DE2157743A1 - Schaufelloses Pumpenlaufrad - Google Patents

Description

P_riorität vom 23.11.1970 in

USA, flgolHOl. der Ser.No.91767 und vom 20eQktiber 1971 der Ser.No·

Die Erfindung bezieht sich auf Pumpen und betrifft insbesondere Laufräder für die Verwendung beim Pumpen von Fließmitteln, die eine beachtliche Menge Feststoffe und/oder zähe Materialien aufweisen.

Bekannte Pumpen sind entweder Kolben- oder Kreiselpumpen, d.h. sie haben eine hin- und hergehende oder eine kontinuierliche Bewegung, wobei letztere Pumpen mit und ohne Schaufeln sein

kömneru Die mit Schaufeln versehene kontinuierliche Pumpe ist in der Technik bekannt, wie z.B. in der USA-Patentschrift Nr. 2 366 964 oder in der USA-Patentschrift 3 504 990 beschrieben ist.

Erstere Patentschrift 1st das Beispiel einer Zentrifugalschaufelpumpfj. Solche Pumpen verwenden Schaufeln, undas FlieOraittel

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zur Drehung asu bewegen und einen Zentrifugalkopf au erzeugen, und eind bekannt.

Die letztgenannte USA-Patentschrift zeigt Beispiel· einer mit Schaufeln versehenen Treiberpumpe, die sich in erster Linie auf axial treibende oder, drückende Oberflächen zur Bewegung des Fließmittels stütze^. Propeller oder Schaufeln und Schrauben sind übliche Beispiele, und die verschiedenen» in der letztgenannten USA-Patentschrift offenbarten Laufräder zeigen Schaufeln und schaufelähnliche Abschnitte.die so geformt sind, daß eine kontinuierlich wechselnde Neigung vorgesehen ist, um das Fließmittel voranzutreiben. Xn dieser Patentschrift sind auch Beispiele einer kombinierten Art einer Schaufelausführung gezeigt, bei denen die Treiboberflächen auch mit Hebe/flächen kombiniert sind, die durch sorgfältige Abstimmung und Veränderung in Form und Neigung der Laufradschaufel auf beiden Flächen gebildet sind. Das hiernach bekannte Laufrad kombiniert das Treiben auf das Fließraittel mit einer auf das Fließmittel ausgeübten zyklischen und schwingenden Bewegung, um eine Anhebewirkung bei dem Fließraittel für die Begünstigung der Arbeitsweise zu erhalten.

Beispiele für Pumpen ohne Schaufeln sind in der deutschen Patentschrift 7'^ 289 und in den USA-Patentschriften 1 074 OkJ und 1 007 266 offenbart. Diese Lauf räder erhalten ihre Pumpenwirkungen durch Drehung von rohrförmigen Abschnitten <a*r Art, daß das Fließmittel um diese rohrförmigen Abschnitte

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in Kreiswegen getragen wird. Bei den bekannten Vorrichtungen sind die Rohre schraubenartig mit Jeweils steigendem Durchmesser so gewunden, daß die ansteigenden Zentrifugalkräfte auf das Fließmittel dieses immer weiter und weiter den Ronren entlang zu tragen trachten. Gemäß der Vorrichtung der letzt genanten USA-Patent schrift drehen sich verschiedene Rohr«weige am Boden einer Wassersäule und bewirken die Drehung der gesamten' Säule. Die Drehung bewirkt · Zentrifugalkräfte oben an der Säule, iam Wasser über die
oberen Kanten zu tragen, wodurch sich der Fiampeneff ekt ergibt.

Die Schwierigkeit bei den mit und ohne Schaufeln versehenen Pumpen, insoweit sie hier beschrieben sind, besteht darin, daß ihre Kapazität für die Bearbeitung von festes Material aufweisenden Fließmitteln, z.B. Abwasser, im allgemeinen
recht begrenzt ist. X_n den mit Schaufeln versehenen Pumpen können die Kanten der Schaufeln in Kontakt mit dem darin befindlichen Material kommen, und/oder sie verschlingen sich in diesem Material, was auch mit den inneren und Susseren Kanten und Abstimmungen oder Modulationen geschehen kann, die zur Schaffung von HebeiLächen vorgesehen worden
sind. In ähnlicher Weise können die rohrförmigen Teile der schaufellosen Pumpen mit dem festen und/oder zähen in dem Fließmittel enthaltenen Material verschmutzt werden.

Eine andere Art einer achaufellosen Pumpe unter Verwendung einer Wirkung ähnlich der oben beschriebenen Pumpe, ist aus

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der TJSA-Pa tent schrift 2 301 ?22 bekannt. In der hier gezeigten Pumpe schneidet ein Schaufelrad bündig mit den Wänden des Behälters ab und wird zur Drehung des Fließmittels im Behälter verwendet. Der sich ergebende Zentrifugalwirbel schleudert dann das Fließmittel über den Rand des Behälters aus.

Schaufellose Kreiselpumpen sind auch bekannt, die sich ganz auf Scherkräfte für die Drehung des Fließmittels stützen. Solche Pumpen wären auch in der Lage, Fließmittel mit Feststoffen zu behandeln, wie sie z.B. in einigen Arten von Abwasseranlagen vorhanden sind. Beispiele solcher Pumpen sind in der USA-Patentschrift 2 835 202 beschrieben. In diesen bekannten Pumpen wird der Behälter gedreht, und seine glatten Wände rufen eine harmonische Drehung des Fließmittels infolge der Scherkräfte zwischen dem Fließmittel und den Wänden hervor. Das sich drehende Fließmittel bildet einen Wirbel und fließt über den Sand des Behälters.

Die Grenzen der schaufellosen oder Scherwirbelpumpen sowie der Schaufelpumpen sind leicht erkennbar. Diese Pumpen haben nur eine sehr begrenzte Pumpenkapazität und entwickeln einen relativ niedrigen Pumpendruck. Obwohl bei gewissen Anwendungen diese Pumpen sehr zweckmäßig sind, sind sie somit doch bei der typischen Abwasserbehandlung nicht praktisch.

