DD154527A5

DD154527A5 - Zentrifugalseparator

Info

Publication number: DD154527A5
Application number: DD80220437A
Authority: DD
Inventors: Rodney T Beazley; Mervyn T Haggett
Original assignee: Glacier Metal Co Ltd
Priority date: 1979-04-12
Filing date: 1980-04-14
Publication date: 1982-03-31
Also published as: US4288030A; JPS6241071B2; JPS56500485A; EP0035498B1; EP0035498A1; ATE9279T1; WO1980002119A1; DE3069128D1; BR8008837A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Zentrifugalseparator zum Extrahieren fester Stoffe aus Fluessigkeiten oder zumAbscheiden von schwereren aus leichteren Fluessigkeiteiten.Ihr Ziel besteht in der Entwicklung eines wartungsfreien, nur wenige Teile aufweisenden, in seiner Herstellung billigen Zentrifugalseparators. Es ist die Aufgabe der Erfindung, die bekannten Zentrifugalseparatoren so zu verbessern, dass sie bei einfachster Bauweise, hohem Reinigungseffekt, grosser Durchlaufmenge und kleinsten Abmessungen unkompliziert in das jeweilige System einfuegbar sind. Zu diesem Zweck weist der Zentrifugalseparator einen als Kammer ausgebildeten Aussenbehaelter auf, in der eine hohle Rotortrommel drehbar auf Traegerelemente angeordnet ist, und dass der Eintritt der Fluessigkeit in die Rotortrommel durch eines der Traegerelemente und der Austritt aus der Rotortrommel ueber Reaktionsduesen erfolgt und anschliessend die Fluessigkeit durch eine Auslassoeffnung geleitet wird und erfindungsgemaess die Rektionsduesen in einem solchen Abstand zu dem unteren Ende des Aussenbehaelters angeordnet sind, dass das Volumen der Rotortrommel nicht groesser als zwei Drittel des Volumens des Aussenbehaelters ist.

Description

Berlin, den 26. 01. 1981

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Zentrifugalseparator

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Zentrifugalseparator zur Extrahierung fester Stoffe aus Flüssigkeiten oder zur Abscheidung von schwereren aus leichteren Flüssigkeiten, z. B. Wasser aus Brennstofföl, bestehend aus einer die Flüssigkeit aufnehmenden rotierbaren hohlen Rotortrommel, in welcher durch die bei der Rotation auftretenden Zentrifugalkräfte ein Abscheiden der festen Bestandteile aus der Flüssigkeit bzw. der schwereren der beiden Flüssigkeiten an der peripheralen Wand der Rotortrommel erfolgt.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es sind bereits Flüssigkeitsfilter, z. B. Ölfilter bekannt, bei denen der Extraktionsprozeß durch Papierelemente, durch Papierfilter erfolgt. Papierfilter und überhaupt alle Filter, welche mit Poren zum Fangen und Abscheiden der Schmutzteile aus der Flüssigkeit versehen sind, haben jedoch den Nachteil, daß der Fluß durch den Filter eine Funktion der Porengröße ist. Ist die Filtereinheit mit Schmutz verstopft, so verringert sich der Filterfluß.

Die Filtrationseinrichtung muß jedoch den Schmutz kontinuierlich aus dem Öl entfernen. Ein verstopfter herkömmlicher Papierfilter kann nicht genügend Öl verarbeiten, kann den Schmutzgehalt des Öls nicht in einem zufriedenstellenden Niveau halten.

Weiterhin weisen fast alle diese Filtertypen den Nachteil auf, daß sie die Öladditive mit entfernen. Die Öladditive werden in gewissem Grade schon durch ihren Kontakt mit dem

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sich im Sieb befindlichen Schmutz ausgefiltert, anstelle auf der Oberfläche einer Maschine wirksam zu v/erden.

Früher sind auch schon Zentrifugalfilter vorgeschlagen worden, die nicht als Siebe wirken, sondern die Verunreinigungen durch Zentrifugieren aus den Flüssigkeiten entfernen· Solch ein Filter ist z» B. in dem britischen Patent Nr. 1 089 355 aufgezeigt worden* Dieser Filter weist eine hohle Rotortrommel auf, die drehbar auf einer Spindel montiert ist. Die Spindel, die sich durch die Rotortrommel erstreckt, hat axial verlaufende Durchgangswege, die Öl in das Innere der Rotortrommel leiten.

