DE2353713A1

DE2353713A1 - Verfahren zum entgasen einer viskosen fluessigkeit mittels einer zentrifuge und zentrifuge zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE2353713A1
Application number: DE19732353713
Authority: DE
Inventors: Hanns Dr Ing Decker; Willy Jakobs
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1973-10-26
Filing date: 1973-10-26
Publication date: 1975-04-30
Also published as: FR2248862A1; IT1021915B; FR2248862B3; GB1482547A; JPS5074259A

Description

Anlage zum Patentgesuch der H 73/36

Klöckner-Humboldt-Deutz Lg/Ro

Aktiengesellschaft

vom 12. Oktober 1973

Verfahren zum Entgasen einer viskosen Flüssigkeit mittels einer Zentrifuge und Zentrifuge zur Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entgasen einer viskosen Flüssigkeit mittels einer Zentrifuge, bei dem die zu entgasende Flüssigkeit auf die Innenwandung eines Rotors in Form eines strömenden Filmes aufgebracht wird und sich in einen blasenarmen und einen blasenreichen Anteil aufteilt, wobei der blasenarme vom blasenreichen Flüssigkeitsanteil vor Verlassen des Rotors abgetrennt wird.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 2 300 231 ist ein Verfahren zum Entlüften von Fetten bekannt, bei dem das zu entlüftende Fett, das eine hochviskose Flüssigkeit darstellt,, unter Druck über einen Ringkanal an einem Ende eines Rotors in den Innenraum eingepresst wird. Hierbei verteilt sich das Fett in Form eines dünnen Filmes auf der Innenwandung des schnell umlaufenden Rotors und fließt aufgrund der kontinuierlichen weiteren Fettzufuhr in Richtung auf das andere Ende des Rotors. Im Bereich des Austragsendes des Rotors ist im

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Rotorinnern eine .feststehende Scheibe angeordnet, die so bemessen, ist, daß zwischen der Rotorinnenwandung und dem Außenrand der Scheibe nur ein schmaler Spalt in der Größenordnung des Flüssigkeitsfilmes verbleibt. Die feststehende Scheibe ist ferner mit mehreren radial nach innen führenden Kanälen versehen, die in einen zentralen, axial verlaufenden Sammelkanal münden. Nach weitgehender Zerstörung der in dem Fett enthaltenen Luftblasen infolge der hohen Zentrifugalkräfte soll nun das entlüftete Fett unter dem Einfluß der nachströmenden Fettmengen durch die radialen Kanäle der feststehenden Scheibe in den Sammelkanal übertreten und von dort abgezogen werden können. Ein wesentlicher Nachteil dieses Verfahrens und der hierzu erforderlichen Vorrichtung besteht darin, daß das zu entgasende Produkt an der Ubertrittsstelle zwischen dem mit hoher Drehzahl rotierenden Rotor und der stillstehenden Scheibe einer starken Scherung unterworfen wird. Dies mag allenfalls für Schmierfette zulässig sein, wird jedoch bei empfindlichen Flüssigkeiten, insbesondere bei hochviskosen Flüssigkeiten nicht mehr durchführbar sein, da dann die Reibung, und damit die Scherung, an der Austrittsstelle innerhalb der Flüssigkeit so groß ist, daß bereits chemische Veränderungen in der Flüssigkeit eintreten können. Ein weiterer Nachteil des bekannten Verfahrens liegt darin, daß keinerlei Einfluß auf den "Trenn-

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schnitt" genommen werden kann, wenn die sich auf der Oberfläche des Flüssigkeitsfilmes ansammelnden Blasen infolge der Zentrifugalkraft nicht zerstört werden, sondern in Form eines Schaumes auf dem praktisch vollständig entgasten Flüssigkeitsanteil unmittelbar an der Rotorwandung schwimmen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, mit dessen Hilfe ein gezielter und gegebenenfalls beeinflußbarer Abzug der Flüssigkeit aus dem Zentrifugenrotor bewerkstelligt werden kann. Dies geschieht gemäß der Erfindung dadurch, daß wenigstens ein Flüssigkeitsanteil, vorzugsweise der blasenarme Flüssigkeitsanteil, durch mindestens eine Pumpe vom Rotorumfang abgezogen wird. Dies hat den Vorteil, daß durch ein vorausbestimmbares Verhältnis der Zulaufmenge zu der von der Pumpe abgezogenen FlUssigkeitsmenge mit Sicherheit nur der blasenarme Flüssigkeitsanteil aus dem Rotor abgezogen wird, wobei gleichzeitig eine erneute Begasung dieses Flüssigkeitsanteiles vermieden wird. Der blasenreiche Anteil kann in üblicher Weise zum Zentrifugenrotor in ein Auslaufgehäuse abgeschleudert werden oder aber auch in einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ebenfalls durch wenigstens eine Pumpe vom Rotorumfang abgezogen und im Kreislauf wieder zum Aufgabeende zurUckgepumpt werden.

