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Die Erfindung betrifft einen Impeller zum Einspeisen von zu beschleunigendem Strahlmittel in das Schleuderrad einer Strahlvorrichtung, der im Zentralbereich eines solchen Schleuderrades anordenbar ist und Leitorgane zur Führung des Strahlmittels nach außen zu dem Schleuderrad aufweist. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Strahlvorrichtung mit einem Schleuderrad, die einen solchen Impeller aufweist.
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Mit mit Schleuderrädern ausgerüsteten Strahlvorrichtungen 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 Strahlvorrichtung 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 (ein rotierendes Hilfsschleuderrad) anzuordnen. Auch ein solcher Impeller unterliegt einem hohen Verschleiß. Im Betrieb der Strahlvorrichtung wird Strahlmittel in Axialrichtung in das Zentrum des Impellers geführt. Der Impeller wird in schnelle Rotation versetzt und führt das Strahlmittel nach radial außen. Das von dem Impeller beschleunigte Strahlmittel wird in den Wirkbereich der Schaufeln des Schleuderrades übergeben. Hierdurch ergibt sich ein weicher Übergang des Strahlmittels in den Schaufelbereich des Schleuderrades über möglichst 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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Es ist Aufgabe der Erfindung, einen solchen Impeller zu optimieren bzw. eine Strahlvorrichtung mit einem optimierten Impeller anzugeben.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Impeller mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Strahlvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 13.
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Erfindungsgemäß ist der Impeller demnach kegelstumpfartig, insbesondere kegelstumpfförmig, ausgebildet, mit einer Mantelfläche, die jeweils durch an die Leitorgane angrenzende Vertiefungen unterbrochen ist. Im Stand der Technik sind bisher vornehmlich scheibenartige Impeller bekannt, die jeweils über ein oder zwei Seitenscheiben verfügen, an denen die Leitorgane angeordnet sind, nicht aber kegelstumpfartige Impeller.
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Es hat sich in Versuchen des Anmelders überraschend herausgestellt, dass die kegelstumpfartige Bauform des Impellers im Betrieb der Strahlvorrichtung zu einem besonders geringen Verschleiß des Impellers und auch des Schleuderrades führt, in dessen Zentrum der Impeller im in der Strahlvorrichtung installierten Zustand sitzt. Zudem ist die Strahlmittelverteilung bzw. das Strahlbild der Strahlvorrichtung besonders gleichmäßig.
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Eine kegelstumpfartige Ausbildung umfasst unter anderem auch Ausführungsformen, bei denen - in einem oder jedem Schnitt entlang der Mittel- bzw. Symmetrieachse des Impellers - die beiden seitlichen Konturlinien des Impellers, deren jeweiliger (senkrechter) Abstand zur Mittel- bzw. Symmetrieachse von dem einen (freien) Ende der Linie zum anderen Ende hin (insbesondere kontinuierlich) kleiner wird, nicht - wie bei exakter Kegelstumpfform - gerade verlaufen, sondern beispielsweise abschnittsweise oder durchgängig (insbesondere leicht) gekrümmt.
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In weiterer Ausbildung der Erfindung bilden Außenseiten bzw. Außenflächen oder (insbesondere gerade bzw. geradlinige) Außenkanten der Leitorgane die Mantelfläche des kegelstumpfartig ausgebildeten Impellers.
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In weiterer Ausbildung der Erfindung ist die jeweilige Außenseite oder Außenkante des jeweiligen Leitorgans entlang ein und derselben gedachten konischen Fläche (des Impellers) angeordnet oder liegt - anders gesagt - innerhalb ein und derselben konischen Fläche. Dabei fällt die Mittelachse bzw. Symmetrie der gedachten konischen Fläche vorzugsweise mit der Mittel- bzw. Symmetrieachse des Impellers zusammen bzw. ist identisch zu dieser.
