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Die Erfindung betrifft ein Schleuderrad, welches um eine Drehachse rotierend angetrieben wird und insbesondere für Strahlvorrichtungen zur Oberflächenbehandlung von Gegenständen mittels Strahlmitteln Anwendung findet.
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Aus dem Stand der Technik sind derartige Vorrichtungen für Sandstrahlanlagen hinreichend bekannt. Der Schwerpunkt dieser Erfindungen bezieht sich insbesondere auf die geometrische Ausgestaltung zur Optimierung der Energie des Strahlgutes, auf die Zuführung des Strahlgutes, der Verschleißminderung der Schaufeln als auch auf die Anordnung des Schleuderrades innerhalb von Strahlanlagen. So wird in
DE 834 341 B ein Schleuderrad für einen Strahlanlage unter Schutz gestellt, wobei des Schleudergut über am Schleuderrad angeordnete Kanäle, die entgegen der Drehrichtung des Schleuderrades gekrümmt sind, beschrieben. Spezielle Leitstücke, die zur Achse des Schleuderrades geneigt angeordnet sind, dienen der Unterstützung der Strahlführung. Nachteilig ist hierbei, dass die Geometrie der Leitkanäle spiralförmig ausgebildet und mit einem konstanten Querschnitt versehen sind. Bedingt dadurch entstehen hohe Reibungsverluste innerhalb der strahlgutführenden Kanäle, die sich erheblich negativ auf den Strahleffekt und den Wirkungsgrad der Strahleinrichtung auswirken.
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In
DE 903 183 B wird eine Vorrichtung zum Verändern der Strahlrichtung an Sand-Putzmaschinen beschrieben. Diese Vorrichtung dient der gezielten Richtungsbeeinflussung der Wirkung des Strahlgutes auf einen definierten partiellen Bereich, in der Regel waagerecht, einer Oberfläche. Der erfinderische Gedanken wird dadurch realisiert, dass zusätzlich zum Schleuderrad zentrisch im Mittelbereich ein verstellbarer Ring mit Aussparungen zum gezielten Austritt des Schleuderrades angeordnet ist. Das Schleuderrad selbst besteht aus radial angeordneten geraden Schaufeln. Der Eintrag des Schleudergutes erfolgt zentrisch. Nachteilig ist bei dieser Erfindung, dass das Strahlgut mit unterschiedlichen Winkeln auf den zu strahlen Bereich des entsprechenden Werkstückes auftrifft und somit ein unterschiedlicher Energieeintrag durch das Strahlgutes erfolgt.
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In einer weiteren Schrift, der
DE 956 885 B , wird ein Schleuderradverputzgerät unter Schutz gestellt. Das Hauptmerkmal bezieht sich auf die Strahlgutzuführung zum Schleuderrad. Hier ist unter Schutz gestellt, dass die Strahlgutzuführung in einen mittig im Schleuderrad freigelassen Bereich außermittig zugeführt wird. Die Schaufeln sind radial zwischen zwei Deckscheiben angeordnet und im Endbereich gegen die Drehrichtung des Schleuderrades gekrümmt ausgebildet. Durch die außermittig angeordnete Strahlmittelzuführung kommt es im mittigen Bereich des Schleuderrades zu undefinierten Verwirbelungen, die sich negativ auf die Strahlgutführung auswirken.
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Eine weitere Ausgestaltung eines Schleuderrades wird in
DE 101 35 845 B4 unter Schutz gestellt. Hierbei sind Wurfschaufeln radial an mindestens einer Seitenscheibe befestigt. Zwischen den Wurfschaufeln bildet sich ein Zwischenraum aus, die jeweils einen Strahlmittelauswurf bildet. Die geometrische Ausbildung der Wurfschaufeln ist dadurch gekennzeichnet, dass diese von gleicher Höhe gekrümmt auf dem Schleuderrad befestigt und radial angeordnet sind. Durch die zentrisch vorgesehen Zuführung des Strahlgutes auf die Wurfschaufeln trifft dieses direkt auf die Stirnkanten der Wurfschaufeln und diese Anordnung, in Verbindung mit der schraubenförmigen Ausbildung der Wurfschaufeln, werden bereits beim Auftreffen des Strahlgutes wesentliche Teile unkontrolliert und mit geringem Energieinhalt nach außen geschleudert und verfehlen somit ihre Wirkung. Dies führt zu einem erheblich geringeren Wirkungsgrad der Wirkung des Schleuderrades.
