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Flüssigkeitsring-Gaspumpe Die Erfindung betrifft eine Flüssigkeitsring-Gaspumpe
mit einem Schaufelrad, dessen Pumpenwelle an einem Ende einen Anschluß für ein Antriebsorgan
aufweist.
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Diese bereits bekannten Flüssigkeitsring-Gaspumpen weisen in ihrem
Arbeitsraum eine Betriebsflüssigkeit auf. Diese wird durch das Schaufelrad innerhalb
von dem runden Pumpengehäuse in Umlauf gebracht, wobei sich fliehkraftbedingt ein
Flüssigkeitsring bildet. Das Schaufelrad ist exzentrisch zu dem zylindrischen Pumpengehäuse
angeordnet, so daß die Schaufeln unterschiedlich tief in den Flüssigkeitsring eintauchen.
Beim Umlauf der Schaufeln ändert sich dadurch das Volumen der jeweils zwischen den
Schaufeln gebildeten Gaskammern. über einen Saugschlitz und einen Druckschlitz erfolgt
die Zu- bzw. Ableitung des geförderten Gases.
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Die Pumpenwelle ist in der Regel in Seitenschilden gelagert und dort
auch mittels Stopfbuchspackungen abgedichtet. Diese Stopfbüchsen od.dgl. bieten
in nachteiliger Weise jedoch keine absolute Dichtigkeit. Bei bestimmten Fördermedien,
die beispielsweise giftig oder sehr teuer sind, ist jedoch eine absolute Dichtigkeit
der Pumpe nach außen hin unbedingt erforderlich, zumindest sehr erwünscht.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Flüssigkeitsring-Gaspumpe
zu schaffen, die unter Vermeidung der Nachteile von vorbekannten Pumpen dieser Art
insbesondere auch antriebsseitig nach außen hin dicht ist, wobei auch Wartungsfehler
weitgehend ausgeschlossen sein sollen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß insbesondere vorgeschlagen,
daß als Antriebs-Anschluß eine dem Pumpenteil gegenüber dem Antrieb hermetisch dicht
abschließende, mit einem Spaltrohrtopf versehene Magnetkupplung vorgesehen ist.
Bei einer solchen Pumpe bzw.
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einem solchen Pumpen-Motor-Aggregat ist der Pumpeninnenraum - abgesehen
von den anderwärts hermetisch dicht anschließbaren Einlaß- bzw. Auslaßstutzen od.dgl.
- allseits geschlossen. Ein Austreten von Fördermedium bzw.
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von Betriebsflüssigkeit wird sicher vermieden, so daß z.B. auch das
Fördern giftiger und/oder teurer bzw. umweltschädlicher Fördermedien auch unter
ungünstigen Betriebsbedingungen gut möglich ist.
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Das nachträgliche Nachziehen von Stopfbüchsen entfällt.
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Man kennt zwar schon Magnetkupplungen. Flüssigkeitsring-Gaspumpen
benötigen aber ein verhältnismäßig großes Anlaufmoment und Magnetkupplungen sind
dafür nicht recht geeignet ("Abreißen" der Kupplungsverbindung). Die Erfindung hat
herausgefunden, daß dies regelmäß vermieden werden kann, wenn man nötigenfalls entsprechende
Maßnahmen trifft, z.B. durch konstruktive Gestaltung und/ oder kräftige Ausbildung
der Magnete, gegebenenfalls auch zusätzlich eine Anlaufverzögerungseinrichtung.
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In der Praxis hat sich nicht selten herausgestellt, daß eine Pumpenkonstruktion
mit vorgegebenen Leistungsdaten, wenn sie in den Arbeitsprozeß eingeschaltet wird,
noch an die konkreten praktischen Betriebsbedürfnisse etwas angepaßt werden muß.
Die Erfindung schafft unter anderem
auch hier die Möglichkeit, die
notwendigen Anpassungen noch leicht nachträglich bei einer im übrigen feststehenden
Pumpenkonstruktions-Ausführung so anzupassen, daß das befürchtete "Abreißen" der
Kupplung auch durch nachträglich durchzuführende, einfache Anpassungs-Konstruktionsmaßnahmen
stets durchgeführt werden kann.
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Weiterbildungen der Erfindung sind in den Merkmalen der Unteransprüche
und der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung noch näher erläutert.
