DE29814714U1

DE29814714U1 - Rührwerksmühle

Info

Publication number: DE29814714U1
Application number: DE29814714U
Authority: DE
Original assignee: Draiswerke GmbH
Current assignee: Buehler AG
Priority date: 1998-08-17
Filing date: 1998-08-17
Publication date: 1998-12-10
Anticipated expiration: 2008-08-18
Also published as: US5996914A

Description

Draiswerke GmbH, Speckweg 43-51, 68305 Mannheim Rührwerksmühle

Die Erfindung betrifft eine Rührwerksmühle nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine derartige Rührwerksmühle ist aus der EP 0 370 022 B (entspr. US-Patent 5 062 577) bekannt. Bei dieser bekannten Rührwerksmühle sind an den Begrenzungswänden des Außen-Mahlraumes und zumindest an der inneren Begrenzungswand des Innen-Mahlraumes zapfenförmige Rührwerkzeuge angebracht, durch die ein wechselseitiges Beschleunigen und Abbremsen der Mahlhilfskörper erfolgt, was zu einem turbulenten Strömungszustand mit einer Mahl- und Dispergierwirkung überwiegend durch Pralleffekte führt. Das Mahlgut fließt durch einen Mahlgut-Zuführraum, durch einen Übergangsbereich an den Überströmkanälen vorbei in den Außen-Mahlraum und durch den Umlenkraum in den Innen-Mahlraum. Die Mahlhilfskörper laufen im Kreis durch den Außen-Mahlraum, den Umlenkraum, den Innen-Mahlraum und die Überström-Kanäle zurück in den Außen-Mahlraum bzw. in den in diesen einmündenden Übergangsbereich. Das Mahlgut fließt vom Ende des Innen-Mahlraumes zur Trennvorrichtung. Die Trennvorrichtung dient nicht in nennenswertem Maße zum Trennen von Mahlhilfskörpern einerseits und Mahlgut andererseits; trotzdem wird - auch in dieser Anmeldung - der Begriff Trenneinrichtung verwendet, da er sich in der Fachsprache allgemein durchgesetzt hat. Wie sich aus der vorstehenden Erläuterung ergibt, erfolgt die Trennung der Mahlhilfskörper vom Mahlgut bereits vor der Trenneinrichtung. Die bekannte Rührwerksmühle hat sich in der Praxis außerordentlich bewährt.

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Aus der DE 28 11 899 C (entsprechend US-PS 5,062,577) ist eine Rührwerksmühle bekannt, deren Außenmahlraum einerseits und Innen-Mahlraum andererseits sich jeweils kegelstumpfförmig verjüngen, d.h. der Querschnitt des Mahlraumes ist auf jeder Seite der Mittel-Längs-Achse von Rotor und Stator kegelförmig. Das Mahlgut durchströmt die Rührwerksmühle von innen nach außen, d.h. es strömt am engen Durchmesser des Innen-Mahlraumes in diesen ein, durchströmt dann den sich radial erweiternden Innen-Mahlraum, den Umlenkraum und dann den sich radial erweiternden Außen-Mahlraum. Von dort strömt es radial nach innen durch einen vom Rührwerk einseitig begrenzten Raum zu einer Trenneinrichtung, durch die das Mahlgut ausgetragen wird. Dieser Trenneinrichtung ist der Eintritt eines Überströmkanals nachgeordnet, dessen Eintritt radial innerhalb der Trenneinrichtung angeordnet, dieser also nachgeordnet ist. Von dort strömen die Mahlhilfskörper durch Überströmkanäle im Rotor in den Anfangsbereich des Innen-Mahlraumes. Die Begrenzungswände des Mahlraumes sind glattwandig. Die Mahlspalt-Weite, d.h. die radiale Weite des Mahlraumes ist konstant; der Abstand zur Drehachse nimmt aber stetig zu. Hieraus ergibt sich, daß der Schergradient über dem Weg des Mahlgutes von innen nach außen zunimmt. Dies führt dazu, daß er entweder im Innen-Mahlraum zu niedrig oder im Außen-Mahlraum zu hoch ist, was zu einer ungleichmäßigen Beanspruchung des Mahlgutes führt. (Der Schergradient ist definiert als Quotient aus Geschwindigkeit der rotierenden Oberfläche und Spaltweite.)

