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Vorrichtung zur Belüftung von Flüssigkeiten
EMI1.1
* 1. Zusatzpatent Nr. 238109.
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Lage des Belüfters im Behälter quadratischen Querschnittes wird hiebei vorzugsweise so gesteuert, dass während der Planetenumlaufbewegungen des Belüfters dessen Abstand von den Behälterwänden im wesentlichen konstant bleibt.
Gemäss der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zur Belüftung von Flüssigkeiten nach Patent Nr. 231911 im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass der Belüfter samt einer Antriebseinrichrichtung am Ende eines Armes montiert ist, der auf einer in einem Behälter für die zu belüftende Flüssigkeit angeordneten, vertikalen Drehachse gelagert und durch die bei der Drehung des Belüfters um seine eigene Achse erzeugten Reaktionskräfte in Umlauf um die vertikale Achse versetzbar ist. Nach einem besonderen Merkmal der Erfindung ist die vertikale Drehachse für den den Belüfter tragenden Auslegerarm in der Mitte des Behälters angeordnet.
Zum besseren Verständnis wird die Erfindung nachfolgend unter Bezugnahme auf einige in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsbeispiele der Belüftungsvorrichtung näher erläutert.
Die Fig. 2,4, 6 und 8 zeigen vier verschiedene Ausführungsformen des erfindungsgemässen Belüfters in Draufsicht und die Fig. l, 3,5 und 7 sind Vertikalschnitte nach den Linien 1 - 1 bzw. 3 - 3 bzw. 5 bis 5 bzw. 7 - 7 in Fig. 2 bzw. 4 bzw. 6 bzw. 8.
Der gemäss dem Stammpatent ausgebildete Belüfter hat eine Spindel 10, an der eine ringförmige Nabe 11 befestigt ist. Am oberen Ende der Nabe 11 ist eine metallische Schale 12 in Form eines seichten, umgekehrten Kegelstumpfes mit ihrem kleineren Innenrand so befestigt, dass ihr Aussenrand von der Nabe weg und nach oben gerichtet ist.
Am Umfang der Nabe 11 sind mehrere, etwa sechs oder acht Arme 13 tangential unter einem solchen nach oben gerichteten Winkel angebracht, dass die Oberkanten der Arme der Kontur der Aussenfläche der kegelstumpfförmigen Schale 12 folgen, an welcher sie befestigt sind. Die Arme 13 sind dünne, flache Metallstreifen, die mit ihren Flachseiten an der Nabe 11 und mit ihren Oberkanten an der Schale 12 befestigt sind. Jeder Arm 13 erstreckt sich über den Aussenrand der Schale 12 hinaus und ist vorzugsweise an seinem Ende so abgewinkelt, dass jeder Arm vom Aussenrand der Schale 12 bis zu seinem freien Ende 15 in horizontaler Richtung und in gleicher Höhe wie die Oberkante der Scha- le 12 verläuft.
An jedem Arm ist im Bereich vom Aussenrand der Schale 12 zum Ende des horizontalen Teiles 15 eines jeden Armes 13 eine Leitfläche 16 vorgesehen, die am Aussenrand der Schale 12 und an der Oberkante des betreffenden Armendteiles 15 befestigt ist. Jede. dieser Leitflächen hat die Form einer flachen Platte, die sich in horizontaler Richtung vom betreffenden Endteil 15 des Armes 13 weg je nach der gewünschten Drehrichtung des Rührwerkes in der einen oder andern Umfangsrichtung erstreckt. Die Leitplatten 16 weisen dabei jeweils in die Drehrichtung. Sie verlaufen parallel zum äusseren Endteil 15 eines jeden Armes 13 und fluchten horizontal mit der Oberkante der Schale 12.
Die vertikale Spindel 10 des Belüfters ist mit der Ausgangswelle eines Drehzahlreduktionsgetriebes 58 verbunden, das von einem Elektromotor 59 angetrieben wird. Die nach oben offene konische Schale 12 verleiht dem Belüfter eine mehr oder weniger grosse Schwimmfähigkeit, die natürlich in grossem Masse vom spezifischen Gewicht der Flüssigkeit abhängt, in welcher der Belüfter arbeitet.
