DD207659A5 - Zentrifuge - Google Patents

Abstract

DIE ERFINDUNG BETRIFFT EINE ZENTRIFUGE ZUR TRENNUNG VON GEMISCHEN MIT MINDESTENS EINER GASPHASE. SIE HAT DAS ZIEL, BEI AUSSERORDENTLICH HOHER LEISTUNG EINE ANNAEHERND VOLLKOMMENE TRENNUNG DER GEMISCHE ZU ERREICHEN. IHRE AUFGABE BESTEHT IN EINER DERARTIGEN GESTALTUNG DER ROTORSCHEIBEN U./O. D. ABLENKER, DASS D. GEMISCH IN EINEN SEHR FEINEN FLUIDSCHLEIER AUFGELOEST WIRD. ERFINDUNGSGEMAESS WIRD DIES DURCH KLEINE SCHAUFELN U./O. RADIALFLUEGEL ERREICHT, D. AN D. PERIPHERIE VON MINDESTENS EINEM D. DURCH D. ROTORSCHEIBEN U. D. FESTEN TEIL D. GEHAEUSES GEBILDETEN ELEMENTEN ANGEORDNET IST. DIESER FESTE TEIL BESTEHT ENTWEDER AUS D. GEHAEUSEWAND ODER AUS EINER SAEULE KEGELSTUMPFARTIGER ABLENKER. DIE RADIALFLUEGEL KOENNEN ZUSAETZLICH WENIGSTENS AN DER LETZTEN ROTORSCHEIBE ANGEORDNET SEIN.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Zentrifuge zur Trennung von Gemischen mit mindestens einer Gasphase·

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Aus der FR-Patentanmeldung 2.468.410 ist bereits eine Zentrifuge zur Trennung von Gemischen mit mindestens einer Gasphase bekannt, welche aus einem festen Gehäuse besteht, in dem sich ein Behandlungsrotor mit durchlöcherten, winklig gegeneinander versetzten Scheiben, ein darüberliegender drehender Verteiler und ein darunterliegendes Geblase mit eventueller Zwischenschaltung eines drehenden Gleichrichters befinden» Das zu trennende Gemisch fließt laminar durch die Löcher der Scheiben in spiralförmigen bewegten Strahlen» die von scheinbar unbewegten spiralförmigen Streifen getrennt sind. Die Streifen drehen sich nämlich mit der gleichen Geschwindigkeit wie der Rotor, während sich die bewegten Strahlen viel schneller drehen· Die abzutrennende nichtgasförmige Phase entweicht infolge der außerordentlich starken Zentrifugalkraft der bewegten Strahlen und wird von den unbewegten Streifen, wo auch eine, jedoch geringere. Zentrifugalkraft herrscht, afgenommen. Infolge dieser Zentrifugalkraft wandert die dichtere nichtgasförmige Phase zur Peripherie und wird von einer Säule kegelstumpfartiger Ablenker, die nach oben auseinanderlaufen und mit dem Gehäuse fest verbunden sind, eingeschlossen.

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Der Druck oberhalb jeder Scheibe ist größer als unterhalb dieser, und zwar infolge des Lastverlustes und der Entspannung beim Durchlauf des Gases durch die Löcher der betreifenden Scheibe, Zwischen dieser und dem entsprechenden Ablenker ist ein ringförmiger Spalt ausgespart, durch den auf Grund des vorerwähnten Druckabfalls stromabwärts ein Verlust entstehen kann* Analog dazu ist zwischen dem betreffenden Ablenker und der Gehäusewand ein Spiel zur st romaufwärtigen Ableitung der abgetrennten dichten Phase ausgespart, wobei ebenfalls die Tendenz besteht* daß durch diesen zweiten ringförmigen Spalt ein Verlust an Gasphase stromabwärts entsteht»

