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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Kreiselpumpe, die zum Beispiel
mobil sein kann.
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Flüssigkeiten,
die einen hohen Feststoffanteil enthalten, wie z. B. Schlämme, Breie
und faserige und dickflüssige
Flüssigkeiten,
sind besonders schwierig zu pumpen, besonders dann, wenn das zu pumpende
Material schon einige Zeit steht. Im typischen Fall wird derartiges
Material in offenen Sammelteichen gespeichert, und es besteht zunehmender
umweltschutzbedingter Druck zum Leeren und Reinigen dieser Sammelteiche.
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DE-A-2
518 179 beschreibt eine Pumpe, in der ein zylindrisches feststehendes
Element mit kreisförmigen Öffnungen
versehen ist und ein allgemein halbkreisförmiger oder tragflügelförmiger Schneidarm
um die Außenseite
des feststehenden Elements rotiert.
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US-A-4
527 947 beschreibt eine Pumpe mit einem Zentrifugal-Laufrad. Ein
zylindrisches Schutzsieb kann am Boden der Pumpenbaugruppe vorgesehen
sein oder alternativ kann das Sieb entfernt werden und ein rotierender
Zerkleinerer mit sich nach oben erstreckenden Zerkleinerungszähnen eingesetzt
werden.
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EP-A-0
278 388 beschreibt eine Kreiselpumpe, bei der ein zylindrisches
Element mit kreisförmigen Öffnungen
versehen ist und sich relativ zu einem äußeren mit Zähnen versehenen Element dreht.
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US-A-4
877 368 beschreibt eine Wirbelkreiselpumpe, die einen spiralgewindeförmigen und
von einem Wirbelblatt radial auswärts angeordneten Zuführflügel aufweist.
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DE-A-1
813 864 beschreibt eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Anmachen
von Gips, bei dem der Gips mit Wasser aus einer Sprüheinrichtung
besprüht
wird und von einem Rührwerk
in einer Anmachkammer angemacht wird. Der angemachte Gips wird dann
mit einer Zentrifugalpumpe gefördert.
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DE-C-4
438 841 beschreibt eine Pumpe, wie sie im ersten Teil von Anspruch
1 beschrieben wird, mit einer Schneideinrichtung, bei der ein Schneidmesser
relativ zu einem Gegenmesser rotiert, wobei die Messer von Rändern von Öffnungen
gebildet werden.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kreiselpumpe bereitzustellen,
die einen hohen Anteil an Feststoffen enthaltende Flüssigkeiten
fördern
kann.
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Erfindungsgemäß ist eine
Kreiselpumpe vorgesehen, umfassend ein in einem Spiralgehäuse befindliches
Zentrifugal-Laufrad, eine im Bereich eines Einlasses des Spiralgehäuses befindliche
und mit dem Zentrifugal-Laufrad rotierbare Emulgiervorrichtung zum
Emulgieren von zu pumpendem Material und ein neben der Emulgiervorrichtung
positioniertes stehendes Element, wobei die Emulgiervorrichtung eine
Mehrzahl von Emulgierschaufeln umfasst, die sich in der axialen
Richtung des Zentrifugal-Laufrads erstrecken und seitlich von seiner
Achse beabstandet sind, und das stehende Element eine Mehrzahl von
stehenden Schaufeln umfasst, die sich in der axialen Richtung erstrecken
und seitlich von der Achse beabstandet sind, zum Mazerieren des
zu pumpenden Materials in Verbindung mit den Emulgierschaufeln,
wobei die stehenden Schaufeln radial einwärts der Emulgierschaufeln angeordnet
sind, dadurch gekennzeichnet, dass um die Emulgiervorrichtung eine Mehrzahl
von Düsen
zum Einspritzen von Weichmacher bereitgestellt sind.
