuführen
und das Werkzeug so auszubilden, dass bei über die Prozesszeit sich ändernder
Produktrheologie, -struktur und -konsistenz immer wenigstens ein
zur zeitabhängigen
Struktur des Produktes passender, optimal ausgebildeter Scherspaltabschnitt
als Teil der ganzen Länge
des Scherspaltes zur Verfügung
steht. Des weiteren soll das Produkt keine örtlichen Überhitzungen erleiden, noch
soll bei Suspensionen ein Mahleffekt, wirkend auf die Feststoffanteile,
entstehen.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch ein Scher-Mischwerkzeug nach Anspruch 1 gelöst, welches
die Kombination folgender Merkmale aufweist:
- a)
das Scher-/Mischwerkzeug an einer radialen Außenseite des Werkzeugträgers mindestens eine
sichel- und löffelförmige Scher-/Wurfschaufel aufweist,
- b) die Scher-Wurfschaufel von ihrer Sichelspitze zu ihrem Ende
gesehen, mit einem Biegewinkel (α)
bogenförmig
zur Längsachse
der Scher-/Wurfschaufel
gekrümmt
ist, wobei
- c) die Tangenten an die periphere Außenfläche der Scher-/Wurfschaufel
und an die Troginnenfläche
einen weiteren Winkel (γ)
einschließen,
so dass der Abstand zwischen der Troginnenfläche und der peripheren Außenfläche der
Scher-/Wurfschaufel, von der Sichelspitze her gesehen, zunimmt,
und wobei
- d) die Längsachse
der Scher-/Wurfschaufel einen Anstellwinkel (β) zu einer senkrecht zur Achse
der Welle Stehenden Querachse bildet, und
- e) an der Scher-/Wurfschaufel der löffelförmige Teil in Drehrichtung
und die sichelförmige
Spitze entgegengesetzt zur Drehrichtung weist.
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Die
Unteransprüche
beschreiben bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung.
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Die
Scher-/Mischwerkzeuge weisen eine sichelförmige, im Querschnitt vorzugsweise
kreisbogenförmig
gebogene, in Längsrichtung
vorzugsweise gerade Scher-Wurfschaufel auf, welche in einem Winkel
von 1–45° schräg zur Wellenachse
in der Trommel rotieren, wobei der Biegewinkel im Querschnitt der
Scher-Wurfschaufel von der Sichelspitze her nach hinten vorzugsweise
immer größer wird,
so dass die Scher-Wurfschaufel
nach hinten eine umgedreht löffelförmige Fläche beinahe
parallel zur Troginnenfläche
bildet und dass mit der Vergrößerung des
Biegewinkels α der
Abstand der Scher-Wurfschaufelperipherie zur Troginnenwand, z. B.
bis zu über
50 mm, immer größer wird
(Winkel γ)
und dass das über
einen Arm mit der Antriebswelle kraftschlüssig verbundene Scher-/Mischwerkzeug
vorzugsweise mindestens einen weiteren Arm hat, der mit einem in
Drehrichtung wirkenden Wandschaber versehen ist. Es versteht sich,
dass gemäß der beschriebenen geometrischen
Form der Scher-Wurfschaufel
zur optimalen Behandlung unterschiedlichster Produkte mit größer werdendem
Biegewinkel gleichzeitig auch der Biegeradius vergrößert oder
verkleinert werden kann, ebenso auch, dass die Querbiegung produktabhängig eine
degressiv, aber auch progressiv verlaufende Kurve sein kann und
dass die Scher-Wurfschaufel
in Längsrichtung,
zusätzlich
zur Querbiegung, von der Sichelspitze her und in der Draufsicht gesehen
unter Bildung eines Winkels δ zwischen
der Tangente an die Biegung und der Längsachse der Erstreckung des
Werkzeuges gegen die linke oder rechte Seitenwand hin gebogen sein
kann.
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Ebenso
versteht sich, dass produktabhängig zu
einer gewünschten
Wirkung der am weiteren Arm angebrachte Wandschaber ebenfalls als
sichelförmige,
jedoch flache, also im Querschnitt nicht gebogene, in Längsrichtung
gerade oder aber gegen die linke oder rechte Seitenwand gebogene
Wurfschaufel mit gleichbleibenden minimalsten Abstand zur Troginnenwand
ausgebildet sein kann.