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Dabei ergeben sich aus den Unteransprüchen unter anderem noch folgende
Aufgaben-Lösungen bzw. Vorteile: Durch die Maßnahme des 2. Anspruches wird das notwendige
Übertragungsmoment der Kupplung insbesondere beim Anlaufen klein gehalten, so daß
ein "Abreißen" der Kupplungsverbindung dadurch verhindert werden kann.
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Durch die Merkmale des 3. Anspruches erhält man einen einfachen Aufbau
des Antriebs-Anschlusses, wobei die konstruktiven Merkmale der Magnetkupplung günstige
Übertragungseigentschaften bei gleichzeitig kompakter Bauweise ergeben.
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Durch die gemäß Anspruch 4 aufgezeigte Weiterbildung sind die sich
gegenüberliegenden Magnete der Kupplung nahe beieinander angeordnet, so daß eine
gute übertragung des Antriebsmomentes gegeben ist.
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Das Merkmal des 5. Anspruches ermöglicht einen kompakten Aufbau der
Pumpe, da der Innenmagnetträger nahe bei dem Schaufelrad angeordnet sein kann.
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Gemäß Anspruch 6 ist ebenfalls eine kompakte Bauweise der Pumpe begünstigt,
wobei auch eine axial fluchtende Zuordnung der Kupplungsteile gewährleistet ist.
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Durch das Merkmal des 10. Anspruches kann das motorseitige Kippmoment
gedämpft werden, so daß die Ubertragungskräfte zwischen dem Motor und der Pumpe
während der Anlauf- und Hochlaufphase reduziert sind. Die Magnetkupplung kann dadurch
eine auf dieses reduzierte Obertragungsmoment abgestimmte und damit vergleichsweise
kleine Baugröße aufweisen.
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Dazu kann auch die Maßnahme gemäß Anspruch 11 vorgesehen sein.
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Auch die Maßnahme des 12. Anspruches ergibt eine Reduzierung des motorseitigen
Kippmomentes, so daß der Anlaufruck des Motors zumindest reduziert ist.
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Gemäß Anspruch 13 u. 14 -ist unter anderem das pumpenseitige Massenträgheitsmoment
vergleichsweise klein gehalten, so daß auch dadurch eine kompakte Bauweise und vergleichsweise
kleine Dimensionierung der Magnetkupplung möglich ist.
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Die Merkmale der Ansprüche 10 bis 13 bzw. 14 können auch in beliebiger
Kombination vorgesehen sein, gegebenenfalls auch noch beim Anpassen der Pumpe an
die tatsächlichen Betriebsverhältnisse. Das nachträgliche Anpassen ist namentlich
bei der Schwungscheibe, gegebenenfalls durch Vergrößern oder Verkleinern von deren
Masse und/oder bei der Drosselspule leicht möglich.
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Zusätzliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Unteransprüchen
aufgeführt. Nachstehend ist die Erfindung mit ihren wesentlichen Einzelheiten anhand
er Zeichnung noch näher erläutert.
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Es zeigt: Fig. 1 eine Flüssigkeitsring-Gaspumpe im Längsschnitt mit
einem strichliniert angedeuteten Antriebsmotor, Fig 2 eine ebenfalls im Längsschnitt
gehaltene Flüssigkeitsring-Gaspumpe, hier jedoch in abgewandelter Ausführungsform
Fig. 3 in sta veriejnerter aRstah, einen Cuerschnitt einer etwas strIer schematisiert
dargestellten Flüssigkeitsring
-Gaspunpe im Bereich ihres Schaufelrades
und Fig. 4 eine stark schematisierte Darstellung einer Flüssigkeitsrmg- Gaspumpe
mit Kühlkreislauf.
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Eine Flüssigkeitsring-Gaspumpe 1, nachstehend kurz "Pumpe 1" genannt,
weist ein zylindrisches Pumpengehäuse 2 mit einem exzentrisch dazu gelagerten Schaufelrad
3 auf. Als Antrieb für die Pumpe 1 dient ein in Fig. 1 nur strichliniert angedeuteter
Elektromotor 4. Zwischen diesem und der eigentlichen Pumpe 1 ist als Antriebs-Anschluß
32 eine den Pumpenteil gegenüber dem Antrieb hermetisch abschließende Magnetkupplung
5 vorgesehen.
