DE2421237A1 - Pumpe - Google Patents
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Description
Deutsche ITT Iadustries GmbH B.G. Stjernström 5
78 Freiburg, Har.s-Bunte-Str. 19 Dr.Rl./kn
30. April 1974
DEUTSCHE ITT INDUSTRIES GESELLSCHAFT MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNG
FREIBURG I. Br.
Die Priorität der Anmeldung Nr. 73 064 909 vom 9. Mai 1973 in Schweden wird beansprucht.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pumpe, bestehend aus einem Schaufelradteil mit stationärem/ zylindrischem oder konischem
Schaufelradgehäuse, aus einem motorgetriebenen, diagonal angebrachten Schaufelrad, das in dem Schaufelradgehäuse rotiert,
und aus einem stationären Diffusorteil, der sich koaxial zum
Schaufelrad erstreckt und an der Außenseite (Druckseite) des Schaufelrades mit dem Schaufelradgehäuse verbunden ist.
Die Pumpe nach der vorliegenden Erfindung soll unter anderem auch als Eintauchpumpe verwendet werden. Die Technik kennt eine
Reihe von Eintauchpumpen, die» im allgemeinen Zentrifugalpumpen sind, d.h. die Pumpen haben ein Zentrifugalschaufelrad. Obgleich
diese bekannten Pumpenkonstruktionen sich beim Betrieb als sehr wirkungsvoll und zuverlässig gezeigt haben, muß der größte Querschnitt
oder der größte Außendurchiaesser der Pumpe verhältnis-
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mäßig groß sein, da die radiale Strömung an dem Schaufelrad
eine Ablenkungsvorrichtung erforderlich macht, weshalb der Außendurchmesser der Pumpe vergrößert werden muß. Ferner muß
in vielen Fällen das Pumpengehäuse mit einem Schlauchansatz-. stutzen versehen werden, der die Form eines gebogenen Rohres
aufweist, wodurch ebenfalls der Querschnitt der Pumpe vergrößert wird.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die genannten Nachteile zu beseitigen und einen neuartigen Pumpentyp zu schaffen,
der keine den Durchmesser vergrößernde Ablenkungsvorrichtung erfordert und dessen Schlauchanschluß die Form eines sich axial
erstreckenden Stutzens haben kann, der an dem Auslaßende des Diffusors sitzt. Die Grundkonstruktion der Pumpe soll so sein,
daß der Antriebsmotor entweder ein elektrischer oder hydraulischer Motor sein kann. Es soll auch möglich sein, zur Bildung
einer mehrstufigen Pumpe die Pumpe mit einer oderer mehreren
ähnlichen Konstruktionen zusammenzufassen.
Die Aufgabe wird bei einer Pumpe der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Schaufelrad aus einer
Hohlnabe besteht, die mit radial angeordneten gekrümmten Flügeln ausgestattet ist, deren Außenkanten in einer kreisförmigen,
zylindrischen gedachten Oberfläche liegen oder auf einer gedachten Oberfläche, die leicht konisch in Sichtung der Strömung des
abzupumpenden Mediums zuläuft, daß die Nabe so konstruiert ist, daß ihr Querschnitt sich von der Einlafiseite (der Ansaugseite)
des Schaufelrades zur Auslaßseite hin vergrößert, daß der Außendurchmesser der Hohlnabe an der Einlaßseite 40 % bis 8C % des
Maximaldurchmessers des Schaufelrades, d.h. des maximalen Außendurchmessers der gedachten zylindrischen Fläche, beträgt und
daß der Diffusorteil aus einem im wesentlichen konischenDiffusorgehäuse
besteht, das in Strömungsrichtung des abzupumpenden
Mediums zuläuft und in dem ein hohler Zentralkörper mit radialen, gekrümmten Führungslamellen angebracht ist, die den Zentralkörper
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in dem Diffusorgehäuse zentriert halten, und daß der Diffusordurchlaß
die kreisförmige Kammer zwischen der Außenfläche des Zentralkörpers und der Innenfläche des Diffusorgehäuses umfaßt.