Fig* 2 des o„ g_e Patentes zeigt eine schwere Gußbasis mit einem Außengehäuse, welches fest daran montiert ist* Die Rotortrommel ist ein äußerst kompliziert gestaltetes Gußstück«

Während die Zentrifugalfilter eine zweifellos höhere Leistung als Elementtypenfilter besitzen, ist zu ihrer Reinigung jedoch eine komplizierte Konstruktion erforderlich, die Rotoreinheit muß zur Reinigung zu öffnen und mit nur leicht verschlossenen Gelenken versehen sein. Die periodische Reinigung zur Entfernung des angesammelten Schlamms erfordert einen großen Zeitaufwand, noch dazu verbunden mit schmutziger manueller Arbeit.

Das hat wahrscheinlich dem vielseitigen Gebrauch der Zentrifugalfilter bei Maschinen entgegengewirkt. Außerdem ist es nicht möglich, ein Warnsystem zu installieren, das den Füllstand der Rotortrommel anzeigt.

Durch die US-PS 4 106 689 ist in jüngster Zeit ein disponibler Zentrifugalseparator bekanntgeworden, der ebenfalls zur Abscheidung von Verunreinigungen aus verschmutzten Öl dient.

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Dieser Separator ist jedoch, komplex und teuer und es gibt Schwierigkeiten, da die Zentrifugalkraft das Öl abwärts in den ringförmigen Spalt drückt.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht in der Entwicklung eines wartungsiteien, nur wenige Teile aufweisenden, in seiner ;.) Herstellung billigen "Wegwerf"-Zentrifugalseparators.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Zentrifugalseparatoren so zu verbessern, daß sie bei einfachster Bauweise, hohem Reinigungseffekt und großer Durchlaufmenge unkompliziert in das jeweilige System einfügbar sind. Die Abmessungen und die Bauart sollen den bekannten Maschinenblockkanisterfiltern entsprechen, und ein unerlaubter Filter- bzw. Rotortrommelausbau soll nicht möglich sein.

Diese Aufgabe wird bei einem Zentrifugalseparator zum Abscheiden von Verunreinigungen aus Flüssigkeiten, der einen als Kammer ausgebildeten Außenbehälter aufweist, in der eine hohle Rotortrommel drehbar auf Trägerelementen angeordnet ist, wobei der Eintritt der Flüssigkeit in die Rotortrommel durch eines der Trägerelemente und der Austritt aus derselben über die am unteren Ende vorgesehenen Reaktionsdusen erfolgt, die zugleich den Antrieb der Rotortrommel sicherstellen, und die von den Reaktionsdüsen kommende Flüssigkeit zu einer Auslaßöffnung geleitet wird, dadurch gelöst, daß die Reaktionsdüsen in einem solchen Abstand zu dem unteren Ende des Außenbehälters angeordnet sind, daß das Volumen der Rotortrommel nicht größer als zwei Drittel des Volumens des Außenbehälters ist.

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lach einem weiteren Merkmal ist der oberste Teil des ringförmigen Absatzes, der im .unteren Ende des Außenbehälters gebildet ist, mindestens 40 mm unter den Öffnungen der Reaktionsdüsen angeordnet.

Vorteilhafterweise haben die Tragerelemente, die im oberen und unteren Teil des Außenbehälters angeordnet sind, axial ausgebildete Achsschenkel.

Der Zentrifugalseparator zeichnet sich ferner dadurch aus, daß die Achsschenkel, vorteilhafterweise bestehend aus Verschluß und Rotorträgerkäfig» fest an den entsprechenden Enden der Verstärkungselemente montiert sind. Ein weiteres Merkmal ist auch darin zu sehen, daß die Rotor— trommel ringförmige, an den Achsschenkeln gelagerte Vertiefungen, vorteilhafterweise gestaltet als Felge und als Aussparung j an seinen Enden aufweist.