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Die
erfindungsgemäße bevorzugte
Anordnung des Gegenarmes mit Wandschaber hat den Vorteil, dass bei
der Behandlung von klebrigen oder sonst adhäsiven, leicht an der Troginnenwand
anhaftenden Produkten, die von der Zentrifugalkraft an die Troginnenwand
gepresste Produktschicht vom nachfolgenden Wandschaber abgelöst wird,
so dass die dem Wandschaber wieder nachfolgende Scher-Wurfschaufel
beim nächsten
Durchgang derselben Stelle andere Produktteile zwischen Scher-Wurfschaufelperipherie
und Troginnenwand einer Misch- und Scherbehandlung unterzieht. Des
weiteren wird nach Beendigung des Prozesses mit dem Wandschaber eine
gute Entleerung mit wenig Produktrückstand sichergestellt.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
sind mehrere Wandschaber in Form eines Rotors angeordnet, wobei
um einen Innenrotor ringförmige
Befestigungselemente in Abständen
längs der
Rotorachse angeordnet sind und die Scher-/Wurfschaufeln bzw. die Wandschaber
zwischen den Befestigungselementen gehalten werden, um einen Außenrotor
zu bilden.
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Die
erfindungsgemäße Anordnung
hat die weiteren Vorteile, dass das Produkt äußerst schonend behandelt wird,
nämlich
dadurch, dass der Scher-Wurfschaufel längs gleitende Produktanteile, für welche
die Kraft nicht ausreicht, um sie durch den Scherspalt zu pressen,
sei es, dass der sich erweiternde Spalt noch zu eng ist oder das
Produkt eine noch zu steife Konsistenz hat, sich durch weiteres, längs des
Werkzeuges Gleiten der Pressung vorläufig ausweichen können. Damit
ist der weitere Vorteil verbunden, dass es bei Produkten, die während der Prozessdauer
ihre rheologischen Eigenschaften, ihre Struktur oder Konsistenz
zeitlich ändern,
für den
jeweiligen momentanen Zustand des Produktes immer einen in Längsrichtung
gesehenen Scherspaltabschnitt gibt, der einen in seiner geometrischen
Form idealen Scherspalt darstellt. Gleichzeitig verbessert der durch
den zur Drehachse gerichtete Winkel der Scher-Wurfschaufel auch
die Durchmischung der Masse, weil durch die Drehung des Werkzeuges
eine radial auswärts
gerichtete Fliehkraft auf das zu bearbeitende Material, wie Schokolademasse
einwirkt, die radial einwärts
gerichtete Scher-Wurfschaufel aber das von der Innenwand abgenommene
Material wieder zurückwirft.
Damit wird eine höchst
intensive Produktscherung bei gleichzeitig guter Durchmischung erzielt.
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Die
erfinderische Ausgestaltung der Scher-/Mischwerkzeuge erlaubt nicht
nur eine über den
Scherspalt ab- oder zunehmende, sondern auch annähernd konstante Krafteinwirkung über die
ganze Länge
der Scher-Wurfschaufel. Dieser Effekt ist über die physikalische Beziehung
Kraft = Schubspannung im Produkt mal Scherfläche F = τ·Aund über die
Beziehung
Schubspannung = Produktzähigkeit
mal Geschwindigkeitsdifferential dividiert durch das Abstandsdifferential definiert.
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Aus
dieser zweiten Beziehung ist leicht ersichtlich, dass in der erfindungsgemäßen Anordnung der
in einem Trog rotierenden Scher-Wurfschaufel bei Vergrößerung des
Abstandsdifferentials dy sich der Ausdruck für τ verkleinert. Wenn τ kleiner
wird; muss demzufolge die Scherfläche A in der ersten Beziehung
größer werden,
sofern die Krafteinwirkung F bei größer werdendem Abstand der Scher-Wurfschaufelperipherie
zur Troginnenwand über
die ganze Länge
der Scher-Wurfschaufel konstant sein soll.
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Aus
dieser Beziehung lässt
sich aber auch leicht ersehen, dass durch geeignete Biegung der Scher-Wurfschaufel
in ihrem Querschnitt und geeignete zunehmende Beabstandung der Scher-Wurfschaufelperipherie
zur Troginnenfläche
von der Sichelspitze weg sowie durch eine eventuelle zusätzliche
Biegung der Scher-Wurfschaufel
in ihrer Längsrichtung, über die
Länge des
sich ergebenden Scherspaltes jedwede gewünschte zu- oder abnehmende Krafteinwirkung
erzielen lässt.
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Demzufolge
werden in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung die Scher-/Mischwerkzeuge
in Conchiermaschinen zum Conchieren von Schokolademassen sowie Verflüssigermaschinen
von Compound- und Füllmassen
in der Süßwarenindustrie eingesetzt.