Aus der DE 38 44 380 Cl ist eine Rührwerksmühle bekannt, die eine Rührwelle mit einem Käfig aufweist, der Teil der Rührwelle ist. Der Käfig ist an einem Tragteil angebracht, zwischen dem und dem Deckel des Mahlbehälters und einem benachbarten Bereich der Innenwand des Mahlbehäl-

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ters ein Reibspalt ausgebildet ist. In diesem Reibspalt wird das Mahlgut durch Reibung der diese Reibspalte begrenzenden Wände des Mahlbehälters und der Rührwelle aktiviert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Rührwerksmühle der gattungsgemäßen Art so auszugestalten, daß das intensive Zerkleinern und Dispergieren der Mahlgut-Partikel weiter verbessert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichnungsteil des Anspruches 1 gelöst. Das Mahlgut wird vor dem Eintritt in den Außen-Mahlraum einer Vordispergierung in einem engen ringzylindrischen Wirbelspalt unterworfen wird. Dieser Effekt wird insbesondere dadurch herbeigeführt, daß der ringzylindrische Wirbelspalt eine sehr geringe Erstreckung radial zur Mittel-Längs-Achse aufweist und daß die Über-Strömkanäle in diesen Wirbelspalt eintreten, so daß im Wechsel den Wirbelspalt begrenzende Wandabschnitte des Rotors und die Auslaßöffnungen der Überströmkanäle an der Innenwand des Mahlbehälters vorbeilaufen. Die Maßnahmen nach den Unteransprüchen optimieren diesen Effekt.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Rührwerksmühle in einer Seitenansicht und

Fig. 2 einen Längsschnitt durch den Mahlbehälter der Rührwerksmühle.

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Die in Fig. 1 dargestellte Rührwerksmühle weist in üblicher Weise einen Ständer 1 auf, an dem ein zylindrischer Mahlbehälter 3 anbringbar ist. In dem Ständer 1 ist ein elektrischer Antriebsmotor 4 untergebracht, der mit einer Keilriemenscheibe 5 versehen ist, von der über Keilriemen 6 eine mit einer Antriebs-Welle 7 drehfest verbundene Keilriemenscheibe 8 drehend antreibbar ist.

Wie insbesondere aus Fig. 2 hervorgeht, besteht der Mahlbehälter 3 aus einer zylindrischen, einen Mahlraum 9 umgebenden Innenwand 10, die von einem im wesentlichen zylindrischen Außenmantel 11 umgeben ist. Der Innenzylinder 10 und der Außenmantel 11 begrenzen zwischen sich einen Kühlraum 12. Der untere Abschluß des Mahlraumes 9 ist durch eine kreisringförmige Bodenplatte 13 gebildet, die am Mahlbehälter mittels Schrauben 14 befestigt ist.

Der Mahlbehälter 3 weist einen oberen Ringflansch 15 auf, mittels dessen er an der Unterseite eines Traggehäuses 16 über Schrauben 17 befestigt ist, das am Ständer 1 der Rührwerksmühle befestigt ist. Der Mahlraum 9 ist mittels eines Deckels 18 verschlossen. Das Traggehäuse 16 weist ein mittleres Lager- und Dichtungsgehäuse 19 auf, das koaxial zur Mittel-Längs-Achse 20 des Mahlbehälters 3 angeordnet ist. Dieses Dichtungsgehäuse wird von der ebenfalls koaxial zur Achse 20 verlaufenden Antriebs-Welle durchsetzt, an der ein Rührwerk 21 angebracht ist. In den dem Mahlraum benachbarten Bereich des Dichtungsgehäuses 19 mündet eine Mahlgut-Zuführleitung 22 ein.