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Mit
DE 28 58 399 C2 wird ein Sandstrahlschleuderrad unter Schutz gestaltet, bei dem um einen Sandstrahlverteiler Auswurfschaufeln angeordnet sind, wobei die Schaufelgeometrie so gestaltet ist, dass diese, ausgehend vom Verteiler, zunächst einen konvexen und anschließend einen konkaven Bereich aufweist. Die Schaufeln gehen nicht bis zum Zentrumsbereich, sondern beginnen am Außenumfang des zentrisch angeordneten Verteilers. Diese erfinderische Gestaltung der Schaufelgeometrie soll eine verbesserte Austrittsgeschwindigkeit des Strahlgutes bei gleichzeitiger Verringerung des Verschleißes an der Schaufeloberfläche bewirken. Nachteilig an dieser Erfindung ist, dass es strömungsdynamisch nicht nachvollziehbar ist, dass die angegebene Geometrie der Schaufeln das Strahlgut zusätzlich beschleunig und gleichzeitig eine Verschleißminderung eintritt. Weiterhin ist die Realisierung der geschützten Schaufelgeometrie fertigungstechnisch unvorteilhaft wie auch die Anordnung der Lage der Schaufeln zwischen zwei Flanschen und die funktionsbedingte Anordnung des Verteilers für das Schleudergut auf die Schaufel sowie das damit in Wirkverbindung stehende Steuerungselement.
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Eine Vielzahl weiterer Erfindungen beschäftigen sich ebenfalls mit der konstruktiven Auslegung der Geometrie des Schleuderrades, speziell der Schleuderschaufeln, des speziellen Anordnung spezieller Elemente zur Verteilung eines zentral zugeführten Schleudergutes auf die Schaufeln sowie geeigneter Steuerelemente zur Strahlgutverteilung.
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Die Schleuderräder nach dem Stand der Technik weisen meist zwei Scheiben und zwischen der oberen und der unteren Scheibe angeordnete Schaufeln auf, wobei die Schaufeln aus hochlegiertem Stahl bestehen. Weiterhin weisen die bekannten Schleuderräder einen großen Durchmesser (meist über 300mm) auf, wodurch die Schleuderräder ein hohes Gewicht aufweisen und kostenintensiv sind.
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In der Druckschrift
DE 91 05 266 U1 wird ein Schleuderrad beschrieben, bei dem der Schaufelkörper einstückig aus einem preisgünstigen, verschleißanfälligen, gieß- oder spritzfähigen Basismaterial hergestellt ist, und im Bereich der Schleuderfläche mit hochverschleißfesten, plattenförmigen kraft- und/oder formschlüssig aufgebrachten Elementen armiert ist, die aus Sinterkeramik oder Hartmetall bestehen. Das Basismaterial für den eigentlichen Schaufelkörper kann aus einem preisgünstigen Material wie Ferroguss, Aluminiumguss oder auch aus faserverstärktem Kunststoff bestehen. Nachteilig bei dieser Lösung ist der mehrteilige Aufbau des Schleuderrades, durch welchen ein hoher Montageaufwand zu verzeichnen ist. Die Verwendung der hochverschleißfesten Elemente ist ebenfalls mit einem hohen Kostenaufwand verbunden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Schleuderrad, welches um eine Drehachse rotierend angetrieben wird zu entwickeln und mit diesem die den bekannten Schleuderrädern anhaftende Nachteile zu beseitigen und eine Geometrie des Schleuderrades einschließlich der Schleuderschaufeln zu schaffen die es ermöglicht, mit minimalem fertigungstechnischen Aufwand eine strömungsdynamisch optimale Bewegung des Strahlgutes so zu realisieren, dass auf das Strahlgut eine hohe Energie übertragen wird und der durch das Strahlgut hervorgerufene Verschleiß an den Schleuderschaufeln minimal wird, wobei auf zusätzliche Mittel wie Strahlgutverteiler und entsprechende Steuerorgane verzichtet wird und die Schleuderschaufeln insbesondere einstückig mit dem Boden des Schleuderrades verbunden sind.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des ersten Schutzanspruchs gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Das Schleuderrad, welches um eine Drehachse rotierend angetrieben wird und insbesondere für Strahlvorrichtungen zur Oberflächenbehandlung von Gegenständen mittels Strahlmitteln Anwendung findet, weist einen Boden auf an den sich Schleuderschaufeln anschließen, wobei erfindungsgemäß die Oberflächengeometrie des Bodens in Richtung zur Drehachse und somit zentrisch eine Erhebung aufweist, deren Durchmesser mit zunehmender Höhe der Erhebung geringer wird. Der Boden ist in Erstreckungsrichtung der Schleuderschaufeln im Wesentlichen als eine kegelförmige Erhebung ausgebildet, wobei die Mittellinie des im Wesentlichen kegelförmigen Bodens mit der Drehachse zusammenfällt. Die Oberflächengeometrie des kegelförmigen Bodens bildet bevorzugt einen hyperbolischen Kegel.