Man erkennt somit, daß die mit Schaufeln versehenen bekannten Pumpen zur Behandlung von Fließmitteln mit großen Mengen ent-

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haltenen Feststoffen nicht praktisch gewesen sind_f da die Gefahr der Verstopfung bestand. In ähnlicher Weise leiden die bekannten schaufellosen Pumpen entweder unter der Gefahr der Verstopfung oder einer begrenzten Pumpkapazität.

Es besteht daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes schaufelloses Pumpenlaufrad zu schaffen, das in der Lage ist, Pumpenfließmittel mit beachtlichen Mengen Festmaterial und Zähmaterial zu pumpen, während et frei vom Verstopfen oder Zusetzen infolge des vorhandenen Materiales ist.

Ein Vorteil des erfindungsgemäßeii Pumpenlaufradea besteht darin, daß es große Mengen derartiger Fließmittel pumpen kann, wahrend eine beachtliche Druckhöhe entwickelt wird. Weiterer Vorteil der Erfindung ist der, daß das Laufrad unkompliziert, zuverlässig, dauerhaft und von wirtschaftlicher Konstruktion ist. Eine zweckmäßige Ausfiihrungsfoi'ra der Erfindung weist ■einen hohlen rohrförmigen Körper mit einem Einlaß am einen Ende und einem Auslaß an dem gegenüberliegenden Ende auf. Der Einlaß hat kreisförmige Form; der Auslaß etwa viereckige} Form. Diva kleinere Maß des Auslai$Ho;j Lu-1 im allgemeinen.- ebenso groß wie; der Einlaß, und dass fjröjliiro Maß des Aus Lassos Ls t größer,

Die Lniif!reu Wlinde den Laufrade« vorbtiultm den löLiiLaü niLfc dom Auslaß ^Liifcfc. β** gibt keine tiuharf on Kanten iiiul auch. ke-Luege krümm tu a Ha-bt!- "-oder Hoimtif'eifUtohim . Kt)L ülrier ho vor Auiif Uhruüy; ι Γογιϊι Lab tlLo von <; ixitj t· .titutLe tun AiltJ La£) clLrekt

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entlang einer inneren Wand zu der entsprechenden Stelle am Einlaß gezogene Link eine gerade Linie, wie z.B. auf einer geraden Kante. Wenn das Fließmittel durch das Laufrad streicht, wird seine Konfiguration deshalb graduell von der einer kreisförmigen Säule in die einer viereckigen Säule geändert.

Das Laufrad wird um eine Achse gedreht, die symmetrisch durch die Mittelpunkte sowohl des Einlasses als auch des Auslasses geht. Wenn das Fließmittel durch den. Körper in die zunehmaal viereckigen Teile verläuft, ändert es seine Form entsprechend. Das Eließmittel. wird deshalb zunehmend zur Drehung mit diesem viereckigen TelL voaiilaßt, fast als wenn es ein Festkörper wäro. Da keine! innerem Schaufeln vorhanden sind, wird die Drehbeschleunigng des Fließmit— els nur durch die Tätigkeit der ta-ngoiitia-leii Seitenwand . im Laufrad bewirkt. ·

Am Auslaßeiifie de;3 Laufrade.·* hat tlit& drohende, viereckig geformte FLießmittel einen beachtl lchtn Lon-ti ι fu;;aLdrUük erreicht. Die serbe) wirkt, (tnß.ilu.i FLieißui t te I lia wird, weint ob dmi Avtalitli dt*;; LaitfracloH pnjii -rt.

DLo Pump tm, tu. t Lgke· i t de; L:tuftii-c{n.j- Lit; iuirv, ,,tuji^'i: £" ο li^

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BAD ORIQiNAL

Dae in den Einlaß eingezogene Fließmittel wird dann veranlaßt, sich, einer Formänderung zu unterziehen. Die Formänderung in eine viereckige Konfiguration ermöglicht es, daß das Laufrad das Fließmittel zu drehen vermag« ¥enn das Fließmittel in Drehung ist, treiben die Zentrifugaldrücke des sich drehenden Fließmittels dieses aus dem Auslaß des Laufrades heraus. Die Verdrängung des sich drehenden Fließmittels aus dem Auslaß des Laufrades bewirkt dann, daß zusätzliches Fließmittel in den Einlaß hineingezogen wird, und der Kreislauf wiederholt sich kontinuierlich. Es sei auch bemerkt, daß das Laufrad in beiden Richtungen mit gleichen Pumpenwirkungsgraden arbeiten kann. Diese Umkehrbarkeit ist das Ergebnis der fehlenden üblichen Schaufeln im Laufrad sowie der entsprechenden Hebe- und Treibflächen.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform dieser Erfindung für den Betrieb unterhalb der Fließmitteloberfläche,

Fig. 2 eine Querschnittsansicht des Laufrades der Fig. 1-5 entlang der Linie 2-2 der Fig. 3,

Fig. 3 eine Qüerschnittsansicht des Laufrades entlang der Linie 3-3 der Fig. 2,

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Fig. k eine Querschnittsansicht des Laufrades der Fig. 1-5 entlang der Linie k-k der Fig. 3,

Fig. 5 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, einer Misch- und Belüftungsvorrichtung unter Verwendung des Laufrades der Fig. 1,

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform der Erfindung zur Verwendung bei der Oberflächenbelüftung,

Fig. 7 eine Ansicht des Laufrades der Fig. 6 von oben,

Fig. 8 eine Querschnittsansicht der Vorrichtung deipFig. entlang der Linie 8-8 der Fig. 7»

Fig. 9 eine Querschnittsansicht des Laufrades der Fig. entlang der Linie 9-9 der Fig. 8,

Fig. 10 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, einer

die Ausführungsform der Fig. 6 dieser Erfindung ver-. wendenden Belüftungsvorrichtung,

Fig. 11 eine ähnliche Vorrichtung wie die der Fig. 10, wobei das Laufrad einen gerundeten Einlaß und einen Motor aufweist, der über der Flüssigkeit montiert ist,