Die Rotortroinmel besteht zweckmäßiger'weise aus Walzblech, vorzugsweise Peinblech. Ebenso kann es zweckmäßig sein, die Achsschenkel aus Walzblech, vorzugsweise Peinblech, herzustellen.

Ferner kann es zweckmäßig sein» die zur Lagerung dienenden Einrichtungen aus Walzblech, vorzugsweise Peinblech bzw. mit einem Peinblechanteil zu fertigen.

Ein weiteres Merkmal des Zentrifugalseparators ist darin zu sehen, daß die Rotortrommel ein offenes Ende, eine dieses offene Ende abdeckende erste Platte mit Abflußreaktionsb'ffnungen, welchen tangential angeordnete Reaktionsdüsen zugeordnet sind und eine im Abstand der ersten Platte befindliche, mit dieser eine Kammer bildende und damit die Rotortrommel in eine Düsenkammer und eine Zentrifugenkammerunterteilende Platte aufweist, wobei die Düsen- und die Zentrifugenkammer miteinander verbunden an die Rotationsachse der Rotortrommel angrenzen«

Weiterhin zeichnet sich der Zeiitrifugalseparator dadurch aus, daß der Rotorträgerkäfig axial verlängert ausgebildet, der Verschluß in Teile untergliedert ist, die Rotortrommel

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an. ihrem oberen Ende Verstärkungsrippen aufweist und die Platte mit einer axialen Öffnung versehen ist· Eine Modifikation des Zentrifugalseparators besteht darin, daß der Rand des oberen Verschlusses verlängert ausgebildet ist, so daß eine hohle Spindel entsteht, welche eine oder mehrere seitlich angeordnete Öffnungen aufweist. Vorteilhafterweise ruht die Spindel an ihrem unteren Ende auf einer Erhöhung des Rot.orträgerkäfigs.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig· 1: eine Vorderansicht eines erfindungsgemäßen Zentrifugalseparators, teilweise geschnitten, zum Einsatz als Ölreiniger eines Motorfahrzeuges;

Fig· 2 und 3: einen Längsschnitt weiterer Ausführungsforr

men des erfindungsgemäßen Zentrifugalseparators .

Der in Fig. 1 dargestellte Zentrifugalseparator ist eine spezielle Achsschenkelkonstruktion, bei der die Kanten der Rotortrommel 10 mit den Rändern des Außenbehälters 1 zusammenwirken .

Der Außenbehälter 1 verfügt über eine Auslaßöffnung 2, über die das Öl durch ein flexibles Rücklaufrohr (nicht gezeigt) vom Separator zur Maschine geführt wird. Es ist mit einem oberen Verschluß 5, einem Verschlußträgerring 5A und einem Rotorträgerkäfig 6 versehen.

Alle diese Teile sind miteinander entweder durch ein Feinmetallumrollgelenk oder durch eine Schweißverbindung verbunden·

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Die Verbindung des Verschlußträgers 5A mit dem Körper des Außenbehälters 1 erfolgt durch ein Umrollgelenk 5B. Der Verschlußträgerring 5A besitzt eine ringförmige, nach oben gerichtete Sicke 5 C, welche mit ihrem Rand 5D eine ringförmige Auskehlung zur Aufnahme eines elastischen Ringes 5E bildet. Der obere Verschluß 5 hat eine Öffnung 7 mit Schraubgewinde sowie einem nach unten gerichteten Rand 8. Die Öffnung 7 dient als Flüssigkeitseinlaß 4.

Es kann so die ganze Zentrifugalseparatoreinheit über ihr Gewinde 3 auf eine Habe der Maschine geschraubt werden. Die Rotortrommel 10 des Zentrifugalseparators ist ein ausgestanzter Behälter mit einer Aussparung 11, die mit dem Flüssigkeitseinlaß 4 in Verbindung steht. Die Aussparung 11 weist einen Rand 12 auf, der mit dem Rand der Öffnung 7 in Verbindung steht, um ein Rotations- und Axiallager zu bilden. Da durch das Öl ausreichend Schmierstoff zur Verfügung steht, kann sich die Rotortrommel 10 um oder auf der Innenseite des Randes 8 mit Stahl~zu-Stahl-Kontakt drehen, ohne ein separates Lager vorsehen zu müssen. Das Zueinanderpassen der Lageranordnung hängt in großem Maße von der Anzahl der Umdrehungen der Rotortrommel 10 bis zu deren Anfüllung mit Schmutz ab« An ihrer Unterseite ist die Rotortrommel auf ähnliche Weise gelagert« Es ist hier eine ausgestanzte Düsenplatte 13 vorgesehen, die zwei ausgestanzte Reaktionsdusen 14 besitzt, wovon jedoch in Fig. 1 nur eine sichtbar ist.

