DE2421237A1 - Pumpe - Google Patents

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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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)

1. B.G. Stjernström 5

   Patentansprüche

   l.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.

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   Pumpe 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.

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   7. 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.

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