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Die Erfindung betrifft einen Impeller zum Einspeisen von zu beschleunigendem Strahlmittel in das Schleuderrad einer Strahlanlage, der im Zentralbereich des Schleuderrades innerhalb einer eine Entladeöffnung aufweisenden Zuteilhülse anordenbar ist, und der an mindestens einer Seitenscheibe Leitorgane zur Führung des Strahlmittels nach außen aufweist, wobei die Leitorgane jeweils zwei Seitenflächen aufweisen, die mit Seitenflächen benachbarter Leitorgane Kanäle bilden, durch die das Strahlmittel nach außen entladbar ist. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Strahlanlage mit einem Schleuderrad, die einen solchen Impeller aufweist.
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Mit mit Schleuderrädern ausgerüsteten Strahlanlagen werden beispielsweise Oberflächen von metallischen Walzprodukten von Zunder und/oder von Rost befreit, bevor die Oberfläche einen Schutzanstrich erhält, indem gegen die Oberfläche ein in der Regel aus feinen Metallpartikeln bestehendes Strahlmittel geschleudert wird. In einer solchen Strahlanlage sollten sich vorzugsweise sämtliche Partikel des Strahlmittels tangential und möglichst parallel zu den Schaufeln des rotierenden Schleuderrades nach außen bewegen. Dies ist allerdings häufig nicht der Fall. Eine beträchtliche Anzahl dieser Partikel schlägt an den Seitenscheiben und den Schaufeln an und prallt davon, vergleichbar einem Ping-Pong-Ball, zurück. Dies wirkt sich nicht nur negativ auf die Austrittsgeschwindigkeit des Strahlmittels aus dem Schleuderrad aus, sondern führt auch zu einer ungleichmäßigen Verteilung des Strahlmittels auf der zu reinigenden Oberfläche. Durch das Aufprallen der Strahlmittelpartikel an den Teilen des Schleuderrades unterliegt dasselbe außerdem einem starken Verschleiß.
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Um die Strahlmittelverteilung zu verbessern sowie den Verschleiß des Schleuderrades zu verringern, ist es bekannt, im Zentrum eines solchen Schleuderrades einen sogenannten Impeller anzuordnen. Auch ein solcher Impeller unterliegt einem hohen Verschleiß. Er sitzt in der Regel in einer ihn koaxial umgebenden Zuteilhülse, die eine Zuteil- oder Entladeöffnung aufweist. Im Betrieb der Strahlanlage wird Strahlmittel in Axialrichtung in das Zentrum des Impellers geführt. Der Impeller wird in schnelle Rotation versetzt und führt das Strahlmittel entlang der durch benachbarte Leitorgane gebildeten Impellerkanäle nach radial außen. In dem Raum zwischen Zuteilhülse und Impeller tritt das Strahlmittel auf eine nahezu kreisförmige Bahn ein und läuft in diesem Bereich entlang dieser Kreisbahn um. Durch die Rotation des Impellers wird das Strahlmittel schließlich möglichst tangential aus der Zuteilöffnung der Zuteilhülse in den Wirkbereich der Schaufeln des Schleuderrades übergeben. Hierdurch ergibt sich ein weicher Übergang des Strahlmittels in den Schaufelbereich des Schleuderrades über die gesamte Breite mit anschließender gleichmäßiger Beschleunigung bis zum Schaufelaustritt. Das Aufprallen des Strahlmittels auf die Schaufeln und Seitenwände des Schleuderrades wird im Wesentlichen unterbunden.
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Die
DE 10 2005 029 724 B4 zeigt einen Impeller mit auf eine Zuteilhülse zugerichteten Leitelementen zur Führung des Strahlmittels nach außen. Jeweils benachbarte Schenkel benachbarter Profilstücke bilden Kanäle, durch die das Strahlmittel nach außen entladbar ist. Zwischen den Schenkeln ist eine aus der Richtung der Zuteilhülse zugängliche Ausnehmung angeordnet.