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Die
Emulgierschaufeln können
auf einer Grundplatte angebracht sein, die an demjenigen Ende der
Schaufeln angeordnet ist, das vom Zentrifugal-Laufrad entfernt ist. Die Schaufeln
können
die Form eines Tragflügels
haben, gebogen sein oder gerade sein und können mit einer relativ scharfen Vorderkante
versehen sein. Die Form der Schaufeln kann von der Art des zu fördernden
Materials abhängen.
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Die
Pumpe kann ein Schneckenelement haben, das mit dem Zentrifugal-Laufrad rotierbar
ist und im Bereich des Einlasses des Spiralgehäuses angeordnet ist. Das Schneckenelement
kann in der Emulgiervorrichtung positioniert sein.
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Das
Zentrifugal-Laufrad kann eine Mehrzahl von Laufradschaufeln aufweisen,
wobei die Schaufeln dimensioniert sind, um kürzer als die axiale Höhe des Spiralgehäuses zu
sein. Die Schaufeln können etwa
die halbe axiale Höhe
des Spiralgehäuses
haben.
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Die
Emulgiervorrichtung kann in einem Schutzkäfig positioniert sein. Der
Schutzkäfig
kann einen Ring mit kreisförmigem
Querschnitt umfassen, der auf derjenigen Seite der Emulgiervorrichtung
positioniert ist, die vom Zentrifugal-Laufrad entfernt ist, und
am Spiralgehäuse
befestigt ist.
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Die
Düsen zum
Einspritzen von Weichmacher können
sich zwischen der Emulgiervorrichtung und dem Schutzkäfig befinden.
Die Düsen
können
in die axiale Richtung gerichtet sein.
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Die
Düsen können an
der Unterseite des Spiralgehäuses
befestigt sein. Die stehenden Schaufeln können radial innerhalb der Schaufeln
der Emulgiervorrichtung positioniert sein. Das radial äußere Ende jeder
stehenden Schaufel kann zum Zusammenwirken mit den Schaufeln der
Emulgiervorrichtung relativ scharf sein. Die stehenden Schaufeln
können
am Spiralgehäuse
befestigt sein. Die stehenden Schaufeln können die Form eines Tragflügels haben
oder gebogen oder gerade sein. Die Form der Schaufeln kann von der
Art des zu fördernden
Materials abhängen.
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Zum
besseren Verständnis
der vorliegenden Erfindung und zur deutlicheren Veranschaulichung, wie
sie ausgeführt
werden kann, wird jetzt beispielhaft auf die Begleitzeichnungen
Bezug genommen. Dabei zeigt:
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1 einen
Längsschnitt
einer Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Kreiselpumpe;
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2 eine
Draufsicht entlang der in 1 gezeigten
Linie B-B;
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3 eine
Draufsicht entlang der in 1 gezeigten
Linie C-C;
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4 einen
Aufriss einer Rotationswelle und eines Lagergehäuses, die Teil der erfindungsgemäßen Kreiselpumpe
bilden;
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5 einen
senkrechten Querschnitt einer weiteren Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Kreiselpumpe;
und
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6 eine
Draufsicht entlang der in 5 gezeigten
Linie D-D.
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Die 1 bis 4 zeigen
eine erfindungsgemäße mobile
Tauchkreiselpumpe, wobei die Pumpe eine längliche aufrechte Drehwelle 1 umfasst,
die an ihrem oberen Ende in einem abgedichteten geschmierten Lagergehäuse 3 sitzt.
Das Lagergehäuse 3 ist
an einer Abdeckung 5 eines Spiralgehäuses 7 einer Kreiselpumpe 9,
die ein Zentrifugal-Laufrad 11 hat, montiert. Das Zentrifugal-Laufrad 11 ist
beispielsweise mittels eines Keils 13 mit der Drehwelle 1 drehbar.
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Der
untere Bereich der Welle 1 ist beispielweise mittels eines
Keils 15 an einer Emulgiervorrichtung 17 befestigt,
sodass die Emulgiervorrichtung mit der Welle 1 gedreht
werden kann.