- Diese Verluste beeinträchtigen den Wirkungsgrad der Trennung, da die Gasphase beim Durchlauf natürlich eine gewisse Menge der mit den unbewegten Streifen zugeleiteten dichten Phase aufnimmt. Diese Menge ist zwar gering, jedoch mit der geforderten Qualität unverträglich. Außerdem wird, wenn die dichte Phase eine Flüssigkeit ist, deren Fließen stromaufwärts entlang der Gehäusewand durch den Gasverlust stromabwärts behindert. Die Flüssigkeit bleibt in den Ablenkern stehen, und es kann zu Neudispersionen der Flüssigkeit kommen«

Ziel der Erfindung

Die Erfindung hat das Ziel, die den bekannten Zentrifugen zur-Trennung von Gemischen mit mindestens einer Gasphase auftretenden Nachteile zu beseitigen. Die Zentrifuge soll bei außerordentlich hoher Leistung einen annähernd vollkommenen Wirkungsgrad der Trennung erreichen.

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Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Scheiben des Rotors und/oder den Rand der Ablenker so zu gestalten, d,aß das zu trennende Gemisch in Verbindung mit der Zentrifugalkraft in einen sehr feinen Fluidschleier aufgelöst wird.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß Mittel, nämlich kleine Schaufeln und/oder Radialflügel, zur zumindest teilweisen Verhinderung der Stromabwärtsverluste durch den ringförmigen Spalt vorgesehen sind, wobei die kleinen Axialschaufeln so an der^ Peripherie von wenigstens einem der durch die Scheiben und den festen Gehäuseteil gebildeten Elementen angeordnet sind, daß ein im ringförmigen Spalt im Gegenstrom stromaufwärts fließender, das Gemisch vollständig behandelnder, die abgetrennte dichteste Phase entlang der Gehäusewand stromaufwärts schiebender axialer Fluidschleier erzeugbar ist»

Der feste Teil des Gehäuses besteht dabei aus dessen Wand, und die kleinen Schaufeln befinden sich an der Peripherie eines ringförmigen Bereiches der in ausreichender Breite undurchlöcherten Scheiben, Sie sind so gerichtet, daß sie den Fluidschleier stromaufwärts lenken·

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung besteht der feste Teil des Gehäuses aus einer Säule kegelstumpfartiger Ablenker, deren Innenkante den Scheiben genau gegenüberliegt, und die kleinen Schaufeln sind am Rand der Scheiben oder an der Kante dar Ablenker angeordnet, wobei diese Kante kegel-

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stumpfförmig oder ringförmig und flach sein kann.

Das Mittel* das die Verluste zumindest teilweise verhindert, kann nach einem letzten Merkmal der Erfindung aus radöd. oder in einem Einfallswinkel zum Radius angeordneten geraden oder gekrümmten Radialflügeln bestehen» die zur Erzeugung eines radialen zur Wand des Gehäuses fließenden Fluidschleiers an der Seite oberhalb des undurchlöcherten peripheren ringförmigen Bereiches wenigstens der letzten Scheibe des Rotors überstehen» Die ringförmigen Spalte werden über der letzten Scheibe durch einen mit der Gehäusewand fest verbundenen, ein Labyrinth zur Umkehrung des radialen Fluidschleiers in einen axialen Fluidschleier bildenden Flansch begrenzt,

Ausführunqsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an Ausführungsbeispielen näher erläutert werden« In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig* I: die perspektivische Ansicht einer Zentrifuge, an

welcher die erfindungsgemäßen Verbesserungen vor-ν gesehen sind;

Fig. 2

bis 5: erfindungsgemäSe Gestaltungsmöglichkaiten der Rotor~

¹ scheiben und der Ablenker in schema tischen Schnittansichten;

g 7. . ; .

bis 10: im Grundriß und im Schnitt mehrere Ausführungsarten

der gemäß Fig. 3 bis 6 eingesetzten^kleinen Schau- » \ fein ; '

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Fig, 11 . .

und 12: axiale Halbschnitte der Zentrifuge mit weiteren Ausfuhrungsformen der Erfindung;

Fig, 13: den Teilgrundriß einer Scheibe des Rotors mit mehreren Ausführungsarten der Radialflügel gemäß den Fig, 11 und 12.