Bei einer Pumpe, die auf diese Weise konstruiert ist, erhält das abgepumpte Medium eine im wesentlichen axiale Strömungsrichtung, und die Strömung wird mit einer hohen Energieleistung
bei nur geringer Ablenkung bewirkt; dabei läßt sich der Verschleiß der Pumpe aufgrund des gebogenen Strömungsweges der
Flüssigkeitsteilchen gering halten. Der Grund, warum ein diagonales
Schaufelrad mit verhältnismäßig großer Nabe, die sich in Richtung der Schaufelradachse verjüngt, gegenüber einem rein
axialen Schaufelrad, z.B. einem Schaufelrad vom Propellertyp, bevorzugt wird, liegt unter anderem darin, daß das letztere
keinen entsprechend hohen Staudruck besitzt. Wenn der Antriebsmotor die Form eines . axialen, stempeiförmigen, hydraulischen
Motors aufweist, der unmittelbar unter dem Schaufelradteil an der Ansaugseite angebracht ist, erhält man den günstigsten
Effekt, wobei die durch den hydraulischen Motor erzeugte Axialkraft nach oben gerichtet ist und so der nach unten gerichteten
Axialkraft des Schaufelrades auf die Mbtorwelle entgegenwirkt.
Entsprechend dem ins Auge gefaßten Verwendungsbereich der Pumpe
nach der vorliegenden Erfindung müssen solche Faktoren in Betracht
gezogen werden wie der gewünschte Staudruck, der Abnützungsgrad der Pumpe, verursacht durch die Teilchen, die von der Pumpenflüssigkeit
mitgeführt werden, usw. Die spezielle Ausbildungsform des Schaufelrades und insbesondere die Form der Schaufelradflügel
können innerhalb des Bereichs der Erfindung weitgehend variiert werden. Die besondere Ausbildungsform des Schaufelrades
hängt auch von solchen Faktoren ab, ob die Schaufelradnabe und die Flügel aus einem Stück gemacht werden sollen oder aus verbundenen
Teilen bestehen sollen, die aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sind, und ob im Hinblick auf das Verfahren,
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nach dem die Flügel hergestellt werden, eine spezielle strukturelle
Ausbildung derselben erforderlich ist. Diese und andere Faktoren bedeuten unter anderem, daß der Anstellwinkel der
Flügel an der Einlaßkante und der Auslaßkante beträchtlich differieren kann* Es ist möglich, daß in vielen Fällen ein Schaufelrad
verwendet wird, dessen Flügel in bezug auf die Längsrichtung der Flügel so gekrümmt sind, Jaß der Winkel an der Außenkante
merklich größer ist als der Winkel an der Einlaßkante. So ist in tibereinstimiuung mit einem Merkmal der Erfindung der Winkel zwischen
einer zur Pumpenachse senkrechten Ebene und einer zu den S chfiufelr adf lügein tangentialer Ebene an der Auslaßkante der
Flügel ein- bis viermal, vorzugsweise zwei- bis dreimal größer als an der Einlaßkante derselben. Das heißt, der Winkel an der
Auslaßkante beträgt zwischen 15° und 90 , vorzugsweise ungefähr 45°, während der Winkel an der Einlaßkante zwischen lo° und
30°, vorzugsweise 15° beträgt. Die Leitflügel des Diffusorteils
besitzen einen Einlaßkantenwinkel zwischen 30 und 60 , vorzugsweise
von 45 und einen Auslaßkantenwinkel zwischen 75 und 105 , vorzugsweise von 85 .