Da bei dem der Erfindung zugrundeliegenden Hauptverwendungszweck des Belüfters, nämlich der Einführung einer relativ geringen Menge an Sauerstoff in eine Flüssigkeit mit grosser Rückhaltedauer des Sauerstoffes in der Flüssigkeit, eine heftige Bewegung der Flüssigkeit nicht erforderlich ist, kann ein Belüfter vorbestimmter Grösse in einem im Vergleich mit den Abmessungen des Belüfters sehr viel grösseren Behälter verwendet werden, wenn eine Einrichtung vorgesehen ist, durch welche der Belüfter im Behälter bewegt werden kann, so dass seine Wirkung nicht auf eine begrenzte Zone im Behälter beschränkt wird.
Diese Ausbildung ist besonders vorteilhaft, wenn eine Flüssigkeit an ihrer Oberfläche in Bewegung versetzt werden soll, ohne dass hiebei das Absetzen der Flüssigkeit im Behälter oder das Ablagern von in der Flüssigkeit enthaltenen Stoffen in den unteren Schichten gestört wird.
Zu diesem Zweck sind bei der erfindungsgemässen Vorrichtung Einrichtungen vorgesehen, durch die der Belüfter im Behälter um eine zentrale Drehachse bewegt werden kann. Nachstehend sind einige Ausführungsbeispiele von Umlaufantriebseinrichtungen für den Belüfter näher erläutert.
Wie bereits erwähnt, schwimmt der Belüfter infolge der nach oben offenen Ausbildung der Schale auf einer Flüssigkeit, wenn diese eine ausreichend hohe Dichte hat, und in solchen Fällen kann, wenn die auf der Flüssigkeit schwimmende, rotierende Schale 12 des Belüfters ungefähr so weit in die Flüssigkeit eintaucht, dass die Leitflächen 16 knapp über der Oberfläche der Flüssigkeit liegen, eine sehr einfach ausgebildete Umlaufantriebseinrichtung verwendet werden.
Eine solche einfache, in den Fig. 1 und 2 veranschaulichte Einrichtung weist eine vertikale Dreh-
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achse 62 auf, die in einer in der Mitte eines Behälters 60 angeordneten Säule 61 geführt ist und über den Flüssigkeitsspiegel nach oben herausragt. Nahe dem oberen Ende ist die Drehachse 62 durch einen Tragring 62a auf einem Drucklager abgestützt und auf diesem Tragring ist ein Gabellager 63 angeordnet, zwischen dessen beiden Gabelschenkeln in zwei in vertikalem Abstand voneinander angeordneten Lagern die Enden von zwei Hebeln 24 schwenkbar gelagert sind. Diese Hebel 24 sind mit ihren andern Enden zwischen zwei Flanschen 25 gelenkig gelagert, die am Gehäuse des Antriebsmotors 59 des Belüfters angeordnet sind.
Die beiden Hebel 24 bilden hiebei ein Gelenkparallelogramm, das die Antriebsspindel 10 des Belüfters unabhängig von der Flüssigkeitshöhe im Behälter 60 in vertikaler Lage hält.
Wenn der Belüfter in Drehung versetzt wird, so übt er auf die Flüssigkeit einen Druck aus, der gegen- sinnig zur Richtung seiner eigenen Drehung wirkt und dadurch den Tragring 62a mit der Drehachse 62 in Umlauf versetzt, wodurch der Belüfter längs der unterbrochenen Linie 27 in Fig. 2 an der Oberfläche der Flüssigkeit bewegt wird.
Wenn die Dichte der Flüssigkeit nicht so hoch ist, dass der Belüfter frei auf der Flüssigkeit schwimmt, so kann der obere der beiden Hebel 24 über sein Lager in der Gabel 63 am Tragring 62 der Dreh achse 61 nach hinten verlängert und mit einem Gegengewicht 28 versehen werden. Das Gegengewicht ist vorzugsweise verschiebbar, so dass die Eintauchtiefe des Belüfters in Anpassung an Flüssigkeiten mit verschiedener Dichte und an verschiedene Betriebsbedingungen eingestellt werden kann.