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Die Funktionsweise der Flüssigkeitsring-Gaspumpe 1 sei anhand der
Fig. 3 kurz erläutert. Wie bereits vorerwähnt, ist das Schaufelrad 3 mit seinen
Schaufeln 6 exzentrisch zu dem zylindrischen Pumpen-Gehäuse 2 gelagert. Die Pumpe
1 weist eine Betriebsflüssigkeits-Füllung auf, die sich bei Drehung des Schaufelrades
3 (Pfeil Pf 1) als Flüssigkeitsring 7 an die Innenwandung des Pumpengehäuses anlegt.
Zwischen den einzelnen Schaufeln 6 sind Förderkammern 8, die radial nach außenhin
durch den Flüssigkeitsring 7 abgeschlossen sind. Durch die Exzentrizität des Schaufelrades
3 zu dem Gehäuse 2 weisen die Förderkammern 8 in Abhängigkeit ihrer Umlaufstellung
unterschiedliche Volumina auf. Bei zunehmender Vergrößerung der Förderkammern 8
während des Umlaufes des Schaufelrades 3 tritt im Bereich des Einlasses 9 eine Saugwirkung
ein, während etwa auf der gegenüberliegenden Seite durch die sich dort während des
Umlaufes des Schaufelrades verkleinernden Förderkammern 8 ein Verdichten eintritt.
Das verdichtete Gas wird beim Auslaß 10 ausgeschoben. Seitlich sind die Förderkammern
8 durch Seitenschilde 11 der Pumpe 1 abgeschlossen (vgl Fig.1).
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Den antriebsseitigen Abschluß der Pumpe 1 bildet ein dichter Spaltrohrtopf
12. Dieser dichtet den Pumpeninnenraum nach aussenhin hermetisch dicht ab.
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Die Magnetkupplung 5 weist koaxial zueinander angeordnete Kupplungsteile
auf, wobei eines dieser Kupplungsteile innerhalb und das andere Kupplungsteil außerhalb
des Spaltrohrtopfes 12
angeordnet sind. Das äußere Kupplungsteil
bildet den Aussenmagnetträger 13. Er ist etwa glockenförmig ausgebildet.
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An seinem Innenmantel 14 erkennt man dort angebrachte Permanentmagnete
15.
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Der im Inneren des Spaltrohrtopfes 12 untergebrachte Innenmagnetträger
16 ist drehfest mit der Pumpenwelle 17 verbunden. Er trägt auf seinem Außenmantel
18 Permanentmagnete 15.
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Durch die koaxial ineinandergreifende Anordnung des Außenmagnetträgers
13 und des Innenmagnetträgers 16 liegen deren Permanentmagnete 15 in Funktionslage
sich gegenüber. Sie sind dabei durch einen vergleichsweise kleinen Spalt 20, in
dem sich auch das Spaltrohr 19 befindet, voneinander getrennt.
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Bei Magnetkupplungen muß dafür Sorge getragen werden, daß deren maximales
Dbertragungsmoment nicht überschritten wird, um zu vermeiden, daß die Antriebsübertragung
"abreißt". Diese Gefahr besteht insbesondere beim Anlaufen und Hochlaufen des Motors
4. Als eine Maßnahme um dies zu vermeiden, ist es zweckmäßig, wenn die Grundkonstruktion
der angetriebenen, mit der Pumpenwelle 17 verbundenen Teile der Pumpe eine möglichst
geringe Rotationsträgheitsmasse aufweisen, z.B.
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auch durch geeignete Materialauswahl. Insbesondere gemäß Fig. 2 weist
der Innenmagnetträger 16 einen etwa U-förmigen Querschnitt auf. Innerhalb seiner
Innenhöhlung ist dabei zweckmäßigerweise eines der Pumpenwellen-Lager 22 untergebracht.
Dies ergibt eine besonders kurze kompakte Bauweise der Pumpe 1. Gemäß Fig. 1 ist
ebenfalls ein im Querschnitt etwa U-förmiger Innenmagnetträger 16 vorgesehen. Jedoch
könnte hier vorteilhaft auch ein Innenmagnetträger 16 mit einem etwa H-förmigen
Querschnitt vorgesehen sein, wobei dann in der einen Innenhöhlung Platz für ein
Lager 22 ist und in der anderen Innenhöhlung die Befestigungsmittel zum Befestigen
des Innenmagnetträgers 16 auf der Pumpenwelle 17 vorgesehen sein können. Um das
Massenträgheitsmoment dieses Innenmagnetträgers 16 möglichst klein zu halten, ist
es vorteilhaft, wenn der Außenmantel 18 vergleichsweise dünnwandig ausgebildet ist.