Bei "Pumpen, die mit einem rotierenden Schaufelrad ausgerüstet
sind- wie es die Pumpe der vorliegenden Erfindung ist, wirkt
die Belastung auf die äußeren Teile der Flügel, d.h. die Belastung wirkt auf den Bereich der freien Randkanten der Flügel neben
der Innenseite des Schaufelradgehäuses, was Probleme im Hinblick auf die Abdichtung und die Druckverteilung schafft. Um diese
Probleme in dem größtmöglichen Maß zu verringern, ist man bestrebt,
die Teilchen zu sammeln, die das abzupumpende Medium in dem zentralen Strömungsweg begleiten, auf diese Weise die Belastung
der Randteile der Flügel aufhebend. Bei der Verwendung von einfach gekrümmten Flügeln, wenn die Führungs- und Ablaufkanten
der Flügel zumindest etwas gegen die Nabe zusammenlaufen, ist es möglich, einen Effekt zu erhalten, der im wesentlichen
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dem entspricht, der durch radiales Krümmen der Flügel erreicht
werden kann, um einen zentraleren Strömungsweg zu geben. Dadurch daß die Flügel in dieser Weise geschweift sind, ergibt sich ein
gewisser geometrischer Fehler an der Führungskante, wodurch der einzelne Flügel gezwungen ist, unter einem Durchschnittswinkel
zu arbeiten; aber durch die. konische Form des Schaufelrades läßt sich dieser Fehler auf ein Minimum reduzieren. Es hat sich
gezeigt, daß ein derartiger Durchschnittswinkel das Ergebnis selbst in Verwendung mit einem rein zylindrischen Schaufelrad
nicht sonderlich beeinträchtigt. In Übereinstimmung mit anderen Merkmalen der Erfindung liegen die Einlaßkante und die Ausüaßkante
der Schaufelradflügel in einer zum Schaufelrad diametralen Ebene. Die Einlaßkante der Schaufelradflügel, d.h. die Führungskante,
ist leicht nach rückwärts geschwungen, die Auslaßkante der Schaufelradflügel,
d.h. die Führungskante, liegt vorzugsweise in einer zum Schaufelrad diametralen Ebene. Auf diese Weise wird unerwünschten
Strömungsbildern an den Flügeln entgegengewirkt.
In bestimmten Fällen kann es zweckdienlich sein, den einzelnen Schaufelradflügel so auszubilden, daß der gekrümmte Teil in einem
bestimmten Abstand an dem Flügel beginnt, wodurch der Flügel einen leitenden Einlaßteil darstellt, dessen Einfallswinkel im wesentlichen
der gleiche ist wie der der Einlaßkante. So können in Übereinstimmung mit anderen Merkmalen der Erfindung die Schaufelradflügel
so ausgebildet sein, daß sie, wenn man sie in einem Längsschnitt konzentrisch zur gedachten Zylinderoberfläche sieht,
einen geraden Einlaßteil darstellen, der in einen kreisförmig gebogenen Äuslaßteil übergeht, wobei die Länge des Einlaßteils
zwischen 1/4 und 2/3 der Gesamtlänge des Einlaßteils und des Auslaßteils liegt.
Bei der Verwendung von einfach gekrümmten Flügeln können diese
nach relativ einfachen Methoden hergestellt werden. Die Flügel können auch zur Verwendung als getrennte Elemente hergestellt
Werden, die an der Schaufelradnabe befestigt werden.
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Es muß gesagt werden, daß die Führungslamellen des Diffusorteils unter Einbeziehung der gleichen Faktoren ausgebildet sind, die
die Form der Schaufelradflügel bestimmt haben. Natürlich sind andere optimale Werte für die Einlaß— und Auslaßkantenwinkel
der Lamellen angebracht. So liegt der Einlaßkantenwinkel der Diffusorlamellen A- (Fig. 1), d.h. der Winkel zwischen der Ebene
senkrecht zur Achse der Pumpe und der Ebene an der Einlaßkante der Lamelle, tangential zu der Oberfläche derselben, zwischen 30
und 60 , vorzugsweise bei 45°, während der Auslaßkantenwinkel ß>
(Fig. 1) (an der Führungskante der Flügel) zwischen 75° und 105° liegen sollte und vorzugsweise 85 beträgt. Der Teil von der Länge
der Di'ffusorführungslamellen, der eben ausgerichtet ist, d.h. einen konstanten Einfallswinkel gibt, reicht in den meisten Fällen
nur bis zur Hälfte der Länge der Lamellen, aber er kann natürlich auch wesentlich kürzer sein. Entsprechend einem weiteren
Merkmal der Erfindung sind die Schaufelradflügel so konstruiert, daß ein Schnitt durch die Flügeloberfläche und einer zu dem Schaufelrad
diametralen Ebene die Flügel durchschneidet und eine gerade Linie bildet, die senkrecht zur Schaufelradwelle liegt.