,Wie.aus Fig. 1 ersichtlich ist, besteht die Zentrifuge aus einem festen Gehäuse 1, in dem drehende Teile durch eine Antriebsvorrichtung» ζ« Β« einen Elektromotor, in Rotation versetzt werden.

Diese Teile, an einer gemeinsamen Antriebswelle 2 festgekeilt, umfassen

einen aus einer Säule durchlöcherter Scheiben 4 bestehenden Rotor Steinen in axialer Fließrichtung F des zu behandelnden Gemisches oberhalb des Rotors 3 angeordneten Verteiler 5; eventuell einen ebenfalls oberhalb des Rotors 3 angeordneten Gleichrichter 5

und ein unterhalb des Gleichrichters 6 festgekeiltes Gebläse 7,

Die Scheiben 4 sind mit Löchern S versehen, die aus vollen Teilen 9 herausgearbeitet überhängende Kanten 10 haben. Diese Kanten 10 liegen, in Drehrichtung, T des Rotors 3 betrachtet, hinten. Die Scheiben 4 sind winklig gegeneinander versetzt und voneinander entfernt, so daß eine Neigung des Flusses der spiralförmigen bewegten Strahlen im Gemisch durch die Offnungen 8 herbeigeführt wird. Dieser

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Fluß weist eine größere Tangentialgeschwindigkeit als der Rotor 3 auf. Die hohe Tangentialgeschwindigkeit ist durch den Abfall des vom Gebläse 7 erzeugten oberseitigsn Drucks und ihre durch den Verteiler 5 bewirkte Umwandlung in ©ine spiralförmige Geschwindigkeit bedingt» Die bewegten Strahlen fIfeßen im Vergleich zu den zwischengelagerten unbewegten Streifen, die im Rotor 3 durch die vollen Teile 9 und ihre. Kanten 10 eingeschlossen werden,schneller.

Das Gehäuse 1 ist mit einer Säule 11 von kegelstumpfartigen. Ablsnkern 12 fest verbunden„ die die aus den bewegten Strahlen abgetrennte dichte Phase direkt oder über unbewegte Streifen infolge der Zentrifugalkraft, der diese Strahlen und Streifen ausgesetzt sind, auffangen.

Zwischen den Scheiben 4 und den Ablenkern 12 ist, um die Rotation der drehenden Teile zu ermöglichen, ein Arbeits- . spiel vorhanden» welches in sehr genauer gegenseitiger Verlängerung der Scheiben 4 und Ablenker 12 auf ein Minimum reduziert ist*

Ein weiteres Arbeitsspiel ist zwischen den Ablenkern 12 und der Wand des Gehäuses 1 zum stromaufwärtigen Ableiten der abgetrennten dichten Phase vorhanden. Diese Spiele bilden zwei ringförmige Spalte 13; 14, durch welche in geringer Menge die dichte Phase stromabwärts mitgeführt wird* Um zu einer vollkommenen Trennung zu gelangen, um derartigen Verlusten entgegenzuwirken, sind die in den Fig, 2 bis 13 dargestellten Mittel vorgesehen,

Gemäß einer ersten Ausführungsform nach den Fig, 4 bis 5 sind neben der Säule 11 von kegelstumpfartigen Ablenkern 12

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und den ringförmigen Spalten 13; 14 kleine axiale Schaufeln vorgesehen, um durch die in einer Reihe liegenden Spalte einen im Gegenstrom stromaufwärts fließenden axölen Fluidschleier zu erzeugen. Dieser axiale Fluidschleier verhindert einen Verlust durch die Spalte 13; er bildet einen für die weniger dichte Phase relativ schwer durchdringlichen Filter, während ihn die von der Zentrifugalkraft geschleuderte dichteste Phase relativ leicht durchdringt. Überdies begünstigt dieser Schleier die Weiterleitung der dichtesten Phase entlang der Gehäusewand stromaufwärts«

Zur Erzeugung des Fiuidschleiers kann jeder beliebige Typ von kleinen Schaufeln in jeder beliebigen Lage eingesetzt werden.