Effiziente Conchiermaschinen zeichnen sich bekanntlich dadurch aus,
dass ein und dieselbe Maschine in einem Arbeitsgang mehrere verfahrenstechnische
Grundoperationen, wie Mischen, Scheren und Belüften, optimal ausführen. Bei
Schokolademassen kann damit die Umstrukturierung des pulverförmigen Walzgutes
in eine fließfähige Suspension effizient
durchgeführt
und gleichzeitig die Schokolademassen entsäuert werden, ohne Aromaeinbußen zu erleiden,
entstanden durch örtliche Überhitzungen infolge
zu hoher Reibung des Produktes. In diesem Zusammenhang ist es ein
wesentlicher Bestandteil der Erfindung, dass die Schokolademassen
einer Scherung im Spalt zwischen Troginnenwand und Scher-Wurfschaufelperipherie
unterzogen werden, sofern die Kraft für einen Einzug in den Scherspalt nicht
mehr ausreicht oder je nach Auslegung der beschriebenen Form der
Scher-Wurfschaufel
nur ein Abschnitt des Scherspaltes zeitlich aktiv zur Wirkung kommt,
was so auf Grund des Zusammenwirkens der Winkel β und γ eine noch schonende, aber trotzdem effiziente
Behandlung von Schokolade-, Compound- und Füllmassen höchster Qualität erlaubt.
Damit ist auch trotz notwendiger Scherung und Reibung eine feine,
für den
Gaumen höchst
angenehme Aromabildung verbunden.
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Weitere
Vorteile und Ausführungsbeispiele ergeben
sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung. Die einzelnen
Figuren der Zeichnungen zeigen das Scher-/Mischwerkzeug teilweise stark
schematisiert und sind nicht maßstäblich zu verstehen,
wobei die verschiedenen Ausführungsformen
nicht als abschließende
Aufzählung
zu verstehen sind, sondern beispielhaften Charakter haben. Es zeigen:
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1 ein
Scher-/Mischwerkzeug mit einer in Längsrichtung geraden, im Querschnitt
mit von der Sichelspitze zum umgedreht löffelförmigen Ende hin zunehmendem
Biegewinkel kreisbogenförmig
gebogenen Scher-Wurfschaufel mit von der Sichelspitze weg zunehmendem
Abstand der Scher-Wurfschaufelperipherie zur Troginnenwand einer
Trommel;
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2a und 2b eine
weitere Darstellung eines Scher-/Mischwerkzeuges in Draufsicht,
und im Querschnitt durch die Trommel;
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3 ein
erfindungsgemäßes Scher-/Mischwerkzeug
im Schnitt entsprechend der Linie I-I in 1 und 2b;
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4 ein
erfindungsgemäßes Scher-/Mischwerkzeug
im Schnitt entsprechend der Linie II-II in 1 und 2b;
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5 ein
erfindungsgemäßes Scher-/Mischwerkzeug
im Schnitt entsprechend der Linie III-III in 1 und 2b;
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6 ein
erfindungsgemäßes Scher-/Mischwerkzeug
im Schnitt entsprechend der Linie IV-IV in 1 und 2b;
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7 ein
erfindungsgemäßes Scher-/Mischwerkzeug
im Seitenriss und im Schnitt entsprechend der Linie V-V in 1 und 2b;
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8a +
b eine Anordnung eines Scher-/Mischwerkzeuges mit einer in Längsrichtung von
der Sichelspitze her in der Draufsicht gesehen gegen die linke Seitenwand
gebogenen und im Querschnitt mit von der Sichelspitze zum umgedreht
löffelförmigen Ende
hin zunehmendem Biegewinkel und zunehmendem Radius kreisförmig gebogenen Scher-Wurfschaufel in einer
Trommel mit Stirnwand im Querschnitt zur Trommel und in Draufsicht;
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9 ein
erfindungsgemäßes Scher-/Mischwerkzeug
im Schnitt entlang der Linie VI-VI von 8b;
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10 ein
erfindungsgemäßes Scher-/Mischwerkzeug
im Schnitt entlang der Linie VII-VII von 8b;
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11 ein
erfindungsgemäßes Scher-/Mischwerkzeug
im Schnitt entlang der Linie VIII-VIII von 8b;
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12 ein
erfindungsgemäßes Scher-/Mischwerkzeug
im Schnitt entlang der Linie IX-IX von 8b;
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13 ein
erfindungsgemäßes Scher-/Mischwerkzeug
entlang der Linie X-X von 8b;
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14 eine
weitere erfindungsgemäße Anordnung
eines Scher-/Mischwerkzeuges mit einer in Längsrichtung geraden, im Querschnitt
mit vom umgedreht löffelförmigen Vorderteil
weg zum sichelförmigen
Ende hin abnehmendem Biegewinkel kreisbogenförmig gebogenen Scher-Wurfschaufel
mit vom umgedreht löffelförmigen Vorderteil
weg abnehmendem Abstand der Scher-Wurfschaufelperipherie zur Troginnenfläche im Querschnitt
zum Trog;
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15a + b eine erfinderische Anordnung eines Scher-/Mischwerkzeuges
mit einer in Längsrichtung
vom umgedreht löffelförmigen Vorderteil
her in Draufsicht gesehen, gegen die rechte Seite hin gebogenen
und im Querschnitt mit vom umgedreht löffelförmigen Vorderteil zum sichelförmigen Ende
hin abnehmendem Biegewinkel und abnehmenden Radius kreisförmig gebogenen
Scher-Wurfschaufel in einer Trommel mit Stirnwand im Querschnitt
zur Trommel und in der Draufsicht; und
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16 einen
Rotor mit mehreren Scher-/Wurfschaufeln bzw. Wandschabern.