Der Randgdes Rotortrommelkäfigs β bildet eine Lageroberfläche, die sich gegen eine nach oben gedrehte Felge 9A der Düsenplatte 13 abstützt.

Schließlich befindet sich am unteren Ende der Rotortrommel .10 noch eine weitere mit der Düsenplatte 13 eine Kammer 17 bildende Platte 16, in welche das Öl läuft, bevor es die die Rotortrommel 10 antreibenden Reaktionsdu.sen 14 erreicht. Das Öl verläßt den Separator durch die Auslaßöffnuhg 2, nachdem es den Rotorträgerkäfig 6 passiert hat.

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Aus Gründen einer effektiven Separation ist es notwendig, daß sich die Rotortrommel 10 mit ihrer Maximalgeschwindigkeit dreht.

In diesem Pail neigt das Öl dazu, die Rotortrommel 10 zu verlassen, um in den relativ schmalen Zwischenraum zwischen die konzentrischen Wände der Rotortrommel 10 und des Außenbehälters 1 zu gelangen. Die Äustrittsöffnung des Rotorträgerkäfigs β ist jedoch so angeordnet, daß der freie Ölfluß nach außen in Pfeilrichtung zur Auslaßöffnung 2 hin erfolgt. Zur Effektivierung dieses Ölzwangslaufes hat sich ein schmaler Rand 18 als vorteilhaft erwiesen.

Zur Regelung des Öleinlasses in den Separator dient eine ebenfalls aus ausgestanztem Peinmetall bestehende Kammer 20, diein der oberen Aussparung 11 der Rotortrommel 10 befestigt ist· Das Öl kann so durch den Außenbehälter 1 über eine Reihe von Radialöffnungen in der Wand der Kammer 20 auf die Seitenwand der Rotortrommel 10 geleitet werden. Wie die Pfeile in der Rotortrommel 10 zeigen, wird das zuerst auf die Außenwand der Rotortrommel 10 geleitete Öl mittels der Platte 16 daran gehindert, direkt in die Kammer 17 einzudringen. Das Öl muß sich nochmals auf die Rotationsachse zubewegen, bevor es durch Düsen in die Kammer 17 eintreten kann·

Durch diese Verweilzeit in der Rotortrommel 10 wird eine effektive Schmutzseparation des Öls erzielt. Dabei ist es nicht erforderlich, wie das in allen herkömmlichen Zentrifugalseparatoren der beschriebenen Art der Fall ist, eine Spindel zur Leitung des Ölflusses in der Rotortrommel vorzusehen.

Eine ausreichende Verweilzeit des Öls in der Rotortrommel wird überraschenderweise ohne eine sich durch die Rotortrommel erstreckende Spindel nur durch Leiten des Ölstroms auf die Seitenwand der Rotortrommel und wieder von dieser weg erreicht.

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Es könnefPdie Montagekosten des Separators erheblich, verringert werden. Außerdem steht so mehr Platz für das Öl in der Rotortrommel zur Verfugung.

2 zeigt eine Zentrifugalseparatorkonstruktion der beschriebenen Art, bei der die Achsschenkelanordnungen noch gestanzte Peinmetallränder aufweisen.