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Die Schleuderschaufeln sind mit dem Boden insbesondere einstückig ausgebildet und mit ihrer sich in Richtung zur Längsachse bzw. Drehachse erstreckenden Oberfläche so angeordnet, dass deren Wände im Wesentlichen parallel zur Längsachse/Drehachse des Schleuderrades verlaufen.
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Die Geometrie der Schleuderschaufeln verläuft von radial außen liegenden Außenkanten zu radial innen liegenden Innenkanten, wobei die Schleuderschaufeln radial innen mit ihren Innenkanten annähernd bis zur Drehachse reichen oder radial innen mit ihren Innenkanten voneinander beabstandet sind, so dass im inneren Bereich des Schleuderrades ein offener Bereich zwischen den Innenkanten der Schleuderschaufeln gebildet wird, in welche der im Wesentlichen kegelförmig ausgebildete Boden mit seiner Spitze hineinragt. Der offene Bereich erstreckt sich in einem Hüllkreis der radial nach innen weisenden Innenkanten der Schleuderschaufeln.
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Vorteilhafter Weise sind die Schleuderschaufeln von ihren Außenkanten zu ihren Innenkanten gekrümmt ausgebildet, wobei die Geometrie der Schleuderschaufeln bevorzugt als Abschnitt einer logarithmischen Spirale ausgebildet ist und die Anordnung der Schleuderschaufeln so erfolgt, dass zwischen den Schleuderschaufeln Kammern vorhanden sind.
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Vorzugsweise reicht dabei die Spitze der kegelförmigen Oberflächengeometrie/der Erhebung des Bodens im Wesentlichen bis zu dem Ende der Schleuderschaufeln, welches in Richtung zu einer Strahlgutzuführung, über welche das Strahlgut mittels eines Luftstroms zugeführt wird, gerichtet ist.
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Vorteilhafter Weise ist an der bevorzugt logarithmisch ausgebildeten Außenkontur und/oder Innenkontur der Schleuderschaufeln wenigstens eine Wirkkante in Drehrichtung oder dazu entgegengesetzt ausgebildet, die der besseren Durchmischung des Strahlgutes dient, da durch die Wirkkante ein Wirbel gebildet wird.
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Der Durchmesser der Strahlgutzuführung entspricht in etwa dem Durchmesser des offenen Bereiches des Schleuderrades. Weiterhin besteht das Schleuderrad bereichweise oder vollständig aus einem Werkstoff, der leichter als Stahl ist, beispielsweise aus Aluminium oder Kunststoff oder einer Materialkombination, durch welche ein geringeres Gewicht zu verzeichnen ist, als bei einem Schleuderrad aus Stahl.
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Insbesondere besteht das einteilig aus Boden und Schleuderschaufeln gefertigte Schleuderrad aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung oder Kunststoff, insbesondere faserverstärktem Kunststoff. Dadurch ist es möglich, das Schleuderrad in durch Gießen/Spritzgießen oder ein anderes geeignetes Verfahren komplett zu fertigen, wodurch es äußerst kostengünstig herstellbar ist und ein geringes Gewicht aufweist.
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Ist das preiswerte Schleuderrad verschlissen, wird es einfach ausgetauscht.
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Zu einer preisgünstigen und materialsparenden Fertigung trägt auch der kleine Außendurchmesser des Schleuderrades bei, der bevorzugt im Bereich von 300mm oder darunter liegt.
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Durch die neuartige konstruktive Ausführung des Schleuderrades kann dessen Außendurchmesser auf 100mm bis 200 mm reduziert werden.
