EP2226505A1 - Freistromrad mit Schneidkanten - Google Patents

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EP2226505A1
EP2226505A1 EP10001468A EP10001468A EP2226505A1 EP 2226505 A1 EP2226505 A1 EP 2226505A1 EP 10001468 A EP10001468 A EP 10001468A EP 10001468 A EP10001468 A EP 10001468A EP 2226505 A1 EP2226505 A1 EP 2226505A1
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EP
European Patent Office
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blades
cutting edges
winglets
centrifugal pump
front surfaces
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EP10001468A
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English (en)
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EP2226505B1 (de
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Christoph Jäger
Rolf Witzel
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KSB AG
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KSB AG
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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
    • F04D7/00—Pumps adapted for handling specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts
    • F04D7/02—Pumps adapted for handling specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts of centrifugal type
    • F04D7/04—Pumps adapted for handling specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts of centrifugal type the fluids being viscous or non-homogenous
    • F04D7/045—Pumps adapted for handling specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts of centrifugal type the fluids being viscous or non-homogenous with means for comminuting, mixing stirring or otherwise treating
    • 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
    • F04D29/18—Rotors
    • F04D29/22—Rotors specially for centrifugal pumps
    • F04D29/2238—Special flow patterns
    • F04D29/2244—Free vortex

Definitions

  • the invention relates to a centrifugal pump for conveying a solid admixed medium with a housing in which a free-flow impeller is arranged and a vane-free space is formed between the free-flow impeller and the inlet-side housing wall, wherein the free-flow impeller comprises a support disc, are formed on the blades, have the pressure side side surfaces, suction side side surfaces and front surfaces.
  • the impeller is flowed in radially on the inside.
  • the fluid flows radially outward from the impeller.
  • a radially inward flow is formed.
  • admixtures whose densities correspond approximately to the average density of the pumped liquid, or smaller, can accumulate on the center of the impeller.
  • fibrous or textile admixtures there is a risk that the residence time in the center of the impeller will be so great that accumulations build up. This can become one Clog the pump. Therefore, there are numerous versions of free-flow pumps, which are equipped with shredders.
  • a centrifugal pump is described with a pump impeller upstream crushing device for fibrous or lumpy admixtures in the fluid.
  • the comminution device is formed by a rotating with the pump impeller cutting head and a stationary in the housing of the centrifugal pump cutting ring. Due to the upstream shredding device, however, the space in front of the impeller is reduced and the inflow into the impeller is influenced. This can have a negative effect on the pump characteristic.
  • Object of the present invention is to develop a centrifugal pump for the promotion of liquids with solid admixtures, are avoided in the blockages.
  • An attachment of fibrous components, such as textiles or films should be prevented.
  • the free passage through the pump should not be hindered.
  • the characteristic curve of the pump should not be adversely affected.
  • the blades are provided with cutting edges.
  • the blades provided with cutting edges cut through the solid admixtures, so that deposits can not occur. It is particularly advantageous if all or more blades are provided with cutting edges. In individual cases, however, it is sufficient if only one blade has a cutting edge.
  • cutting edges are formed at the locations where the front surfaces of the blades strike the side surfaces.
  • the impeller is a casting.
  • the contact points where the front surfaces and the side surfaces of the blades meet are not sharp-edged with conventional free-stream pumps. There is no defined line of contact between the front surfaces and the side surfaces but there is an area in which the surfaces merge. The area is not defined sharp-edged but it is a rounded transition.
  • At least one surface of the blades is machined such that cutting edges are formed at the contact points of the surfaces.
  • the surfaces can be processed by grinding or planing.
  • the cutting action and the wear behavior can be improved by a local hardening of the cutting edges.
  • the front surfaces of the blades are machined to form cutting edges.
  • the front surfaces are prepared by grinding or planing so that cutting edges are formed.
  • the side surfaces of the blades are formed by the casting skin.
  • the front surfaces of the blades can only be provided with a chamfer.
  • the front surfaces of the blades are preferably chamfered in the areas where the front surfaces meet the pressure-side side surfaces of the blades.
  • the cutting or tearing effect of the cutting edges is supported by the casting roughness.
  • the hard casting skin counteracts the wear.
  • the surfaces forming the cutting edges are preferably at an angle smaller than 120 ° to each other. It proves to be advantageous if the surfaces which form the cutting edges are at an angle of less than 90 ° to each other.