Die Erfindung wird nun anhand einer Ausbildungsform, die in der beigefügten Zeichnung dargestellt wird, näher beschrieben. In
den Zeichnungen stellen dar:
Fig. 1 den unvollständigen Längsschnitt durch eine Pumpenach der Erfindung,
Fig. 2 die Endansicht des Schaufelrades von der Ansaugseite her,
Fig. 3 den diametralen Schnitt durch das Schaufelrad aus Fig. 2 und
Fig. 4 den konischen Schnitt durch die Flügel des Schaufelrades, projiziert in eine Ebene.
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Die Pumpe nach Fig. 1 besteht aus drei koaxial angeordneten Hauptbestandteilen, nämlich dem Antriebsmotor 1, dem Schaufelradteil
2 und dem Diffusorteil 3. Weder· die Art des verwendeten Antriebsmotors
noch seine Stellung in bezug auf das Schaufelrad und den Diffusorteil sind für die Erfindung restriktiv, und der
Motor kann ein hydraulischer oder elektrischer Motor sein. Bei der dargestellten Ausbildungsform sitzt der Motor an der Ansaugseite
des Schaufelradteils, obgleich der Motor auch unterhalb des Diffusorteils angebracht sein kann. Die Motorwelle verläuft
in diesem Fall durch den Diffusorteil. Bei der dargestellten Ausbildungsform wird ein hydraulischer Motor angenommen.
Der Schaufelradteil 2 besteht aus einem stationären, konischen Schaufelradgehäuse 4, in dem ein konisches, diagonales Schaufelrad
5 angebracht ist, das durch die Antriebswelle 6 getragen und angetrieben wird und die aus dem Motor 1 herausragt. In dem Bereich
oberhalb des Schaufelrades 5 ist die Antriebswelle 6 in herkömmlicher Weise mit einer entsprechenden Dichtung 7 versehen,
die in dem umgebenden Gehäuse 8 untergebracht ist. Das Schaufelrad 5 besteht aus einer Hohlnabe mit radialen, gekrümmten
Flügeln 9, deren Außenkanten 10 auf einer konischen, zylindrischen
gedachten Fläche liegen, deren größter Durchmesser durch das Bezugszeichen D„ angezeigt wird. Der Außendurchmesser der Schaufelradnabe
an der Einlaßseite hat die Bezeichnung D,. Das Hauptmerkmal der Erfindung besteht darin, daß der Durchmesser D, an
der Einlaßseite 40 % bis 80 % des Maximaldurchmessers D2 der gedachten
zylindrischen Fläche erreicht, die durch die Außenkanten der Flügel definiert ist. Das abzupumpende Medium wird durch
das Schaufelrad über einen nichtgezeigten Einlaß in die kreisfrömige
Kammer 11 gesaugt, die sich um das Gehäuse 8 erstreckt,
und wird dann durch die Schaufelradflügel 9 in einem schraubenförmigen
Weg zur Einlaßseite des Diffusorteils hinauf beschleunigt. Ein Teil der kinetischen Energie der abzupumpenden Flüssigkeit
wird in dem Diffusor auf herkömmliche Weise in nützliche Druckenergie verwandelt.
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Der stationäre Diffusorteil 3 besteht aus dem-Diffusorgehäuse 12,
das sich in der Strömungsrichtung der Flüssigkeit verjüngt und
in dem ein hohler Zentralkörper 13.mit axial angeordneten, gekrümmten
Führungslamellen 14 angebracht ist, die den Zentralkörper in dem Diffusorteil zentriert halten. Das Pumpengehäuse 4
und das Diffusorgehäuse 12 sind miteinander durch Bolzen verbunden.
Das Diffusorgehäuse 12 ist an dem Strömungsaustrittsende mit einem im wesentlichen kreisförmigen Auslaßteil 15 versehen,
an dem ein Schlauch oder Rohr angeschlossen werden kann.