Mit der vorstehend beschriebenen Antriebseinrichtung kann der Belüfter auf einer Kreisbahn 27 an der Oberfläche der Flüssigkeit bewegt werden.
Wenn die Flüssigkeit an ihrer Oberfläche in eine stärkere Bewegung versetzt werden soll, so kann der Belüfter auf einer epizyklischen Bahn auf der Flüssigkeitsoberfläche bewegt werden.
Bei einer für diese Bewegungsart des Belüfters geeigneten, in den Fig. 3 und 4 dargestellten Vorrichtung ist der Antriebsmotor 59 für den Belüfter mittels zweier paralleler Hebel 24a an einem Gabel- lager angelenkt, das mit dem unteren Ende einer vertikalen Zwischenspindel 30 verbunden ist, deren oberer Teil drehbar im Endteil eines waagrechten Armes 31 gelagert ist, der seinerseits um die in der Mitte des Behälters 60 angeordnete vertikale Drehachse 62 drehbar ist.
Durch die bei der Eigendrehung des Belüfters erzeugte Rückwirkung wird dieser in eine Planetenumlaufbewegung um die Zwischenspindel 30 versetzt, wodurch diese samt dem Belüfter um die zentrale Achse 62 umläuft, so dass der Belüfter im Behälter 60 auf einer epizyklischen Bewegungsbahn 32 bewegt wird. Falls erforderlich, kann wie bei der Ausführung nach den Fig. 1 und 2 einer der beiden Leukerhebel 24a mit einem Gegengewicht ausgestattet werden.
Bei sehr grossen Behältern können bei der Bewegung des Belüfters auf einer kreisförmigen oder epizyklischen Bahn in den Ecken des Behälters tote Zonen in der Flüssigkeit entstehen. Um dies zu vermeiden, wird bei einer andern in den Fig. 5 und 6 gezeigten Ausführungsform der Erfindung der Belüfter entlang einer im wesentlichen quadratischen Bewegungsbahn auf der Oberfläche der Flüssigkeit im Behälter herumgeführt.
Der Belüfter selbst ist hiebei genau so wie bei den vorher beschriebenen Ausführungsbeispielen ausgebildet und wird durch die Ausgangswelle des Drehzahlreduktionsgetriebes angetrieben, mit der die Spindel 10 des Belüfters verbunden ist. Das Gehäuse des Elektromotors 59 ist durch zwei kurze Parallellenkerhebel 24b gelenkig mit einem Tragteil 33 verbunden, der seinerseits am unteren Ende einer vertikalen Zwischenspindel 34 befestigt ist. Diese Spindel ist drehbar im Endteil eines waagrechten Auslegerarmes 35 gelagert, der am oberen Ende einer in der Mitte des Behälters 60a angeordneten Drehachse 61a drehbar montiert ist. Auch bei dieser Ausbildung kann einer der beiden Lenkerhebel 24b mit einem Gegengewicht ausgestattet werden, um die Eintauchtiefe des Beiüfters in bezug auf den Flüssigkeitsspiegel einstellen zu können.
Wenn der Belüfter in Betrieb gesetzt wird, so folgt er,.'wie bei der Vorrichtung nach den Fig. 3 und 4, einer epizyklischen Bewegungsbahn im Behälter 60a. Da er sich aber nunmehr entlang einer angenähert quadratischen Bahn bewegen soll, ist es erforderlich, die Planetenumlaufbewegungen des Belüfters um die Zwischenspindel 34 am Ende des waagrechten Armes 35 und die Umlaufbewegung dieses Armes 35 im Behälter 60a aufeinander entsprechend abzustimmen.