Sie unterscheidet sich vom Zentrifugalseparator nach Pig. 1 weiterhin dadurch, daß die Kammer 20 zur Öleinlaßregelung weggelassen wurde,, daß der Verschluß 5 in zwei Teile 5P und 5G- untergliedert ist, die Rotortrommel 10 an ihrer oberen Seite zur Erhöhung der Stabilität Verstärkungsrippen 1OA aufweist, die Platte 16 vereinfacht gestaltet mit einer axialen Öffnung 16A versehen ist und schließlich als wichtigstes der Rotorträgerkäfig 6 axial verlängert wurde, um so einen ringförmigen Absatz und damit eine tiefe Ölauffangschale am Ende des Außenbehälters 1 zu bilden. Es hat sich gezeigt, daß mit dieser vereinfacht gestalteten Platte 16 und deren axialen Öffnung 16A die gleichen Effekte erzielbar sind wie mit der Ausführung nach Pig. 1. Durch die auftretende Zentrifugalkraft bei Rotation der Rotortrommel 10 wird das Öl ausreichend gereinigt. Es gelangen keine Peststoffteile in die Kammer 17»

Der Unterschied zwischen Pig« 3 zu Pig* 2 besteht darin, daß der Rand 8 verlängert wurde und eine hohle Spindel 70 bildet, welche mit einer oder mehreren seitlichen Öffnungen 72 zum Eintritt des ungereinigten Öls in die Rotortrommel 10 versehen ist.

Die Spindel 70 ruht an ihrem unteren Ende auf einer Erhöhung 71 des Rotorträgerkäfigs 6. Mit der Anordnung der Spindel 70 werden zwar die Kosten des Zentrifugalseparators erhöht, gleichzeitig aber auch der Vorteil erreicht, daß durch falsche oder ungenaue Anordnung der Achsschenkel auftretende Unwuchten usw. vermieden werden.

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In allen Darstellungen der Erfindung kann es wünschenswert sein, ein Druckablaßventil im oberen Teil des Außenbehälters 1 anzubringen, um überflüssigen Luftdruck in die Atmosphäre entweichen zu lassen.

Weiterhin ist es möglich und kann es vorteilhaft sein, am Zentrifugalseparator nach Fig. 1 zusätzlich eine horizontale ringförmige Öldeflektorplatte, die sich außen von der Basis der Kammer 20 bis ungefähr zur Hälfte des Radius der Rotortrommel 10 ausdehnt, anzuordnen.

Ein fester Zapfen oder ein stumpfer Schaft am unteren Lagerpunkt sowie eine Härtung der Lageroberfläche sind in Abwandlung der Pig· 1 ebenfalls denkbar.

Die Rotortrommel 10 sollte sich in vertikalem Gleichgewicht befinden, um sicherzustellen, daß nur eine kleine oder gar keine resultierende Kraft an den oberen oder unteren Axiallagern wirkt.

In einem Zentrifugalseparator nach Fig. 1 kann das durch eine Durchlauföffnung in der Mitte der unteren Rotortrommelwand durch Verbindung der Hauptrotorkammer mit dem Raum über dem unteren Achsschenkel, gewährleistet werden. Solch eine Durchlaufanordnung bewirkt neben dem Druckausgleich auch eine Erleichterung der Schmierung des unteren Lagers.

Es sei nochmals festgestellt, daß in all den Darstellungen der Erfindung die zum Außenbehälter 1 gehörigen Lager starr sind und nicht unter Federspannung stehen. Die Anordnung der tiefen Ölauffangschalen des ringförmigen Absatzes am Boden der ersten Kammer hat den Vorteil, daß alles sich ansammelnde Öl nicht in die Düsen oder in die Peripherie der Rotortrommel 10 gelangen kann (Fig. 2 und 3). In der Praxis gelangen 568 1 Öl pro Stunde mit einem Druck von 4,2 bis 7 lg/cm² in den Filter.

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568 1 pro Stunde haben auch wieder auszutreten, um eine Stauung zu vermeiden, und zwar bei einem Druck von 0.