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Das
Laufrad 11 und die Emulgiervorrichtung 17 werden
von einer Mutter 19, die auf ein an dem unteren Ende der
Drehwelle 1 bereitgestelltes Gewinde 21 aufgeschraubt
ist, an der Welle 1 gehalten. Das obere Ende der Drehwelle
ist mit einer Kupplung 23 zum Verbinden der Welle 1 mit
einer Rotationsantriebseinrichtung (in den 1 bis 4 nicht
abgebildet) versehen.
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Das
Lagergehäuse 3,
wobei besonders auf 4 Bezug genommen wird, enthält zwei
Lager 25 und 27, die von einer Abstandshülse 29 in
einem vorbestimmten Abstand zueinander positioniert sind. Das obere
Ende des Lagergehäuses
ist mit einem oberen Lagerdichtungsgehäuse 31 zum Festhalten einer
Lippenwellendichtung 33 versehen.
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Eine
Gegenmutter 35 und eine Sicherungsscheibe 37 sind
an einem Gewindeteil 39 in dem Bereich des oberen Endes
der Welle 1 bereitgestellt. Drehen der Gegenmutter 35 stellt
die Vorspannung der Lager 25 und 27 ein.
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Zwischen
der Welle 1 und der Abstandshülse 26 ist eine allgemein
zylindrische Kammer 41 gebildet und enthält Kühlmittel
für die
Lager 25 und 27 und die Dichtung 33.
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Der
untere Bereich des Lagergehäuses 3 ist mit
einer mechanischen Wellendichtung 43 für hohe Beanspruchung versehen,
die von einer Haltekappe 45, die am unteren Ende des Lagergehäuses 3 befestigt
ist, eingespannt und in ihrer Lage gehalten wird.
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Der
untere Abschnitt der Pumpe ist in den 1 und 2 dargestellt
und umfasst die Emulgiervorrichtung 17, die im Bereich
eines Einlasses des Spiralgehäuses
bereitgestellt ist und die Form eines an der allgemein kegelstumpfförmigen Elements 47 hat,
das an der Welle 1 befestigt ist, wobei der Teil des Elements 47 mit
kleinerer Querschnittfläche
zuoberst ist, und eine ringförmige
Grundplatte 49, die an dem kegelstumpfförmigen Element 47 befestigt
ist, obwohl die Gestalt des Elements 47 nicht kegelstumpfförmig sein
muss. An der Oberseite des peripheren Bereichs der ringförmigen Grundplatte 49 ist eine
Mehrzahl von aufrechten Emulgierschaufeln 51 befestigt,
d. h. die Schaufeln 51 erstrecken sich in der axialen Richtung
der Drehwelle 1. Die genaue Konfiguration der Schaufeln 51 ist
nicht wichtig, in der illustrierten Ausgestaltung haben die Schaufeln
aber eine bogenförmige
Gestalt, wobei die Enden der Schaufeln so geformt sind, dass sie
in Umfangsrichtung verlaufen, sodass die Vorderkante wenigstens
der Schaufeln relativ scharf ist. Alternativ können die Schaufeln 51 gerade
sein, wobei in diesem Fall bevorzugt wird, dass die Schaufeln relativ
zu der Bewegungsrichtung geneigt sein sollten und so konfiguriert sein
sollten, dass wenigstens die äußeren Enden
der Schaufeln allgemein in Umfangsrichtung verlaufen, sodass die
Vorderkante der Schaufeln relativ scharf ist. Die Funktion der Schaufeln 51 wird
im Folgenden noch ausführlicher
beschrieben, der Zweck der Schaufeln ist aber im Wesentlichen, durch
das zu fördernde
Material zu schneiden, um das Material durch Scheren zu verdünnen und
zu emulgieren. Effektiv emulgiertes, pumpfähiges Material sammelt sich
somit in einer Ansammlung radial einwärts der Schaufeln 51.