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Die D2 zeigt ein Schleuderrad für Teilchenmaterial, bei dem zur Verteilung des Teilchenmaterials an der Drehachse des Schleuderrades ein Rotor mit radialen Flügeln vorgesehen ist.
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Die
DE 195 36 723 zeigt ein Schleuderrad mit einem im Zentrum angeordneten Impeller, bei dem die Leitorgane sich vom Zentrum sternförmig erstrecken.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Impeller der eingangs genannten Art zu optimieren, insbesondere im Hinblick auf dessen Standzeiten.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Impeller mit den Merkmalen des Anspruches 1 sowie mit einer Strahlanlage mit einem solchen Impeller mit den Merkmalen des Anspruchs 10.
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Entsprechend verfügt ein oder jedes Leitorgan eines erfindungsgemäßen Impellers jeweils über eine nach radial außen zeigende Oberseite, die die äußeren Enden der beiden Seitenflächen des Leitorgans miteinander verbindet, wobei sämtliche die Oberseite bildenden Oberseitenabschnitte bzw. Oberseitenbereiche der Oberseite, innerhalb oder oberhalb einer gedachten, die genannten (kanalbegrenzenden) Seitenflächen des Leitorgans ebenfalls an den äußeren Enden miteinander verbindenden, ungekrümmten Bezugsebene angeordnet sind.
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Gemäß der vorgenannten ersten Alternative der Erfindung ragt ein oberhalb der gedachten Bezugsebene angeordneter Oberseitenabschnitt demnach radial außen über die Bezugsebene hinaus. In der zweiten erfindungsgemäßen Alternative liegt dieser Abschnitt genau innerhalb der gedachten Bezugsebene.
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Beide Ausbildungen führen im Ergebnis zu einer besonderen Form des Raumes zwischen der Oberseite des jeweiligen Leitorgans und dem der Oberseite gegenüberliegenden Abschnitt der den Impeller umgebenden Zuteilhülse.
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Es hat sich in Versuchen des Anmelders herausgestellt, dass eine solche Bauform der Leitorgane des Impellers im Betrieb der Strahlanlage zu einem besonders geringen Verschleiß des Impellers und auch des Schleuderrades führt, in dessen Zentrum der Impeller im in der Strahlanlage installierten Zustand sitzt. Zudem ist die Strahlmittelverteilung bzw. das Strahlbild der Strahlanlage besonders gleichmäßig.
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In der Regel werden erfindungsgemäß sämtliche, die Oberseite bildenden Oberseitenabschnitte bzw. Oberseitenbereiche in und/oder oberhalb der gedachten Bezugslinie angeordnet sein. Demnach können erfindungsgemäß in einer Variante sämtliche Abschnitte bzw. Bereiche der Oberseite oberhalb der Bezugsebene angeordnet sein. In einer anderen Variante können sämtliche Abschnitte der Oberseite in der Bezugsebene liegen. In einer dritten Variante schließlich kann zugleich mindestens ein Abschnitt der Oberseite in der Bezugsebene und mindestens ein Abschnitt der Oberseite oberhalb der Bezugsebene liegen.
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Was den mindestens einen oberhalb der Bezugsebene angeordneten Abschnitt der Oberseite betrifft, so kann dieser allgemein betrachtet gekrümmt oder ungekrümmt sowie geneigt oder ungeneigt zur Bezugsebene verlaufen.