An der kreisringförmigen Bodenplatte 13 ist ein in den Mahlraum 9 hineinragender, etwa topfförmig ausgebildeter, zylindrischer Innenstator 24 befe-

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stigt, der aus einem den Mahlraum 9 begrenzenden, zur Achse 20 koaxialen, zylindrischen Außenmantel 26 und einem ebenfalls zur Achse 20 koaxialen, zylindrischen Innenmantel 27 besteht. Außenmantel 26 und Innenmantel 27 begrenzen zwischen sich einen Kühlraum 28. Der Kühlraum 28 ist mit einem Kühlraum 29 in der Bodenplatte 13 verbunden, dem Kühlwasser über einen Kühlwasser-Zuführstutzen 30 zugeführt wird, das über einen Auslaßstutzen 30a abgeführt wird. Dem Kühlraum 12 des Mahlbehälters 3 wird Kühlwasser über einen Kühlwasser-Zuführstutzen 31 zugeführt, das über einen Kühlwasser-Abführstutzen 32 abgeführt wird.

An der oberen oberhalb des Mahlraums 9 befindlichen Stirnseite 33 des Innenstators 24 ist eine Mahlgut-Mahlhilfskö&phgr;er-Trenneinrichtung 34 angeordnet, die mit einer Mahlgut-Ablaufleitung 35 verbunden ist. Zwischen der Trenneinrichtung 34 und der Ablaufleitung 35 ist ein Mahlgut-Sammeltrichter 36 vorgesehen. Die Ablauf leitung 35 ist im Bereich der Bodenplatte 13 mit einem Haltebügel 38 versehen, der mittels Schrauben 39 mit der Bodenplatte 13 bzw. dem fest mit dieser verbundenen Innenstator 24 lösbar verbunden ist. Die Trenneinrichtung 34 ist gegenüber der ringförmigen Stirnseite 33 des Innenstators 24 mittels einer Dichtung 40 abgedichtet und kann nach Lösen der Schrauben 39 zusammen mit der Ablauf leitung 35 und dem Sammeltrichter 36 aus dem Innenstator 24 nach unten herausgezogen werden. Die Trenneinrichtung 34 kann also aus dem Mahlraum 9 herausgezogen werden, ohne daß die in diesem befindlichen Mahlhilfskörper 41 aus dem Mahlraum entfernt werden müssen, da die Füllung des Mahlraums 9 mit diesen Mahlhilfskörpern 41 bei nicht angetriebenem Rührwerk 21 nicht bis zur Stirnseite 33 reicht.

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Das Rührwerk 21 ist in seinem Grundaufbau topfförmig, d.h. es weist einen im wesentlichen ringzylindrischen Rotor 42 auf, der durch eine zylindrische Außenwand 43 und eine koaxial hierzu und koaxial zur Achse 20 angeordnete zylindrische Innenwand 44 gebildet ist. Zwischen der Außenwand 43 und der Innenwand 44 des Rotors 42 ist ein Kühlraum 45 ausgebildet. Der Rotor 42 ist an einem Rotor-Tragteil 46 angebracht, das mit der Welle 7 verbunden ist. Die Zu- und Abfuhr von Kühlwasser zum Kühlraum 45 erfolgt über in der Welle 7 und im Rotor-Tragteil 46 ausgebildete Kühlwasserkanäle 47, 48. Durch den glattwandigen Innenzylinder 10 des Mahlbehälters 3 und die glattwandige zylindrische Außenwand 43 des Rotors 42 einerseits und durch die zylindrische glattwandige Innenwand 44 des Rotors 42 und den zylindrischen glattwandigen Außenmantel 26 des Innenstators 24 andererseits wird der Mahlraum 9 in einen zylinderringförmigen Außen-Mahlraum 9' einerseits und einen zylinderringförmigen Innen-Mahlraum 9" andererseits unterteilt, die durch einen Umlenkraum 49 im Bereich der Bodenplatte 13 miteinander verbunden sind.