  • the cutting edges are formed on the contact lines, at which the front surfaces meet the pressure-side side surfaces. This will be a particularly effective Cutting effect of the edges achieved because due to the direction of rotation of the impeller, the admixtures are pressed to the pressure-side side surfaces.
  • the front surfaces of the blades are formed as winglets, which overlap the side surfaces.
  • the winglets are additional surfaces that are usually perpendicular to the blades.
  • the winglets improve the efficiency of the pump.
  • the winglets project beyond the suction-side side surfaces of the blades.
  • the winglets are provided with cutting edges. Impellers with winglets achieve their optimum effectiveness at very small blade angles. This is contrary to the cutting action. In addition, the winglets offer an additional area to which stable cutting edges can be attached.
  • blades are mounted on the winglets.
  • the blades are metal plates provided with cutting edges.
  • the blades are preferably screwed onto the winglets.
  • Another preferred variant of the invention is to provide the winglets with grooves.
  • the grooves are introduced on the inlet side surfaces of the winglets.
  • the grooves create cutting edges on the inlet side surface of the winglets.
  • the cutting edges are formed at the contact lines where the side walls of the grooves meet the surface of the winglets.
  • the flat surface of the winglets can be provided with recesses.
  • the serrated grooves can be either circular or spiral.
  • the grooves preferably have a wedge-shaped cross-sectional profile.
  • a blade extension projects beyond the winglet surface. This blade extension points towards the inlet side housing wall.
  • These blade extensions can be over-turned or ground, so that cutting edges are formed in this way. Through induction hardening, the cutting edges can be additionally strengthened.
  • blades with flat outlet-side blade angles ⁇ are preferably used. It also proves to be beneficial to use impellers with a few blades, with a number of four or fewer blades has been found to be advantageous. Impellers with a shallow blade angle and a few blades are particularly well suited, as fibers slide radially outwards and are thereby comminuted. Free-flow impellers with a steep blade angle and many blades are less well suited, since sliding against the direction of rotation is difficult.
  • a centrifugal pump in whose housing 1 a free-flow impeller 2 is positioned.
  • the free stream wheel 2 is mounted on a shaft 3.
  • the attachment of the freewheel wheel 2 is a hub body 4, in which a screw 5 engages.
  • On the support disk 6 of the freewheel wheel 2 a plurality of blades 7 are arranged. Between the free stream wheel 2 and the inlet-side housing wall 8, a blade-free space 9 is formed.
  • a freewheel wheel 2 with cutting edges 14 is shown.
  • the free stream wheel 2 turns counterclockwise.
  • blades 7 are arranged.
  • Winglets 10 are formed.
  • the winglets 10 project beyond the suction-side side surfaces 11 of the blades 7.
  • the front surfaces 12 of the blades 7 are chamfered to the pressure-side side surface 13.
  • Cutting edges 14 are formed at the contact lines between the front surfaces 12 and the pressure-side side surfaces 13 of the blades 7.
  • Fig. 2b one recognizes an exit-side blade angle ⁇ .
  • the grooves 15 are recesses in the inlet-side surfaces of the winglets 10.
  • the grooves 15 can be introduced into the surfaces of the winglets in the form of notches.
  • the grooves 15 have a wedge-shaped cross-sectional profile.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kreiselpumpe zur Förderung eines mit festen Beimengungen versetzten Mediums. Im Gehäuse (1) der Pumpe ist ein Freistromrad (2) angeordnet. Zwischen dem Freistromrad (2) und der einlassseitigen Gehäusewand (8) wird ein schaufelfreier Raum (9) gebildet. Auf der Tragscheibe (6) des Freistromrades (2) sind Schaufeln (7) angeformt. Die Schaufeln (7) umfassen druckseitige Seitenflächen (13), saugseitige Seitenflächen (11) und Vorderflächen (12). Erfindungsgemäß sind die Schaufeln (7) mit Schneidkanten (14) versehen.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Kreiselpumpe zur Förderung eines mit festen Beimengungen versetzten Mediums mit einem Gehäuse, in dem ein Freistromrad angeordnet ist und zwischen dem Freistromrad und der einlassseitigen Gehäusewand ein schaufelfreier Raum gebildet wird, wobei das Freistromrad eine Tragscheibe umfasst, auf der Schaufeln angeformt sind, die druckseitige Seitenflächen, saugseitige Seitenflächen und Vorderflächen aufweisen.