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Um
das Element 47 herum ist ein Schneckenelement 53 gebildet,
das die Wirkung hat, das emulgierte Material in einer axialen Aufwärtsrichtung gemäß 1 zu
drängen.
Das Vorhandensein des Pumpenelements 53 ist nicht unbedingt
erforderlich, hilft aber beim Zuführen von emulgiertem Material
zur Kreiselpumpe, was im Folgenden noch beschrieben wird.
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Der
obere Abschnitt der Pumpe ist in den 1 und 3 abgebildet
und umfasst das Laufrad 11, das am oberen Ende eines umgekehrten
kegelstumpfförmigen
Elements 55 montiert ist. Das untere Ende des Elements 55 stößt an das
obere Ende des Elements 47 an. Die Kegelstumpfform der
Elemente 47 und 55 kann zwar ein Stromlinienströmen fördern, wir
haben aber festgestellt, dass dies nicht wichtig ist und dass weder
eines der Elemente 47 und 55 noch beide kegelstumpfförmig sein
müssen.
Eine Mehrzahl von Schaufeln 57, sechs nach der Darstellung
in 3, sind an der Unterseite des Laufrads 11 angebracht
und erstrecken sich davon nach unten. Wie in 3 ersichtlich
ist, sind die Schaufeln 57 rückwärts relativ zur Drehrichtung
(im Uhrzeigersinn) des Laufrads gekrümmt. Wir haben festgestellt,
dass es nicht unbedingt erforderlich ist, dass die Schaufeln 57 radial
einwärts
zum Element 55 verlaufen, und dass eine relativ kurze radiale
Ausdehnung ausreicht. Darüber hinaus
haben wir festgestellt, dass es nicht unbedingt erforderlich ist,
dass die Schaufeln 57 sich bis auf die ganze axiale Höhe des Spiralgehäuses 7 erstrecken: tatsächlich können wir
manchmal effizienteres Pumpen erzielen, wenn die Schaufeln sich
nur bis auf die Hälfte
der axialen Höhe
des Spiralgehäuses
erstrecken.
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Ein
Schutzkäfig 61 ist
an der Unterseite des Spiralgehäuses 5 befestigt
und verläuft
um die Emulgiervorrichtung 17 herum und unter ihr. Der
Schutzkäfig 61 umfasst
einen Ring 63 mit kreisförmigem Querschnitt, der unter
(wie in 1 gezeigt) der Emulgiervorrichtung 17 positioniert
und mit einer Mehrzahl von sich axial erstreckenden Elementen 65 an
der Unterseite des Spiralgehäuses 7 befestigt
ist. Der Schutzkäfig
bewirkt, dass verhindert wird, dass die Emulgiervorrichtung 17 direkt
am Boden eines Sammelteiches oder dergleichen in Anlage kommt, während er
die Bewegung des zu den Emulgierschaufeln 51 zu fördernden
Materials nicht bedeutend einschränkt.
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Eine
in Umfangsrichtung um die Schaufeln 51 positionierte Mehrzahl
von Wasserdüsen 67 ist
an der Unterseite des Spiralgehäuses 7 befestigt
und radial zwischen den Emulgierschaufeln 51 und den aufrechten
Elementen 65 des Schutzkäfigs 61 positioniert.
Die Wasserdüsen 67 sind
in der axialen Richtung der Drehwelle 1 gerichtet und auf
einer am Umfang verlaufenden Wasserversorgung montiert, der über ein
Rohr 69 Wasser zugeführt
wird.
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Die
Abdeckung 5 ist mit einer erhabenen Auslassöffnung 59 versehen,
die mit einem Auslassschlauch (in den 1 bis 4 nicht
abgebildet) verbunden werden kann. Die Abdeckung 5 kann auch
mit Mitteln (in den 1 bis 4 nicht
abgebildet) versehen sein, mit denen die Pumpe in einen Sammelteich
oder dergleichen aus zu förderndem Material
hinein gesenkt und daraus heraus gehoben werden kann.
