EP1025915B1 - Sichterradschaufeln für Zentrifugalkraftsichter - Google Patents

Sichterradschaufeln für Zentrifugalkraftsichter Download PDF

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EP1025915B1
EP1025915B1 EP00101197A EP00101197A EP1025915B1 EP 1025915 B1 EP1025915 B1 EP 1025915B1 EP 00101197 A EP00101197 A EP 00101197A EP 00101197 A EP00101197 A EP 00101197A EP 1025915 B1 EP1025915 B1 EP 1025915B1
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EP
European Patent Office
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classifying wheel
elements
accordance
ceramic
centrifugal
Prior art date
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EP00101197A
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EP1025915A1 (de
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Karsten Dipl.-Ing. Ludewig (Fh)
Georg Dipl.-Ing. Ing.(Grad) Konetzka
Mathias Dipl.-Ing. Boess (Fh)
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Hosokawa Alpine AG
Original Assignee
Hosokawa Alpine AG
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/28—Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/30—Vanes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B07—SEPARATING SOLIDS FROM SOLIDS; SORTING
    • B07B—SEPARATING SOLIDS FROM SOLIDS BY SIEVING, SCREENING, SIFTING OR BY USING GAS CURRENTS; SEPARATING BY OTHER DRY METHODS APPLICABLE TO BULK MATERIAL, e.g. LOOSE ARTICLES FIT TO BE HANDLED LIKE BULK MATERIAL
    • B07B7/00—Selective separation of solid materials carried by, or dispersed in, gas currents
    • B07B7/08—Selective separation of solid materials carried by, or dispersed in, gas currents using centrifugal force
    • B07B7/083—Selective separation of solid materials carried by, or dispersed in, gas currents using centrifugal force generated by rotating vanes, discs, drums, or brushes