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Was die Vertiefungen des Impellers betrifft, so weisen diese jeweils eine Bodenseite oder eine Bodenkante auf, wobei die jeweiligen Bodenseiten bzw. die jeweiligen Bodenkanten innerhalb ein und derselben gedachten - insbesondere von der konischen Fläche, in der die Außenseiten/Außenkanten liegen, beabstandeten - konischen Fläche des Impellers liegen. Dabei fällt die Mittel- bzw. Symmetrieachse der gedachten konischen Fläche vorzugsweise mit der Mittel- bzw. Symmetrieachse des Impellers zusammen bzw. ist identisch zu dieser.
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In weiterer Ausbildung der Erfindung weist die gedachte konische Fläche, innerhalb der die Außenseiten bzw. Außenkanten der Leitorgane liegen, eine andere, insbesondere geringere Neigung zur Mittel- bzw. Symmetrieachse des Impellers auf als die gedachte konische Fläche, innerhalb der die Bodenseiten bzw. Bodenkanten der Vertiefungen liegen.
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In weiterer Ausbildung der Erfindung weist jedes der Leitorgane jeweils zu (oder an) beiden Seiten seiner jeweiligen Außenseite bzw. Außenkante jeweils eine sich bis zu der Bodenseite bzw. der Bodenkante der an diese Außenkante bzw. Außenseite angrenzenden Vertiefung erstreckende Seitenflanke auf.
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Mit anderen Worten verfügen die Leitorgane jeweils über zwei (sich gegenüberliegende) Seitenflanken, wobei an die eine Seitenflanke auf der einen Leitorganseite eine erste benachbarte Vertiefung angrenzt und an die andere Seitenflanke auf der anderen Leitorganseite eine zweite (andere) benachbarte Vertiefung auf der anderen Leitorganseite.
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In weiterer Ausbildung der Erfindung verlaufen die Seitenflanken geneigt oder senkrecht zu der gedachten konischen Fläche, innerhalb der die Außenkanten bzw. Außenseiten der Leitorgane liegen.
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In weiterer Ausbildung der Erfindung liegen die Leitorgane des Impellers, insbesondere die Außenseiten oder Außenkanten, und/oder die Vertiefungen des Impellers jeweils in einer Mittelachsenschnittebene des Impellers. Also in einer der vielen Schnittebenen, in der die Mittel- oder Symmetrieachse des Impellers liegt.
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In weiterer Ausbildung der Erfindung sind die Leitorgane des Impellers in Umfangsrichtung in regelmäßigen Winkelabständen verteilt angeordnet, insbesondere symmetrisch zur Mittel- oder Symmetrieachse des Impellers.
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In weiterer Ausbildung der Erfindung ist in Umfangsrichtung zwischen jedem Paar benachbarter Leitorgane jeweils eine Vertiefung angeordnet.
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In weiterer Ausbildung der Erfindung sind die Vertiefungen Nuten, insbesondere Einfräsungen in der insbesondere aus Stahl bestehenden Mantelfläche bzw. Mantelschicht des Impellers.
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In weiterer Ausbildung der Erfindung sind die Leitorgane einzelne, auf eine konische Fläche des Impellers aufgebrachte, insbesondere mit dieser verschweißte Rippen, insbesondere aus Stahl.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie den beigefügten Zeichnungen. Darin zeigt:
- 1a eine schematische Stirnansicht einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Impellers,
- 1b eine schematische Schrägansicht des Impellers aus 1a,
- 2a eine erste schematische Schrägansicht (von schräg oben) einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Impellers,
- 2b eine zweite schematische Schrägansicht (von schräg unten) des Impellers aus 2a,
- 3 eine Schrägansicht einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Impellers,
- 4a eine Stirnansicht einer vierten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Impellers,
- 4b eine erste schematische Schrägansicht (von schräg oben) des Impellers aus 4a,
- 4c eine zweite schematische Schrägansicht (von schräg unten) des Impellers aus 4a
- 5 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Strahlvorrichtung mit einem erfindungsgemäßen Impeller entsprechend den 1a, 1b.
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In den 1a, 1b und 5 ist ein Impeller 10 gezeigt, der im Zentrum eines Schleuderrades 11 einer Strahlvorrichtung 12 angeordnet ist. Der Aufbau einer solchen Strahlvorrichtung 12 ist im Prinzip im Stand der Technik bekannt.