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Fig. 12 eine Querschnittsansicht eines Hecks eines Bootes unter Darstellung einer anderen Ausführungsform dieser Erfindung in Kombination mit Richtflügeln zur Beschleunigung eines axialen Aus träges für den. entwickelten Schub,

Fig. 13 eine Endansicht, in der Ansicht von rechts unter Darstellung der darin befindlichen Richtflügel,

Fig. 14 eine Ansicht des Auslaßendes des Laufrades der Vorrichtung in dej^Fig. 12,

Fig. 15 eine Qucrschnxttsansicht des Laufrades der Fig. 12 bis 16 entlang der Linie 15-15 der Fig. 14,

Fig. 16 eine Querschnittsansicht des Laufrades entlang der Linie I6-I6 der Fig. 14,

Fig. 17 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt,, des Laufrades der Fig. 18-21 entlang der Linie 17-17 in Fig. 19» unter Darstellung einer anderen Ausführungsform dieser Erfindung, die für die Eintauchtätigkeit des Fließmittels sowie deren Pumpen geeignet ist, ■

Fig. 18 eine Seitenansicht des Laufrades der Fig. 17» Fig. 19 eine Ansicht des Laufrades der Fig. I7 von unten,

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■ic-Fig. 20 eine Querschnittsansicht des Laufrades der Pig. 17 entlang der Linie 20-20 der Fig. 17,

Fig. 21 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Ausführungsform dieser Erfindung gemäß Fig. 17 zur Verwendung in einer Belüftungs- und Mischvorrichtung,

Fig. 22 eine Querschnittsansicht des Laufrades der Fig. bis 25 entlang der Linie 22-22 der Fig. 23, unter Darstellung eines Laufrades, das für die Verwendung in einer verengten Umgebung, z.B. einem Pum— pengehäuse, geeignet ist,

Fig. 23 eine Querschnittsansicht des Laufrades der Fig. entlang der Linie 23-23 dei?Fig. 22,

Fig. 24 eine Querschnittsansicht der Vorrichtung der Fig. 25 entlang der Linie 24-24 der Fig. 25 unter Darstellung eines Laufrades gemäß Fig. 22, das in einer modifizierten Kegelkreiselpumpe verwendet wird, und

Fig. 25 eine Querschnittsansicht der Vorrichtung der Fig. 24 entlang der Linie 25-25 der Fig. 24.

Die Figuren 1-5 zeigen eine Ausführungsform dieser Erfindung, die für die untergetauchte Anwendung bdkn Pumpen von

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Fließmitteln geeignet ist, die beachtliche Mengen von Festteilchen aufweisen, wie z.B. Abwasser. Das Laufrad 30 hat einen im allgemeinen hohlen, rohrförmigen Körper 31. Der Einlaß 32 zum Laufrad 30 wird durch ein Teil der Laufradwand 33 des im allgemeinen zylindrischen Abschnittes gebildet, wodurch ein kreisförmiger Einlaß 32 gebildet wird. Der Auslaß Jh des Laufrades 30 wird von einem Teil •der Wand 33 von im allgemeinen viereckigem Querschnitt gebildet, der am Ende des Laufrades 30 gegenüber dem Einlaßende angeordnet ist.

Das Auslaßende des Laufrades hat am Laufrad angebrachte Verlängerungen 38 mit einem Nabenteil 39» das sich zwischen den Verlängerungen 38 erstreckt. . Das Nabenteil 39 hat einen Ansatz oder eine andere Einrichtung, die an einer nicht dargestellten Antriebseinrichtung angebracht sein kann, um das Laufrad 3^Oum die Hauptachse zu drehen. Diese geht synimetisch durch Einlaß 32 und Auslaß 34. Die Verlängerungen 38 haltern das Nabenteil 39 unter einem Abstand vom Auslaßende, um die Verstopfungswirkung der NabetBinrichtung 39 gegenüber dem Auslaß 3h des Laufrades zu vermindern. In diesem Zusammenhang sollte beachtet werden, daß die Auslaßöffnung des Laufrades eich vollständig über das Auslaßende des Laufrades erstreckt, und die Entfernung der Nabe 39 um einen Abstand von dort ist deshalb für die Laufradtätigkeit vorteilhaft.

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Der maximale Durchmesser des viered&gen Auslasses 3h des Laufrades 30, durch die Randteile 33 gebildet, ist größer als dessen minimaler Durchmesser und.ist auch größer als der Durchmesser des Einlasses 32 des Laufrades. Der minimale Durchmesser des viereckigen ¥andteiles des Auslasses 3k des Laufrades 30 ist im allgemeinen genau so groß oder größer als der Durchmesser des Einlasses 32 des Laufrades 30. Die letztgenannte Bedingungen ist nicht notwendig, aber bevorzugt, um ein Verstopfen im Laufrad zu vermeiden, das zum Zusetzen der enthaltenen Fest/teliehen führen könnte,

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bilden die Wandteile 33 des Inneren des Laufrades 30 einen glatten und kontinuierlichen Übergang von den kreisförmigen Einlaß 32 zu dem viereckigen Auslaß 3h· Das Innere ist deshalb ein einziger Kanal, der sich fortschreitend in Axialrichtung -von einem im wesentlichen runden Durchgang am Einlaßende zu einem im wesentlichen viereckigen Durchgang am Auslaßende (im Querschnitt) verändert. Die viereckige oder unrunde Konfiguration beim Auslaß 3k ist deshalb in der Lage, das Fließmittel in dem Laufrad im wesentlichen wie einen festen Körper zu drehen. Wie in den Fig. 1-5 gezeigt ist, sind die längeren Wandteile k3 auf zwei Seiten im allgemeinen flach und parallel, während die anderen zwei kürzeren Seiten kk gekrümmt sind mit zunehmenden Radien. Die Radien der gekrümmten Wände kk wachsen fortschreitend beim Passieren entlang der Rotationsachse MQm

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Einlaß 32 zum Auslaß 34, "wie ^auf d^er Rotationsebene des Laufrades gemessen.