Definitions

  • the invention relates to the reformerradschaufeln a centrifugal separator wheel for air classifiers, in particular on reformerradschaufeln, the off consist of ceramic or similar brittle materials.
  • Such air classifiers have a rotating crusherrad that against his Centrifugal direction is traversed by the classifying air from outside to inside and whose reformerradschaufeln are arranged in a ring and parallel to Run axis of rotation, wherein the ends of the sorterradschaufeln in Recesses of opposite end boundaries concentric with sorterradnabe are used.
  • Air separators according to this prior art are the reformerradschaufeln in opposite end limits used by a over the entire reformerradiere extending, torsionally stiff sorterradnabe connected and the classifier blades are on the outer circumference of the so formed Base body fixed in their mutual position and are used detachably.
  • the Classifying wheels have no shoulders on their lateral surfaces. At a Largely flat lateral surface no reformgut can begin on the reformerrad. By avoiding corners and edges in the area of the lateral surface improves the wear behavior, especially in the sighting of strong abrasive goods.
  • sighting wheels off All-ceramic, classifying wheels with ceramic blades or with ceramic coating used.
  • disc wheels which are integrally made of ceramic are produced and preferred for small sizes (diameter about 50 to 100 mm) are used. Sight wheels for larger sizes (diameter over 100 mm) are preferably produced according to patent DE 196 13 902 C2, this especially due to the easy interchangeability of individual Classifying wheel vanes. This will be a cost effective repair of worn withdrawerrädem possible because not the complete reformerrad must be replaced, but only a few worn Classifier blades are to be replaced.
  • the classifier blades are made of brittle material, e.g. ceramics
  • such recesses are disadvantageous because they due to the form stepped notches that cause stress concentrations and It can crack, leading to breakage and thus destruction of the Classifier blades guide.
  • the line, which is due to the recesses on the two outer ends of the Classifier wheel blades result in and in the inner corners of the recess, over the Thickness of the blades runs is the notch baseline
  • the object of the invention is therefore to provide admirably constructed, despite Recesses no stress concentrations in the brittle material cause the breakage and thus the destruction of the classifier blades being able to lead.
  • a preferred and inexpensive to manufacture basic form of the elements Brittle material is the cuboid shape.
  • a ceramic material alumina, tungsten carbide, Sintered corundum or any other ceramic can be used.
  • each axial end of the ceramic cuboid is a smaller cuboid attached.
  • the attachment is done in a simple manner by gluing, in particular with a self-curing, or thermosetting epoxy adhesive. It but can also be used other joining agents, so in the Connection of ceramic blocks with cuboids made of ductile material such as e.g. Steel containing elements e.g. be connected by ultrasonic welding.
  • the finished product must not contain any particles which may be present in the finished product made of iron or steel materials. To ensure this, no Iron or steel parts exposed to the product flow.
  • the cuboids can also be used to fix and fasten the classifier blades be made of ceramic material.
  • the cuboid end elements can be flush either on one side surface complete with the sifter blade or centered on the ceramic Classifier wheel bucket attached.
  • the parting line does not necessarily have to be radial to the axis of rotation of the reformerrades run, but can in any other desired direction run. In one variation, the parting line runs in the axial direction to the axis of rotation of the classifier wheel.
  • the cuboid withdrawerradschaufel is with its narrow longitudinal side with a rod-shaped support element connected. To enable a reversibility, the rod-shaped Carrier element be arranged centrally and on the two narrow longitudinal sides be provided with cuboidal elements, each having the outer edge of the so Make formed classifier wheel scoop.
  • the cuboid sorterradschaufel 1 is formed of ceramic material. At the two axial ends of the reformerradschaufel 1 each a cuboidal element 2 and 3 are added from steel material.
  • the parting lines 8 and 9 extend through the notch baseline 4 and 5 and in the direction of the blade width.
  • the joints 8 and 9 are filled with thermosetting epoxy resin.
  • holes 6 and 7 are mounted, which are made different depths in their drilling depths according to the weight distribution.
  • the cuboidal elements 22 and 23 are also made of steel material and mounted centrally on the reformerradschaufel 21 .
  • the joints 24 and 25 are filled with thermosetting epoxy resin.
  • holes 26 and 27 are mounted, which are made different depths in their drilling depths according to the weight distribution.
  • a ceramic support member 31 is rod-shaped and extends over the entire blade height.
  • a ceramic rod-shaped outer edge 32 is added on the narrow longitudinal side of the support member 31 .
  • the parting line 33 runs there in the direction of the longitudinal extension of the reformerradschaufel. This longitudinal extent runs parallel to the rotation axis of the sifter rotor.
  • FIG. 4 shows a variant of FIG. 3 , which, in addition to the rod-shaped, ceramic carrier element 41 with outer edge 42 attached via the parting line 44 , additionally has a further outer edge 43 which, via the parting line 45 , has the rod-shaped, ceramic carrier element 41 connected is.
  • the rod-shaped support member 51 is made of a steel material and assembled via the parting line 53 with the outer edge 52 of ceramic material.
  • the parting lines 64 and 65 connect the ceramic or steel members 62 and 63 to the ceramic classifier blade 61.
  • the parting lines 64 and 65 are along the preferred cracking direction that would result if the classifier blade formed in this way were formed integrally ,
  • Fig. 7 is a cross section of a classifier wheel according to the prior art is shown, in which the sorterradschaufel invention are used.
  • the reformerrad forms a base body 71 in the reformerradschaufeln 74 and 75 are used.
  • the reformerradschaufeln 74 and 75 are fixed at their axial ends by Endbegrenzungen 72 and 73 axially and radially in the base 71 .
  • the reformerradschaufeln 74 according to the prior art are integrally formed.
  • the sorterradschaufeln 75 according to the invention are formed of a plurality of elements