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Das Schleuderrad, welches um eine Drehachse rotierend angetrieben wird und insbesondere für Strahlvorrichtungen zur Oberflächenbehandlung von Gegenständen mittels Strahlmitteln Anwendung findet weist eine Strahlgutzuführung auf, welche das Strahlgut eine im Wesentlichen zentrisch zu der Drehachse des Schleuderrades mittels eines Druckluftstromes bereitstellt. Die Zuführung des Strahlgutes erfolgt vorzugsweise über den von einem Seitenkanalverdichter erzeugten Druckluftstrom und der Durchmesser der Strahlgutzuführung entspricht in etwa dem Durchmesser des offenen Bereiches des Schleuderrades. Durch den Druckluftstrom gelangt das Strahlgut mittig in den offenen Bereich des Schleuderrades und wird durch die Rotation des Schleuderrades in die zwischen den Schleuderschaufeln gebildeten Kammern verteilt, wobei für die Strahlgutverteilung keine zusätzlichen Hilfselemente wie Strahlgutverteiler oder Steuerelemente angeordnet sind, sondern die Verteilung des Strahlgutes im Schleuderrad von der Spitze der Erhebung des Bodens des Schleuderrades aus beginnend über die kegelförmige, bzw. bevorzugt als hyperbolischen Kegels ausgebildete Bodengeometrie/Erhebung des Bodens des Schleuderrades bis zum Ende der Schleuderschaufeln erfolgt. Die Schleuderschaufeln sind in ihrer Oberflächengeometrie von radial außen nach innen verlaufend als Abschnitt einer logarithmische Spirale ausgebildet und erstrecken sich einstückig mit dem Boden ausgebildet entlang der als hyperbolischen Kegels ausgebildeten Oberflächengeometrie des Bodens des Schleuderrades. Entsprechend der hyperbolischen Ausbildung der Oberflächengeometrie des Bodens bildet sich dessen Höhe von der Innenkante zur Außenkante der Schleuderschaufeln, die in Richtung zur Strahlgutführung weisen, nach außen hin steigend aus, wobei die Oberflächenenden der Schleuderschaufeln auf einer Ebene parallel zur Bodenunterseite des Schleuderrades liegen. In einer weiteren Ausführung des Schleuderrades ist es für bestimmte Strahlgüter von Vorteil, dass an der logarithmisch ausgebildeten Außenkontur der Schleuderschaufel wenigstens ein zusätzliches Wirkelement in Drehrichtung und/oder dazu entgegengesetzt angeordnet ist. Damit wird partiell eine zusätzliche turbulente Strömung in diesem Bereich erzeugt, welche sich positiv auf die Vermischung des Schleudergutes im Luftstrom auswirkt.
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Das Hauptanwendungsgebiet bis der erfinderischen Vorrichtung ist die Oberflächenbearbeitung von Werkstücken mittels Strahlgut.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werde. Hierzu zeigen:
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1 eine schematische Darstellung des Schleuderrades mit der zugehörigen Strahlgutzuführung im Längsschnitt,
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2: eine schematische Darstellung des Schleuderrades in der Draufsicht,
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3 eine dreidimensionale Darstellung des Schleuderrades,
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4 eine Prinzipdarstellung eines Schleuderrades im Längsschnitt mit unterschiedlichen möglichen Varianten der Erhebung des Bodens.
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In 1 ist das Schleuderrad 4 in Wirkverbindung mit der Strahlgutzuführung 2 schematisch dargestellt. 2 zeigt das Schleuderrad in der Draufsicht und 3 in dreidimensionaler Ansicht. Das Strahlgut 1 wird gemäß 1 mit dem vorzugsweise über einen Seitenkanalverdichter erzeugten Druckluftstrom 3 in das Zentrum des Schleuderrades 4 gefördert, wobei der innere Durchmesser 14 der Strahlgutzuführung 2 annähernd dem Durchmesser des offenen Bereiches 12 des Schleuderrades 4 entspricht, wobei die Strahlgutzuführung 2 vorzugsweise zentrisch zur Drehachse 5 des Schleuderrades 4 angeordnet ist. Der offene Bereich 12 wird durch die hier voneinander beabstandeten radial nach innen weisenden Innenkanten 13.1 der Schleuderschaufeln 10 gebildet. Durch die Rotation des Schleuderrades 4 um die Drehachse 5 gelangt das Strahlgut 1 in die durch die zwischen den Schleuderschaufeln 10 gebildeten Kammern 16 und wird hierbei auf die einzelnen Kammern 16 verteilt, wobei zur Verteilung keine weiteren Hilfselemente erforderliche sind, sondern die Verteilung des Strahlgutes 1 im