Nach der Ausführung entsprechend Fig* 4 befinden sich die kleinen Schaufeln "a¹* am Außenrand der Scheiben 4, entsprechend Fig, 5 befinden sich die kleinen Schaufeln "b" am Innenrand der kegelstumpfartigen Ablenker 12 und entsprechend Fig_# 6 sind die kleinen Schaufeln "c" am Innenrand eines flachen ringförmigen, mit jedem Ablenker 12 fest verbundenen Flansches 17 angeordnet.

Die in den Fig, 2 und 3 dargestellte Ausführungsfortn besitzt keinen Spalt 13. Hier ist jede Scheibe 4 durch einen komplanaren oder kegelstumpfartigen ringförmigen peripheren Bereich 15; 16 verlängert, der mit der Wand des Gehäuses den Spalt 14 begrenzt, und durch welchen der im Gegen st rom stromaufwärts fließende axiale Fluidschleier erzeugt wird» Dia kleinen Schaufeln "d" befinden sich hierzu an der Peripherie des Bereiches 15 odsr 16*

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Alle diese kleinen Schaufeln a bis d sind zu dem sich ani schnellsten drehenden Teil, nämlich zu ihrem Träger oder dem Fluid** so gerichtet, daß sie den Fluidschleier wie ein Axialgebläse stromaufwärts lenken*

Die kleinen Schaufeln a bis d können aus den verschiedensten Materialien' gefertigt und in unterschiedlichster Weise ausgeführt sein»-Es ist keine vollendete Form erforderlich» So ist es möglich, sie vollkommen profiliert zu gestalten, wenn die Ablenker 12, sie selbst und die Scheiben 4 durch Spritzgießen aus Plaste, einer leichten Legierung oder anderer Materialien hergestellt sind. Es können aber auch, da die Scheiben 4 und Ablenker 12 meist aus Blech gefertigt sind, die in den Fig. 7 bis 10 dargestellten Ausführungsarten benutzt werden*

Gemäß der Ausführung nach Fig. 7 ist eine durch Sägen, Stanzen* Schneiden oder ein anderes Fertigungsverfahren in der Kante des Tragelements der kleinen Schaufeln a bis d (Scheibe 4 od.er Ablenker 12) gebildete Kerbe 18 dreh Biegen entlang einer Linie 20 abgeschrägt» Der dabei entstandene dreikantige Keil 19 ist die kleine Schaufel, die das Fluid stromaufwärts (Pfeil Fl) scüiebt, wenn das Tragelement zu einem statischen Fluid oder einem sich weniger schnell drehenden Fluid in der Pfeiirichtung R läuft, oder wenn das Fluid in bezug auf ein festes Tragelement umgekehrt zur . Pfeil richtung/R- fließ tv -

In der Ausführung nach Fig, 8 wurden an dar Kerbe 18 durch Biegen entlang der Linien 20; 22 zwei Keile 19; 21 bzw.

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kleine Schaufeln gebildet, welche einmal stromabwärts und einmal stromaufwärts gerichtet sind.

Nach Fig, 9 ist die Kante des Tragelements mit einer schiefen Kerbe zur Bildung eines annähernd rechtwinkligen Flügels 24 versehen, der entlang der Linie 25 nach oben gebogen ist. Dieser Flügel 24 stellt eine kleine Schaufel dar, die das Fluid stromaufwärts schiebt.

Die Ausführung nach Fig, 10 v/eist eine T-Kerbe 25 auf, welche durch Biegen entlang der Linien 25 einen stromabwärts und einen stromaufwärts geneigten Flügel 24; 27 bilden.

Bei diesen Ausführungsarten kommt es darauf an, daß die die Schaufeln bildenden Keile oder Flügel in axialer Richtung geneigt sind, damit die Zentrifuge wie ein Axialgeblä-ase arbeiten kann.