Wie zuvor erwähnt, soll die Form des Schaufelrades und des Diffusors
in Abhängigkeit von den unterschiedlichen Parametern ausgewählt werden, je nach der Verwendung, die die Pumpe finden soll.
Die Faktoren, die über die Form des Schaufelrades und des Diffusors
entscheiden, wurden in dem allgemeinen Teil der Beschreibung ausgeführt, und es werden nur einige charakteristische Eigenschaften
des gezeigten Schaufelrades hier erwähnt.
Die Fig. 2 und 3 zeigen ein Schaufelrad mit zylinderförmiger
Oberfläche. Die Teile des Schaufelrades, die mit dem in Fig. 1 gezeigten Schaufelrad identisch sind, haben die gleichen Bezugsziffern.
Man erkennt, daß das Schaufelrad nach den Fig. 2 und 3 von dem Schaufelrad nach Fig. 1 sich hauptsächlich dadurch
unterscheidet, daß die Oberflächenkontur 15 zylindrisch ist, während die Oberflächenkontur des Schaufelrades nach Fig. 1
konisch ist (die Kontur 10 wird durch eine gestrichelte Linie angezeigt). Die Flügel 9 des Schaufelrades nach den Fig. 2 und
sind einfach gekrümmte, d.h. sie besitzen einen radialen Querschnitt, der parallel zur Ebene liegt, die sich im rechten
Winkel zur Schaufelradachse erstreckt. Wenn die Flügel doppelt gekrümmt sind, kann der radiale Querschnitt z.B. die unter 16'
und 17' in Fig. 3 gezeigten Profile besitzen. Wie man. aus Fig. erkennt, liegen die Einlaßkanten 18 der Flügel und deren Auslaßkanten
19 in einer zur Schaufelradachse diametralen Ebene.
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CL
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Nichts hält jedoch davon ab, eine Kante oder beide Kanten so
auszurichten, daß Verlängerungen von ihnen eine Seite des
Zentralpunktes 2Ö berühren. Die Kanten müssen nicht gerade
sein, sondern sie können nach rückwärts gekrümmt sein, was in
manchen Fällen vorzuziehen ist. Ein Flügel mit nach rückwärts gekrümmter Führungskante wird in Fig, 2 durch strichpunktierte
Linien 21 gezeigt.
Fig. 4 zeigt die in eine Ebene projizierte Form eines konischen
Schnittes durch die Flügel des Schaufelrades in Fig. 2 und 3. Aus der Figur erkennt man, daß der Einfallswinkelfr , der Flügel
an der" Einlaßkante 18 kleiner ist aXs der Einfallswinkel Λ _ an
der Auslaßkante 19. Entsprechende Zshlenwerte für diese Winkel sind oben angegeben und werden in dem Ansprüchen wiederholt. Die
in Fig. 4 gezeigten Flügel besitzen eine solche Form daß die Führungskante der Flügel weitgehend flach ist, während die Kante
gebogen ist und den Radius R aufweist. Die Dimensionen des geraden
Teils der Flügel wurden bereits erwähnt und finden sich in den Ansprüchen wieder. Die Drehrichfcxing des Schaufelrades wird
durch die Bezugsziffer 22 in Fig. 4 «gezeigt, und die Pfeile und 24 weisen auf die StrömungsrichJüung des abgepumpten Mediums
htiVf jeweils in bezug auf die Einlaß- und die Auslaßkante.
Es ist klar, daß die dargestellte Form der verschiedenen Bestandteile
der Pumpe nur als Beispiel dient und die spezielle Ausbildungsform jedes Bestandteils von der gewünschten Aubidungsform
der Pumpe, dem abzupumpenden Medium ,dem Material, aus dem
die Pumpenbestandteile gemacht werden, und der Art und Weise,
in der die Bestandteile zusammengesetzt werden, abhängt.