Daß die inneren Wände des Laufrades den Einlaß 32 und den Auslaß 34 glatt und ohne innere Schaufeln verbinden, kann man dadurch sehen, wenn man eine Linie von einer beliebigen Stelle am Auslaß 34 direkt entlang der inneren Wand zu ihrer entsprechenden Stelle auf dem Einlaß 32 zieht. Eine solche Linie ist gerade₈ wie z.B. in üblicher Weise auf einer geraden Kante.

Um ein glattes Äußeres dem Fließmittel anzubieten, in das das Laufrad 30 eingetaucht ist, sind Randteile 46 entlang dem Äußeren des Laufrades 30 vorgesehen. Die Randteile 46 arbeiten mit den Wandteilen 43 und 44 des Laufrades 30 zusammen, um dem Laufrad 30 einen im allgemeinen kreisförmigen oder konischen äußasn Umriß zu geben. Das heißt, die Randteile arbeiten.mit einem Wandteil des Laufrades zusammen, um einen kreisförmigen äußeren Umriß bei irgendeinem radialen Schnitt entlang der Laufradachse zu liefern. Das Laufrad 30 wird dann ähnlich eiern Kegelstumpf geformt, der an einem zylindrischen Abschnitt angebracht ist.

Die Verengerungen 38, die das Nabenteil 35? haltern, sind in dieser Ausführungsform als des^weiteren Verlängerungen 47 des Randes 46 enthaltend gezeigt, um das glatte Äußere des Laufrades 30 zu vervollständigen.

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Das Nabenteil 39 bedeckt dann vollständig diese Verlängerungen, um das glatte Äußere zu vervollständigen.

Beim Betrieb läßt man das Laufrad sich um seine Hauptachse vermittels einer nicht gezeigten Antriebsvorrichtung drehen, die an dem hervor.springenden Ansatz kO auf dem Naben-teil angebracht ist. Wenn sich das Laufrad 30 ^um diese Achse dreht, wird das/In dem viereckigen T il des Laufrades befindliche Fließmittel infolge der viereckigen Konfiguration zur Drehung veranlaßt. Wenn es sich dreht, übt es Zentrifugalkräfte aus und neigt dazu, sich gegen das Auslaßende 3k des Laufrades zu bewegen. Wenn das Fließmittel an dem Auslaßende des Laufrades vorbeiströmt, halten die Verlängerungen 38 das Fließmittel in voller Drehung und unterstützen auch die Beschleunigung der Teile der sich radial nach außen bewegenden Flüssigkeit bzw. des Fließmittels. Dieses zMit beim Verlassen des Laufrades zusätzliches Fließmittel nach innen in das Laufrad und entlang diesem ein, wobei das Laufrad die Form des Fließmittels vonedner Säule zu einem Viereck verändert, wenn das Mittel dort hindurchläuft.

Das Fließmittel in den viereckigen Teilen des Laufrades wird veranlaßt, sich nur infolge der Tätigkeit der tangentialen Seitenwand der Wände 33 des viereckigen Teiles des Laufrades zu* drehen. Es gibt keine Schaufeln odeij4chaufelähnlichen Flächen im Inneren Fließmittelkanal des Laufrades. Das Laufrad arbeitet durch die Veränderung der Form des Fließmittels von der kreisförmigen zur viereckigen Form, wodurch es mög-

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lieh wird, das Fließmittel zur Drehung zu zwingen. Da die viereckige Form des Fließmittels in steigendem Maße betont wird, kann das Fließmittel des weiteren sich mehr und mehr ähnlich wie ein Festkörper drehen.

In dieser Hinsicht ist es wesentlich, daß das Laufrad unabhängig von seiner Drehrichtung in gleicher W.se wirksam ist. Diese vollständige Umkehrbarkeit ergibt sich ztim Teil aus dem Fehlen irgendeiner Schaufel oder einer gleltkb'rperähnlichen Oberfläche vom Inneren oder Äußeren des Laufrades. Die Unempfindlichkeit dieser Erfindung auf die Drehrichtung steht in scharfem Kontrast zu den Schaufelradlaufrädern und macht dieses Laufrad insbesondere bei jenen Anwendungen nützlich, wo es erwünscht sein kann, das Laufrad von einer Richtungsumkehrung ausgesetzten Antriebseinrichtung anzu-r treiben. Was immer notwendig sein kann, um den Antrieb umkehrbar zu machen, das Laufrad dieser Erfindung würde keinen kompensierenden Getriebewechsel erfordern.

Die Umkehrbarkeit dieses Laufrades kann auch in gewissen schwierigen Anwendungsfällen als günstig angesehen werden, wo man Fließmittel antrifft, die erheblich zähes oder festes Material enthalten. Wie oben erwähnt_p bietet die Kontur des Laufrades ein glattes Äußeres und keine scharfen Konturwechsel oder Veränderungen auf der Innenseite, um zu verhindern, daß irgendein schwebendes Material das Laufrad zusetzt oder sich mit der Antriebswelle verschlingt. Sollte ein Zusetzen in irgendeinem Teil der Pumpe dennoch

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auftreten, so kann dieses Material in einfacher Weise durch Umkehren des Laufrades ohne ein**Wechsel der Laufradfunktion entfernt werden.

Im Betrieb verwendet daher die Pumpe einen Effekt, der dem der "Vorverdrängung" ähnlich ist. Das Entfernen des Fließmittels am Auslaß 3^ des Laufrades bewirkt, daß das Fließmittel im Kanal gegen den Auslaß längs abgezogen und zusätzliches Fließmittel in den Einlaß 32 eingezogen wird. Wenn das Fließmittel durch das Innere des Laufrades entlang läuft, verändert sich die Form des Fließmittel^ wie oben erwähnt, und kann zur Drehung gezwungen werden. Die Drehung ihrerseits bewirkt,' daß das Fließmittel aus dem Auslaß des Laufrades ausgetrieben wird und dieser "Vorverdräifimgs"-Kreis wird wiederholt.

