DE3243671A1

DE3243671A1 - Vorrichtung zum kontinuierlichen mischen pulvriger stoffe mit fluessigkeiten

Info

Publication number: DE3243671A1
Application number: DE19823243671
Authority: DE
Inventors: Roland Karg; Helmut Sattelmaier
Original assignee: Ytron Dr Karg GmbH
Current assignee: Ytron Dr Karg GmbH
Priority date: 1982-11-25
Filing date: 1982-11-25
Publication date: 1984-05-30
Also published as: DE3243671C2; GB2132497B; GB8325542D0; GB2132497A; US4511256A

Description

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7151 Affalterbach

K 205

Vorrichtung zum kontinuierlichen Mischen pulvriger Stoffe mit Flüssigkeiten

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Mischen pulvriger Stoffe mit Flüssigkeiten, mit einer Aufgabe-Einrichtung für pulvrige Stoffe, mit einer unter der Aufgabe-Einrichtung angeordneten Mischkammer, in welche ein an die Aufgabe-Einrichtung angeschlossenes Aufgaberohr von oben hineinragt, in welche weiterhin ein Flüssigkeits-Ansaugrohr tangential im oberen Bereich einmündet, in deren unterem Bereich weiterhin wenigstens ein Pumpenrad angeordnet ist, durch welches eine radial nach außen gerichtete Förderwirkung herbeigeführt wird, mit einem das Pumpenrad entlang seiner äußeren Umfangsflache umgebenden, feststehenden Sieb und mit einem im unteren Bereich der Mischkammer angeordneten Auslauf.

Es hat.sich als sehr problematisch erwiesen und ist bisher noch nicht befriedigend gelöst, schwer aufschließbare Dickungsmittel und Stabilisatoren wie CMC, Guarmehl, Alginate, Molkeproteine, Pektin und andere Hydrokolloide sowie schwer zu dispergierende andere Stoffe wie Aerosil, Carboxypolymethylen, Polyelektrolyte und Ruß in eine kolloidale Lösung bzw. Dispersion bzw. Suspension zu bringen.

Es wurde bisher bereits versucht, schlecht benetzbare und/oder kaum dispergierbare Stoffe mit einem Dispergiergerät, mit welchem Scherkräfte erzeugt werden können, chargenweise zu bearbeiten. Der Nachteil dieser Vorgehensweise besteht vor allem darin, daß eine kontrollierte, definierte Passagenfolge des Trockenproduktes durch das Dispergiergerät nicht gegeben ist. Es gibt vielmehr Pulverteile, die den Dispergierkopf öfter passieren als andere und somit strukturell stärker bearbeitet und dabei auch zerschlagen werden. Andere Pulverteile dagegen passieren den Dispergierkopf nicht oder mit geringerer Häufigkeit, so daß solche Pulverteile nicht oder nicht genügend bearbeitet werden. Dies führt zu dem Nachteil, daß die nicht genügend bearbeiteten Pulverteile nicht oder entsprechend gering aufgeschlossen und wirksam werden. Die Produktstruktur

ist dabei uneinheitlich und inhomogen. Reproduzierbare Ergebnisse sind praktisch nicht erreichbar.

Weiterhin ist versucht worden, schlecht benetzbare und/oder disper· gierbare Stoffe chargenweise zunächst mit einem Misch- oder Rührgerät mehr oder weniger gut mit der flüssigen Phase in Kontakt zu bringen. Dabei werden solche Stoffe jedoch unzureichend benetzt, so daß sich Klumpen und Agglomerate bilden. Es muß daher vorgesehen werden, daß anschließend die Stoffe mit Hilfe eines In-Line-Dispergiergerätes kolloidal aufgeschlossen und desagglomeriert werden. Die Zwangspassage durch die Dispergiermechanik ergibt zwar ein einwandfrei dispergiertes Produkt, die Charge ist jedoch auch hier in ihrer Gesamtstruktur inhomogen. Dies ist darauf zurückzuführen, daß das Durchlaufgerät mit einer uneinheitlichen Produktkonzentration, bei welcher Klumpen und Agglomerate auftreten können, beschickt wird und deshalb zwangsläufig ebenso uneinheitlich konzentriert wieder austreten muß. Um eine in sich homogene Charge zu erreichen, ist es erforderlich, den Dispergierprozeß zu wiederholen und die Charge über einen Behälter, in welchem zum gleichmäßigen Suspendieren ein Strahlmischer erforderlich ist, im Kreislauf zu fahren.