Die vorerwähnten konstruktiven Ausgestaltungen
zur Reduzierung
des pumpenseitigen Massenträgheitsmomentes sind auch im Hinblick auf den pumpenbetriebsseitg
erwünschten, schnellen Anlauf von Bedeutung. Bei Flüssigkeits-Gaspumpen ist es nämlich
vorteilhaft, wenn die Anlaufphase schnell durchlaufen wird, um unerwünschte Nebenerscheinungen
dabei möglichst zu unterbinden. In der Anlaufphase baut sich insbesondere der Flüssigkeitsring
7 auf. Wegen dieser erwünschten kurzen Anlaufphase sind Kupplungen, die zum Durchdrehen
neigen, weniger geeignet. Die vorbeschriebene Ausgestaltung der Magnetkupplung 5
mit ihren pumpenseitig vergleichsweise geringen Massenträgheitsmomenten begünstigt
eine derartige kurze Anlaufphase.
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Eine weitere Maßnahme, um daß "Abreißen" der Kupplungsverbindung zu
vermeiden, kann noch darin bestehen, daß antriebsseitig eine Anlaufverzögerungseinrichtung
vorgesehen ist.
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Diese kann beispielsweise darin bestehen, daß bei dem Elektromotor
4 eine Schwungscheibe 21, wie in Fig. 1 strichliniert angedeutet, vorgesehen ist,
die durch ihre Rotationsträgheitsmasse das Kippmoment des Elektromotors 4 dämpft
und somit das Übertragungsdrehmoment während der llochlaufphase des Elektromotors
4 reduziert. Man kann dadurch mit einer vergleichsweise klein dimensionierten, kompakten
Magnetkupplung 5 auskommen. Die Schwungscheibe 21 kann, wie in Fig. 1 angedeutet,
gegebenenfalls auch mehrteilig ausgebildet sein, so daß Teile 21a im montierten
Zustand der Schwungscheibe 21 noch entfernbar bzw. auch noch anbringbar sind, um
das antriebsseitige Massenträgheitsmoment zu ändern, insbesondere anzupassen. Dies
kann insbesondere bei der endgültigen Anpassung des Aggregates an die tatsächlichen
Betriebsverhältnisse vorteilhaft sein. Weiterhin kann die Anlaufverzögerungseinrichtung
durch Maßnahmen bei der Stromversorgung des Elektromotors 4 vorgesehen sein. Beispielsweise
kann dazu die Anlaufverzögerungseinrichtung eine, gegebenenfalls auch mehrere Drosselspulen
34, 34a (Fig.1)
aufweisen, die in der Anlaufphase durch ihren induktiven
Blindwiderstand als Strombegrenzung dient und insbesondere den Anlaufruck des Elektromotors
dämpft.
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Durch die bereits vorerwähnten mechanischen Maßnahmen zur Vermeidung
eines "Abreißens" der Kupplungsverbindung können die einer Drosselspule anhaftenden
elektrischen Verluste kleingehalten werden. Vor allem stellt die elektrische Anlaufverzögerungseinrichtung
eine Zusatzmaßnahme dar, die jedoch gegebenenfalls bei bestimmten Betriebsverhältnissen
auch für sich alleine eingesetzt werden kann. Die Drosselspule 34 und/oder 34a wird
in eine oder mehrere der Zuleitungen des Elektromotors 4 geschaltet, wie dies in
Fig. 1 schematisch angedeutet ist.
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Gemäß Fig. 1 sjnd beidseits c1es Schaufelrades 3 Pumpenwellen Lager
22 bzw 22a vorgesehen. Das Lager 22 ist dabei zwischen dem Innenmagnettr¾c'er 1
6 iincl den Schaufelrad 3 angeordnet. Peide lager 22, 22a sind hier als Gleitlager
ausgelbildet. Auch bei der etwas abgewandelten Flüssigkeitsring-Gaspumpe 1a ger.