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Vorzugsweise ist das Leitorgan symmetrisch zu einer insbesondere axial verlaufenden Längsmittelebene desselben ausgebildet. Zudem ist jedes Leitorgan dabei vorzugsweise derart an dem Impeller angeordnet, dass die jeweiligen Längsmittelebenen jeweils im Wesentlichen radial verlaufen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verfügt die Oberseite des Leitorgans zu beiden Seiten der Längsmittelebene über jeweils mindestens einen oberhalb der Bezugsebene angeordneten Abschnitt, der geneigt zur gedachten Bezugsebene verläuft. Jeder der beiden Abschnitte verläuft dabei jeweils derart geneigt zur gedachten Bezugsebene, dass der jeweilige Abschnitt, jeweils betrachtet von der zu dem jeweiligen Abschnitt benachbarten Seitenfläche in Richtung der Längsmittelebene und bezogen auf die Bezugsebene, einen positiven Steigungswert aufweist. Mit anderen Worten steigt die Höhe des jeweiligen Abschnitts gegenüber der Bezugsebene jeweils bei gedanklichem Fortschreiten in Richtung der Längsmittelebene an. Vorzugsweise grenzt zudem jeder dieser beiden Abschnitte unmittelbar an die ihm benachbarte Seitenfläche des Leitorgans an.
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Die vorgenannten beiden, zu beiden Seiten der Längsmittelebene verlaufenden, geneigten Abschnitte der Oberseite können unmittelbar miteinander verbunden sein oder durch mindestens einen, mindestens bereichsweise gekrümmt verlaufenden Verbindungsabschnitt der Oberseite.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist zu beiden Seiten der Längsmittelebene jeweils mindestens ein, insbesondere an die jeweilige Seitenfläche angrenzender, ungekrümmter Oberseitenabschnitt angeordnet, der innerhalb der gedachten Bezugsebene liegt. Dabei verlaufen diese beiden Abschnitte in dieser Ausführungsform naturgemäß ungeneigt zur Bezugsebene.
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Auch diese innerhalb der Bezugsebene verlaufenden Oberseitenabschnitte sind vorzugsweise durch einen Verbindungsabschnitt miteinander verbunden.
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In weiterer Ausbildung dieser Ausführungsform verfügt der Verbindungsabschnitt vorzugsweise über jeweils an den jeweiligen Oberseitenabschnitt angrenzende und jeweils senkrecht oder annähernd senkrecht zu diesen verlaufende, oberhalb der Bezugsebene angeordnete Verbindungsteilabschnitte sowie einen die vorgenannten senkrechten Verbindungsteilabschnitte miteinander verbindenden, parallel oder annähern parallel zu den Oberseitenabschnitten sowie ebenfalls oberhalb der Bezugsebene verlaufenden Verbindungsteilabschnitt.
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Was die oben genannten, sich gegenüberliegenden Seitenflächen benachbarter Leitorgane betrifft, die die Kanäle zwischen den Leitorganen seitlich begrenzen, so verlaufen diese vorzugsweise parallel oder annähern parallel mit Abstand zueinander.
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Was die Leitorgane selbst betrifft, so können diese unter anderem blockartig massiv ausgebildet sein oder beispielsweise aus einzelnen Profilstücken oder Profilleisten aufgebaut sein. Hier sind verschiedene Varianten denkbar.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie der beigefügten Zeichnung. Dann zeigt:
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1. eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Impellers.
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In 1 ist ein Impeller 10 gezeigt, der im Inneren einer Zuteilhülse 12 einer nicht weiter dargestellten Strahlanlage angeordnet ist. In einer solchen Strahlanlage werden Oberflächen von Bauteilen mit durch die Strahlanlage beschleunigtem Strahlmittel beaufschlagt. Hierdurch können die Bauteiloberflächen gereinigt oder von störenden Oberflächenschichten, wie etwa Rost und Zunder oder dergleichen, befreit werden.
