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@ntrie@ l@r Strömungsmaschinen Die Erfindung betrifft vorzugsweise
elektrische Antriebe für mehrstufige Strömungsmaschinen. Der Grundgedanke sei am
Beispiel von gegenläufigen Axialventilatoren erläutert.
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Es ist bekannte daß gegenläufige Axialventilatoren hinsichtlich des
erzielbaren Druckes und des Wirlwngsgrades als sehr günstige strömungstechnische
Konstruktionen angesehen werden dürfen. Im einzelnen geben hierüber die in Betracht
gezogenen und unten aufgeführten Arbeiten Aufschluß.
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Der Verbreitung uber den Bereich der derzeitigen Anwendungen hinaus
stehen die verhältnismäßig hohen Herstellungskosten und gelegentlich die Baulänge
und das Gewicht entgegen* So ist für jede der beiden Stufen ein Antriebsmotor oder/und
ein Getriebe erforderlich. Grössere Schaufelräder kennen nicht direkt über die Motorwelle
- also auf die einfachste weise angetrieben werden, weil die Motoren für niedrige
Drehzahlen zu teuer sind.
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Die Erfindung basiert in erster Linie auf der Aufgabe, diese Nach
teile der gegenläufigen Axialventilatoren auszuschalten. Die Zeichnung, Fig. 1,
veranschaulicht schematisch ein Ausführungsbeispiel..
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Sowohl der Rotor 1 als auch Stator 2 des Motors sind drehbar gelagert*
Die erste Stufe des Ventilators, Schaufelrad 3, ist mit dem Stator 2, die zweite
Stufe, Schaufelrad 4 ist mit dem Rotor 1 fest verbunden. Bei der Bauweise eines
Außenläufer-Motors nach dem Ausführungsbeispiel der Zeichnung kann die Stromzuführung
zur Wicklung durer die Welle 5 hindurchgeführt werden. Der Strom wird in bekannter
Weise Uber Schleifringe 6 eingespeist. Die Welle 5 ist zweiseitig, in den Aufnahmekörpern
7 und 8, gelagert, Zwischen den Momenten der beiden Stufen, die gegensinnig zueinander
wirken, entsteht ein Gleichgewicht. Eine virtuelle Erhöhung der Drehzahl einer Stufe
würde nach den Gesetzen der Strömungslehre zu einem stark ansteigenden Morilent
für diese Stufe führen. Somit Dleiben die Drehzahlerl stets im Gleichgewicht.
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Die Motordrehzahl ist gleich der summe der Drehzahlen von der ersten
und der zweiten Stufe. im Normalfall wird man die Drehzahl für die beiden Stufen
gleich, d.h. also gleich der halben Motordrehzahl bemessen.
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Man kann aber auch hiervon abweichen, -indem man die Momente bei glecher
Drehzahl-unterschiedlich groß werden läßt. Das kann durch verschiedene konstruktive
Maßnahmen geschehen, - unterschiedlich gekrümmte Schaufelprofile, unterschiedliche
Durchmesser (Fig. 2), Anstellwinkel u.ä.
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Erfindungsgemäß wird somit gegenüber zwei Motoren mit niedrigen Drehzahlen
ein Motor mit doppelt so hoher Drehzahl beiiö'tigt. Dies ermöglicht betrSchtliche
Einsparungen an Eierstellangskosten, Abmessungen und Gewichten.
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Die Zeichnung, Fig. 2, veranschaulicht ein zweites Ausführungsbeispiel.
Hier sind gegenüber Fig. 1 einige erfindungsgemäße ALwandlungen des Grundgedankens
vereinigt: (1) Der Motor ist einseitig gelagert.
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(2) Die Bauweise des Motors ist durch den Innenläufer charakterisiert.
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(5) Die Schaufelräder stehen weiter auseinander.
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(4) Die Schaufelräder haben unterschiedliche Durchmesser.
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(5) In dem freien Zwischenraum entsteht ein Sprühraum (Zyklon).
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ES können die verschiedensten Kombinationen dieser Abwandlungen angewendet
werden0 Im einzelnen erkennt man in Fig. 2, links, das kleinere Schaufelrad 11 mit
der Einströmdüse 12 und dem ebenfalls ringförmigen Prallzerstäuber 15 aus Draht
o,ä. Die Teile 11 und 15 sind fest miteinander verbunden. Sle sind zusammen mit
dem Rotor 14 auf der Welle 15 befestigt.
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Das größere Schaufelrad 16 und der Stator 17 bilden mit der Welle
18 ein unverrückbares Teil, Der elektrische Strom kann von den Schleifringen 19
aus mit einem Kabel durch die Welle 18 zur Statorwicklung 17 geführt werden, Die
Welle 18 ist mit zwei Wälzlagern in dem Aufnahmekörper 20 drehbar gelagert.
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Das Gleichgewicht zum Moment des Schaufelrades 16 erlangt das klei
nere Schaufelrad 11 erst bei hohen Drehzahlen. Auf einfache Weise wird hiermit erreicht,
daß das Schaufelrad 16 genügend langsam läuft.
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Das kann beispielsweise wegen der Geräusche notwendig sein.
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In der Zeichnung, Fig. 2, ist zwischen den beiden Schaufelrädern
11 und 16 ein freier Raum, in dem sich der Drall in der Luftströmung vom Schaufelrad
11 auswirkt0 an kann diesen Zwischenraum als Spru'hkammer rür den Wärmer und Stoffaustausch
ausnutzen, z.B. als Zyklon
für einen Kühlturm oder Luftwäscher.