  • Pumpen mit Freistromrädern weisen einen großen Abstand zwischen den Laufrad-Schaufeln und der einlassseitigen Gehäusewand auf, wodurch ein freier Raum gebildet wird. Dadurch wird die Mitförderung von festen Beimengungen ermöglicht, selbst dann, wenn die Beimengungen große Abmessungen haben.
  • Das Laufrad wird radial innen angeströmt. Das Fluid strömt vom Laufrad radial nach außen ab. Im Raum zwischen Laufrad und einlassseitiger Gehäusewand bildet sich eine radial nach innen gerichtete Strömung. Dadurch können sich Beimengungen, deren Dichten in etwa der durchschnittlichen Dichte der Förderflüssigkeit entsprechen, oder kleiner ist, auf der Laufradmitte anlagern. Handelt es sich dabei um faserige oder textile Beimengungen, besteht die Gefahr, dass die Verweildauer im Bereich der Laufradmitte so groß wird, dass sich Anlagerungen aufbauen. Dies kann zu einem Verstopfen der Pumpe führen. Daher gibt es zahlreiche Ausführungen von Freistrompumpen, die mit Zerkleinerungseinrichtungen ausgestattet sind.
  • In der DE 103 05 726 A1 wird eine Kreiselpumpe mit einer dem Pumpenlaufrad vorgeschalteten Zerkleinerungseinrichtung für faserige oder stückige Beimengungen in der Förderflüssigkeit beschrieben. Die Zerkleinerungseinrichtung wird durch einen mit dem Pumpenlaufrad umlaufenden Schneidkopf und einem im Gehäuse der Kreiselpumpe feststehend angeordneten Schneidring gebildet. Durch die vorgeschaltete Zerkleinerungseinrichtung wird jedoch der Raum vor dem Laufrad verkleinert und die Zuströmung in das Laufrad beeinflusst. Dies kann sich negativ auf die Pumpenkennlinie auswirken.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kreiselpumpe zur Förderung von Flüssigkeiten mit festen Beimengungen zu entwickeln, bei der Verstopfungen vermieden werden. Ein Anhängen von faserigen Bestandteilen, wie beispielsweise Textilien oder Folien, soll verhindert werden. Dabei soll der freie Durchgang durch die Pumpe nicht behindert werden. Weiterhin soll die Kennliniencharakteristik der Pumpe nicht negativ beeinflusst werden.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Schaufeln mit Schneidkanten versehen sind. Die mit Schneidkanten versehenen Schaufeln durchtrennen die festen Beimengungen, so dass es nicht zu Anlagerungen kommen kann. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn alle oder mehrere Schaufeln mit Schneidkanten versehen sind. Im Einzelfall reicht es jedoch auch aus, wenn nur eine Schaufel eine Schneidkante aufweist.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden Schneidkanten an den Stellen gebildet, an denen die Vorderflächen der Schaufeln auf die Seitenflächen treffen.
  • Üblicherweise handelt es sich bei dem Laufrad um ein Gussteil. Die Berührungsstellen an denen die Vorderflächen und die Seitenflächen der Schaufeln aufeinander treffen sind bei herkömmlichen Freistrompumpen nicht scharfkantig. Es gibt keine definierte Berührungslinie zwischen den Vorderflächen und den Seitenflächen sondern einen Bereich, in dem die Flächen ineinander übergehen. Der Bereich ist dabei nicht scharfkantig abgegrenzt sondern es handelt sich um einen abgerundeten Übergang.
  • Im Gegensatz zu herkömmlichen Schaufeln wird erfindungsgemäß zumindest eine Fläche der Schaufeln so bearbeitet, dass Schneidkanten an den Berührungsstellen der Flächen gebildet werden. Zur Bildung von Schneidkanten können die Flächen durch Anschleifen oder planes Andrehen bearbeitet werden. Zusätzlich können die Schneidwirkung und das Verschleißverhalten durch eine örtliche Härtung der Schneidkanten verbessert werden.
  • In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung werden zur Bildung von Schneidkanten die Vorderflächen der Schaufeln bearbeitet. Die Vorderflächen werden durch Anschleifen oder planes Andrehen so präpariert, dass Schneidkanten entstehen. Die Seitenflächen der Schaufeln werden von der Gusshaut gebildet.
  • Um nicht die gesamte Planfläche bearbeiten zu müssen, können die Vorderflächen der Schaufeln lediglich mit einer Fase versehen werden. Die Vorderflächen der Schaufeln werden dabei vorzugsweise in den Bereichen angefast, wo die Vorderflächen auf die druckseitigen Seitenflächen der Schaufeln treffen. Die Schneid- oder Reißwirkung der Schneidkanten wird durch die Gussrauhigkeit unterstützt. Zusätzlich wirkt die harte Gusshaut dem Verschleiß entgegen.