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Der Impeller 10 sitzt zusammen mit der ihn umgebenden Hülse 12 im Zentrum eines nicht dargestellten Schleuderrades der Strahlanlage. Der Aufbau einer solchen Strahlanlage ist im Prinzip im Stand der Technik bekannt. Ein in einer solchen Strahlanlage eingesetztes, durch einen Motor angetriebenes Schleuderrad verfügt über eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung entlang einer Seitenscheibe verteilt angeordneter Schleuderradschaufeln zur Beschleunigung des Strahlmittels. Dem Impeller 10 wird dabei zunächst das zu beschleunigende Strahlmittel durch eine nicht dargestellte Zuleitung zugeführt. Genauer gesagt wird das Strahlmittel aus einer Strahlmittelquelle bzw. einem Strahlmittelreservoir in das Zentrum 14 des Impellers geleitet. Der Impeller 10 wird im Betrieb der Strahlanlage über einen nicht dargestellten Antrieb um die Rotationsachse 16 in Rotation versetzt. Das ihm zentral zugeführte Strahlmittel wird von dem Impeller 10 entlang von Kanälen 18 nach außen geführt. Die Kanäle 18 werden dabei gebildet durch Seitenflächenpaare 26a, 26b benachbarter Leitorgane 20a, erste Ausführungsform, bzw. 20b, zweite Ausführungsform.
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Durch die Kanäle 18 gelangt das Strahlmittel von radial weiter innen nach radial weiter außen und wird auf einer Kreisbahn zwischen den Leitorganen 20a bzw. 20b und der Hülse 12 in Drehrichtung des Impellers 10 beschleunigt. Über die Entladeöffnung 22 in der Hülse 12 wird das Strahlmittel schließlich in den Winkelbereich der Schaufeln des nicht dargestellten Schleuderrades abgegeben. Hierbei tritt das Strahlmittel im Wesentlichen tangential aus der Entladeöffnung 22 aus. Hierdurch ergibt sich ein weicher Übergang des Strahlmittels in den radial weiter außen angeordneten Schaufelbereich des nicht dargestellten Schleuderrades über die gesamte Breite mit anschließender gleichmäßiger Beschleunigung bis zum Schaufelaustritt. Das Aufprallen des Strahlmittels auf die Schaufeln und Seitenwände des Schleuderrades wird im Wesentlichen unterbunden. Der stoßfreie Übergang des Strahlmittels vom als Zentralbeschleuniger wirkenden Impeller 10 in das nicht dargestellte Schleuderrad bewirkt eine gleichmäßige Führung des Strahlmittels im Schleuderrad. Hierdurch wird eine gleichmäßige Verteilung des Strahlmittels auf der zu behandelnden Oberfläche erzielt. Zudem wird auch der Verschleiß am Schleuderrad sowie die zur Beschleunigung des Strahlmittels aufzuwendende Energie verringert.
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Der dargestellte Impeller 10 weist, wie oben bereits angedeutet, zwei verschiedene Ausführungsformen 20a, 20b von Leitorganen auf. Die verschiedenen Ausführungsformen sind nur zur Vereinfachung gemeinsam in der 1 dargestellt. Tatsächlich weist im Betrieb ein erfindungsgemäßer Impeller 10 in der Regel nur eine Art von Leitorganen auf, also entweder die Leitorgane 20a oder die Leitorgane 20b. Nachfolgend werden zunächst gleiche Merkmale der beiden Ausführungsformen 20a, 20b gemeinsam beschrieben. Im Anschluss daran werden die Unterschiede der Ausführungsformen 20a, 20b dargestellt.
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Die Leitorgane 20a, 20b sind an einer Stirnseite einer ersten Seitenscheibe 24 angeordnet. Eine nicht dargestellte, zweite Seitenscheibe ist der ersten Seitenscheibe 24 in Axialrichtung mit Abstand parallel gegenüber angeordnet, sodass die Leitorgane 20a bzw. 20b zwischen den beiden Seitenscheiben positioniert sind. Es wird in diesem Zusammenhang darauf hingewiesen, dass im Rahmen der Erfindung die Leitorgane 20a bzw. 20b grundsätzlich als separate Bauteile gefertigt werden können, aber natürlich auch einstückig mit der jeweiligen Stirnseite der Seitenscheiben verbunden sein können.