Ein Druck von 0 bedeutet, daß die Auslaßöffnung 2 ungefähr 12mal größer sein muß als der Flüssigkeitseinlaß 4« Die typische Größe ftb/den Flüssigkeitseinlaß 4 ist ein Durchmesser von 3,2 mm und für die Auslaßöffnung von 3,8 cm,

Claims

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Erfindungsanspruch

1· Zentrifugalseparator zum Abscheiden von Verunreinigungen aus Flüssigkeiten, der einen als Kammer ausgebildeten Außenbehälter aufweist, in der eine hohle Rotortrommel drehbar auf Trägerelementen angeordnet ist, der Eintritt der Flüssigkeit in die Rotortrommel durch eines der Trägerelemente und der Austritt aus derselben über die am unteren Ende vorgesehenen Reaktionsdüsen erfolgt, die zugleich den Antrieb der Rotortrommel bewirken, und die von den Reaktionsdüsen kommende Flüssigkeit zu einer Auslaßöffnung geleitet wird, gekennzeichnet dadurch, daß die Reaktionsdüsen in einem solchen Anstand zu dem unteren Ende des Außenbehälters angeordnet sind, daß das Volumen der Rotortrommel (10) nicht größer als zwei Drittel des Volumens des Außenbehälters (1) ist·

2· Zentrifugalseparator nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der oberste Teil des ringförmigen Absatzes (60), der im unteren Ende des Außenbehälters (1) gebildet ist, mindestens 40 mm unter den Öffnungen der Reaktionsdüsen (14) angeordnet ist.

3. Zentrifugalseparator nach den Punkten 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Trägerelemente, die im oberen und unteren Teil des Außenbehälters (1) angeordnet sind, axial ausgebildete Achsschenkel aufweisen.
4. Zentrifugalseparator nach Punkt 3, gekennzeichnet dadurch, daß die "Achsschenkel, vorteilhafterweise bestehend aus Verschluß (5) und Rotorträgerkäfig (6), fest an den entsprechenden Enden der Verstärkungselemente montiert sind.

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β Zentrifugalseparator nach den Punkten 1 bis 4» gekennzeichnet dadurch, daß die Rotortrommel (10) ringförmige, an den Achsschenkeln gelagerte Vertiefungen, vorteilhafterweise gestaltet als Felge (9A) und als Aussparung (11), an seinen Enden aufweist.
6. Zentrifugalseparator nach den Punkten 1 bis 5, gekenn-s· zeichnet dadurch, daß die Rotortrommel (10) aus Walzblech, vorzugsweise Peinblech, besteht.
7. Zentrifugalseparator nach Punkt 3» gekennzeichnet dadurch, daß die Achsschenkel aus Walzblech, vorzugsweise Peinblech, bestehen.
8. Zentrifugalseparator nach den Punkten 1 bis 7, gekennzeichnet dadurch, daß die zur Lagerung dienenden Einrichtungen aus Walzblech, vorzugsweise Peinblech, bestehen einen Peinblechaiiteil aufweisen.
9. Zentrifugalseparator nach einem der Punkte 1 bis 8, gekennzeichnet dadurch, daß die Rotortrommel (10) ein offenes Ende, eine dieses offene Ende abdeckende erste Platte (16) mit Abflußreaktionsöffnungen, welchen tangential angeordnete Reaktionsdüsen (14) zugeordnet sind und eine im Abstand der ersten Platte befindliche, mit dieser eine Kammer bildende und damit die Rotortrommel (10) in eine Düsenkammer und eine Zentrifugenkammer unterteilende Platte (13) aufweist, wobei die Düsen- und die Zentrifugenkammer miteinander verbunden an die Rotationsachse der Rotortrommel (10) angrenzen.
10. Zentrifugalseparator nach einem der Punkte 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß der Rotorträgerkäfig (6) axial verlängert ausgebildet, der Verschluß (5) in Teile (5P;5G)

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untergliedert ist, die Rotortrommel (10) an ihrem oberen Ende Verstärkungsrippen (10A) aufweist und die Platte (16) mit einer axialen Öffnung (1öA) versehen ist·
11. Zentrifugalseparator nach einem der Punkte 1 bis 9, gekennzeichnet dadurch, daß der Rand (8) des oberen Verschlusses (5) verlängert ausgebildet ist, so daß eine hohle Spindel (70) entsteht, welche eine oder mehrere seitlich angeordnete Öffnungen (72) aufweist.
12. Zentrifugalseparator nach Punkt 11, gekennzeichnet dadurch, daß die Spindel (70) an ihrem unteren Ende auf einer Erhöhung (71) des Rotorträgerkäfigs (6) ruht.

Hierzu 3 Seiten Zeichnungen