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Das
Oberteil des Lagergehäuses 3 ist
mit einer Einrichtung (nicht gezeigt) zum Anbringen eines kraftbetriebenen
Rotationsantriebs (in den 1 bis 4 nicht
abgebildet), wie z. B. eines hydraulischen Antriebs, zum Antreiben
der Drehwelle 1 versehen.
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Bei
Gebrauch der in den 1 bis 4 gezeigten
Pumpe haben wir festgestellt, dass die Pumpe Materialien, die bis
zu 45 Gewichtsprozent oder mehr trockener Feststoffe enthalten,
je nach der Größe der Pumpe
mit bis zu etwa 185 Kubikmetern pro Stunde fördern kann. Viele einen solch
hohen Feststoffanteil enthaltende Materialien wurden zuvor als nicht
pumpfähig
betrachtet. Darüber
hinaus haben wir festgestellt, dass die hierin beschriebene Pumpe selbstansaugend
ist und von der im zu fördernden Material
eingeschlossenen Luft nicht beeinflusst wird.
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Eine
relative kleine Pumpe kann mit bis zu etwa 1500 Umdrehungen pro
Minute laufen, wobei sie bei dieser Drehzahl bis zu etwa 60 Kubikmeter Material
pro Stunde fördern
kann, je nach der Art des Materials, während eine größere Pumpe
mit bis zu etwa 950 bis 1200 U/min betrieben werden kann, wobei
sie bei diesen Drehzahlen bis etwa 185 Kubikmeter Material pro Stunde
fördern
kann, je nach der Art des Materials.
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Die
Pumpe kann zum Herauspumpen von Material aus Sammelteichen, zum
Räumen
von Material aus Wasserläufen
wie Kanälen,
Flüssen
und Häfen
oder dergleichen verwendet werden oder sie kann in einem Behälter montiert
sein, der Material mit hohem Feststoffanteil enthält, und
zum Umwälzen des
Materials im Behälter
verwendet werden, um das Material in einem flüssigen Zustand zu halten.
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Bei
Verwendung in einem Sammelteich oder einem Wasserlauf wird die Pumpe
in das zu fördernde
Material abgesenkt, z. B. dadurch, dass sie am Ende eines hydraulischen
Arms montiert ist, dass sie an einem Kranausleger aufgehängt ist
oder einfach durch Hinunterschieben der Pumpe auf einer Gleiteinrichtung.
Die Pumpe baggert sich im Effekt eine Bahn in das zu pumpende Material,
da sie beim Rotieren das Material emulgiert und es in ein pumpfähiges Medium
umwandelt.
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Die
Schaufeln 51 üben
beim Drehen Scherkraft auf das Material aus, in dem sich die Pumpe
befindet, wobei die Scherkräfte
dazu neigen, das Material zu emulgieren oder „durch Scheren zu verdünnen" und es zu einer
verflüssigten
pumpfähigen
Form zu reduzieren. Wir haben festgestellt, dass die Positionierung
der Schaufeln 51 in der axialen Richtung der Drehwelle 1 für den effektiven
Betrieb der Pumpe wichtig ist. Der von den Schaufeln 51 bestrichene Oberflächenbereich
des Zylinders ist größer als
die Querschnittfläche
der Auslassöffnung 59 und
dies ermöglicht
es der Pumpe, eine bedeutende Ansammlung von verflüssigtem
Material innerhalb des von den Schaufeln 51 bestrichenen
Zylinders anzusammeln. Das verflüssigte
Material wird dann von den Laufradschaufeln 57 in die Spiralkammer
gesaugt und aus der Pumpe gefördert.