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Die Leitorgane 20a, 20b sind gegenüber der Stirnseitenebene der Seitenscheibe 24 erhaben, das heißt sie bilden Erhöhungen in Bezug auf diese Ebene. Grundsätzlich ist auch vorstellbar, auf eine zweite Seitenscheibe zu verzichten und nur eine Seitenscheibe zu verwenden.
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Die einzelnen Leitorgane 20a, 20b sind entlang einer Kreisringfläche über die Stirnseite der Seitenscheibe 24 in Umfangsrichtung verteilt angeordnet. Im vorliegenden Fall bildet die Kreisringfläche zugleich den Randbereich der Stirnseite der Seitenscheibe 24.
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Jedes Leitorgan 20a, 20b ist von den beiden ihm zu beiden Seiten jeweils unmittelbar benachbarten Leitorganen 20a bzw. 20b in Umfangsrichtung beanstandet.
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Die Seitenflächen 26a, 26b der Leitorgane 20a, 20b erstrecken sich zum einen senkrecht zur Zeichenebene und somit senkrecht zur Stirnseite der Seitenscheibe 24 in Axialrichtung. Zudem sind die dargestellten Seitenflächen 26a, 26b in der Querschnittsansicht der 1 auf die Zuteilhülse 12 gerichtet. Sie verlaufen dementsprechend von radial weiter innen nach radial weiter außen im Wesentlichen radial bzw. ungeneigt zur Radialen.
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An ihren zum Impellerzentrum 14 bzw. zur Impellerrotationsachse 16 gerichteten bzw. an ihren radial innen liegenden Enden 28a, 28b sind die Seitenflächen 26a bzw. 26b über eine Unterseite 30 miteinander verbunden. Die Unterseite 30 bildet ein plane, das heißt ungekrümmte Verbindungsebene.
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An ihren beiden oberen, radial außen liegenden Enden 32a, 32b sind die Seitenflächen 26a, 26b über eine Oberseite 34 (Leitorgan 20a) bzw. 34b (Leitorgan 20b) miteinander verbunden. Die Oberseiten 34a bzw. 34b verlaufen ebenfalls senkrecht zur Stirnseite der Seitenscheibe 24, das heißt in Axialrichtung.
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Besonders wichtig ist die Kontur der jeweiligen Oberseite 34a bzw. 34b. Nachfolgend wird zunächst die Kontur 34a des Leitorgans 20a beschrieben.
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Die gesamte Oberseite 34a verläuft oberhalb einer gedachten, in der 1 gestrichelt dargestellten Bezugsebene 36, das heißt radial weiter außen als diese. Bei der gedachten Bezugsebene 36 handelt es sich um eine ungekrümmte Verbindungsebene, die die beiden oberen Seitenenden 32a und 32b der Seitenflächen 26a, 26b auf kürzestem Wege miteinander verbindet.
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Die Oberseite 34a ist, wie das gesamte Leitorgan 20a, symmetrisch zu einer axial verlaufenden Längsmittelebene 21 ausgebildet. Sie verfügt zu beiden Seiten der Längsmittelebene 21 über an die Seitenflächenenden 32a, 32b jeweils angrenzende (ungekrümmte) Abschnitte 38a bzw. 38b. Diese ungekrümmten Abschnitte 38a, 38b verlaufen oberhalb der gedachten Bezugsebene 36. Zudem sind die ungekrümmten Abschnitte gegenüber der Bezugsebene 36 geneigt unter einem Winkel α. Die Neigung verläuft dabei derart, dass die Steigung beispielsweise des ungekrümmten Abschnitts 38a bezogen auf die Bezugsebene 36 zunimmt, d. h. positiv ist. Dabei wird die Betrachtungsrichtung definiert durch die Richtung ausgehend von dem dem ungekrümmten Abschnitt 38a benachbarten Seitenflächenende 32a hin zur Längsmittelebene 21. Mit anderen Worten nimmt die Höhe der des ungekrümmten Abschnitts 38a bezogen auf die Bezugsebene 36 zu, und zwar betrachtet in der genannten Richtung. In ähnlicher Weise nimmt die Steigung des Abschnitts 38b zu, und zwar ebenfalls bezogen auf die Bezugsebene 36, allerdings betrachtet in der entgegengesetzten Richtung, nämlich ausgehend von dem dem ungekrümmten Abschnitt 38b benachbarten Seitenflächenende 32b hin zur Längmittelebene 21.