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In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, daß die Einstellung des Trennschnittes zwischen dem blasenarmen und dem blasenreichen Flüssigkeitsanteil durch Regulierung der Pumpenleistung erfolgt. Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß während des Betriebes der Trennschnitt verändert werden kann, so daß das Ausbringen an blasenarmer Flüssigkeit optimal eingestellt werden kann.

Die Erfindung betrifft ferner eine Zentrifuge zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem Flüssigkeitszulauf an einem Ende und Flüssigkeitsaustragsvorrichtungen für den getrennten Austrag des blasenarmen und des blasenreichen Flüssigkeitsanteiles am anderen Ende des Zentrifugenrotors und ist dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Pumpe mit dem Zentrifugenrotor verbunden ist, die saugseitig mit dem Innenraum des Rotors in Verbindung steht. Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß neben einer regulierbaren Entnahme des entgasten Flüssigkeitsanteiles aus dem Zentrifugenrotor beim Abzug der Flüssigkeit jede neue Begasung, wie sie beispielsweise durch die Verwirbelung bei feststehenden Schöpfrohren erfolgen würde, vermieden wird.

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In Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß am Austragsende mit dem Rotor auf dessen Außenseite wenigstens
ein den Rotor auf seinem ganzen Umfang umfassender Sammelraum befestigt ist, der mit dem Rotorinnenraum in Verbindung steht und an den die Pumpe saugseitig angeschlossen ist. Durch diesen Sammelraum wird eine gewisse Pufferung für die Abzugsmenge bewirkt und zudem die Einleitung der abzuziehenden Flüssigkeitsmengen in die Pumpe wesentlich vereinfacht, da größere
Durchtrittsquerschnitte für die erforderliche Ansaugöffnungen der Pumpe gewählt werden können, ohne daß hierdurch die Trennung zwischen dem blasenarmen und dem blasenreichen Anteil
innerhalb des Zentrifugenrotors beeinträchtigt wird.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Pumpe als Schnecken- oder Schraubenpumpe ausgebildet ist. Dies bietet insbesondere den Vorteil, daß neben einem
konstruktiv einfachen Aufbau, der einen leichten Zusammenbau und damit gute Reinigungsmöglichkeiten bietet, auch die zu
pumpende Flüssigkeit nur in geringem Umfange einer Scherbeanspruchung unterworfen wird, so daß* auch in dieser Hinsicht
empfindliche Flüssigkeiten entgast werden können.

Die Erfindung wird anhand der schematischen Darstellung eines Ausführungsbeispieles einer erfindungsgemäßen Vorrichtung näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch eine erfindungsgemäße Zentrifuge

Fig. 2 einen Horizontalschnitt gemäß der Linie II-II in Fig. 1.

Fig. 3 einen vertikalen Teilschnitt gemäß der Linie III-III in Fig. 2.

Fig. 4 in einem vertikalen Teilschnitt eine andere Ausführungsform der Verbindung zwischen Sammelraum und Pumpe.

Fig. 5 einen Vertikalschnitt durch eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform der Zentrifuge.

Fig. 6 einen Schnitt gemäß der Linie VI-VI in Fig.

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Gemäß Fig. 1 ist in einem feststehenden Gehäuse 1 ein Zentrifugenrotor 2 über hohl ausgebildete Wellenzapfen 3 und 4 drehbar gelagert. Hierbei steht der Wellenzapfen 3 mit einer Zufuhreinrichtung 5 für die zu entgasende Flüssigkeit und der Wellenzapfen 4. mit einer Abzugseinrichtung 6 für die entgaste Flüssigkeit in Verbindung. Der Zentrifugenrotor ist vorzugsweise vom Aufgabeende her leicht konisch erweitert und weist im Bereich des Austragsende eine sprunghafte Erweiterung 7 auf.

An seinem Austragsende ist am Zentrifugenrotor ein in axialer Richtung verstellbares, ringförmiges Ableitblech 9 koaxial befestigt. Das Ableitblech 9 ist hierbei so ausgebildet, daß es die Erweiterung 7 des ZentFifugenrotors abdeckt und so einen ringförmigen Sammelraum 7^f bildet, der über den zwischen dem Ableitblech 9 und der Kante der Erweiterung 7 verbleibenden Ringspalt 9' in Verbindung steht.