Eine dritte, in den Fig. 11 bis 13 dargestellte Ausfuhrungsforra sieht die Ausstattung der letzten Scheibe 4.η (5g. 12) oder der zwei letzten Scheiben 4·η-1 und 4.η unterhalb des Rotors 3 (Fig. 11) mit Radialflugelη 2S vor. Diese Radialflügel 28 sind mit dem ringförmigen Außenrand 29 der betreffenden Scheibe 4.η oder Scheiben 4.n; 4.n-l, die die Löcher 8 umgeben, fest verbunden. Sie stehen an der oberen Seite über und erstrecken sich von der Scheibe, mit der sie fest verbunden sind, bis in die Nähe der vorhergehenden Scheibe.

Hat die Zentrifuge keine Ablenker 12 (Fig. 11), so erstrecken sich die Scheiben 4 des Rotors 3 bis in die Nähe

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der Wand des Gehäuses 1, um den Spalt 14 abzugrenzen, bis in dessen Nähe die Radialflügel 23 reichen* Diese vom Rand 29 der Scheiben 4*n und 4„n-l getragenen Radialflügel 28 verhalten sich wie ein Radialgebläse und erzeugen bei sich drehendem Rotor 3 einen radialen Fluidschleier, der an die Wand des Gehäuses 1 befördert wird» Damit dieser Schleier an der Wand stromaufwärts gelenkt wird und niemals zum Spalt 14 gelangt, ist die Wand des Gehäuses 1 fest mit einem Flansch 30 verbunden, der den Spalt 14 zwecks Bildung eines Labyrinths auf geringe Entfernung bedeckt. Dieser zuerst radiale Schleier wird dann axial stromaufwärts gelenkt und nimmt die zu eliminierende dichteste Phase auf, die er durch die aufeinanderfolgenden Spalte 14 bis zur Ableitungsöffnung der Zentrifuge mitführt. Ober der obersten Scheibe angelangt¹, kehrt die weniger dichte Phase des Schleiers in den Hauptstrom des Gerätes zurück, wo sie wieder Teile der dichtesten Phase aufnimmt. Ist diese neu beladene weniger dichte Phase nahe der untersten S_cheibe 4»n oder Scheiben 4*n; 4»n-l angelangt, bildet sich wieder ein Schleier, der von den Radialflügeln 28 an die Peripherie geschoben wird, und der Kreislauf beginnt von neuam«, Besitzt die Zentrifuge kegelstumpfartige Ablenker 12 (Fig_#l2) und ist die letzte Scheibe 4„n unterhalb des Rotors 3 mit Radialflügeln 28 ausgestattet, um ein Radialgebläse zur Erzeugung eines radialen Fluidschleiers zu bilden, so unterstützt der unterste Ablenker 12 das axiale Stromaufwärtslenken des radialen Schleiers, Damit die ringförmigen Spalte 13 und 14 keine Vorzugsdurchgänge für den Fluidschleier darstellen, sind s,ie nach Art eines Labyrinths durch eine konische Verlängerung 31 der Gehäusewand (für den Spalt 14) und

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durch den Flansch 30 (fur den Spalt 13) verdeckt. Unabhängig von der vorgesehenen Ausführungsform können die Radialflügel 28 wie im Teil A der Fig. 13 genau radial angeordnet sein, wie im Teil 8 einen Einfallswinkel zum Radius aufweisen oder wie im Teil C gekrümmt sein. Bei dieser dritten Ausführungsform besitzt die Zentrifuge gleichzeitig Radialflügel 28 mindestens an der letzten Scheibe 4,η unterhalb des Rotors 3 sowie an mindestens einigen Scheiben 4 und, soweit vorhanden, auch an den Ablenkern 12 kleine Schaufeln a; b oder c. Die Kombination . von Radialflugeln 28 und kleinen Schaufeln a; b; c hat die Wirkung eines Schrauben-Zentrifugalgabläses, bei welchem die Spalte 13 und/oder 14 nur von einem beweglichen Fluid- / schleier durchströmt werden können, der die dichteste Phase stromaufwärts transportiert.