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Die beiden ungekrümmten Abschnitte 38a, 38b sind des Weiteren miteinander verbunden durch einen Verbindungsabschnitt 40. Dieser ist konvex ausgebildet.
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Insgesamt führt die dargestellte Oberseitenkontur des Leitorgans 20a dazu, dass sich der Raum zwischen der Oberseite 34a und dem der Oberseite 34a gegenüberliegenden Hülsenabschnitt ausgehend von dem – je nach Impellerdrehrichtung – jeweils vorauseilenden, äußeren Seitenflächenende 38a oder 38b zunächst verengt mit geringstem Raumvolumen am Verbindungsabschnitt 40 und anschließend zum nacheilenden Seitenflächenende hin wieder aufweitet.
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Die zweite Ausführungsform eines Leitorgane 20b unterscheidet sich von dem Leitorgan 20a in der Kontur der Oberseite 34b. Anders als die bei den ungekrümmten Abschnitten 38a, 38b des Leitorgans 20a der Fall ist, sind die ungekrümmten Abschnitte 38a, 38b des Leitorgans 20b nicht zur Bezugsebene 36 geneigt, sondern sie liegen exakt innerhalb der Bezugsebene 36.
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Zudem ist der die beiden ungekrümmten Abschnitte 38a, 38b verbindende Verbindungsabschnitt 40 als eine Art Vorsprung ausgebildet: An die beiden in der Bezugsebene 36 liegenden Oberseitenabschnitte 38a, 38b grenzen jeweils senkrecht zu diesen verlaufende, allerdings oberhalb der Bezugsebene 36 angeordnete Teilabschnitte 42a bzw. 42b des Verbindungsabschnitts 40 an. Ein wiederum ebenfalls oberhalb der Bezugsebene 36 angeordner, senkrecht zu diesen Teilverbindungsabschnitten 42a, 42b sowie parallel zu den Abschnitten 38a, 38b verlaufender Teilverbindungsabschnitt 42c verbindet wiederum die Teilverbindungsabschnitte 42a, 42b miteinander.
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Versuche des Anmelders haben gezeigt, dass Leitorgane mit einem prinzipiellen Aufbau wie im Rahmen dieser Anmeldung dargestellt und beansprucht unter anderem zu besonders hohen Standzeiten des jeweiligen Impellers führen, zu besonders hohen Standzeiten des Schleuderrades sowie zu einem besonders gleichmäßigen Strahlmittelbild.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Impeller
- 12
- Zuteilhülse
- 14
- Impellerzentrum
- 16
- Rotationsachse
- 18
- Kanal
- 20a
- Leitorgan
- 20b
- Leitorgan
- 21
- Längsmittelebene
- 22
- Entladeöffnung
- 24
- Seitenscheibe
- 26a
- Seitenfläche
- 26b
- Seitenfläche
- 28a
- Seitenflächenende
- 28b
- Seitenflächenende
- 30
- Unterseite
- 32a
- Seitenflächenende
- 32b
- Seitenflächenende
- 34a
- Oberseite
- 34b
- Oberseite
- 36
- Bezugsebene
- 38a
- Abschnitt
- 38b
- Abschnitt
- 40
- Verbindungsabschnitt
- 42a
- Teilabschnitt
- 42b
- Teilabschnitt
- 42c
- Teilabschnitt