Die Verlängerungen 38 der Wandteile 33 sind vorgesehen, um eine Nabeneinrichtung 39 um einen gewissen Abstand vom Auslaßteil des Laufrades zu entfernen und zu ermöglichen, daß die Nabeneinrichtung 39 größer und fester wird, ohne daß der Fluß des Fließmittels beim Verlassen des Laufrades wesentlich beeinträchtigt wird. Dieses Merkmal kann durch Vergleich der Fig. 6 und 22 noch besser verstanden werden, die ausführlicher weiter unten besprochen werden. Die Verlängerungen 68 oder Bahnen des Wandteiles 65 sind aus Fig. zu ersehen, wobei die Nabeneinrichtung 69 quer über· den Enden der Teile angebracht ist. Die Ausführungsform der Fig. 22 weist nicht solche Bahnen auf, und die Nabeneinrichtung 14O

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ist direkt quer zum Auslaß I36 des Laufrades 1 "}k angebracht.

Fig. 5 zeigt eine Anwendung des Laufrades der Fig. 1 für Eintauchzirkulätion und Belüftung eines Fließmittels 50»· das schwebendes festes Material enthalten kann oder auch nicht. Fließmittel 50 ist als im allgemeinen in einem Behälter 51 enthalten gezeigt. Das Laufrad 30 wird von einer geeigneten Antriebseinrichtung angetrieben, die hier als Eintauchmotor 52 neben dem Laufrad 30 gezeigt ist. Ein hohles Iuf trohr 5h erstreckt sich über die Oberfläche des Fließmit— tels und weist eine Haiterungsduse 55 auf, die daran heben dem Einlaß 32 am Laufrad 30 befestigt ist. Im Betrieb zieht das Laufrad 30 Fließmittel aus den den Einlaß '32 umgebenden Bereichen ein und zieht Luft durch das Luftrohr $k zur selben Zeit.. Das Fließmittel und die Luft werden dann innerhalb des Laufrades 30 gemischt und durch den Auslad j>h des Laufrades 30 ausgetragen. Die Pumpehtätigkei-t des Laufrades 30 wälzt gleichzeitig das Fließmittel 50 im Behalten^ 1 um.

Die in den übrigen Figuren gezeigten Ausführungsformen sind in deapfconstruktion den in den Fig. 1 - 5 beschriebenen Ausführungsformen ähnlich, und sie arbeiten alle auf denselben Prinzipien. Die in diesen zusätzlichen Ausführuhgsbeispielen gezeigtettModifikationen stellen Wege dar, wie das Laufrad der Erfindung für gewisse Anwendungen besonders geeignet gemacht werden kann.

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Somit ist in den Fig. 6 - 11 eine Ausführungsform des Laufrades dieser Erfindung gezeigt, das besonders bei Anwendungen mit Oberflächensprtihbelüftung oder Dekorationsquellen geeignet ist. Der Auslaß 60 des Laufrades 61 ist über der Oberfläche der Flüssigkeit 62 (Fig. 10 und 11 ) angeordnet, so daß der Austrag aus dem Laufrad 61 das Fließmittel 62 in die Luft über der Oberfläche des Fließmittels hinausträgt. Die Flüssigkeitszerstäubung bietet hierdurch einen sehr großen Flächenbereich zur umgebenden Luft und belüftet sie in wirksamer Weise, bevor sie zurückkehrt.

Somit zeigen die Fig. 6-9 den kreisförmigen Einlaß 64 und den viereckigen Auslaß 60 des Laufrades 61, durch Wandteile 65 gebildet. Die Maße der Einlaß- und Auslaßteile sind ähnlich denen der Ausführungsform der Fig. 1 - k.

Die Ausführungsform der Fig. 6 - 9 weisen auch Verlängerungen 68 auf, die eine Verbindung zwischen der Nabeneinrichtung und dem Laufrad 61 schaffen. Die Nabeneinrichtung 69 weist einen Aufsatz 7Ö zur Verbindung mit einer nicht dargestellten Antriebseinrichtung zur Drehung des Laufrades 61 um seine Zentralachse auf. Die Bahnverlängerungen 68 dienen der Halterung der Nabeneinrichtung 6.9 bei einem Abstand vom Auslaß 60 des Laufrades 61, um die Wirkung des Naben teils 69 auf den Austritt des Fließmittels hin minimal zu halten.

Diese Ausführungsform weist auch Randteile 75 auf, die zur Darbietung eines glatten Äußeren für das Fließmittel 62

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dienen, wenn dieses Teil in das Fließmittel versenkt -wird. Die Ränder 75 arbeiten mit Wandteilen 65 des Laufrades 61 zusammen und geben ihm eine im allgemeine kreisförmige oder konische äußere Linienführung. Das glatte Äußere des Laufrades dient dazu, die Bewegung des Fließmittels minimal zu halten und den Fließmittelwxderstand auf das Laufrad minimal zu halten, um dessen Leistung und Wirkungsgrad zu verbessern.

In ähnlicher Weise sind die Kanten 76 und 77 des Einlasses 6h und Auslasses 60 gerundet worden, um ein glatteres Fließmuster für das Fließmittel 62 vorzusehen, wenn es in das Laufrad 61 eintritt oder dieses verläßt.

Die Fig. 10 und 11 zeigen Belüftungs— oder Brunnenanwendungen unter Verwendung des Laufrades der Fig. 6-9· In Fig. 10 wird das Laufrad 61 von einem eingetauchten Motor 78 angetrieben, wobei die Antriebswelle 79 entlang der Drehachse des Laufrades verläuft und mit dem Aufsatz auf der Nabe 69 verbunden ist. Der Motor 78 und das Laufrad 61 hängen durch eine Schwimmvorrichtung 80 im Fließmittel 62, wobei geeignete Arme 6i für die Verbindung zum Motor vorgesehen sind.