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Die 1, 2a, 2b und 8a zeigen
Anordnungen, bei denen die sichelförmige Spitze in Drehrichtung
und der löffelförmige Teil
der Scher-Wurfschaufel entgegengesetzt zur Drehrichtung weist, anders
als beansprucht. Die Beschreibung dieser Figuren dient der besseren
Verständlichkeit
der erfindungsgemäßen Anordnung
entsprechend den 3 bis 7, 8b und 9 bis 16.
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Die 1 zeigt
in einer Seitenansicht und im Schnitt ein Scher-/Mischwerkzeug 1,
wie es auf einer Welle 2 kraftschlüssig befestigt ist und wie
die Welle 2 mit dem Scher-/Mischwerkzeug 1 in
einem Trog 3 angeordnet ist. Mehrere Scher-/Mischwerkzeuge 1 auf
der Welle 2 bilden einen Scher-/Mischrotor. Mit Pfeilrichtung 4 ist
die Drehrichtung des Scher-/Mischrotors angedeutet. Die Werkzeuganordnung
setzt sich aus dem Scher-/Mischwerkzeug 1 mit einer Scher-Wurfschaufel 5 an
einem Arm 6 und einem Befestigungsring 7 und einem
weiteren, gegenüberliegenden
Arm 8 mit einem Wandschaber 9 zusammen. Der Arm 6 mit
dem Befestigungsring 7 und der Gegenarm 8 ist
entweder lösbar
an der Welle 2 befestigt (Nut mit Feder), oder der Arm 6 mit
Befestigungsring 7 und mit Gegenarm 8 ist mit
der Welle 2 verschweißt.
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Das
in Seitenansicht gezeigte Scher-/Mischwerkzeug 1 zeigt
die am Ende des Armes 6 ausgebildete, in Längsrichtung
gerade Scher-Wurfschaufel 5 wegen der Schrägstellung
dieser zu den Erzeugenden der einen Conchentrog bildenden Trommel
bzw. zur Querachse 10 (siehe 2a und 2b)
der Wellenachse 11 nicht in ihrer wahren Länge. Der
Befestigungsring 7 mit Gegenarm 8 und mit Wandschaber 9 erscheinen,
weil nicht schräg
zu einer Hauptachse, in wahrer Länge
und Breite.
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Die
Scher-Wurfschaufel 5 ist in ihrem Querschnitt von der Sichelspitze 12 weg
bis zum umgedreht löffelförmig sich
ausbildenden, entgegengesetzten Ende 13 mit zunehmendem
Biegewinkel α (siehe 3 bis 6)
kreisbogenförmig
gebogen und ist mit zunehmendem Biegewinkel α mit ihrer Peripherie 14 von
der Troginnenwand 15 mit einem Abstand 16 zunehmend
beabstandet, der einen Winkel γ zwischen
Tangenten T1 und T2 am Außenumfang des
Werkzeugblattes und am Innenumfang des Troges 3 ergibt.
Der mit größer werdendem
Biegewinkel α auch
immer größer werdende
Abstand 16 von der Scher-Wurfschaufelperipherie 14 zur
Troginnenwand 15 erscheint wegen der Schrägstellung
der Längsachse 17 (siehe 2a und 2b)
der Scher-Wurfschaufel 5 zur Querachse 10 der
Wellenachse 11 verzerrt und nicht in seiner wahren Größe. Die
kreisbogenförmige
Biegung im Querschnitt der Scher-Wurfschaufel 5 ist
in dieser Seitenansicht nur durch die von der Sichelspitze 12 weg
immer zunehmend sichtbare Fläche 18 der
Scher-Wurfschaufelblattdicke ersichtlich.
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Daraus
ergibt sich aber mit immer größer werdendem
Abstand 16 ein dritter Winkel, nämlich dem Öffnungswinkel γ jeweils
zwischen zwei Tangenten T1, T2 am inneren Umfang des Troges 3 bzw.
am äußeren Umfang
der Scher-Wurfschaufel 5. Dieser Winkel γ kann über den
Umfang jeweils gleich groß oder
aber auch ab- oder zunehmend sein. In jedem Falle aber wirkt dieser
Winkel γ bei
der In 1 gezeigten Drehung im Uhrzeigergegensinne leistungserhöhend, was
die in die Schokolademasse eingebrachte Leistung betrifft, in Uhrzeigerrichtung
dagegen einziehend und scherend.