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Mit einer derartigen Strahlvorrichtung 12 können Oberflächen von Bauteilen mit durch die Strahlvorrichtung 12 beschleunigtem Strahlmittel beaufschlagt werden. Hierdurch können die Bauteiloberflächen gereinigt oder von störenden Oberflächenschichten befreit werden, wie etwa Rost und Zunder oder dergleichen.
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Das Schleuderrad 11 sowie der Impeller 10 werden im Betrieb der Strahlvorrichtung 12 von einem Antriebsmotor 13 in Drehbewegungen versetzt. Zu diesem Zweck ist eine Antriebswelle 14 des Antriebsmotors 13 drehfest mit dem Impeller 10 und dem Schleuderrad 11 verbunden.
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Ein bzw. das in der Strahlvorrichtung 12 eingesetzte Schleuderrad 11 verfügt über eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung verteilt angeordneten Schleuderradschaufeln 17 zur Beschleunigung des Strahlmittels in Richtung der (nicht gezeigten) zu bestrahlenden Oberfläche. Die Schleuderradschaufeln 17 sitzen vorliegend zwischen zwei sich mit axialem Abstand gegenüberliegenden Seitenscheiben 27a, 27b. Es sind aber auch Schleuderräder mit nur einer Seitenscheibe bekannt, an der dann die Schaufeln angeordnet sind.
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Der im Betrieb der Strahlvorrichtung 12 rotierende, rotationssymmetrische Impeller 10 ist erfindungsgemäß in besonderer Weise ausgebildet, nämlich kegelstumpfartig (oder -förmig). Er verfügt über Leitorgane 16, die auf den Impeller auftreffendes Strahlmittel nach außen in Richtung des Schleuderrads 11 leiten können.
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Das Strahlmittel wird zu diesem Zweck im Betrieb der Strahlvorrichtung 12 zunächst (in Axialrichtung) dem Impeller 10 zugeführt, und zwar mittels einer schlauchartigen oder rohrförmigen Strahlmittelzuleitung 15. Genauer gesagt wird das Strahlmittel aus einer Strahlmittelquelle bzw. einem Strahlmittelreservoir durch die Zuleitung 15 hindurch in den Bereich des Impellers 10 geleitet.
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Vorliegend erfolgt die Zuführung des Strahlmittels in Bezug auf die Rotationsachse des Impellers 10 außermittig in den Bereich einer Mantelfläche 18 des kegelstumpfartigen Impellers 10.
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Das Strahlmittel wird im Betrieb der Strahlvorrichtung 12 mittels der Leitorgane 16 beschleunigt und nach (radial) außen in Richtung der Schleuderradschaufeln 17 geleitet. Durch die kegelstumpfartige Ausbildung des Impellers 10 ergibt sich ein weicher Übergang des Strahlmittels in den radial weiter außen angeordneten Schaufelbereich des Schleuderrades 11.
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Der stoßfreie Übergang des Strahlmittels vom als Zentralbeschleuniger wirkenden Impeller 10 in den Bereich des Schleuderrads 11 bewirkt unter anderem eine gleichmäßige Führung des Strahlmittels im bzw. durch das Schleuderrad 11. Hierdurch wird im Ergebnis eine möglichst gleichmäßige Verteilung des Strahlmittels auf der zu behandelnden Oberfläche erzielt. Zudem wird auch der Verschleiß am Schleuderrad 11 sowie die zur Beschleunigung des Strahlmittels aufzuwendende Energie gegenüber Lösungen des Standes der Technik verringert.
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Die Mantelfläche 18 des Impellers 10 wird durch (gerade) Außenkanten 20 der Leitorgane 16 des Impellers 10 gebildet und ist jeweils durch an die Leitorgane 16 des Impellers 10 angrenzende Vertiefungen 19 unterbrochen. Dabei liegen diese Außenkanten 20 innerhalb ein und derselben (nicht gezeigten) gedachten konischen Fläche des Impellers 10 (bzw. verlaufen parallel zu dieser), deren Mittel- bzw. Symmetrieachse mit der Mittel- bzw. Symmetrieachse des Impellers 10 zusammenfällt bzw. identisch zu dieser ist.