Wie Fig. 2 zeigt, sind auf der Austragsseite des Zentrifugenrotors in einem kreuzförmig ausgebildeten und am Zentrifugenrotor befestigten Gehäuse 8 in symmetrischer Anordnung vier vorzugsweise als Schraubenpumpen ausgebildete Pumpen 10 angeordnet, die über in axialer Richtung verlaufende Durchtritts-

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kanäle 11 mit dem ringförmigen Sammelraum 7' in Verbindung stehen. Die in radialer Richtung nach außen fördernden Pumpen münden in je einen radial nach innen verlaufenden Rückführkanal 12, die in den hohlen Wellenzapfen 4 einmünden.

Der Antrieb der Schraubenpumpen erfolgt über radial nach innen geführte Wellen 13» die über einen Kegelradtrieb 14, 15, von einer zentral im Zentrifugenrotor angeordnete Antriebswelle angetrieben werden. Die zentrale Antriebswelle 16 ist hierbei in einem fest mit dem Zentrifugenrotor verbundenen Schutzrohr 17 gelagert und steht an ihrem durch den Wellenzapfen geführten Ende mit einer schematisch angedeuteten Antriebseinrichtung 18 in Verbindung, die hinsichtlich der Drehzahl zweckmäßigerweise regelbar ist. Bei dieser vorteilhaften, er findungsgemlßen Anordnung kann eine Mehrzahl von Pumpen über eine Antriebseinrichtung angetrieben werden.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich* ist das Gehäuse 8 mit den daran angeschlossenen Rückführkanilen 12 in Bezug auf das offene Ende des Zentrifugenrotors so ausgebildet, daß auch im Bereich des Gehäuses 8 ein Auetrittsspalt verbleibt.

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Die Zentrifuge arbeitet nun folgendermaßen: Die zu entgasende Flüssigkeit, beispielsweise Silikonöl wird über die Aufgabevorrichtung 5 durch den hohlen Wellenzapfen 3 in den Zentrifugenrotor eingebracht. Hier breitet sich die Flüssigkeit in Form eines dünnen Filmes auf der Wandung des Zentrifugenrotors aus und fließt in Richtung auf das Austragsende. Die in der Flüssigkeit eingeschlossenen feinen und feinsten Gasbläschen werden unter dem Einfluß der Zentrifugalbeschleunigung, beispielsweise in der Größe von etwa 5 g, von der Flüssigkeit in der Weise getrennt, daß sich, in Wandnähe ein blasenarmer Flüssigkeitsanteil und darauf schwimmend ein blasenreicher Flüssigkeitsanteil bildet.

Nach Abschluß der Anlaufphase tritt nun entsprechend der Einstellung des Durchtrittsspaltes 9¹ einerseits und der über die Antriebseinrichtung 18 eingestellten Förderleistung der Pumpen 10 nur der blasenarme Flüssigkeitsanteil in den Sammelraum 7' ein, während der blasenreiche Anteil über die nach außen gekrümmte Fläche des Ableitbleches 9 nach außen in das das Austragsende umfassende Austragsgehäuse 19 ausgeschleudert wird. "·.·■"

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Durch die vier Schraubenpumpen wird nun der blasenarme Flüssigkeitsanteil in den Rückführkanal 12 eingedrückt und durch den hohlen Wellenzapfen 4 in die Austragsvorrichtung 6 gepresst, von wo er in beliebiger Weise abgeführt werden kann. Durch eine Veränderung der Drehzahl des Antriebsmotors 18 kann nun während des Betriebes die Förderleistung der Pumpen beeinflußt werden und so der ^wTrennschnittⁿ zwischen dem blasenarmen und blasenreichen Flüssigkeitsanteil entsprechend den Anforderungen an den entgasten Flüssigkeitsanteil genau eingestellt werden.