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Sichterradschaufeln eines Zentrifugalkraft-Sichterrades für Windsichter, insbesondere auf Sichterradschaufeln, die aus keramischen oder gleichartigen spröden Werkstoffen bestehen.
Derartige Windsichter weisen ein rotierendes Sichterrad auf, daß entgegen seiner Schleuderrichtung von der Sichtluft von außen nach innen durchströmt wird und dessen Sichterradschaufeln kranzförmig angeordnet sind und parallel zur Rotationsachse verlaufen, wobei die Enden der Sichterradschaufeln in Ausnehmungen von gegenüberliegenden Endbegrenzungen konzentrisch zur Sichterradnabe eingesetzt sind.
Ein gattungsgemäßer Windsichter ist aus der DE 196 13 902 C2 bekannt. Bei dem Windsichter nach diesem Stand der Technik sind die Sichterradschaufeln in gegenüberliegenden Endbegrenzungen eingesetzt, die durch eine sich über die gesamte Sichterradhöhe erstreckende, torsionssteife Sichterradnabe verbunden sind und die Sichterradschaufeln am äußeren Umfang des so gebildeten Grundkörpers in ihrer gegenseitigen Lage fixiert und lösbar eingesetzt sind.
Um die eingesetzten Sichterradschaufeln in ihrer axialen und/oder radialen Position zu fixieren, sind Halteringe vorgesehen, welche die Sichterradschaufeln an dessen axialen Enden über den äußeren Umfang umgreifen.
Durch diese umgreifenden Halteringe wird an der Mantelfläche des Sichterrades ein Absatz im Übergangsbereich von Haltering zu den Sichterradschaufeln geschaffen.
Ähnliche Verhältnisse bestehen an der Mantelfläche des Sichterrades nach dem Patent DE 35 08 889 C2. Die dortigen Sichterradschaufeln sind ganz aus einem verschleißfesten, keramischen Werkstoff hergestellt und zwischen einer Kreisscheibe und einer Deckscheibe in ihrer gegenseitigen Lage fixiert eingesetzt.
Aus verfahrenstechnischen Gründen ist es jedoch wünschenswert, daß die Sichterräder an ihren Mantelflächen keine Absätze aufweisen. Bei einer weitgehend ebenen Mantelfläche kann sich kein Sichtgut am Sichterrad ansetzen. Durch das Vermeiden von Ecken und Kanten im Bereich der Mantelfläche verbessert sich das Verschleißverhalten, insbesondere bei der Sichtung von stark schleißenden Gütern.
Gerade bei der Sichtung von stark schleißenden Gütern werden Sichträder aus Vollkeramik, Sichträder mit Keramikschaufeln oder mit Keramikbeschichtung eingesetzt.
Im Patent DE 41 40 656 C1 sind Sichträder offenbart, die einstückig aus Keramik hergestellt sind und bevorzugt bei kleinen Baugrößen (Durchmesser ca. 50 bis 100 mm) eingesetzt werden. Sichträder für größere Baugrößen (Durchmesser über 100 mm) werden bevorzugt nach Patent DE 196 13 902 C2 hergestellt, dies insbesondere aufgrund der leichten Austauschbarkeit von einzelnen Sichterradschaufeln. Dadurch wird eine kostengünstige Instandsetzung von verschlissenen Sichterrädem möglich, da nicht das komplette Sichterrad ausgetauscht werden muß, sondern nur einzelne verschlissene Sichterradschaufeln zu ersetzen sind .
Die Sichterräder nach DE 196 13 902 C2 weisen jedoch den bereits oben genannten Nachteil auf, daß sie an ihren Mantelflächen Absätze aufweisen. Zur Verbesserung des Verschleiß- und Ansatzverhaltens werden daher die Sichterradschaufeln so ausgebildet, daß die radial äußere Grenzfläche jeder Sichterradschaufel bündig mit dem äußeren radialen Umfang des Sichterrades abschließt. Dabei haben die Sichterradschaufeln eine im wesentliche quaderförmige Gestalt und weisen an den beiden äußeren Ecken Aussparungen auf (siehe Figur 7, Position 74 zum Stand der Technik). So lassen sich die Sichterradschaufeln durch kreis- oder ringförmige Deckscheiben oder zusätzlich durch Halteringe begrenzen und fixieren, ohne daß diese über die radial äußere Grenzfläche der Sichterradschaufeln hinausragen.