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Demnach
ergeben sich beim erfindungsgemäßen Werkzeug
drei unterschiedliche Winkel α, β und γ, die an
einem einzigen Werkzeug gleichzeitig unterschiedliche Aufgaben bewältigen,
nämlich
- α)
ein Durchmischen in Radialrichtung des Troges 3 entgegen
der durch die Drehung nach außen wirkenden
Fliehkraft;
- β) ein
Durchmischen in Axialrichtung des Troges 3; und
- γ) Einbringen
von Leistung in die Schokolademasse, u. a. durch Scherung.
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Dazu
ergibt sich auch noch ein Zusammenwirken der Winkel β und γ, das später besprochen werden
soll. All diese Aufgaben können
durch ein relativ leicht, durch die entsprechende Biegung, herzustellendes
Werkzeug bewältigt
werden. Die Größe dieser
Winkel ist an sich im Rahmen des Fachwissens eines Durchschnittsfachmannes
wählbar,
doch wird der Winkel α im
Durchschnitt etwa 45° (etwa
90° maximal)
betragen, vorzugsweise darunterliegen und in den meisten Fällen zwischen
20° und
35° betragen,
z. B. 30°.
Der Winkel β wird
etwa im gleichen Bereiche liegen, aber 45° nicht übersteigen, wogegen γ vorzugsweise
kleiner ist und beispielsweise 10° bis 30° beträgt, insbesondere
15° bis
25°. Kleinere
Winkel als 10° sind
für γ möglich, aber
nicht bevorzugt, so dass für
diesen Winkel die obigen Maximalwerte von besonderer Bedeutung sind.
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Bei
in Pfeilrichtung 4 rotierendem Scher-/Mischwerkzeug 1 wird
ein Teil des Produktes bei ausreichender Kraft durch den Scherspalt,
Abstand 16, gepresst und an die Troginnenwand 15 gedrückt, bei
nicht ausreichender Kraft axial weitergeschoben, so dass sie mit
anderen Teilen des Produktes vermischt werden. Dies ergibt sich
aus einem Zusammenwirken der Winkel β und γ. An der jeweiligen Stelle haften
bleibende Produktteile, werden vom der Scher-Wurfschaufel 5 nachfolgenden
Wandschaber 9 wieder von der Troginnenwand 15 entfernt,
damit beim nächsten
Durchlauf der Scher-Wurfschaufel 5 an dieser Stelle wieder
andere Produktteile einer Scher-/Mischbehandlung
unterzogen werden.
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Die 2a + 2b zeigen
eine Draufsicht, eine Seitenansicht des Werkzeuges im Innenraume 20 des
Trogs 3 sowie einen Schnitt durch den Trog 3 samt
ihrer Stirnwand 19. Die Welle 2 ist in den Stirnwänden gelagert,
wobei nur eine Stirnwand 19 in 2a gezeigt
ist. Die Lagerung selbst ist stark schematisiert dargestellt. In
dieser Draufsicht ist deutlich die Schrägstellung mit dem Winkel β der Längsachse 17 der
Scher-Wurfschaufel 5 zur Querachse 10 der Wellenachse 11 oder
zu dieser selbst ersichtlich, während
der Wandschaber 9 am Gegenarm 8 (siehe 1)
parallel zur Wellenachse 11 verläuft. Dabei ergänzen die
Wirkungen der beiden Werkzeuge, der Scher-Wurfschaufel 5 und
des Wandschabers 9, in ihrer Wirkung einander, wie schon
erwähnt
wurde. Deswegen ist es vorteilhaft, wenn mindestens ein Werkzeug
der einen und der anderen Art über
den Umfang einer Conchierwelle verteilt sind.
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Die
Draufsicht zeigt auch klar die wegen der von der Sichelspitze 12 weg
mit zunehmendem Biegewinkel α (siehe 3–6)
kreisbogenförmigen Biegung
des Scher-Wurfschaufelblattes im Querschnitt sich ausbildende, umgekehrt
löffelförmige Fläche 21 zum
der Sichelspitze 12 entgegengesetzten Ende 13 hin.
Die Rundung der Abbiegung ist auch in dieser Draufsicht nur durch
die von der Sichelspitze 12 weg zur umgekehrt löffelförmig sich
ausbildenden Fläche 21 hin
abnehmende Sichtbarkeit der Scher-Wurfschaufelblattdickenfläche 18 erkennbar (siehe 3 bis 6).
Mit dem Bezugszeichen 14 ist die Peripherie des Scher-Wurfschaufelblattes
bezeichnet.