In Fig. 4 ist eine weitere erfindungsgemäße Ausgestaltung des Abzuges des blasenarmen Anteiles aus dem Sammelraum 7* dargestellt. Hierbei ist jeweils an einen Durchtrittskanal 11 ein sich nach zwei Seiten in den Sammelraum 7¹ in Umfangsrichtung erstreckendes Zuleitungsrohr 33 angeschlossen, das mit Durchtrittsöffnungen 34 versehen ist. Dieses Zuleitungsrohr kann ringförmig den ganzen Sammelraum durchlaufen und jeweils Anschlüsse tntsprechend der Zahl der Durchtrittskanäle bzw. Pum pen aufweisen. Der Begriff "Ende des Zuleitungsrohres" bezieht sich in diesem Falle auf jeweils den Punkt, der von je zwei benachbarten Durchtrittskanälen den gleichen Abstand aufweist. Der Querschnitt des Zuleitangerohres vergrößert sich erfin-

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dungsgemäß jeweils von den Enden her bis an die Einführung im Bereich des Durchtrittskanales 11, um über den gesamten Rotorumfang durch den Spalt 9' einen gleichmäßigen Flüssigkeitsabzug durch die Pumpen zu erzielen.

Die Vergleichmäßigung des Flüssigkeitsabzuges läßt sich vorteilhaft auch dadurch erzielen, daß die Querschnitte der Durchtrittsöffnungen 20 sich jeweils von den Enden der Zuleitungsrohre 32 her in Richtung auf die Pumpe verringern.

Bei hochviskosen Flüssigkeiten ist es abweichend von dem beschriebenen Ausführungsbeispiel vorteilhaft, wenn an das Ableitblech 9 sich ein zweiter ringförmiger Samaelrexaa anschließt, der seinerseits mit einer entsprechenden Anzahl von Pumpen in Verbindung steht. Auf diese Weise ist es möglich, auch viskose Flüssigkeiten, die fast nicht mehr tropffähig sind, ia Hinblick auf ihren blasenreichen Anteil aus der Zentrifuge abzuziehen. Hierbei kann der Abzug des blasenreichen Flüssigkeitsanteiles über einen entsprechend ausgebildeten Wellenzapfen 4 erfolgen, der aus zwei koaxial ineinander gesteckten Rohren besteht, von denen das innere mit den Rückführkanälen verbunden ist und das äußere mit den entsprechenden Rückführkanälen der Pumpen für den blasenreichen Anteil verbun-

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den ist. Die Rückführkanäle für den blasenreichen Anteil können beispielsweise in die Zufuhreinrichtung 5 einmünden oder aber den blasenreichen Anteil einer weiteren, nachgeschalteten Zentrifuge zuführen.

Im übrigen ist der Gegenstand der Erfindung nicht auf die beschriebene stehende Anordnung einer derartigen Zentrifuge beschränkt. In gleicher Weise kann die Zentrifuge auch liegend angeordnet werden. Die beschriebenen Schraubenpumpen stellen eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung dar. Nach dem gleichen Antriebsprinzip können auch Kolben-,Zahnradpumpen etc. eingesetzt werden.

In Fig. 5 ist eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zentrifuge dargestellt. Bei dieser Bauform ist der Zentrifugenrotor 2 von einem Verbindungskanal 20 umgeben, der mit seinem oberen Ende mit dem Sammelraum 7* in Verbindung steht. Das untere Ende des Verbindungskanales ist durch eine mit dem Zentrifugenrotor verbundene Platte 21 abgtschlosstn. Unterhalb der Platte 21 sind beispielsweise vier symmetrisch zueinander angeordnete Pumpen 10 vorgesehen, die von außen nach innen fördern. Jeweils über Abzugskanäle 22 steht der Saugraum 23 der Pumpen mit dem Zwischenraum des Ver-

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bindungskanales 20 in Verbindung. Der Druckraum 24 steht über einen Durchtrittskanal 25 mit einem Sammelraum 26 in Verbindung, der unterhalb der Platte 21 vorgesehen ist und aus dem über ein axial angeordnetes Abzugsrohr 27 der blasenarme Flüssigkeitsanteil zentral abgezogen werden kann.

Der über das Ableitblech 9 abgezogene blasenreiche Anteil wird über radial nach außen geführte Kanäle 28 und Pumpen 29 in ein Mittenrohr 30, das am Boden des Zentrifugenrotors ausmündet, wieder in den Zentrifugenrotor zurückgepumpt. In dieses Mittenrohr 30 mündet von oben eine Aufgabeleitung 31 für die zu entgasende Flüssigkeit. ·

Ein wesentlicher Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, daß im Förderweg, insbesondere für den blasenarmen Flüssigkeit santeil keine Hohlräume vorhanden sind, in denen sich Luft- bzw. Gaspolster bilden können, sondern daß der Abzug aus der Zentrifuge nach der Trennung ohne jeglichen Kontakt mit Luft oder Gas erfolgt. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß sich durch die Anordnung der Pumpen für den blasenarmen Flüssigkeitsanteil am unteren Ende des Rotors ein langer, Transportweg ergibt. Selbst bei der Anordnung von nur zwei Pumpen gleichen sich die Druckunterschiede über den Rotorumfang bis

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hin zu den Durchtrittsöffnungen 32 des Sammelraums 7' aus, so daß ein praktisch gleichmäßiger Abzug der Flüssigkeit aus dem Sammelraum 7' erfolgt. Über den Umfang des Zentrifugenrotors gesehen wird so ein gleichmäßiger Abzug des wandnahen blasen- . armen Flüssigkeitsanteiles durch den Trennspalt 9' bewirkt.