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Die Leitorgane 16 des Impellers 10 sind bei der Ausführungsform der 1a, 1b, 5 in Umfangsrichtung des Impellers 10 in regelmäßigen Winkelabständen verteilt angeordnet, vorliegend symmetrisch zur Mittelachse (Rotationsachse) des Impellers 10.
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Dabei ist zwischen jedem Paar von in Umfangsrichtung benachbarten Leitorganen 16 jeweils eine Vertiefung 19 angeordnet.
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Jede der Vertiefungen 19 verfügt jeweils über eine (gerade) Bodenkante 21. Die Bodenkanten 21 der Vertiefungen 19 liegen - wie die Außenkanten 20 der Leitorgane 16 - allesamt ebenfalls in einer gemeinsamen gedachten, konischen Fläche, deren Mittel- bzw. Symmetrieachse mit der Mittel- bzw. Symmetrieachse des Impellers 10 zusammenfällt bzw. identisch zu dieser ist.
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Allerdings weist die gedachte konische Fläche, innerhalb der die Außenkanten 20 der Leitorgane 16 liegen, eine andere, nämlich vorliegend geringere Neigung zur Mittel- oder Symmetrieachse des Impellers 10 auf als die gedachte konische Fläche, innerhalb der die Bodenkanten 21 der Vertiefungen 19 liegen.
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Jedes der Leitorgane 16 verfügt jeweils zu beiden Seiten der jeweiligen Außenkante 20 jeweils über eine sich bis zu der jeweiligen benachbarten Bodenkante 21 der an diese Außenkante 20 angrenzenden Vertiefung 19 erstreckende Seitenflanke 22a bzw. 22b.
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Die Seitenflanken 22a, 22b verlaufen dabei jeweils geneigt zu der jeweiligen gedachten konischen Fläche, innerhalb der die Außenkanten 20 der Leitorgane 16 liegen.
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Jedes Leitorgan 16 wird mit anderen Worten durch eine Außenkante 20 sowie zwei Seitenflanken 22a, 22b gebildet.
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Sich unmittelbar gegenüberliegende Seitenflanken 22a, 22b in Umfangsrichtung unmittelbar benachbarter bzw. nebeneinander angeordneter Leitorgane 16 treffen sich jeweils in der Bodenkante 21 der jeweiligen, zwischen den beiden benachbarten Leitorganen 16 angeordneten Vertiefung 19 bzw. laufen dort zusammen. Mit anderen Worten bildet die Bodenkante 21 gleichzeitig eine Seitenkante der jeweiligen Seitenflanke 22a, 22b.
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Die Außenkanten 20 der Leitorgane 16 liegen jeweils in einer der Mittelachsenschnittebenen des Impellers 10. Also jeweils in einer der vielen Schnittebenen, die durch die (Längs-)Mittelachse bzw. Rotationsachse des Impellers 10 verlaufen.
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Gleiches gilt für die Bodenkanten 21 der Vertiefungen 19.
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Wie gut erkennbar ist, verjüngen sich die Vertiefungen 19 jeweils vom breiteren (unteren) Ende des Impellers 10 zum schmaleren (oberen) Ende des Impellers 10 hin.
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Die 4a, 4b, 4c zeigen eine alternative Ausführungsform 10' des erfindungsgemäßen Impellers. Gleiche Bauteile sind mit identischen Bezugsziffern versehen.
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Die oben anhand des Impellers 10 erläuterten Zusammenhänge gelten im Wesentlichen auch für den Impellers 10'.
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Im Unterschied hierzu verfügen die Vertiefungen 19 des Impeller 10' allerdings nicht über Bodenkanten, sondern über Bodenseiten bzw. Bodenflächen 24.
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Mit anderen Worten laufen eine gemeinsame Vertiefung 19 einschließende bzw. begrenzende Seitenflanken 22a, 22b benachbarter Leitorgane 16 nicht in einer gemeinsamen (linienförmigen) Bodenkante zusammen, sondern enden jeweils an verschiedenen Längsseiten 23a bzw. 23b der jeweiligen Bodenseite 24.