Zur Verdeutlichung einer solchen Anwendung ist in der Zeichnung oben eine Düse 21
für die Wasserverteilung angedeutet'.
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Die Düsen versprühen das Wasser in der Form eines Kegels von kleineren
und größeren Tropfen. Die kleineren Tropfen werden vom Luftstrom sofort mitgerissen.
Die größeren, die ihre Anfangsgeschwindigkeit nicht nach wenigen Zentimetern verlieren,
treffen zum Teil auf einen Prallzerstäuber 13, der sie zu kleinen Tropfen zerschlägt.
Auf diese Weise kann ein großer Anteil des Wassers in der Form von klei nen Tropfen
verdunsten. Es ist bekannt, daß der viärme- und Stoffübergang bei kleinen Tropfendurchmessern
sehr hohe Nusselt-Zahlen aufweist. Weiterhin kann als vorteilhaft angesehen werden,
daß der Prallzerstäuber mit dein schneller laufenden Schaufelrad 11 rotiert.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel veranschaulicht die Zeichnung, Fig.
5. er handelt es sich um einen Zentrifugalventilator mit zwei gegenläufigen Schaufelrädern
71 und 32. Bemerkenswert ist bei dieser Ausführung, daß der Antrieb außerhalb des
Strömungsraumes liegt. Das Schaufelrad 31 ist, ebenso wie der Rotor 34, auf der
Welle 33 befestigt.
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Das Schaufelrad 32, das die zweite Stufe bildet, ist, ebenso wie der
Stator 35, mit dem rotierenden Hohlkörper 36 verbunden. Das Ganze ist in dem Aufnahmekörper
97 drehbar gelagert. Dieser Aufnahmekörper ist an der Rückwand des Ventilatorgehäuses
58 befestigt. Der elektrische Strom wird der Wicklung des Stators 55 von den Schleifringen
39 aus über ein kurzes Kabel zugeführt.
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Als vorteilhaft bei dieser Bauweise kann hervorgehoben werden daß
ein Spiralgehäuse entfällt. Die beiden gegenläufigen Schaufelräder können aerodynamisch
so ausgebildet werden, daß die Luft in der zweiten Stufe das Schaufelrad 52 radial
verläßt. Dies bringt eine Ersparnis an Platz und Herstellungskosten mit sich. Uoerdies
ist man in der Konstruktion nicht an die tangentiale Abströmrichtung eines üblichen
Spiralgehäuses gebunden.
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Gegenüber den gegenwärtig nach der Kenntnis des Erfinders vorwiegend
angewendeten einstufigen Zentrifugalventilatoren hat die beschriebene Bauweise den
Vorteil des geringeren dynamischen Drucker lustes. Es tritt im Luftstrom, der das
äußere Schaufelrad 52 verläßt, keine Umfangskomponente der Geschwindigkeit auf.
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Die Kühlung des Stators ist einfacher, da sich dieser, ebenso wie
der Rotor dreht. Ein zusätzlicher Motorventilator kann-entfallen.
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Die drei Zeichnungen zeigen, daß nach der Erfindung die Baulänge
infolge Wegfalls des einen Motors erheblich verringert werden kann, Der Erfindungsgedanke
bietet weitere,Möglichkeiten der Kombination So kann die eine Stufe durch ein Zentrifugal-
oder ein meridianbeschleunigtes Schaufelrad, die zweite durch ein axi-ales gebildet
werden.
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Als Fördermedien kommt nicht nur Luft sondern, allgemein, jeder gasförmige
oder flüssige Stoff in Betracht. So mag in einer oder in beiden Stufen eine Pumpe
angetrieben werden. Dies gilt auch für Kolben- und rotierende Verdrängermaschinen.
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Es wurde bisher die Hauptanwendung bei elektrischen Motoren beschrieben.
Daneben läßt sich indessen das Prinzip auf hydraulische und pneumatische Motoren
übertragen. Bei der Zuführung dieser Fluide kann man auf Dekannte Vorrichtungen
zurückgreifen.
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Besonders vorteilhaft ist die Anwendung bei einem Axialventilator
nach der Anmeldeschrift Nr. P 1505 5o6.o. Hier können die Tafeln, die die Ventilatorschaufeln
bilden, unmittelbar auf Nocken an den rotierenden Motorteilen befestigt werden.
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Die Lagerung des Antriebes kann für jede Arbeitsmaschine, namentlich
für Werkzeugmaschinen, Zentrifugen, Fahrzeugantriebe, Haushaltsmaschinen, Frequenz-
und Spannungsumformer, Fördermittel und fIebezeuge angewendet werden.
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Für den Fall, daß bei der Inbetriebnahmc die eine Stufe schneller
anlaufen soll als die zweite, kann die Drehzahl der zweiten entsprechend lange abgebremst
werden.
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In Betracht gezogene Druckschriften: P. Berliner und T. Rákóozy, Bewertung
eines neuen Axialventilators.
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'Heizung-Lüftung-Haustechnik' 20 (1969) 12, S.431/35 T. Rákóczy, Berechnung
von gegenläufigen Axialgebläsen.
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1Hcizung-Lüftung-Haustechnik1 20 (1969) 3, 5.104/109 W. Traupel, Versuche
an einem gegenläufigen Axialventilator.
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'Heizung-Lüftung-Haustechnik' 10 (1959) 1, S.6/13 C.S. Vasiljevic,
Der Axialventilator im Baukastensystem als neuartiges Bauelement der Lufttechnik.
'Heizung-Lüftung-Haustechnik' 14