Sofern die Sichterradschaufeln aus sprödem Werkstoff, wie z.B. Keramik bestehen, sind derartige Aussparungen jedoch nachteilig, da sie aufgrund der abgesetzten Form Kerben bilden, die Spannungskonzentrationen verursachen und es sich Risse bilden können, die zum Bruch und somit zur Zerstörung der Sichterradschaufeln führen. Die Linie, die sich aufgrund der Aussparungen an den beiden äußeren Enden der Sichteradschaufeln ergibt und in den inneren Ecken der Aussparung, über die Dicke der Schaufeln verläuft, ist die Kerbgrundlinie
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, Sichterradschaufeln zu schaffen, die trotz Aussparungen keine Spannungskonzentrationen in dem spröden Werkstoff verursachen, die zum Bruch und somit zur Zerstörung der Sichterradschaufeln führen können.
Gelöst wird diese Aufgabe durch Sichterradschaufeln, die aus mehreren Elementen geometrischer Grundform gebildet werden und derart zusammengefügt sind, daß mindestens eine Ebene der Trennfugen zweier benachbarter Elemente durch die Kerbgrundlinie verläuft.
Eine bevorzugte und kostengünstig herzustellende Grundform der Elemente aus sprödem Werkstoff ist die Quaderform. Die Flächen der Sichterradschaufeln, die dem Produktstrom ausgesetzt sind, werden durch einen einzigen keramischen Quader gebildet. Als keramischer Werkstoff kann Aluminiumoxid, Wolframkarbid, Sinterkorund oder jede andere Keramik eingesetzt werden.
An jedem axialen Ende des keramischen Quaders ist ein kleinerer Quader befestigt. Die Befestigung erfolgt in einfacher Weise durch Kleben, insbesondere mit einem selbstaushärtenden, oder warmaushärtenden Epoxidharz-Kleber. Es können aber auch andere Fügemittel eingesetzt werden, so können bei der Verbindung von keramischen Quadern mit Quadern aus duktilem Werkstoff wie z.B. Stahl, die Elemente z.B. durch Ultraschallschweißen verbunden werden.
Die axial an die quaderförmige, keramische Sichterradschaufel befestigten Quader dienen zusätzlich der Fixierung und Befestigung der Sichterradschaufeln an den ring- oder kreisförmigen Deckscheiben des Sichterrades. In den üblichen Fällen bestehen diese aus Stahlwerkstoffen. Dies ist vorteilhaft, da die an den axialen Enden angefügten Elemente aus Stahl nach dem Fügevorgang leicht bearbeitet werden können. Zur Einstellung einer gleichmäßigen Gewichtsverteilung der gesamten Sichterradschaufel können diese durch spanende Bearbeitung, z.B. Bohren, Fräsen oder Schleifen bearbeitet werden
Bei bestimmten zu sichtenden Produkten wird eine eisenfreie Sichtung gefordert, d.h. in dem fertigen gesichteten Produkt dürfen keine Partikel enthalten sein, die aus Eisen- oder Stahlwerkstoffen bestehen. Um dies Sicherzustellen dürfen keine Eisen- oder Stahlteile dem Produktstrom ausgesetzt sein. Für diese Anwendungen können die Quader zur Fixierung und Befestigung der Sichterradschaufeln auch aus keramischem Werkstoff hergestellt sein.
Die quaderförmigen Endelemente können entweder auf einer Seitenfläche bündig mit der Sichterradschaufel abschließen oder mittig an die keramische Sichterradschaufel angebracht sein. Durch diese spiegelsymetrische Form können die Sichterradschaufeln in zwei Positionen in das Sichterrad eingebaut werden, wodurch die Sichterradschaufeln wendbar werden und somit bei Verschleiß der ersten äußeren Kante gewendet werden können und die bisher innere, nicht verschlissene Kante zur äußeren Kante wird. Dadurch können die Sichterradschaufeln über eine doppelt so lange Dauer eingesetzt werden.
Neben der Kombination von keramischen Elementen mit Stahlelementen können selbstverständlich auch mehrere keramische Elemente miteinander kombiniert werden. Die Trennfuge muß nicht zwangsläufig radial zur Rotationsachse des Sichterrades verlaufen, sondern kann in jede andere gewünschte Richtung verlaufen. In einer Variationsmöglichkeit verläuft die Trennfuge in axialer Richtung zur Rotationsachse des Sichterrades. Die quaderförmige Sichterradschaufel ist dabei mit ihrer schmalen Längsseite mit einem stabförmigen Trägerelement verbunden. Um eine Wendbarkeit zu ermöglichen kann das stabförmige Trägerelement mittig angeordnet sein und an den beiden schmalen Längsseiten mit quaderförmigen Elementen versehen sein, die jeweils die Außenkante der so gebildeten Sichterradschaufel bilden.