Schleuderrad 4 von der Spitze 9 der Erhebung 8 des Schleuderrades 4 aus beginnend über die hier als hyperbolischen Kegel ausgebildete Bodengeometrie/Erhebung 8 des Schleuderrades 4 bis zum Ende der mit dem Boden 7 einteilig ausgebildeten Schleuderschaufeln 10 erfolgt. Aus den 2 und 3 ist die Anordnung und der Verlauf der Schleuderschaufeln 10 des Schleuderrades ersichtlich, wobei die Schleuderschaufeln 10 in ihrer Oberflächengeometrie von radial außen nach innen weisend als Abschnitt einer logarithmischen Spirale 11 ausgebildet sind und sich einstückig entlang der als hyperbolischen Kegel ausgebildete Oberflächengeometrie/Erhebung 8 des Bodens 7 des Schleuderrades 4 erstrecken. Entsprechend der hyperbolischen Ausbildung der Oberflächengeometrie des Bodens 7 des Schleuderrades 4 bildet sich die Höhe H von der Innenkante 13.1 zur Außenkante 13.2 der Schleuderschaufeln 10 nach außen hin steigend aus, wobei die Stirnseiten/Oberflächenenden 10 der Schleuderschaufeln 10 auf einer Ebene parallel zur Bodenunterseite 7a des Bodens 7 des Schleuderrades 4 liegen. In einer weiteren Ausführung des Schleuderrades 4 ist es für bestimmte Strahlgüter 1 von Vorteil, dass an der logarithmisch ausgebildeten Außenkontur 6 der Schleuderschaufel 10 ein zusätzliches Wirkelement 15 hier in Drehrichtung des Schleuderrades 4, die in den 2 und 3 durch den fett gezeichneten Pfeil angedeutet wird, und in Richtung zur Drehachse 5 verlaufend angeordnet ist. Damit wird partiell eine zusätzliche turbulente Strömung in diesem Bereich erzeugt, welche sich positiv auf die Vermischung des Schleudergutes 1 im Luftstrom auswirkt. Die Innenkanten 13.1 und Außenkanten 13.2 der Schleuderschaufeln 10 erstrecken sich im Wesentlichen parallel zur Drehachse 5.
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4 zeigt eine Prinzipdarstellung eines Schleuderrades im Längsschnitt mit unterschiedlichen möglichen Varianten der Erhebung des Bodens. Radial innen ist eine im Wesentlichen kegelförmige Erhebung 8 mit durchgehender Linie dargestellt, die jedoch keine geradlinige Kegelmantelfläche aufweist (was auch möglich wäre), sondern einen konkav gekrümmten Radius. Die kegelförmige Erhebung beginnt innerhalb des Durchmessers der Strahlgutführung 2. Die nächste gestrichelt angedeutete Variante einer Erhebung 8 bildet einen Kegel und weist eine kegelförmige Mantelfläche auf. Der Fußdurchmesser dieser gestrichelt dargestellten Erhebung beginnt etwas außerhalb des Durchmessers der Strahlzuführung 2. Eine dritte Variante der Erhebung 8 ist mit einer Strich-Punkt-Linie dargestellt und weist einen Verlauf in der Art eines hyperbolischen Kegels auf, der sich von dem Außendurchmesser des Bodens 7 nach radial innen in Richtung zur Stahlgutführung 2 erstreckt.
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Die in Richtung zur Strahlgutführung 2 weisende Spitze 9 der Erhebung 8 ist bei den drei unterschiedlich angedeuteten Varianten jeweils abgerundet ausgebildet.
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Mit der erfindungsgemäßen Lösung kann ein leichtes einteiliges Schleuderrad mit einem geringen Außendurchmesser zur Verfügung gestellt werden, welches bei Verschleiß einfach ausgetauscht wird, da das Schleuderrad im Vergleich zu herkömmlichen Bauformen wesentlich preiswerter ist.
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Überraschender Weise wurde in Praxistest nachgewiesen, dass an dem erfindungsgemäße Schleuderrad, welches aus Aluminium besteht, der Verschleiß erheblich geringer ist als bei herkömmlichen Schleuderrädern aus Stahl.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Strahlgut
- 2
- Strahlgutzuführung
- 3
- Druckluftstrom
- 4
- Schleuderrad
- 5
- Drehachse
- 6
- Logarithmisch ausgebildete Außenkontur
- 7
- Boden
- 7a
- Bodenunterseite
- 8
- Erhebung
- 9
- Spitze
- 10
- Schleuderschaufel
- 10a
- Oberflächenenden/Stirnseiten
- 11
- Logarithmisch ausgebildete Innenkontur
- 12
- Offener Bereich
- 13.1
- Innenkante der Schleuderschaufel
- 13.2
- Außenkante der Schleuderschaufel
- 14
- Durchmesser der Strahlgutzuführung
- 15
- Wirkelement
- 16
- Kammer
- D
- Hüllkreisdurchmesser
- H
- Höhe der Schleuderschaufeln
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 834341 B [0002]
- DE 903183 B [0003]
- DE 956885 B [0004]
- DE 10135845 B4 [0005]
- DE 2858399 C2 [0006]
- DE 9105266 U1 [0009]