Fig. 11 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung t die ähnlich der in den Fig. 6-9 ist, wobei der Motor 84 nicht, wie in Fig. 10 eingetaucht ist. Statt dessen hängt der Antriebsmotor 8h über einem Schwimmer 85 vermittels Armen 86 und

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einer Querstange 87. Ein Vorteil der Anwendung gemäß Fig. besteht darin, daß die Antriebswelle 88 außerhalb dem Fließmittel 62 ist, und Faulschlamm wickelt sich deshalb nicht um die Welle 88. Der Einlaß 6h zum Laufrad in Fig. 11 ist auch als durch Hinzufügen einer breiten Schöpfmündung 89 modifiziert gezeigt, um ein glatteres Fließbild am Einlaß 64 zu entwickeln. Fig. 11 zeigt deshalb eine von melieren Konfigurationen, die ohne den Rahmen dieser Erfindung an verlassen, angenommen werden können.

Die Fig. 12 - 16 zeigen eine Ausführungsform der^rfindung, die für die Schaffung eines axialen Austräges für die Entwicklung eines Schubes geeignet ist. Das Laufrad ^Λ ist als für den Schraubenantrieb eines Bootes 92 oder eines anderen u/aeseEi^<al^i:rzeug^es geeignet gezeigt. Das Laufrad JM ist am Heck 93 befestigt und von einer an der Nabeneinrichtung 95 befestigten Antriebswelle 9h angetrieben. Die Antriebswelle 9h und das Laufrad 91 werden von einer stationären Ummantelung 96 gehaltert, wobei sich die Antriebswelle 9h in einem wassergeschmxerten Gummilager 97 dreht.

Das Boot ist mit einem üblichen Wassereinlaß 100 versehen, der direkt mit dem Laufradeinlaß 101 in Verbindung steht. Ein äußeres Gehäuse 103, das auf seinem rückwärtigen Teil mit Richtflügeln 104 versehen ist, umgibt das Laufrad 91. Das Gehäuse 103 und die Richtflügel 104 arbeiten kooperativ, um den im allgemeinen radialen und spiralf örniigen Aus trag aus dem Laufrad 91 in einen axialen Fluß umzuwandeln und

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somit den gewünschten Schub aus dem Laufrad zu schaffen· Die Richtflügel T04 haben eine glatte Konfiguration mit einer Konizität, die in der Fließrichtung des Fließmittels zurücktritt^ um zu verhindern, daß sich Schlamm darauf verhakt. In ähnlicher Weise ist die Nabeneinrichtung 95 modifiziert worden, um ein im allgemeinen glattes Äußeres zu liefern und das Fließmittel in die Flügel 104 zu richten und sonst die Fließeigenschaften innerhalb des Gehäuses TO3 zu verbessern. Die Verbindung der Nabe 95 ^mi* den Verlängerungen 106 ist aus demselben Grunde gerundet worden, und die Maße der Nabe 95 selbst sind minimal gehalten worden, um eine Störung des Flusses vom Auslaß IO7 des Laufrades zu reduzieren.

Fig. 13 zeigt die Schub-Ausführungsform der Fig. 12 in der Darstellung, wenn man von rechts nach links in das rechte Ende des Ausführungsbeispiels der Fig. 12 hineinschaut. In ähnlicher Weise stellt Fig. Ik eine Endansicht des Laufrades 91 selbst dar.

Die Nützlichkeit dieses Laufrades für gewisse Fortbewegungsanwendungen wird klar, wo Fließmittel, die beachtliche Mengen schwebender Festkörper oder zähen Materiales aufweisen, bei z.B. Fabriken und Schlämmen, zu finden sind. Derartige Schlämme können eine erhebliche Schwierigkeit bei den üblichen mit Schaufeln versehenen Fördermedien bewirken und sogar bedenklich sein. Die Anaführungsform der Fig. 12-16

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schafft jedoch eine Förderung solcher mit Schlamm foeladenen Umgebungen mit einem Minimum von Schwierigkeit.

Der anfängliche Startschub, der von der Ausführungsform der Fig. 12 - 16 erzeugt ist, ist auch etwas größer als der der üblichen mit Schaufeln versehenen Laufräder. Bei der Fahrzeuggeschwindigkeit = null neigen die mit Schaufeln versehenen Laufräder dazu, unter der Kavitation zu leiden, wenn ein hoher Schub erwünscht ist. Das Laufrad dieser Erfindung ist jedoch gegen Kavitation erheblich widerstandsfähiger_f und der dadurch erzeugte Anfangsschub sollte entsprechend gesteigert werden«-

Es sollte ach beachtet werden, daß anders als Laufräder mit Schaufeln das Laufrad dieser Erfindung auch relativ unempfindlich auf einen außermittigen Einlaßstrom ist. Übliche mit Schaufeln versehene Laufräder leiden unter nichtaxialen Einlaßströmen, wodurch somit das Laufrad gemäß der Erfindung bei solchen Anwendungen nützlich ist, wo ein genau mittiger Einlaßstrom schwierig zu halten ist. Bei Anwendungen, wie z.B. in den Fig. 12-16 gezeigt ist, wird es z.B. möglich, eine maximale Leistung zu entwickeln, während gleichzeitig die FließmittelStrömungskonfiguration optimiert wird.

Die Figuren 17-21 stellen eine Anwendung dieser Erfindung sowohl zur Bewegung als auch Belüftung der Fließmittelsuspension dar. Bei dieser Ausführungsform bildet das Wand-

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teil 111 des Laufrades 112, das den Einlaß 113» den Auslaß 11*4- und das Innere des Laufrades 112 bildet, auch das Äussere des Laufrades. Das Nabenteil 117 is* vermittels Verlängerungen 118 am Laufrad angebracht. Durch das unregelmäßige Äußere des Umfanges gegenüber dem Medium, in welches das Laufrad 112 eingetaucht ist, pumpt dieses das Fließmittel und bewegt es, wenn es sich um seine Mittelachse dreht.