  • Die Flächen, welche die Schneidkanten bilden, stehen vorzugsweise in einem Winkel kleiner als 120 ° zueinander. Dabei erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Flächen, welche die Schneidkanten bilden, in einem Winkel von weniger als 90 ° zueinander stehen.
  • In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung werden die Schneidkanten an den Berührungslinien gebildet, an denen die Vorderflächen auf die druckseitigen Seitenflächen treffen. Dadurch wird eine besonders wirkungsvolle Schneidwirkung der Kanten erzielt, da aufgrund der Drehrichtung des Laufrades die Beimengungen an die druckseitigen Seitenflächen gepresst werden.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Vorderflächen der Schaufeln als Winglets ausgebildet, welche die Seitenflächen überlappen. Bei den Winglets handelt es sich um Zusatzflächen, die meist senkrecht auf den Schaufeln stehen. Durch die Winglets wird der Wirkungsgrad der Pumpe verbessert. Vorzugsweise überragen die Winglets die saugseitigen Seitenflächen der Schaufeln.
  • Als besonders günstig erweist es sich, wenn die Winglets mit Schneidkanten versehen sind. Laufräder mit Winglets erreichen ihre optimale Wirksamkeit bei sehr kleinen Schaufelwinkeln. Dies kommt der Schneidwirkung entgegen. Zudem bieten die Winglets eine zusätzliche Fläche, an denen sich stabile Schneidkanten anbringen lassen.
  • In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung werden Klingen auf den Winglets befestigt. Bei den Klingen handelt es sich um Metallplättchen, die mit Schneidkanten versehen sind. Die Klingen werden vorzugsweise auf die Winglets aufgeschraubt.
  • Eine weitere bevorzugte Variante der Erfindung besteht darin, die Winglets mit Rillen zu versehen. Die Rillen werden auf den einlassseitigen Oberflächen der Winglets eingebracht. Durch die Rillen werden auf der einlassseitigen Oberfläche der Winglets Schneidkanten erzeugt. Die Schneidkanten entstehen an den Berührungslinien, an denen die Seitenwände der Rillen auf die Oberfläche der Winglets treffen. Zur Bildung von Rillen kann die Planfläche der Winglets mit Eindrehungen versehen werden. Die kerbenförmigen Eindrehungen können entweder kreisförmig oder spiralförmig verlaufen. Die Rillen haben vorzugsweise ein keilförmiges Querschnittsprofil.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ragt eine Schaufelverlängerung über die Wingletfläche hinaus. Diese Schaufelverlängerung weist Richtung einlassseitiger Gehäusewand. Diese Schaufelverlängerungen können überdreht oder überschliffen werden, so dass auf diese Weise Schneidkanten gebildet werden. Durch Induktionshärten können die Schneidkanten zusätzlich gefestigt werden.
  • Vorzugsweise werden bei der erfindungsgemäßen Kreiselpumpe Schaufeln mit flachen austrittsseitigen Schaufelwinkeln β eingesetzt. Auch erweist es sich als günstig, Laufräder mit wenigen Schaufeln einzusetzen, wobei sich eine Anzahl von vier oder weniger Schaufeln als vorteilhaft erwiesen hat. Laufräder mit einem flachen Schaufelwinkel und wenigen Schaufeln eignen sich besonders gut, da Fasern radial nach außen abgleiten und dabei zerkleinert werden. Freistromräder mit einem steilen Schaufelwinkel und vielen Schaufeln sind weniger gut geeignet, da ein Abgleiten entgegen der Drehrichtung erschwert wird.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen, anhand von Zeichnungen und aus den Zeichnungen selbst. Dabei zeigt
    • Fig. 1
    einen Schnitt durch eine Freistrompumpe,
    Fig. 2
    ein Freistromrad mit Winglets und angefaster Vorderfläche, a.) als Schnitt, b.) als Draufsicht, c.) in perspektivischer Darstellung,
    Fig. 3
    ein Freistromrad mit Winglets und einem kreisförmigen Rillenverlauf, a.) als Schnitt, b.) als Draufsicht, c.) in perspektivischer Darstellung,
    Fig. 4
    ein Freistromrad mit Winglets und einem spiralförmigen Rillenverlauf, a.) als Schnitt, b.) als Draufsicht, c.) in perspektivischer Darstellung.