Durch den mehrmaligen Umlauf des Produktes besteht jedoch die

große Gefahr der mechanischen Überbeanspruchung der Lösung/ Dispersion/Suspension. Darüber hinaus wird bei Dickungsmitteln und Stabilisatoren in der Regel bei dieser bekannten Verfahrensweise die Molekularkette zerschlagen, und es wird die Viskosität und damit die Bindekraft abgebaut.

Eine weitere Vorgehensweise ist hauptsächlich bei Dickungsmitteln versucht worden, indem die Trockenstoffe über einen Injektor in die flüssige Phase eingebracht werden. Diese Verfahrensweise ist jedoch dann nicht mehr anwendbar, wenn hohe Konzentrationen benötigt oder nicht gut fließfähige Pulver verwendet werden.

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Außerdem erreicht man mit einem Injektor keinen kolloidalen Aufschluß eines einzelnen Partikelchens, sondern bestenfalls eine Benetzung von Primärteilchen-Agglomeraten.

Eine gewisse Verbesserung läßt sich nach dem Stand der Technik mit einer Konstruktion erreichen, die aus einem Pulvertrichter in der Menge regulierbare Trockenstoffe in eine Lösekammer fördert. Dort werden die Trockenstoffe mit der ebenfalls mengenmäßig regulierbaren flüssigen Phase zwangsweise zusammengeführt. Diese bekannte Methode, die auch hohe Konzentrationen im In-Line-Verfahren ermöglicht, hat jedoch ebenfalls den Nachteil, daß die Trockenphase keineswegs befriedigend aufgeschlossen wird. Ebenso wenig ist es möglich, bei dieser Vorgehensweise überhaupt eine zufriedenstellende Dispergierwirkung zu erreichen,

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Mischen pulvriger Stoffe mit Flüssigkeiten der eingangs näher genannten Art zu schaffen, mit welcher auch besonders schwer aufschließbare Dickungsmittel und Stabilisatoren zuverlässig zu einer homogenen kolloidalen Lösung bzw. Dispersion bzw. Suspension verarbeitet werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß in dem Ringraum zwischen dem Aufgaberohr und der Mischkammerwand Strömungs-Leitflachen derart angeordnet sind, daß eine im Drehsinn der tangential eintretenden Flüssigkeit nach unteninnen gerichtete Strömungsablenkung herbeigeführt wird.

Vorzugsweise läßt sich diese Vorrichtung derart ausbilden, daß die Strömungs-Leitflachen außen an dem Aufgaberohr in dessen unterem Bereich angebracht sind.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes zeichnet sich dadurch aus, daß die Strömungs-Leitflachen im wesentlichen die Form von Tragflügel-Stummeln aufweisen.

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Dabei ist die Anordnung vorzugsweise derart getroffen, daß das Tragflügelprofil eine sehr geringe Dicke aufweist. Zur weiteren Vereinfachung der Konstruktion kann auch vorzugsweise vorgesehen sein, daß das Tragflügelprofil näherungsweise durch ein Stück Blech gebildet ist, welches außen an dem Aufgaberohr angebracht.ist.

Es hat sich gezeigt, daß die gemäß der Erfindung vorgesehenen Strömungs-Leitflächen auch ohne aerodynamische Profilgestaltung sehr wirksam sind, und zwar in dem Sinne, daß die Erfindungsaufgabe überraschend gut und vollständig gelöst wird. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes ist vorgesehen, daß die Strömungs-Leitflächen von ihrer Wurzel, die am Aufgaberohr angesetzt ist, bis zu ihrem freien Ende jeweils leicht nach unten abfallend angeordnet sind.

Für eine günstige Anordnung der Strömungs-Leitflächen bestehen mehrere Möglichkeiten. Eine bevorzugte Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes sieht vor, daß die Strömungs-Leitflächen einen positiven Anstellwinkel haben.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß die Strömungs-Leitflächen entlang dem unteren Rand des Aufgaberohres angeordnet sind und daß der untere Rand girlandenartig ausgebildet ist. Dabei ist die Anordnung vorzugsweise derart getroffen, daß Strömungs-Leitflächen mit positivem und solche mit negativem Anstellwinkel vorhanden sind. Dabei kann weiterhin vorzugsweise vorgesehen sein, daß die Strömungs-Leitflächen mit positivem und mit negativem Anstellwinkel alternierend angeordnet sind.