Somit ist in Fig. 21 das Laufrad 112 in einem Behälter 121 befestigt und in einem Fließ mittel 122 untergetaucht gezeigt, das belüftet und bewegt werden soll. Das Nabenteil 117 des Laufrades 112 ist an der Welle 124 angebracht, die -von einem Motor 125 angetrieben wird. Ein Belüftungsrohr 127 ist vorgesehen und an einer Luftquelle, z.B. der Oberfläche des Behälters 121, angebracht. Das Belüftungsrohr 127 führt die Luft zu einer Luftdüse 128 neben dem Einlaß 113 zum Laufrad 112. Beim Betrieb werden das Fließmittel und die Luft durch das Laufrad 112 gezogen, gemischt und zur Zirkulation im Tank veranlaßt. Gleichzeitig bewegt das Laufrad 112 das Fließmittel 121 in seine unmittelbare Nachbarschaft. Dieser ^*rozeß kann auch dann in zufriedenstellender Weise durchgeführt werden, wenn das Fließmittel 122 beachtliches schwebendes Festmaterial enthält. Tatsächlich ist dieses Lauf-

von ,

rad für die Emulgierung gewisser Arten Suspensionen gut geeignet.

Die Fig. 22-25 zeigen eine weitere andere Ausführungsform

der Erfindung, die für die Verwendung beispielsweise in

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einem sehneckenähnlichen Pumpengehause I3I geeignet ist. In dieser Ausführungsform bilden die Wände 133 des Laufrades 134 wieder einen kreisförmigen Einlaß 135 und einen viereckigen Auslaß 136 mit ähnlichen Maßen wie die anderen Laufräder. Randteile 138 sind vorgesehen, um dem Laufrad ein glattes Äußeres zu geben. Wie bei den anderen Ausführungsbeispielen nimmt deshalb das Laufrad eine ähnliche Form wie die eines Kegelstumpfes an.

Diese Ausführungsform stellt eine Modifikation des Laufrades dar, das hergestellt werden kann, wo Raumbeschränkungen beachtlich sind. Die Maße des Laufrades 13^· sind durch die Wegnahme der' Verlängerungen der anderen AusführungsbeispieJa reduziert, Statt dessen ist die Nabeneinrichtung 14O bei dieser Ausführungsform direkt an den Wänden 133 des Laufrades 134 &^m Auslaßende angebracht. In diesem Falle 1st die Nabeneinrichtung i40 besonders mit glatten, gekrümmten Oberflächen konturiert, um eine Störung dieser Einrichtung für die aus dem Laufrad austretende Flüssigkeit oder das Fließmittel minimal zu halten. Wie bei den anderen Ausführungsbeispielen ist die Nabeneinrichtung 14O mit einem Vorsprung 141 zum Anbringen des Laufrades 1 3^ ^an eine Antriebseinrichtung für die Drehung des Laufrades um seine Mittelachse versehen.

Die Fig. 2k und 25 zeigen da· Laufrad in einem sehneckenartigen Pumpengehäuse 13I mit einem Einlaß 1^5 und einem Auslaß 146. Das Pumpengehäuse I3I ist nicht als ein wirk-

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liches Schrieckengehäuse gezeigt, da diese Anwendung dort beabsichtigt ist, wo das Fließiuifctel beachtliche Mengen fein verteilter Festkörper· enthält, die sortierbar sein können. Der Bereich \h% über dem Auslaßende des Laufrades 13^ ist entsprechend groß bezüglich dem Maß des Pumpenge-Museeinlasses 1^5 und des Laufradeinlasses V&h gezeigt. Wi;> man gleichermaßen in den Fig. 24 und 25 sieht, ist der Umfang des Austragteiles 14° des Pumpengehäuses 13¹ größer als der maximale Durchmesser des viereckigen Teiles des Auslaßendes des Laufrades 13^. Diese größeren Maße sind vorgesehen, um einen freien Raum für die fein verteilten Materialien aufrecht zu erhalten.

Es sei wiederholt, daß bei dem typischen Schneckenpumpengehäuse der Durchmesser des Austragendes des Gehäuses in der Drehrichtung des Laufrades steigt, wie der Auslaß des Pumpengehäuses sich nähert. Wo sortierbare feinverteilte Festkörper vorhanden sind, wesfen jedoch die Beschränkungen, die bei dem gewöhnlichen Schneckenpumpengehäuse vorhanden sind, Behinderungen für das Festkörpermaterial schaffen. Somit werden sortierbare und möglicherweise große freie Räume in dieser Ausführungsform aufrecht erhalten, um dem festen Material einen freien Durchgang zu"ermöglichen.

Es ist auch klar, daß das Laufrad 13^ in gleicher Weise in. einem üblichen Schneckenradkreiselpumpengehäuse wirksam wäre, wenn keine Festkörper vorhanden wären oder die Festkörper schon in hohem Grade emulgiert wären.

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BAD ORIGINAL

Das Laufrad IJh erzeugt eine variierende Druckhb'he bei variierenden Radien, die am Auslaß ~lh6 des Pumpengehäuses 13^ als eine mittlere Drucksäule endet.

Die Fig. 23 und 25 zeigen den Bereich 152 zwischen den Laufradwänden 133 und die äußeren Randteile I38 als mit einem geeigneten Füllmaterial 152 gefüllt. Das Füllmaterial 152 ist auf die Verträglichkeit mit dem umgebenden Fließmittelmedium ausgesucht. Selbstverständlich können analoge Bereiche in anderen Ausführungsformen in gleicher Weise ähnlich gefüllt werden, wenn dies für nützlich erachtet wird.

Die Ausführungsform der Fig. 1 - h kann auch bei Anwendungen, wie z.B. schneckenförmigen Pumpen verwendet werden, und Versuche mit diesen sind zur höchsten 2friedenheit verlaufen. Die Figuren 22-25 stellen daher nur ein Beispiel der Annahme des Laufrades dieser Erfindung zu möglichen anderen Anwendungen dar, wo bestehende mit Schaufeln versehene Laufräder nicht zufriedenstellend waren wegen der Anwesenheit von Festkörpern oder zähen Materialien der Flüssigkeit.