Claims (3)

1. 8 4 59 O ¹²·⁵·¹⁹⁸³

   ΛΡ B OI D/248 459/0 - 12 - 62 088/25/37

   Erfindungsanspruch

   — -ä —c , , _χ

   1_# Zentrifuge zur Trennung von Geniischen mit mindestens einer Gasphase^ bestehend aus einem festen Gehäuse, einem Behandlungsrotor mit durchlöcherten, winklig gegeneinander versetzten Scheiben,, einem darüberliegenden drehenden Verteiler, einem darunterliegenden Gebläse mit eventueller Zwischenschaltung eines drehenden Gleichrichters und einem ringförmigen Spalt zwischen den Scheiben und dem festen Teil des Gehäuses zur Ermöglichung der Rotation der drehenden Teile, bei welcher das zu behandelnde Gemisch laminar durch die Locher der Scheiben in spiralförmigen bewegten Strahlen fließt, die von spiralförmigen unbewegten Streifen getrennt sind, wobei die zu trennende nichtgasförmige Phase zwischen den Scheiben bis in den festen Teil des Gehäuses befördert, gesammelt und stromaufwärts weitergeleitet wird, gekennzeichnet dadurch, daß Mittel, nämlich kleine Schaufeln (a; b; c; d) und/oder Radialflügel (28) zur zumindest teilvveisen Verhinderung der Stromabwärtsyerluste durch den ringförmigen Spalt (13; 14) vorgesehen sind,, wobei die kleinen Schaufeln (a; b; c; d) so an der Peripherie von mindestens einem der durch die Scheiben (4) und den festen Teil des Gehäuses (1) gebildeten Elementen angeordnet sind, daß ein im ringförmigen Spalt (13; 14) im Gegenstrom stromaufwärts fließender, das Gemisch vollständig behandelnder, die abgetrennte dichteste Phase entlang der Gehäusevvand stromaufwärts schiebender axialer Fluidschleier erzeugbar ist.

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2. 2. Zentrifuge nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der feste Teil des Gehäuses (1) aus dessen Wand besteht und sich die kleinen Schaufeln (d) an der Peripherie eines ringförmigen Bereiches (15) der Scheiben (4), der über eine ausreichende Breite ohne Löcher (S) ist, befinden und so gerichtet sind,, daß sie den Fluidschleier stromaufwärts lenken,
3. 3. Zentrifuge nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der feste Teil des Gehäuses (1) aus einer Säule (11) kegelstumpf artiger Ablenker (12) besteht , deren Innenkante den Scheiben (4) genau gegenüberliegt, und sich die kleinen Schaufeln (a) am Rand dieser Scheiben (4) be-finden. .

   4· Zentrifuge nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch; daß der feste Teil des Gehäuses (1) aus einer Säule (11) kegelstumpf artiger Ablenker (12) besteht, deren Innenkante den Scheiben (4) genau gegenüberliegt, und sich die kleinen Schaufeln (b) an dieser Kante der Ablenker (12) befinden.

   5· Zentrifuge nach Punkt 4, gekennzeichnet dadurch» daß jeder kegelstumpfartige Ablenker (1.2) mit einem flachen ringförmigen, die Scheiben (4) verlängernden Flansch (17) fest verbunden ist, an dem sich die kleinen Schaufeln (c) befinden.

   6, Zentrifuge nach einem der Punkte 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß die Mittel zur zumindest teilweisen Verhinderung der Stromabv/ärtsverluste aus radialen odor in

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   einem Einfallswinkel zum Radius angeordneten geraden' oder gekrümmten Radialflügeln (28) bestehen, die zur Erzeugung eines radialen zur Wand des Gehäuses (1) fließenden Fluidschleiers an der Seite oberhalb des undurchlöcherten peripheren ringförmigen Bereiches wenigstens der letzten Scheibe (4·η) des Rotors (3) überstehen und daß die ringförmigen Spalte (13; 14) über der letzten Scheibe (4,n) durch einen mit der Gehäusewand fest verbundenen, ein Labyrinth zur Umkehrung des radialen Fluidschleiers in einen axialen Fluidschleier bildenden Flansch (30) begrenzt werden*

   Hierzu 3 Seiten Zeichnungen