An den durch den Innenzylinder 10 und die Außenwand 43 gebildeten Mahlraum-Begrenzungswänden sind in den Außen-Mahlraum 9' vorstehende ortsfeste Rührwerkzeuge 50 bzw. mit dem Rotor 42 drehbare Rührwerkzeuge 51 angebracht. An den durch die Innenwand 44 und den Außenmantel 26 gebildeten Mahlraum-Begrenzungwänden sind dagegen keine in den Innen-Mahlraum 9" vorstehenden Rührwerkzeuge angebracht. Das Mahlgut durchströmt den Mahlraum 9 entsprechend den Strömungsrichtungspfeilen 52 von der Mahlgut-Zuführleitung 22 kommend durch einen Mahlgut-Zuführraum 53 zwischen dem Rotor-Tragteil 46 einerseits und dem Deckel 18 und dem benachbarten Bereich der Innenwand 10 andererseits, den Außen-Mahlraum 9' nach unten, durch den Umlenkraum 49

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radial nach innen und von dort durch den Innen-Mahlraum 9" nach oben bis zur Trenneinrichtung 34. Auf dem Wege durch den Außen-Mahlraum 9', den Umlenkraum 49 und den Innen-Mahlraum 9" wird das Mahlgut bei drehend angetriebenem Rührwerk 21 im Zusammenwirken mit den Mahlhilfskörpern 41 bearbeitet. Das Mahlgut verläßt den Mahlraum 9 durch die Trenneinrichtung 34, von wo es durch die Mahlgut-Ablaufleitung 35 abfließt.

Die zur Abtrennung von Mahlhilfskörpern 41 dienende Trenneinrichtung 34 ist in einer zylindrischen Ausnehmung 54 des Rotor-Tragteils 46 angeordnet. Zwischen der zylindrischen Wand 55 der Ausnehmung 54 und der Trenneinrichtung 34 sind an der Wand 55 langgestreckte im Querschnitt etwa dreieckförmige Mitnehmer 56 angebracht, die jeweils zwischen sich im Querschnitt etwa trichterförmige Einlaufbereiche für Überströmkanäle 57 bilden. Eine derartige Ausgestaltung mit solchen Mitnehmern 56 ist aus der EP 0 439 826 B (entspr. US-PS 5 133 508) bekannt.

Die Uberströmkanäle 57 befinden sich im Rotor-Tragteil 46, und zwar im Übergangsbereich des Rotor-Tragteils 46 zum zylindrischen Rotor 42 und in Richtung der Strömungsrichtungspfeile 52 gesehen - vor der Trenneinrichtung 34. Sie verbinden - bezogen auf die Strömungsrichtung entsprechend den Strömungsrichtungspfeilen 52 - das Ende des Innen-Mahlraums 9" mit dem Beginn des Außen-Mahlraums 9', also mit einem Übergangsbereich 58 des Mahlgut-Zuführraums 53, der in den Außen-Mahlraum 9' übergeht. Die Überströmkanäle 57 verlaufen - bezogen auf die Drehrichtung 59 des Rührwerks 21 - radial von innen nach außen entgegen der Drehrichtung 59, so daß die im Innen-Mahlraum 9" mit einer Zentrifugalbeschleunigung versehenen Mahlhilfskörper 41 durch die Überströmkanäle

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57 abgeschleudert und damit wieder in den Mahlgut-Zuführraum 53 zurückgebracht werden.

Der Außen-Mahlraum 9' ist mit den am Rotor 42 angebrachten Rührwerkzeugen 51 und den am Mahlbehälter 3 angebrachten ortsfesten Gegen-Rührwerkzeugen 50 ein echter Mahlraum, in dem die Mahlhilfskörper 41 einem intensiven Impulsaustausch mit den sich drehenden Rührwerkzeugen 51 und den ortsfesten Rührwerkzeugen 50 ausgesetzt werden, in dem also das Mahlgut einem intensiven Scher- und Dispergier-Prozeß durch Pralleffekte unterworfen wird. Im Außen-Mahlraum 9' werden die einzelnen Partikel des in Form einer Dispersion oder Suspension zugeführten Mahlgutes intensiv zerkleinert. Dagegen ist der Innen-Mahlraum 9" als Mahlspalt ausgeführt, dessen Querschnittsfläche erheblich kleiner ist als die Querschnittsfläche des Außen-Mahlraums 9'. Der Außen-Mahlraum 9' weist einen Außendurchmesser Da und einen Innendurchmesser Di auf. Der als Mahlspalt ausgebildete Innen-Mahlraum 9" weist einen Außendurchmesser da und einen Innendurchmesser di auf.