Es hat sich in der Praxis eine Anordnung hervorragend bewährt, welche sich dadurch auszeichnet, daß die Anstellwinkel in der Größenordnung von fünfundvierzig Grad liegen. Weiterhin hat

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sich jedoch gezeigt, daß die Größe der Anstellwinkel nicht kritisch ist, sondern vielmehr auch mit anderen Anstellwinkeln sehr gute Ergebnisse erreicht werden können.

Es ist durch die gemäß der Erfindung vorgesehenen Strömungs-Leitflachen die besonders vorteilhafte Wirkung erreichbar, daß aus der entlang der Kammerwand rotierenden Flüssigkeit ein erheblicher Anteil der Flüssigkeitsteilchen herausgerissen wird und in Richtung auf den zentralen Bereich der Mischkammer beschleunigt wird. Es entsteht bis zur Mitte der Mischkammer ein Flüssigkeitsnebel, insbesondere auch unterhalb des freien Endes des Aufgaberohrs. Es wird somit durch den wesentlichen Grundgedanken der Erfindung aus der zunächst nur entlang dem Umfang der Mischkammer vorhandenen Flüssigkeit ein erheblicher Anteil in den zentralen Bereich hineingeführt, so daß an der-' jenigen Stelle, an welcher von oben durch das Aufgaberohr pulvrige Substanzen eintreten, eine mit Flüssigkeitsteilchen stark angereicherte Atmosphäre gebildet ist.

Da die Flüssigkeitsteilchen, welche gemäß der Erfindung in den zentralen Bereich der Mischkammer unterhalb des Aufgaberohres gebracht wurden, eine ebenso heftige wie unregelmäßige Bewegung ausführen, erfolgt eine besonders intensive Benetzung der pulvrigen Substanzen.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, daß radial außerhalb des Pumpenrades ein rotierendes Schaufelrad angeordnet ist, daß der Drehsinn und die Winkelgeschwindigkeit des Pumpenrades und des rotierenden Schaufelrades übereinstimmen, daß zwischen dem Pumpenrad und dem rotierenden Schaufelrad wenigstens ein rotierender und ein feststehender Zahnkranz ohne radiale Zwischenräume eingefügt sind, daß die Zähne der beiden Zahnkränze jeweils zinnenartig ausgebildet und im einen Zahnkranz nach oben und im anderen Zahnkranz nach unten gerichtet sind. Dabei kann wei-

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terhin vorgesehen sein, daß mehrere Zahnkranzpaare vorgesehen sind, wobei die Zähne benachbarter Zahnkränze abwechselnd nach oben bzw. unten ragen. Schließlich zeichnet sich eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes dadurch aus, daß in der Mischkammer mehrere Baugruppen übereinander angeordnet sind, die jeweils aus einem Pumpenrad und einem Schaufelrad mit dazwischen angeordneten Zahnkränzen bestehen. Das angesaugte Pulver wird mit der flüssigen Phase durch die Zentrifugalströmung in das Rotor-Stator-Zahnkranzlabyrinth hineingefördert und bei dieser Zwangspassage kolloidal gelöst bzw. dispergiert.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigen:

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in der Fig. 1 und

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III in der Fig. 1.

Gemäß der Darstellung in der Fig. 1 ist eine Mischkammer 10 vorhanden, in welche von oben ein Aufgaberohr 12 hineinragt, auf dessen oberem Rand eine Aufgabeeinrichtung 11 angeordnet ist, die gemäß der Darstellung in der Fig. 1 als Aufgabetrichter ausgebildet ist.

In den oberen Bereich der Mischkammer 10 mündet tangential ein Flüssigkeits-Ansaugrohr 13. Die tangentiale Einmündung dieses Flüssigkeits-Ansaugrohres 13 in die Mischkammer 10 ist aus der Darstellung in der Fig. 3 besonders gut ersichtlich,