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Claims (1)
- B.G. Stjernström 5Patentansprüchel.j Pumpe, bestehend aus einem Schaufelradteil mit stationärem, zylindrischem oder konischem Schaufelradgehäuse, einem motorgetriebenen, diagonal angebrachten Schaufelrad, das in dem Gehäuse rotiert, und einem stationären Diffusorteil, der sich koaxial zum Schaufelrad erstreckt und an der Auslaßseite des Schaufelrades (der Druckseite) mit dem Schaufelradgehäuse verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaufelrad (5) aus einer Hohlnabe besteht, die mit radial angeordneten, gekrümmten Flügeln (9) ausgestattet ist, deren Außenkanten (10) in einer kreisförmigen, zylindrischen gedachten Oberfläche liegen oder auf einer gedachten Oberfläche, die leicht konisch in Richtung der Strömung des abzupumpenden Mediums zuläuft, daß die Nabe so konstruiert ist, daß ihr Querschnitt sich von der Einlaßseite (der Ansaugseite) des Schaufelrades zur Auslaßseite hin vergrößert, daß der Außendurchmesser der Hohlnabe an der Einlaßseite 40 % bis 80 % des Maximaldurchmessers des Schaufelrades (5) beträgt, d.h. des maximalen Außendurchmessers der gedachten zylindrischen Fläche, und daß der Dif fusorteil (3) aus einem im wesentlichen konischen Diffusorgehäuse (12) besteht, das in Strömungsrichtung des abzupumpenden Mediums zuläuft und in dem ein hohler Zentralkörper (13) mit radialen, gekrümmten Führungslamellen (14) angebracht ist, die den Zentralkörper (13) in dem Diffusorgehäuse (4) zentriert halten, und daß der Diffusordurchlaß die kreisförmige Kammer (11) zwischen der Außenfläche des Zentralkörpers und der Innenfläche des Diffusorgehäuses umfaßt.- 11 -409885/0346B.G. Stjernstrom 5Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel zwischen der Ebene, die sich im rechten Winkel zu der Pumpenwelle erstreckt, und einer Ebene, die tangential zu den Schaufelradflügeln (9) liegt, ein- bis viermal größer ist an den Auslaßkanten (19) der Flügel (9) als an den Einlaßkanten (18) derselben, vorzugsweise zwei- bis dreimal größer an den Auslaßkanten (19) als an den Einlaßkanten (18) .Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (j^_) der Auslaßkante zwischen 15 und 90 liegt, vorzugsweise bei 45°, daß der Winkel (/V.) der Einlaßkante zwischen 10° und 30° liegt, vorzugsweise bei 15°, und daß die Führungslamellen (14) des Diffusorteils (3) einen Einlaßkantenwinkel ({^ ) von 30° bis 60°, vorzugsweise von und einen Auslaßkantenwinkel (fr.) von 75° bis 105 , vorzugsweise von 85 aufweisen.4. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Einlaßkanten (18) als auch die Auslaßkanten (19) der Schaufelradflügel (9) in einer zum Schaufelrad (5) diametralen Ebene liegen.5. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßkanten (18) der Schaufelradflügel (9) leicht nach hinten gekrümmt sind und daß die Auslaßkanten (19) der Schaufelradflügel (9) vorzugsweise in einer zum Schaufelrad (5) diametralen Ebene liegen.6. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufelradflügel (9) so konstruiert sind, daß ein Schnitt durch eine Flügeloberfläche und eine zum Schaufelrad (5) diametrale Ebene, die die Flügel (9) schneidet, eine gerade Linie bildet, die senkrecht zur Schaufelradwelle (6) liegt.4 09885/0346- 12 -B.G. Stjernström 57. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufelradflügel (9) so konstruiert sind, daß sie, wenn sie in einem Längsschnitt konzentrisch zur gedachten zylindrischen Fläche betrachtet werden, einen geraden
Einlaßteil besitzen, der in einen kreisförmig gewölbten Auslaßteil übergeht, und daß die I»änge des Einlaßteils 1/4 bis 2/3 der Gesamtlänge des Einlaßfceils und des Auslaßteils
ausmacht.8. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeich-. net, daß die Schaufelradflügel (9) einfach gekrümmt sind.9. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufelradflügel (9) doppelt gekrümmt sind.409885/0 3 46Leerseite
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