  • In Fig. 1 ist eine Kreiselpumpe dargestellt, in deren Gehäuse 1 ein Freistromrad 2 positioniert ist. Das Freistromrad 2 ist auf einer Welle 3 befestigt. Der Befestigung des Freistromrades 2 dient ein Nabenkörper 4, in den eine Schraube 5 eingreift. Auf der Tragscheibe 6 des Freistromrades 2 sind mehrere Schaufeln 7 angeordnet. Zwischen dem Freistromrad 2 und der einlassseitigen Gehäusewand 8 wird ein schaufelfreier Raum 9 gebildet.
  • In Fig. 2 ist ein Freistromrad 2 mit Schneidkanten 14 dargestellt. Das Freistromrad 2 dreht sich gegen den Uhrzeigersinn. Auf der Tragscheibe 6 sind Schaufeln 7 angeordnet. An dem einlassseitigen Ende der Schaufeln 7 sind Winglets 10 angeformt. Die Winglets 10 überragen die saugseitigen Seitenflächen 11 der Schaufeln 7. Die Vorderflächen 12 der Schaufeln 7 sind zur druckseitigen Seitenfläche 13 hin angefast. An den Berührungslinien zwischen den Vorderflächen 12 und den druckseitigen Seitenflächen 13 der Schaufeln 7 werden Schneidkanten 14 gebildet. In Fig. 2b erkennt man einen austrittsseitigen Schaufelwinkel β.
  • In den Fig. 3 und 4 sind auf den Winglets 10 Rillen 15 aufgebracht. Bei den Rillen 15 handelt es sich um Aussparungen, in den einlassseitigen Oberflächen der Winglets 10. Die Rillen 15 können in Form von kerbenförmigen Eindrehungen in die Oberflächen der Winglets eingebracht werden. Vorzugsweise haben die Rillen 15 ein keilförmiges Querschnittsprofil. Durch das Einbringen der Rillen 15 in die Winglets 10 werden Schneidkanten 14 auf der einlassseitigen Oberfläche der Winglets 10 gebildet. Die Schneidkanten 14 entstehen an den Berührungslinien zwischen den Seitenwänden 16 der Rillen 15 und der einlassseitigen Oberfläche der Winglets 10. In Fig. 3 haben die Rillen 15 einen kreisförmigen Verlauf. In Fig. 4 haben die Rillen einen spiralförmigen Verlauf.

Claims (9)

  1. Kreiselpumpe zur Förderung eines mit festen Beimengungen versetzten Mediums mit einem Gehäuse (1), in dem ein Freistromrad (2) angeordnet ist und zwischen dem Freistromrad (2) und der einlassseitigen Gehäusewand (8) ein schaufelfreier Raum (9) gebildet wird, wobei das Freistromrad (2) eine Tragscheibe (6) umfasst auf der Schaufeln (7) angeformt sind, die druckseitige Seitenflächen (13), saugseitige Seitenflächen (11) und Vorderflächen (12) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufeln (7) mit Schneidkanten (14) versehen sind.
  2. Kreiselpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidkanten (14) an den Berührungslinien gebildet werden, wo die Vorderflächen (12) und die druckseitigen Seitenflächen (13) aufeinander treffen.
  3. Kreiselpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidkanten (14) durch Überschleifen der Vorderflächen (12) gebildet werden.
  4. Kreiselpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidkanten (14) durch Überdrehen der Vorderflächen (12) gebildet werden.
  5. Kreiselpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidkanten (14) durch Anfasen der Vorderflächen (12) der Schaufeln (7) gebildet werden, wobei die Vorderflächen (12) in dem Bereich angefast werden, wo die Vorderflächen (12) auf die druckseitigen Seitenflächen (13) treffen.
  6. Kreiselpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächen (12,13), welche die Schneidkanten (14) bilden, in einem Winkel von kleiner als 120 °, vorzugsweise kleiner als 90 °, zueinander stehen.
  7. Kreiselpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorderflächen (12) der Schaufeln (7) als Winglets (10) ausgebildet sind, welche die saugseitigen Seitenflächen (11) der Schaufeln (7) überragen.
  8. Kreiselpumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Winglets (10) Klingen mit Schneidkanten (14) befestigt sind.
  9. Kreiselpumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Winglets (10) mit Rillen (15) versehen sind und durch die Rillen (15) auf der einlassseitigen Oberfläche der Winglets (10) Schneidkanten (14) gebildet werden.
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