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In
Pfeilrichtung 22 ist der Verlauf und die Bewegungsrichtung
bei der Relativgeschwindigkeit zur wahren Umfangsgeschwindigkeit
des Scher-/Mischwerkzeuges 1 (siehe 1) eines
Produktanteiles, welcher nicht durch den Scherspalt, Abstand 16,
gedrückt
wird, demnach mehrheitlich nur einem Mischvorgang unterzogen wird,
aufgezeigt, und mit Pfeilrichtung 23 ist der Verlauf und
die Bewegung eines anderen Produktanteils, relativ zur Scher-Wurfschaufelbewegung,
aufgezeigt, welche durch den Scherspalt, Abstand 16, gepresst
wird, so dass sich dieser Produktanteil demnach mehrheitlich einer
Scherung unterzieht.
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Die 3 zeigt
das erfindungsgemäße Scher-/Mischwerkzeug 1 mit
der Scher-Wurfschaufel 5 bis
kurz nach der Sichelspitze 12 der Scher-Wurfschaufel 5 entgegen
der Drehrichtung 4 im Querschnitt entlang der Linie I-I
der 1 und 2b. Die Scher-Wurfschaufel 5 stellt
ein schmales, ebenes Blatt dar.
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Die 4 zeigt
das erfindungsgemäße Scher-/Mischwerkzeug 1 im
Schnitt der Linie II-II durch die Scher-Wurfschaufel 5 der 1 und 2b bereits
mit kleinem Biegewinkel α kreisbogenförmig mit
determiniertem Radius, quer zur Längsachse 17 der Scher-Wurfschaufel 5 und
der Drehrichtung 4 abgeneigt.
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Die 5 zeigt
das erfindungsgemäße Scher-/Mischwerkzeug 1 im
Schnitt der Linie III-III der 1 und 2b im
Bereich der Scher-Wurfschaufel 5 mit dem Arm 6 mit
bereits größerem Biegewinkel α als im Schnitt
II-II von 2 und 4 kreisbogenförmig mit
dem gleichen determinierten Radius wie in 4 quer zur
Längsachse 17 der
Scher-Wurfschaufel 5 und der Drehrichtung 4 abgeneigt.
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Die 6 zeigt
das erfindungsgemäße Scher-/Mischwerkzeug 1 im
Schnitt nach der Linie IV-IV der 1 und 2b im
Bereiche des bereits umgekehrt löffelförmig ausgebildeten,
der Spitze gegenüberliegenden
Endes 13 der Scher-Wurfschaufel 5 mit maximalem
Biegewinkel α bis
zu über
90° mit dem
gleichen determinierten Biegeradius wie in 4 und 5,
quer zur Längsachse 17 der Scher-Wurfschaufel 5 und
der Drehrichtung 4 abgeneigt. Mit dem Bezugszeichen 25 ist
die Außenfläche der
Scher-/Wurfschaufel 5 bezeichnet.
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Die 7 zeigt
das erfindungsgemäße Scher-/Mischwerkzeug 1 im
Schnitt nach der Linie V-V parallel zur bzw. fluchtend mit der Längsachse 17 der
Scher-Wurfschaufel 5 und in Draufsicht. Wegen der Schrägstellung
der Längsachse 17 der Scher-Wurfschaufel 5 zur
Querachse der Wellenachse 11 ist die Schnittperipherie 24 des
Troges 3 eine Ellipse.
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In
der Draufsicht auf die Scher-Wurfschaufel 5 mit ihrem Arm 6 erscheinen
ihre wahre Länge
und Breite. Der Gegenarm 8 mit dem Wandschaber 9 erscheinen
in dieser Draufsicht nicht in ihrer wahren Breite. Der von der Sichelspitze 12 weg,
entgegen der Drehrichtung 4 mit zunehmendem Biegeradius des
Scher-Wurfschaufelblattes 5 im Querschnitt zunehmend größer werdende
Abstand 16 der Scher-Wurfschaufelperipherie 14 zur
Troginnenwand 15, der eigentliche Scherspalt also, ist
hier in seiner wahren Größe unverzerrt
sichtbar.
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Die 8a zeigt
illustrativ eine Anordnung eines Scher-/Mischwerkzeuges 31 und 8b dazu den
Schnitt eines Troges 33 mit einer Troginnenwand 45,
mindestens einer Stirnwand 49 und einem Innenbereich 50 analog 2a und 2b.
In dieser erfindungsgemäßen Ausführung ist
die Scher-Wurfschaufel 35, zusätzlich zur Querstellung der Scher-Wurfschaufel 5 der 1 bis 7 entsprechend
dem Winkel β,
in ihrer Längsrichtung
so gebogen, dass die Tangente T3 mit der Längsachse 47 einen
Winkel δ bildet.