Fig. 2 sind für die Pumpenwelle 17 Gleitlager 22 22a vorgeschen. Die innerhalb der
Piin.pe befindliche Betriebsflüssigkeit wird in der Regel wegen der sich während
des Getriebes einstellenden Erwärmung mittels eines Kühlkreislaufes gekühlt.
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Aus diesem Kühlkreislauf kann ein abgezweigter Teilstrom den Gleitlagern
22, 22a zur Schmierung zugeführt werden.
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Anstatt von den vorzugsweise verwendeten Gleitlagern können zur Lagerung
der Pumpenwelle 17 auch Wälzlager vorgesehen sein. Diese sind dabei dem Fördermedium
bzw. der Betriebsflüssigkeit hinsichtlich ihrer Materialauswahl angepaßt, insbesondere
aus korrosionsbeständigem Material hergestellt. Ggf. können auch Wälzlager aus Kunststoff
bzw.
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kunststoffbeschichtetem Werkstoff verwendet werden.
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Bei den Flüssigkeitsring-Gaspumpen 1 bzw. la gem. Fig. 1 bzw. Fig.
2 ist der Außenmagnetträger 13 mit einem Zwischenwellenstück 23 verbunden, das in
einem mit dem Pumpengehäuse 2 verbundenen Lagerträger 24 gelagert ist. Dadurch erhält
man eine axial fluchtende Zuordnung der Kupplungsteile zueinander. An dem über den
Lagerträger 24 überstehenden Wellenstummel 25 kann der Elektromotor 4 angeschlossen
werden. Zur Lagerung des Zwischenwellenstückes 23 dienen hier beispielsweise ein
Zylinderrollenlager 26 sowie ein Kugellager 27.
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Gemäß Fig. 2 ist eine etwas abgewandelte Lageranordnung erkennbar,
durch die insbesondere eine vergleichsweise kurze Bauweise der Flüssigkeitsring-Gaspumpe
la möglich ist. Dabei ist das GleitlageT 22 innerhalb des Innenmagnetträgers 16
untergebracht und von einem Ringansatz 28 des Spaltrohrtopf-Bodens 29 gehalten.
Der Boden 29 seinerseits besitzt einen nach außen weisenden zentralen Lagerbolzen
30,der in einem Wälzlager 31 innerhalb des Zwischenwellenstückes 23 gelagert ist
Insgesamt hat der Einsatz der Magnetkupplung 5 bei den Flüssigkeitsring-Gaspumpen
1 bzw. la unter anderem die wesentlichen Vorteile, daß sie verschleißfrei arbeitet
und einen leckfreien Antriebs-Anschluß 32 bildet Dadurch ergibt sich auch eine weitgehende
Wartungsfreiheit. Durch die hermetische Dichtigkeit der Pumpe lassen sich auch aggressive,
giftige oder dgl. schädliche Fördermedien gefahrlos fördern.
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Zur Versorgung der Lager 22, 22a mit Schmier- bzw. Kühlflüssigkeit,
können wie in Fig. 1 strichliniert bzw. strichpunktiert eingezeichnet ist, Versorgungsleitungen
35 vorgesehen sein. Diese sind hier, da sie sonst nicht in der Zeichenebene liegen
würden, zur Verdeutlichung um 900 in ihrer Lage verdreht dargestellt und starli
schematisiert.
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Fig. 4 zeigt noch eine Flüssigkeitsring-Gaspumpe, bei der stark schematisiert
ein äußere Kühl kreislauf mit einer Rohrleitung 36 angeschlossen ist. Man erkennt
in dieser Rohrleitung 36 einen Kühler 37, der von der Betriebs' flüssigkeit der
Flüssigleitsring-Gaspumpe durchströmt wird. Eine Kühlung der Betriehsflüssigkeit
ist insbesondere hei der Gasförderung aus dem Vakuum heraus zur Vermeidung eines
Ausdampfens der 13ctriebsfliissiZkcit zweckmäßig.
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Ober einen Zi'laufanschluß 38 kann die Betriebsflüssigkeit nötigenfalls
nachgefüllt werden.
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Erwilint sei noch, daß besondere Maßnahmen zur Kühlung der Magnetkupplung,
beispielsweise wie bei Spaltrohrmotoren, nicht erforderlich sind, da sich hier in
der Praxis nur eine vergleichsweise geringe Erwärmung ergibt.
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Alle in der Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten
Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander wesentliche
Pedeutung haben.