Zu diesem Zweck ist auf der Zwischenspindel 34 ein Kettenrad 36 und auf der feststehenden zentralen Drehachse 61a, um welche der waagrechte Arm 35 sich dreht, ein zweites Kettenrad 37 befestigt. Das Kettenrad 37 auf der zentralen Drehachse 61a ist grösser als das Kettenrad 36 auf der Zwischenspindel 34 und hat gegen dieses ein Übersetzungsverhältnis von 4 : 1. Die Kettenräder 36 und 37 sind durch eine endlose Kette 38 derart miteinander verbunden, dass der waagrechte Arm 35 genau zu einer Ecke des quadratischen Behälters 60a weist, wenn sich der Belüfter auf
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seiner Planetenumlaufbahn um die Zwischenspindel 34 gerade in der grössten radialen Entfernung von der zentralen Drehachse 61a befindet.
Wenn der Belüfter in Betrieb gesetzt wird, wird er durch seine Rückwirkung auf die Flüssigkeit um die Achse der Zwischenspindel 34 in eine Planetenumlaufbewegung versetzt, wobei er diese Zwischenspindel samt dem auf dieser befestigten kleinen Kettenrad 36 in Drehung versetzt, wodurch das letztere auf die endlose Kette 38 und das grosse Kettenrad 37 eine Zugkraft ausübt. Da das grosse Kettenrad 37 mit der feststehenden zentralen Drehachse 61a fest verbunden ist und sich somit nicht drehen kann, rollt hiebei die Kette 38 am Kettenrad 37 ab und versetzt dadurch den waagrechten Arm 35 in Umlauf um die Drehachse 61a.
Da das Übersetzungsverhältnis der Kettenräder 37 und 36 4 : 1 beträgt, läuft der waagrechte Arm 35 einmal im Behälter 60a um, während der Belüfter vier Planetenumläufe um die Zwischenspindel 34 ausführt, und infolge der Kombination dieser beiden Umlaufbewegungen beschreibt der Belüfter im Behälter 60a eine Bewegungsbahn 39, die während eines vollständigen Umlaufes des waagrechten Armes 35 nacheinander angenähert parallel zu jeweils einer der vier Seitenwände des Behälters 60a verläuft.
In den Fig. 7 und 8 ist noch eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung veranschaulicht, bei welcher der Belüfter bei seiner Umlaufbewegung im Behälter zwangläufig auf einer quadratischen Bahn geführt wird.
Bei dieser Ausführungsform ist die zentrale Drehachse 62 im Behälter 60a in einer rohrförmigen, vertikalen Säule 61 drehbar gelagert, die im Behälter montiert ist. Die Drehachse 62 trägt an ihrem oberen Ende eine waagrechte Platte 40, die eine Kreuzkopfführung mit T-förmigem Durchgangs- querschnitt bildet. Auf der Platte 40 sind in vertikalen Lagersockeln 42 Wälzlager 41 mit waag- rechten Achsen montiert. An jedem Ende der Kreuzkopfführung 40 sind zwei Wälzlager vorgesehen, deren gegenseitige Abstände so gewählt sind, dass der Steg 43 eines mit T-förmigem Querschnitt aus- gebildeten waagrechten Armes 44 zwischen den Lagern 41 durchgeht und der Flansch 45 des T-Profilträgers 44 oben stets auf allen vier Wälzlagern 41 aufliegt.
Zwischen den Wälzlagern 41 sind an beiden Seiten der Kreuzkopfplatte 40 zwei weitere Wälzlager 46 montiert, wobei an jeder Seite des Kreuzkopfes eines dieser beiden Lager mit vertikaler Achse so angeordnet ist, dass der Steg 43 des T-Profilarmes 44 beiderseits an diesen Lagern 46 anliegt, so dass er nicht an den zuerst erwähnten Wälzlagern 41 von der Seite her anlaufen kann.
Rund um den oberen Rand des quadratischen Behälters 60a ist eine in sich geschlossene Führungrinne 47 angeordnet, die aus U-Profilstäben besteht, deren Flansche 48 nach oben weisen. Die Führungsrinne 47 folgt den vier Quadratseiten des Behälters 60a und hat nur an den vier Ecken abgerundete Übergänge.