Diese Ausführung,
wie durch gezielte Formgebung gemäß erfindungsgemäßen Anordnungen
die Krafteinwirkung auf das Produkt gelenkt werden kann. Analog
zu den 1 bis 7 besteht das Scher-/Mischwerkzeug 31 aus
einem Rührarm 36,
der die eigentliche Scher-/Wurfschaufel 35 und über einen
Gegenarm 38 den Wandschaber 39 trägt. Die
Scher-/Wurfschaufel 35 besitzt eine Sichelspitze 42,
eine löffelförmige Fläche 51.
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Die 9 zeigt,
dass ein erfindungsgemäßes Scher-/Mischwerkzeug 31,
wie auch bei dem Scher-/Mischwerkzeug 1 in 3,
bis kurz nach der Sichelspitze 42 der Scher-Wurfschaufel 35 der
Querschnitt entlang der Linie VI-VI von 8 durch
die Scher-Wurfschaufel 35 ein schmales, ebenes Blatt darstellt.
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Die 10 veranschaulicht,
dass ein erfindungsgemäßes Scher-/Mischwerkzeug 31 im
Schnitt der Linie VII-VII von 8b durch
die Scher-Wurfschaufel 35 bereits mit kleinem Biegewinkel α kreisbogenförmig mit
determiniertem Radius, quer zur Längsachse 47 der Scher-Wurfschaufel 35 abgeneigt,
gebogen ist.
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Die 11 zeigt,
dass ein erfindungsgemäßes Scher-/Mischwerkzeug 31 im
Schnitt nach der Linie VIII-VIII von 8b im
Bereich der Scher-Wurfschaufel 35 und des Rührarmes 36 mit
bereits größerem Biegewinkel α als im Schnitt
VII-VII von 8b und 10 kreisbogenförmig mit
einem determinierten, jedoch größeren Radius
als in 10, quer zur Längsachse 47 der
Scher-Wurfschaufel 35 abgeneigt, gebogen ist.
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Die 12 stellt
dar, dass das erfindungsgemäße Scher-/Mischwerkzeug 31 im
Schnitt nach der Linie IX-IX von 8b im
Bereich des bereits umgekehrt löffelförmig gebildeten
Hinterteils 43 der Scher-Wurfschaufel 35 mit maximalem
Biegewinkel α bis
zu über
90° mit
einem determinierten, jedoch größeren Radius
als in 8b und 11, quer
zur Längsachse 47 der
Scher-Wurfschaufel 35 abgeneigt, gebogen ist.
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Die 13 zeigt
das erfindungsgemäße Scher-/Mischwerkzeug 31 im
Schnitt nach der Linie X-X der 8b. Das
Bezugszeichen 41 stellt die Wellenachse für die Welle 32 dar.
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Die 14 zeigt
in einer Seitenansicht und im Schnitt ein Scher-/Mischwerkzeug 61,
das auf einer Welle 62 kraftschlüssig befestigt ist und wie
die Welle 62 mit dem Scher-Mischwerkzeug 61 in
einem Trog 63 angeordnet ist. Mehrere Scher-/Mischwerkzeuge 61 auf
der Welle 62 bilden einen Scher-/Mischrotor. Mit Pfeilrichtung 64 ist
die Drehrichtung des Scher-/Mischrotors angedeutet. Das Scher-/Mischwerkzeug 61 umfasst
eine Scher-Wurfschaufel 65 an einem Arm 66 mit
einem Befestigungsring 67 und arbeitet mit einem Gegenarm 68 und
mit einem Wandschaber 69 zusammen. Der Arm 66 mit
dem Befestigungsring 67 und mit dem Gegenarm 68 ist
entweder lösbar
an der Welle 62 befestigt (Nut mit Feder), oder der Arm 66 ist
mit dem Befestigungsring 67 und dem Gegenarm 68 mit
der Welle 62 verschweißt.
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Das
in Seitenansicht gezeigte Scher-/Mischwerkzeug 61 zeigt
die am Ende des Armes 66 ausgebildete, in Längsrichtung
gerade Scher-Wurfschaufel 65 wegen der Schrägstellung derselben
zur nicht dargestellten Querachse der Wellenachse 71 nicht
in ihrer wahren Länge.
Der Befestigungsring 67 mit dem Gegenarm 68 und
dessen Wandschaber 69 erscheinen, weil nicht schräg zu einer
Hauptachse, in wahrer Länge
und Breite. Die Scher-Wurfschaufel 65 ist in ihrem Querschnitt
vom umgedreht löffelförmigen Vorderteil 73 weg
bis zum sich sichelförmig,
ausbildenden, entgegengesetzten Ende 72 mit zunehmendem
Biegewinkel α kreisbogenförmig gebogen
und ist mit abnehmendem Biegewinkel α mit ihrer Peripherie 74 von
der Troginnenwand 75 abnehmend beanstandet. Der mit kleiner werdendem
Biegewinkel α auch
immer kleiner werdende Abstand 76 von der Scher-Wurfschaufelperipherie 74 zur
Troginnenwand 75 erscheint wegen der Schrägstellung
der Längsachse
der Scher-Wurfschaufel 65 zur Querachse der Wellenachse 71 verzerrt
und nicht in seiner wahren Größe. Die
kreisbogenförmige
Biegung im Querschnitt der Scher-Wurfschaufel 65 ist in
dieser Seitenansicht nur durch die vom umgedreht löffelförmigen Vorderteil 73 weg
immer abnehmend löffelförmige Fläche 81 der Scher-Wurfschaufelblattdicke 78 ersichtlich.