Wir haben festgestellt, dass es nicht notwendig ist, eine große Anzahl
von Laufradschaufeln bereitzustellen, und dass es nicht notwendig
ist, dass sich die Laufradschaufeln auf die ganze Höhe der Spiralkammer
erstrecken: es kann sogar sein, dass die verringerte Höhe der Laufradschaufeln
zu weiterem Verdünnen
des Materials durch Scheren führt,
was zulässt,
dass das verflüssigte
Material eine bedeutende Entfernung von der Pumpe weit gefördert werden
kann. Das Schneckenelement, wenn vorgesehen, hilft beim Drängen des verflüssigten Materials
in Richtung auf die Spiralkammer und kann außerdem weiteres Verdünnen des Materials
durch Scheren fördern.
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Die
Verwendung eines Rings von Weichmacherdüsen 67, z. B. Wasser,
um die Emulgierschaufeln 51 verbessert die Fähigkeit
der Pumpe zur Verflüssigung
von Materialien mit hohem Feststoffanteil weiter. Es ist nicht notwendig,
dass der Weichmacher unter hohem Druck stehen muss, wir haben aber festgestellt,
dass zum Beispiel durch Bereitstellen von ausreichend Weichmacher
zum Verringern des Feststoffanteils von 44 Gewichtsprozent trockener Feststoffe
auf 33 Gewichtsprozent trockener Feststoffe, d. h. eine Verringerung
des Feststoffanteils um 25 Prozent, der Durchfluss durch die Pumpe
um etwa 300 Prozent gesteigert werden kann.
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Die
Pumpe kann selbstverständlich
auch mit anderen Mitteln als einem Diesel-/Hydraulikantrieb betrieben
werden, wie z. B. mit elektrischer Energie/hydraulischer Kraft oder
einem elektrischen Tauchmotor.
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In
Situationen, in denen die Pumpe wahrscheinlich mit Pflanzenmaterial
und anderem Schmutz fertig werden muss, wie er zum Beispiel in Abwasser
oder dergleichen angetroffen werden könnte, können die Emulgierschaufeln 51 in
Verbindung mit einer Mehrzahl von stehenden Schaufeln verwendet
werden, um das Material beim Einströmen in die Pumpe zu mazerieren.
Eine solche Ausgestaltung der Pumpe ist in den 5 und 6 dargestellt.
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Die
in den 5 und 6 dargestellte Pumpe ist im
Wesentlichen die gleiche wie die in den 1 bis 4 gezeigte
und die gleichen oder ähnliche
Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die in den 5 und 6 gezeigte
Pumpe weist aber zusätzlich
eine Mehrzahl von stehenden Mazerierschaufeln 71 auf, die
an der Unterseite des Spiralgehäuses 7 befestigt
sind und sich in einem Ring, der sich einwärts von den Emulgierschaufeln 51 befindet,
nach unten erstrecken, d. h. in der axialen Richtung der Drehwelle 1.
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Die
genaue Konfiguration der Schaufeln 71 ist nicht wichtig,
aber in der illustrierten Ausgestaltung haben die Schaufeln eine
bogenförmige
Gestalt, wobei die Enden der Schaufeln so geformt sind, dass sie
umfangsmäßig verlaufen,
sodass die Vorderkante wenigstens der Schaufeln relativ scharf ist.
Wie in 6 gezeigt, können
die Schaufeln 71 so bogenförmig verlaufen, dass der radial
einwärts
liegende Teil der Schaufel in einer radialen Richtung verläuft. Alternativ
können
die Schaufeln 71 gerade sein, wobei in diesem Fall bevorzugt
wird, dass die Schaufeln relativ zu der Bewegungsrichtung geneigt
sein sollten und so konfiguriert sein sollten, dass wenigstens die äußeren Enden
der Schaufeln allgemein in Umfangsrichtung verlaufen, sodass die
Vorderkante (d. h. die neben den Schaufeln 51 liegende
Kante) der Schaufeln relativ scharf ist.
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Die
Wirkung der stehenden Schaufeln 71 in Verbindung mit den
Schaufeln 51 ist die Mazeration von Pflanzenmaterial, Schmutz
oder dergleichen in dem zu fördernden
Material.