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Die 2a, 2b zeigen eine weitere alternative Ausführungsform 10" des erfindungsgemä-ßen Impellers. Gleiche Bauteile sind mit identischen Bezugsziffern versehen.
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Die oben anhand des Impellers 10 erläuterten Zusammenhänge gelten im Wesentlichen auch für den Impellers 10".
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Die Vertiefungen 19 des Impellers 10" sind durch Nuten, insbesondere Einfräsungen, in der Mantelfläche 18 des Impellers 10" gebildet.
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Wie der Impeller 10' verfügen die Vertiefungen 19 des Impellers 10" jeweils nicht über Bodenkanten, sondern über Bodenseiten 24 bzw. Bodenflächen.
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Im Unterschied zu den Impeller 10 und 10' weisen die Leitorgane 16 des Impellers 10" allerdings keine (geraden) Außenkanten 20 auf, sondern Außenseiten bzw. Außenflächen 25.
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Des Weiteren verlaufen die Seitenflanken 22a, 22b jedes Leitorgans 16 zu den gedachten konischen Flächen, innerhalb derer die Außenseiten 25 bzw. die Bodenseiten 24 liegen, nicht geneigt, sondern senkrecht, d.h. in einem Winkel von jeweils 90°Grad.
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Zudem verjüngen sich die Vertiefungen 19 nicht vom breiten Ende des Impellers 10" zum schmaleren Ende hin, sondern weisen jeweils einen konstanten bzw. gleichen Durchmesser auf.
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Die 3 zeigt eine weitere alternative Ausführungsform 10''' des erfindungsgemäßen Impellers. Gleiche Bauteile sind mit identischen Bezugsziffern versehen.
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Die oben anhand der Ausführungsform 10 erläuterten Zusammenhänge gelten im Wesentlichen auch für den Impeller 10'''.
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Wie die Impeller 10' und 10" verfügen die Vertiefungen 19 des Impellers 10''' allerdings jeweils nicht über Bodenkanten, sondern über Bodenseiten 24 bzw. Bodenflächen.
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Wie der Impeller 10'' weisen auch die Leitorgane 16 des Impellers 10''' keine Außenkanten 20 auf sondern Außenseiten bzw. Außenflächen 25.
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Die Leitorgane 16 sind dabei durch einzelne Rippen bzw. Profile gebildet, die auf eine konische Fläche 26 des Impellers 10''' aufgebracht sind.
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Wie bei dem Impeller 10" verlaufen die Seitenflanken 22a, 22b der Leitorgane 16 des Impellers 10''' zu den (gedachten) konischen Flächen, innerhalb derer die Außenseiten 25 bzw. die Bodenseiten 24 liegen, nicht geneigt, sondern senkrecht, d.h. in einem Winkel von jeweils 90°Grad.
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Wie der Fachmann erkennt, sind diverse andere Ausführungsformen denkbar, ohne das Konzept der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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So können beispielsweise die Vertiefungen des Impellers (durch entsprechende Ausbildung der begrenzenden Seitenflanken der Leitorgane) von dem einen (breiteren/unteren) Ende des Impellers zum anderen (schmaleren/oberen) Ende hin auch (in Draufsicht auf die jeweilige Vertiefung) jeweils gekrümmt verlaufen, insbesondere (auch mehrfach mit Richtungswechseln) bogenförmig/kurvig/schlangenförmig.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Impeller
- 10'
- Impeller
- 10''
- Impeller
- 10'''
- Impeller
- 11
- Schleuderrad
- 12
- Strahlvorrichtung
- 13
- Antriebsmotor
- 14
- Antriebswelle
- 15
- Zuleitung
- 16
- Leitorgane
- 17
- Schleuderradschaufeln
- 18
- Mantelfläche
- 19
- Vertiefungen
- 20
- gerade Außenkante
- 21
- Bodenkante Vertiefung
- 22a, b
- Seitenflanken
- 23a, b
- Längsseiten Bodenseite
- 24
- Bodenseite Vertiefung
- 25
- Außenfläche Leitorgan
- 26
- Konische Fläche
- 27a, b
- Seitenscheiben