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Bei
rotierendem Scher-/Mischwerkzeug 61 in Pfeilrichtung 64 wird
am umgedreht löffelförmigen Vorderteil
fast 73 alles vom Vorderteil erfasste Produkt und mit abnehmendem
Abstand 76 der Scher-Wurfschaufelperipherie 74 von
der Troginnenwand 75 noch ein immer abnehmender Teil dessen bei
ausreichender Kraft durch den Scherspalt 76 gepresst und
an die Troginnenwand 75 gedrückt. Dort haften bleibende
Produktteile, werden von dem der Scher-Wurfschaufel 65 nachfolgenden
Wandschaber 69 wieder von der Troginnenwand 75 entfernt,
damit beim nächsten
Durchlauf der Scher-Wurfschaufel 65 an dieser Stelle wieder
andere Produktteile einer Scher-/Mischbehandlung unterzogen werden.
Dieses Spiel der Kräfte
zeigt, wie die Winkel β und γ zusammenwirken.
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Die 15a und 15b zeigen
eine erfindungsgemäße Anordnung
eines Scher-/Mischwerkzeuges 131 und den Schnitt eines
trommelartigen Troges 133 mit einer Troginnenwand 145,
mindestens einer Stirnwand 149 und einem Innenraum 150. Der
Werkzeugsatz ist analog zu den 1, 8 und 14 aus
dem Scher-/Mischwerkzeug 131 an einem radialen Arm 136 mit
einer Scher-/Wurfschaufel 135 und aus einem Gegenarm 138 mit
einem Wandschaber 139 aufgebaut, wobei das Scher-/Mischwerkzeug 131 auf
einer Welle mit einer Achse 141 befestigt ist. Die Scher-/Wurfschaufel
ist an einer Längsachse 147 unter
einem Winkel β zu
einer Querachse 140 angeordnet und umfasst einen Bereich 143 mit
einer löffelförmigen Fläche 151.
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In
dieser Ausführung
ist die Scher-Wurfschaufel 135 zusätzlich zur Querverbiegung der Scher-Wurfschaufel 65 von 14,
in ihrer Längsrichtung
in der Draufsicht, entgegen der Drehrichtung 134 gesehen,
zur rechten Seite hin gebogen und bildet wiederum einen Winkel δ zur Längsachse 147. Diese
Ausführung
erzeugt beim Rotieren des Scher-/Mischwerkzeuges 131 in
Pfeilrichtung 134 am engeren, sichelförmig werdenden Ende 142 der Scher-Wurfschaufel 135 auf
der Seitenfläche 155 einen
leichteren Produktabfluss in Richtung der Längsachse 147, entgegen
der Drehrichtung 134, und bewirkt eine abnehmende Krafteinwirkung
auf das Produkt in Richtung des immer enger werdenden Scherspaltes 156 gegen
das sichelförmige
Ende 142 hin und zwingt damit einen kleineren Produktanteil
in Pfeilrichtung 153 durch den Scherspalt 156.
Diese Ausführung
zeigt aber auch, wie durch gezielte Formgebung gemäß erfindungsgemäßen Anordnungen die
Krafteinwirkung auf das Produkt gelenkt werden kann.
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Die 16 zeigt
eine Anordnung mit mehreren Scher-/Wurfschaufeln 205 bzw.
Wandschabern 209. Um einen Innenrotor 210 mit
einer Rotationsachse 212 sind mehrere ringförmige Befestigungselemente 211 in
Abständen
angeordnet. Zwischen den Abständen
sind die Scher-/Wurfschaufeln 205 bzw. die Wandschaber 209 angebracht.
Die komplette Vorrichtung bildet somit einen zylindrischen Rotor
mit einem Innen- 210 und einem Außenrotor 213, die vorzugsweise
mit unterschiedlicher Geschwindigkeit und/oder Drehrichtung R1,
R2 rotieren.
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Wenn
auch das erfindungsgemäße Werkzeug
oben im Zusammenhang mit einem vollzylinderförmigen, als Trommel ausgebildeten
Conchentrog beschrieben ist, so versteht es sich, dass die Erfindung
mit gleichen Vorteilen an teilzylindrischen Conchentrogabteilen
bei Conchen mit mehr als einer Conchierwelle angewandt werden kann,
wie solche an sich bekannt sind.