In den Zeichnungen sind eine Auswahl an unterschiedlichen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Sichterradschaufeln dargestellt.
  • Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße keramische Sichterradschaufel mit aufgeklebten Elementen aus Stahl.
  • Fig. 2 zeigt eine keramische erfindungsgemäße Sichterradschaufel mit aufgeklebten Elementen, bei einer wendbaren Ausführung.
  • Fig. 3 zeigt ein erfindungsgemäßes stabförmiges Trägerelement aus Keramik mit einer angefügten Außenkante aus Keramik.
  • Fig. 4 zeigt ein erfindungsgemäßes stabförmiges Trägerelement aus Keramik mit angefügten Außenkanten bei wendbarer Ausführung.
  • Fig. 5 zeigt eine erfindungsgemäßes stabförmiges Trägerelement aus Stahl mit einer angefügten Außenkante aus Keramik.
  • Fig.6 zeigt eine erfindungsgemäße Elementverbindung mit alternativ verlaufenden Richtungen der Trennfugen.
  • Fig. 7 zeigt einen Windsichter nach dem Stand der Technik, in den die erfindungsgemäßen Sichterradschaufeln einsetzbar sind.
    • In Fig. 1 ist die quaderförmige Sichterradschaufel 1 aus keramischem Werkstoff ausgebildet. An den beiden axialen Enden der Sichterradschaufel 1 sind jeweils ein quaderförmiges Element 2 und 3 aus Stahlwerkstoff angefügt. Die Trennfugen 8 und 9 verlaufen durch die Kerbgrundlinie 4 und 5 und in Richtung der Schaufelbreite. Die Trennfugen 8 und 9 sind mit wärmeaushärtendem Epoxidharz ausgefüllt. Zur Einstellung der gleichmäßigen Gewichtsverteilung nach dem Fügen, sind soweit erforderlich, Bohrungen 6 und 7 angebracht, die in ihren Bohrtiefen entsprechend der Gewichtsverteilung unterschiedlich tief ausgeführt sind.
    In Fig. 2 sind die quaderförmigen Element 22 und 23 ebenfalls aus Stahlwerkstoff hergestellt und mittig an der Sichterradschaufel 21 angebracht. Die Trennfugen 24 und 25 sind mit wärmeaushärtendem Epoxidharz ausgefüllt. Zur Einstellung der gleichmäßigen Gewichtsverteilung nach dem Fügen, sind soweit erforderlich, Bohrungen 26 und 27 angebracht, die in ihren Bohrtiefen entsprechend der Gewichtsverteilung unterschiedlich tief ausgeführt sind.
    In Fig. 3 ist ein keramisches Trägerelement 31 stabförmig ausgebildet und ersteckt sich über die gesamte Schaufelhöhe. An der schmalen Längsseite des Trägerelements 31 ist eine keramische stabförmige Außenkante 32 angefügt. Die Trennfuge 33 verläuft dort in Richtung der Längserstreckung der Sichterradschaufel. Diese Längserstreckung läuft parallel zur Rotationsachse des Sichterrotors.
    In Fig. 4 ist eine Variante der Fig. 3 dargestellt, die jedoch neben dem stabförmigen, keramischen Trägerelement 41 mit über die Trennfuge 44 angefügter Außenkante 42 noch zusätzlich eine weitere Außenkante 43 aufweist, die über die Trennfuge 45 mit dem stabförmigen, keramischen Trägerelement 41 verbunden ist. Dadurch ist die Sichterradschaufel spiegelsymetrisch und somit im Sichterrad wendbar ausgebildet.
    In Fig. 5 ist das stabförmige Trägerelement 51 aus einem Stahlwerkstoff gefertigt und über die Trennfuge 53 mit der Außenkante 52 aus keramischem Werkstoff zusammengefügt.
    In Fig. 6 verbinden die Trennfugen 64 und 65 die keramischen oder aus Stahl gefertigten Elemente 62 und 63 mit der keramischen Sichterradschaufel 61. Die Trennfugen 64 und 65 verlaufen entlang der bevorzugten Rißbildungsrichtung, die sich ergeben würde, wenn die derart gestaltete Sichterradschaufel einstückig ausgebildet wäre.
    In Fig. 7 ist ein Querschnitt eines Sichterrades nach dem Stand der Technik dargestellt, in den die erfindungsgemäßen Sichterradschaufel einsetzbar sind. Das Sichterrad bildet einen Grundkörper 71 in den Sichterradschaufeln 74 bzw. 75 einsetzbar sind. Die Sichterradschaufeln 74 und 75 werden an ihren axialen Enden durch Endbegrenzungen 72 und 73 axial und radial in dem Grundkörper 71 fixiert. Die Sichterradschaufeln 74 gemäß dem Stand der Technik sind einstückig ausgebildet. Die Sichterradschaufeln 75 gemäß der Erfindung sind aus mehreren Elementen gebildet