Für die Weite a des Außen-Mahlraums 9' radial zur Achse 20 gilt 15 mm < a. Als oberer Grenzwert gilt a < 40 mm. Für die Spaltweite b des Innen-Mahlraums 9" ebenfalls radial zur Achse 20 gilt 10 mm < b. Als oberer Grenzwert gilt b < 24 mm. Für den Durchmesser c der Mahlhilfskörpers 41 gilt als oberer Grenzwert c < 1,5 mm. Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, daß die zeichnerische Darstellung der Weite a des Außen-Mahlraums 9' und der Weite b des Innen-Mahlraums 9'' nicht völlig den vorgegebenen Maßen entspricht. Das Prinzip der zeichnerischen Darstellung ist aber korrekt.

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Der Umlenkraum 49 ist mit einem sich zum Innen-Mahlraum stetig verjüngenden Beschleunigungsabschnitt 60 versehen.

Die beschriebene Rührwerksmühle kann vertikal oder horizontal angeordnet werden, also eine - wie beschrieben - vertikale Mittel-Längs-Achse 20 oder eine entsprechend horizontal angeordnete Mittel-Längs-Achse aufweisen. Insbesondere bei einer waagerechten Anordnung der Rührwerksmühle sind die Mitnehmer 56 nicht erforderlich. Beispielsweise können auch im Innen-Mahlraum 9" Rührwerkzeuge entsprechend den Rührwerkzeugen 50 angebracht sein und zwar insbesondere am Innenstator 24. Im übrigen können selbstverständlich weitere konstruktive Anpassungsmaßnahmen notwendig sein.

Zwischen der zylindrischen Umfangswand 61 und der zugeordneten Innenwand 10 des Mahlbehälters 3 ist ein Wirbelspalt 62 ausgebildet, in den der kegelstumpfförmige Bereich des Mahlgut-Zuführraums 53 einmündet. Die Überströmkanäle 57 münden in den Wirbelspalt 62 ein. Am Übergang 58 des Rotor-Tragteils 46 sind die Überströmkanäle 57 mit einer Begrenzung 63 abgeschlossen, so daß die Mahlhilfskörper 41 im Übergangsbereich 58 nicht direkt in den Außen-Mahlraum 9', sondern nur in den Wirbelspalt 62 eintreten können.

Die Spaltweite e des Wirbelspalts 62 radial zur Mittel-Längs-Achse 20 ist sehr gering. Es gilt:
3 mm < e < 8 mm
und insbesondere
4 mm < e < 5 mm.

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Weiterhin gilt bezüglich des Verhältnisses der Spaltweite e zum Durchmesser c der Mahlhilfskörper 41
3 c < e < 4 c.

Die Überströmkanäle 57 können insgesamt weiter in Richtung zum Umlenkraum 49 hin ausgedehnt sein, d.h sie können sich teilweise mit dem - in Fig. 2 oberen - Bereich des Innenstators 24, also nicht nur mit der Trennvorrichtung 34 überdecken. Dadurch würde auch der Wirbelspalt 62 entsprechend verlängert.

Da der Wirbelspalt 62 im Verhältnis zum Außen-Mahlraum 9' einen engen Querschnitt hat, ist die Strömungsgeschwindigkeit des Mahlgutes im Wirbelspalt 62 in Richtung zum Außen-Mahlraum 9' hoch, so daß ein Entweichen von Mahlhilfskörpern 41 in den kegelstumpfförmigen Bereich des Mahlgut-Zuführraums 53 ausgeschlossen wird. Mit anderen Worten ist die Strömungsgeschwindigkeit des Mahlgutes im Außen-Mahlraum 9' deutlich kleiner als im Wirbelspalt 62. Insbesondere dadurch, daß die durch den jeweiligen Austritt 64 der Überströmkanäle 57 unterbrochenen Wandabschnitte 65 der Umfangswand 61 sich mit den gleichsam einen Rücksprung bildenden Überströmkanälen 57 abwechseln, wird eine extrem intensive Verwirbelung der Mahlhilfskörper 41 erreicht, was zu einer außerordentlich intensiven Vordispergierung des Mahlgutes im Wirbelspalt 62 führt.