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Im unteren Bereich der Mischkammer 10 ist ein Pumpenrad 14 vorhanden, welches radial außen von einem Schaufelrad 20 umgeben wird. Zwischen dem Pumpenrad 14 und dem Schaufelrad 20 sind Zahnkränze vorhanden, die in der Fig. 1 nur schematisch angedeutet und die in der Fig. 3 detaillierter dargestellt sind. Mit dem Pumpenrad 14 rotieren im gleichen Drehsinn und mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit die Zahnkränze 21 und 22. Außerdem rotiert das Schaufelrad 20 im selben Drehsinn und mit derselben Winkelgeschwindigkeit wie das Pumpenrad 14 mit den beiden Zahnkränzen 21 und 22. Wie aus der Fig. 3 weiterhin ersichtlich ist, ist jeweils zwischen den Zahnkränzen 21 und 22 sowie zwischen dem Zahnkranz 22 und dem Schaufelrad 20 ein im Gehäuse fest angeordneter Zahnkranz 23 bzw. 24 angeordnet. Die Zahnkränze 21 bis 24 sind ohne Zwischenräume konzentrisch ineinander angeordnet. Die Zahnkränze sind derart ausgebildet, daß die Zähne der rotierenden Zahnkränze 21 und 22 zinnenartig in einer Richtung und die Zähne der Zahnkränze 23 und 24 ebenfalls zinnenartig, jedoch in der anderen Richtung angeordnet sind. ;

Im unteren Bereich der Mischkammer 10, und zwar etwa auf der Höhe des Pumpenrades und des Schaufelrades 20 ist ein Austragrohr 25 angebracht.

Wie aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich ist, sind in dem Ringraum

15, der zwischen dem Aufgaberohr 12 und der dazu konzentrisch angeordneten Mischkammerwand gebildet ist, Strömungs-Leitflachen

16, 17, 18 und 19 vorhanden, die außen an dem Aufgaberohr 12 angebracht sind. Die Fig. 1 läßt weiterhin erkennen, daß der untere Rand des Aufgaberohres 20 girlandenartig ausgebildet ist und die in der Fig. 1 dargestellten Strömungs-Leitflachen 18 und 19 entlang dem unteren Rand des Aufgaberohres 12 angebracht sind.

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Bei der in der Fig. 1 dargestellten und in der Fig. 2 vollständiger erkennbaren Anordnung der StrÖmungs-Leitflachen 16 bis 19 ist die Anordnung derart getroffen, daß abwechselnd eine Leitfläche mit positivem und eine Leitfläche mit negativem Anstellwinkel vorgesehen ist.

Die Strömungs-Leitflachen sind als einfache Leitbleche ausgebildet.

Es liegt natürlich im Rahmen der Erfindung, sowohl die Anordnung, als auch die Profilgestaltung und auch die Anstellwinkel der Strömungs-Leitflachen zu variieren. Es kommt entscheidend darauf an, daß die Strömungs-Leitflachen derart angeordnet und ausgebildet sind, daß aus der entlang der Wand der Mischkammer Ί0 rotierenden Flüssigkeitsschicht eine ausreichende Menge von Flüssigkeitsteilchen herausgerissen und in den zentralen Bereich unterhalb des Aufgaberohrs 12 hineingewirbelt wird. Durch die Strömungs-Leitflachen entsteht in dem Bereich unter dem Aufgaberohr 12 ein dichter Flüssigkeitsnebel, in welchem die Flüssigkeitsteilchen oder -Tröpfchen eine sehr heftige und verhältnismäßig regellose Bewegung ausführen.

Auf diese Weise wird erreicht, daß das" durch das Aufgaberohr 12 herabfallende Pulver zwangsläufig mit intensiv und verhältnismäßig regellos bewegten Flüssigkeitsteilchen in Kontakt gebracht wird.

Zum Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die Trockenkomponente aus dem Aufgabetrichter durch das Aufgaberohr 12 in die Mischkammer eingesaugt. Der Sog wird durch den im unteren Bereich der Mischkammer 10 angeordneten Rotor hervorgerufen, der das Pumpenrad 14, die Zahnkränze 21 und 22 sowie das Schaufelrad 20 umfaßt. Auf diese Art wird in Verbindung mit den beiden Zahnkränzen 23 und 24 ein mehrstufiger Zahnkranz-Rotor in Verbindung mit einem mehrstufigen Zahnkranz-Stator gebildet. Natürlich kann die Anzahl der Rotoren und der

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Statoren sowie die Ausbildung der Verzahnung dem jeweiligen Produkt angepaßt werden. Gemäß den obigen Ausführungen wird das angesaugte Pulver mit der unterhalb des Aufgaberohres 12 vorhandenen flüssigen Phase in Zwangskontakt gebracht und dabei kolloidal gelöst bzw. dispergiert.