Während die bevorzugten Ausführungsformen dieser Erfindung in den Figuren mit dem allgemeinen flachen Laufradwand— teilen entlang den längeren Maßen gezeigt worden sind, versteht es sich, daß diese Wände auch eine gekrümmte Konfiguration haben könnten, wie z.B. die Form eines Ovals. Wenn die Wände so ausgewählt werden _g daß die zu einer beliebigen Stelle

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auf der Wand tangentiale Ebene mit einer bezüglich einer Stelle auf der Wand eines Zylinders oder Kegelstumpfes tangentialen Ebene zusammenfallen würde, deren Achse mit der Drehachse des Laufrades zusammenfallen würde, dann würde man keine inneren schaufelartigen Wirkungen erhalten, selbst wenn die Wände des Laufrades nicht flach wären. Die Förderung des Fließmittels wäre strikt von den Zentrifugalkräften abhängig und selbstverständlich wäre ein solches Laufrad noch vollständig umkehrbar. In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, daß die kürzeren Wände des Laufrades, wie in den verschiedenen Ausführungsformen oben beschrieben, tatsächlich wie eben besprochen gekrümmt sind. Experimentelle Nachweise zeigen jedoch zur Zeit, daß im wesentlichen flache oder ebene Wände überlegen sind, wo es um das längere Maß geht.

Wo die äußere Linienführung des Laufrades kreisförmig oder kegelstumpfförmig ist, könnte der Körper des Laufrades in gleicher Weise sehr gut als das kegelstumpfformige Äußere angesehen werden. In diesem Falle würden die inneren Wandteile ein Paar innerer Trenneinrichtungen aufweisen, die den viereckigen inneren Querschnitt bilden.

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Claims (10)

Patentansprüche

1.) Pumpenlaufrad, insbesondere zum Pumpen von Flüssigkeiten, die erhebliche Mengen von feinverteilten Festkörpern aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß ein rohrförmiger, an beiden Enden und über das gesamte Innere offSEr und eine zentrale Achse aufweisender Körper vorgesehen ist, der neben seinem einen Ende ein ¥andteil mit zylindrischem Schnitt aufweist, wodurch ein kreisförmiger Einlaß gebildet wird, daß der Körper an seinem gegenüberliegenden Ende ein Wandteil mit im wesentlichen viereckigen Schnitt aufweist, wodurch der Auslaß des Laufrades gebildet wird, daß der maximale Durchmesser des viereckigen Fandteils erheblich größer als dessen minimaler Durchmesser und der Durchmesser des Einlasses ist, das Innere des Körpers einen glatten Übergang aufweist, der frei von inneren Schaufeln ist, vom kreisförmigen Einlaßwandteil bis zum viereckigen Auslaßwandteil, und eine Nabeneinrichtung auf dem Körper für die Befestigung des Körpers auf einer ¥elle vorgesehen ist zur Drehung auf der Achse, um die Flüssigkeit im Inneren des Körpers den Zentrifugalkräften auszusetzen und die Flüssigkeit vom Einlaß zum Auslaß fließen zu lassen*

2. Laufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der minimale Durchmesser des viereckigen Teils im wesentlichen gleich dem Durchmesser des Einlasses ist.

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3· Laufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabeneinrichtung Verlängerungen an einem Ende des Körpers aufweist.

4. Laufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabeneinrichtung Verlängerungen auf dem viereckigen Wandteil aufweist und ein Nabenteil zwischen den äußeren Enden der Verlängerungen außerhalb des Körpers angebracht ist.

5. Laufrad nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Randteile, die äußere Fortsetzungen des viereckigen Teiles bilden und mit diesem zusammenarbeiten, um dem Körper bei allen radialen Abschnittslinien entlang der Achse eine kreisförmige äußere Linienführung mitzuteilen.

6. Laufrad nach Anspruch 5» gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Verschließen des Inneren der Randteile, im wesentlichen abschließend mit dem Auslaßende des Körpers·

7· Laufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Umriß des Körpers im Radialschnitt fortschreitend von der Kreisform am Einlaßende zum viereckigen Schnitt am Auslaßende des Körpers variiert.

8. Laufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Wand des Körpers eine im wesentlichen symmetrische kegelstumpfförmige Form aufweist, ein kleineres Ende des

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Körpers, durch, welches ein kreisförmiger Einlaß zum Laufrad gebildet wird, vorgesehen ist, ein Paar Trenneinrichtungen vorgesehen sind, dd& sich in dem Körper symmetrisch gegenüber dem Ort in der Nachbarschaft des Einlasses zum entgegengesetzten Ende des Körpers erstreckt, daß die Trenneinrichtung, mit "Wandteilen der äußeren Wand zusammenarbeitet, um einen im wesentlichen viereckigen Auslaß von dem Körper mit einem Maximaldurchmesser zu bilden, der wesentlich größer als der Durchmesser des Einlasses ist, daß das Innere des Körpers einen glatten Übergang vorsieht, der frei von inneren Sohaufeln vom kreisförmigen Einlaß zum viereckigen Auslaß ist, und eine Nabeneinrichtung auf dem Körper für die Befestigung des Körpers auf einer Welle zur Drehung um die Achse vorgesehen ist, um die Flüssigkeit im Inneren des Körpers Zentrifugalkräften auszusetzen, die die Flüssigkeit vom Einlaß zum Auslaß strömen lassen.

9· Laufrad rech Anspruch. 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabeneinrichtung Verfängerungen auf den Trenneinrichtungen aufweist und ein Nabenteil zwischen den äußeren Enden der Verlängerungen angebracht ist und mit diesen zur Bildung eines Paares radial gerichteter Austragsöffnungen von dem Auslaß zusammenarbeitet.

10. Laufrad rach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zylindrisch gekrümmte Randteile vorgesehen sind, die sich axial über den Körper von dessen größeren Ende im wesentlichen sich gleich weit erstreckend wie die Verlängerungen

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auf der Trenneinrichtung jvk&ix erstreckerij und die Wandteile mit den Verlängerungen sowie mit dem Nabenteil zusammen-** arbeiten, um Räume zwischen den Trenneinrichtungen und den umgebenden Wandteilen des Körpers einzuschließen.

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