    Claims (8)

    1. Zentrifugalkraft-Sichterrrad mit Sichterradschaufeln 1 aus sprödem Werkstoff, insbesondere aus Keramik dadurch gekennzeichnet, daß die Sichterradschaufeln 1 aus mehreren Elementen 1, 2, 3 geometrischer Grundform gebildet werden und derart zusammengefügt sind, daß mindestens eine Ebene der Trennfugen 8, 9 zweier benachbarter Elemente durch die Kerbgrundlinie 4, 5 verläuft.
    2. Zentrifugalkraft-Sichterrrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sichterradschaufeln 1 aus quaderförmigen Grundelementen 1, 2, 3 gebildet werden.
    3. Zentrifugalkraft-Sichterrrad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Elemente aus sprödem Werkstoff mit Elementen aus duktilem Werkstoff kombiniert werden.
    4. Zentrifugalkraft-Sichterrrad nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sichterradschaufeln 1 aus einem mittleren Element 1 spröden Werkstoffs und zwei Elementen 2,3 duktilen Werkstoffs an den beiden axialen Enden des mittleren Elements 1 gebildet werden.
    5. Zentrifugalkraft-Sichterrrad nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente 1, 2, 3 verklebt sind.
    6. Zentrifugalkraft-Sichterrrad nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Klebstoff ein wärmeaushärtender Epoxydharzkleber ist.
    7. Zentrifugalkraft-Sichterrrad nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente 2, 3 duktilen Werkstoffs mit den Elementen 1 spröden Werkstoffs durch Ultraschallschweißen verbunden sind.
    8. Zentrifugalkraft-Sichterrrad nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Sichterradschaufeln 1 eine zur axial verlaufenden Mittellinie spiegelsymetrische Form aufweisen.
    EP00101197A 1999-02-02 2000-01-22 Sichterradschaufeln für Zentrifugalkraftsichter Expired - Lifetime EP1025915B1 (de)

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    DE19903948A DE19903948C2 (de) 1999-02-02 1999-02-02 Zentrifugalkraft-Sichterrad

    Publications (2)

    Publication Number Publication Date
    EP1025915A1 EP1025915A1 (de) 2000-08-09
    EP1025915B1 true EP1025915B1 (de) 2005-03-02

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    EP00101197A Expired - Lifetime EP1025915B1 (de) 1999-02-02 2000-01-22 Sichterradschaufeln für Zentrifugalkraftsichter

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    ES2238211T3 (es) 2005-09-01
    DE50009612D1 (de) 2005-04-07
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    EP1025915A1 (de) 2000-08-09
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