Claims

-11- Ansprüche

1. Rührwerksmühle zum Behandeln von fließfähigem Mahlgut, mit einem mit einer Innenwand (10) einen weitgehend geschlossenen Mahlraum (9) begrenzenden Mahlbehälter (3) und einem drehantreibbar in diesem angeordneten, relativ zu einer gemeinsamen Mittel-Längs-Achse (20) topfförmig ausgebildeten Rührwerk (21) mit einem ringzylindrischen Rotor (42) innerhalb dessen ein mit dem Mahlbehälter (3) fest verbundener Innenstator (24) angeordnet ist, wobei zwischen der Innenwand (10) des Mahlbehälters (3) und einer Außenwand (43) des Rotors (42) ein ringzylindrischer Außen-Mahlraum (9') und zwischen einer Innenwand (44) des Rotors (42) und einem Außenmantel (26) des Innenstators (24) ein koaxial innerhalb des Außen-Mahlraums (9') angeordneter und mit diesem über einen Umlenkraum (49) verbundener ringzylindrischer Innen-Mahlraum (9") ausgebildet ist, wobei an der Außenwand (43) des Rotors (42) in den Außen-Mahlraum (9') vorspringende Rührwerkzeuge (51) angebracht sind, wobei der Außen-Mahlraum (9'), der Umlenkraum (49) und der Innen-Mahlraum (9") den teilweise mit Mahlhilfskörpern (41) gefüllten Mahlraum (9) bilden, wobei ein dem Außen-Mahlraum (9') vorgeordneter und in diesen in Strömungsrichtung (52) des Mahlgutes einmündender Mahlgut-Zuführraum (53) und eine dem Innen-Mahlraum (9") in Strömungsrichtung (52) des Mahlgutes nachgeordnete Trenneinrichtung (34) zum Durchtritt des Mahlguts etwa auf derselben Seite des Mahlbehälters angeordnet sind und wobei im Rührwerk (21) Überströmkanäle (57) zur Rückführung der Mahlhilfskörper (41) aus dem Bereich der Trenneinrichtung (34) in den Bereich des Mahlgut-Zuführraums (53) vorgesehen sind, die das Ende des Innen-Mahlraumes (9") mit dem Beginn des Außen-Mahlraumes (9') verbinden,

dadurch gekennzeichnet,

daß zwischen dem Mahlgut-Zuführraum (53) und dem Außen-Mahlraum (9') ein durch den Rotor (42) und die Innenwand (10) des Mahlbehälters (3) begrenzter ringzylindrischer Wirbelspalt (62) ausgebildet ist, in den die Überströmkanäle (57) mit Austritten (64) einmünden.

2. Rührwerksmühle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß der Rotor (42) den Wirbelspalt (62) mit einer zylindrischen Umfangswand (61) begrenzt, in der die Austritte (64) der Überströmkanäle (57) liegen, wobei die Austritte (64) mit Wandabschnitten (65) der Umfangswand (61) in Umfangsrichtung des Rotors (42) abwechseln.

3. Rührwerksmühle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

daß für die Spaltweite e des Wirbelspalts (62) zwischen der Umfangswand (61) und der Innenwand (10) des Mahlbehälters (3) radial zur Mittel-Längs-Achse (20) gilt:

3 mm < e < 8 mm.

4. Rührwerksmühle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

daß für die Spaltweite e gilt:

4 mm < e < 5 mm.

5. Rührwerksmühle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

daß für die Spaltweite e im Verhältnis zum Durchmesser c der Mahlhilfskörper (41) gilt:
3 c < e < 4 c.