Die Menge der Flüssigkeit und des Pulvers kann jeweils reguliert werden. Dies bedeutet, daß die beiden Mengenströme je nach gewünschter Konzentration aufeinander abgestimmt werden können. Solche Trockenstoffe, die schlecht fließen, zum Kleben oder zur Brückenbildung neigen, werden gemäß der Erfindung auf Grund des unter dem freien Ende des Aufgaberohres 12 gebildeten "Fluidbodens" problemlos benetzt und in der gewünschten Weise gelöst bzw. dispergiert.·

Die Praxis hat gezeigt, daß bei bestimmten Produkten mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Vergleich zu bekannten Vorgehensweisen an Dickungsmitteln bis zu sechzig Prozent eingespart werden können. Diese vorteilhafte Wirkung der erfindungsgemäßen Anordnung läßt den Schluß zu, daß nicht nur Agglomerate benetzt werden, sondern Primärteilchen kolloidal aufgeschlossen werden, so daß dadurch eine größere Ausbeute erzielt werden kann.

Es lassen sich je nach Art des Trockenproduktes mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch überraschend hohe Konzentrationen erreichen.

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Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zum kontinuierlichen Mischen pulvriger Stoffe mit Flüssigkeiten, mit einer Aufgabe-Einrichtung für pulvrige Stoffe, mit einer unter der Aufgabe-Einrichtung angeordneten Mischkammer, in welche ein an die Aufgabe-Einrichtung angeschlossenes Aufgaberohr von oben hineinragt, in welche weiterhin ein Flüssigkeits-Ansaugrohr tangential im oberen Bereich einmündet, in deren unterem Bereich weiterhin wenigstens ein Pumpenrad angeordnet ist., durch welches eine radial nach außen gerichtete Förderwirkung herbeigeführt wird, mit einem das Pumpenrad entlang seiner äußeren Umfangsflache umgebenden, feststehenden Sieb und mit einem im unteren Bereich der Mischkammer angeordneten Auslauf, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Ringraum (15) zwischen dem Aufgaberohr (12) und der Mischkammerwand Strömungs-Leitflachen (16, 17, 18, 19) derart angeordnet sind, daß eine im Drehsinn der tangential eintretenden Flüssigkeit nach unten-innen gerichtete Strömungsablenkung herbeigeführt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungs-Leitflachen (16, 17, 18, 19) außen an dem Aufgaberohr (12) in dessen unterem Bereich angebracht sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungs-Leitflachen (16, 17, 18, 19) im wesentlichen die Form von Tragflügel-Stummeln aufweisen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Tragflügelprofil eine sehr geringe Dicke aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Tragflügelprofil näherungsweise durch ein Stück Blech gebildet ist, welches außen an dem Aufgaberohr (12) angebracht ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungs-Leitflächen von ihrer Wurzel, die am Aufgaberohr angesetzt ist, bis zu ihrem freien Ende jeweils leicht nach unten abfallend angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungs-Leitflachen einen positiven Anstellwinkel haben.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch g ekennzeichnet, daß die Strömungs-Leitflachen (16, 17, 18, 19J entlang dem unteren Rand des Aufgaberohres (12) angeordnet sind und daß der untere Rand girlandenartig ausgebildet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichn e t, daß Strömungs-Leitflächen mit positivem (17, 19) und solche mit negativem (16, 18) Anstellwinkel vorhanden sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungs-Leitflächen mit positivem (17, 19) und mit negativem (16, 18) Anstellwinkel alternierend an- ' geordnet sind.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch g ekennzeichnet, daß die Anstellwinkel in der Größenordnung von fünfundvierzig Grad liegen.

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12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß radial außerhalb des Pumpenrades (14) ein rotierendes Schaufelrad (20) angeordnet ist, daß der Drehsinn und die Winkelgeschwindigkeit des Pumpenrades (14)"und des rotierenden Schaufelrades (20) übereinstimmen^ daß zwischen dem Pumpenrad (14) und dem rotierenden Schaufelrad (20) wenigstens ein rotierender (21) und ein feststehender (23) Zahnkranz ohne radiale Zwischenräume eingefügt sind, daß die Zähne der beiden Zahnkränze (21, 23) jeweils zinnenartig ausgebildet und im einen Zahnkranz nach oben und im anderen Zahnkranz nach unten gerichtet sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Zahnkranzpaare (21, 23; 22, 24) vorgesehen sind, wobei die Zähne benachbarter Zahnkränze abwechselnd nach oben bzw. unten ragen.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß in der Mischkammer CIO) mehrere Baugruppen übereinander angeordnet sind, die jeweils aus einem Pumpenrad (14) und einem Schaufelrad (20) mit dazwischen angeordneten Zahnkränzen (20, 21, 22, 23) bestehen.

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