In der Schnittdarstellung gemäß Fig. 6 ist noch einmal verdeutlicht, daß es sich bei dem Verbindungskanal 20 zwischen dem obenliegenden Ringraum 7' und den untenliegenden Pumpen 10 um einen Ringraum handelt, der über eine Vielzahl von Durchtrittsöffnungen 32 mit dem Sammelraum 7^f in Verbindung steht.

Patentansprüche 509816/0205

Claims

Patentansprüche

Λ J Verfahren zum Entgasen einer viskosen Flüssigkeit mittels einer Zentrifuge, bei dem die zu entgasende Flüssigkeit auf die Innenwandung eines Rotors in Form eines strömenden Filmes aufgebracht wird und sich in einen blasenarmen und einen blasenreichen Anteil aufteilt, wobei der blasenarme vom blasenreichen Flüssigkeitsanteil vor Verlassen des Rotors abgetrennt wird, dadurch gekennzeichnet/, daß wenigstens ein Flüssigkeitsanteil, vorzugsweise der blasenarme Flüssigkeitsanteil durch mindestens eine Pumpe vom Rotorumfang abgezogen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung des Trennschnittes zwischen dem blasenarmen und dem blasenreichen Flüssigkeitsanteil durch Regulierung der Pumpenleistung erfolgt.
3. Zentrifuge zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 mit einem Flüssigkeitszulauf an einem Ende und Flüssigkeit saus tr agsvorrichtungen für den getrennten Austrag des blasenarmen und des blasenreichen Flüssigkeitsanteils am anderen Ende des Zentrifugenrotors, dadurch gekennzeichnet, daß.

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wenigstens eine Pumpe (10) mit dem Zentrifugenrotor (2) verbunden ist, die saugseitig mit dem Innenraum des Rotors in Verbindung steht.
4. Zentrifuge nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß am Austragsende mit dem Rotor (2) auf dessen Außenseite wenigstens ein den Rotor auf seinem ganzen Umfang umfassender Sammelraum (7) befestigt ist, der mit dem Rotorinnenraum in Verbindung steht und an den die Pumpe saugseitig angeschlossen ist.
5. Zentrifuge nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß an die Pumpe (10) saugseitig wenigstens ein Zuleitungsrohr (19) angeschlossen ist, das sich in Umfangsrichtung in den Sammelraum (?') erstreckt und das an den mit dem Sammelraum in Verbindung stehenden Teilen mit mehreren Durchtrittsöffnungen (20) versehen ist.
6. Zentrifuge nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Zuleitungsrohres (19) sich bis an die Einführung im Bereich vor der Pumpe (10) vergrößert.
7. Zentrifuge nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnitte der Durchtrittsöfihungen (20) sich

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von dem äußersten Ende des Zuleitungsrohres (19) in Richtung auf die Pumpe (10) hin verringern.
8. Zentrifuge nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sammelraum (7^!) mit einem Verbindungskanal (20) an die Pumpe (10) angeschlossen ist, der aus zwei mit Abstand voneinander und koaxial zum Zentrifugenrotor angeordneten Wandungen gebildet wird.
9. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Sammelraum für den blasenreichen Flüssigkeitsanteil vorgesehen ist, der ebenfalls mit wenigstens einer Pumpe in Verbindung steht.
10. Zentrifuge nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß an die Pumpe druckseitig eine Rückführleitung für den blasenreichen Flüssigkeitsanteil angeschlossen ist, die mit dem Rotorinnenraum in Verbindung steht.
11. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe als Schnecken- oder Schraubenpumpen ausgebildet ist.

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12. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe mit einem drehzahlregelbaren
Antrieb (18) in Verbindung steht.
13. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils mehrere Pumpen (10) mit einem
Antrieb (10) über eine zentral durch den Rotor geführte Antriebswelle (16) verbunden sind.

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