Der T-Profilarm 44 ist so lang bemessen, dass er wenn sein freies Ende 49 oberhalb einer abgerundeten Ecke der Führungsrinne 47 liegt, mit seinem andern Ende noch mit allen auf der Kreuzkopfplatte 40 an der zentralen Drehachse montierten Wälzlagern 41 und 46 in Berührung steht.
Am äusseren freien Ende 49 des T - Profilarmes 44 sind noch weitere Wälzlager 50 und 51 montiert. Hiebei ist mindestens ein Lager 50 mit vertikaler Achse montiert und wirkt mit den beiden vertikal stehenden Flanschen 48 der Führungsrinne 47 zusammen, während ein Wälzlager 51 mit waagrechter Achse montiert ist und mit seiner äusseren Umfangsfläche auf dem oberen Rand eines der beiden vertikalen Flansche 48 der Führungsrinne 47 abrollt.
Der Belüfter, der in gleicher Art wie bei den zuerst beschriebenen Ausführungsformen der erfindungsgemässen Vorrichtung ausgebildet ist, ist mit dem T-Profilarm 44 verbunden ; beispielsweise kann er, wie bei der Ausführung nach denFig. l und 2, um eine am Arm fest angeordnete Achse rotieren, odel er kann am umlaufenden Arm z. B. mittels Gelenkhebeln 24b derart montiert sein, dass er wie bei der Ausführung nach den Fig. 3 und 4 während seiner Rotation auch noch eine Planetenumlaufbewegung um eine am umlaufenden Arm drehbar angeordnete Zwischenspindel 34a ausführt.
Wenn bei der in den Fig. 7 und 8 dargestellten Ausführung der Belüfter in Betrieb gesetzt wird, so versetzt er durch die auf die Oberflächenschicht der Flüssigkeit ausgeübte Rückwirkung den T-Profilarm 44 in der gleichen Weise wie bei den andern beschriebenen Ausführungenim Behälter 60a im Umlauf um die zentrale Drehachse.
Im vorliegenden Fall muss jedoch das äussere Ende 49 des Armes 44 infolge des Eingriffes des Lagers 50 zwischen den Flanschen 48 der Führungsrinne 47 der quadrati- schen Führungsbahn folgen, wodurch der Arm 44 auf und zwischen den Lagern 41 und 46 am Kreuzkopf 40 der zentralen Drehachse 62 in Richtung zu und von dieser Drehachse hin- und hergezogen wird und hiebei den Belüfter auf einer mit der Führungsrinne 47 gleichartig verlaufenden Bahn auf der Flüssigkeit im Behälter mitführt.
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Im Betrieb wird die Belüftungsvorrichtung vorzugsweise mit einer Drehzahl zwischen 30 und 300 Umdr/min angetrieben. Infolge des tangentialen Ansatzes der Arme 13 an der ringförmigen Nabe 11 und der schräg nach oben gerichteten Konusfläche der Schale 12 wird die, Flüssigkeit längs der Unterfläche der Schale 12 nach oben und aussen bewegt. Die Leitplatten 16 verhindern dabei, dass die Flüssigkeit in einer hohen Bahn nach oben abgeschleudert wird.
Während der Drehung der Schale des Belüfters wird eine Flüssigkeitsströmung vom Zentrum des Speichertanks oder sonstigen Behälters erzeugt, die nach oben und aussen zu dessen äusserer Oberkante verläuft, so. dass eine im wesentlichentoroidförmig verlaufende Flüssigkeitszirkulation auftritt und die gesamte Flüssigkeit im Kreislauf durch die schwach verwirbelte Zone an der Oberfläche der Flüssigkeit geführt und hier mit der Luft in Berührung gebracht wird.
Da bei der erfindungsgemässen Vorrichtung der Belüfter mit dem waagrechten Auslegerarm um die zentrale Drehachse umläuft, ist die jeweilige Verweildauer des Belüfters in jedem Bereich der Oberfläche der Flüssigkeit begrenzt.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist besonders für die Belüftung von Abwässern in einer Anlage für die bakteriologische Abwasseraufbereitung nach der brit. Patentschrift Nr. 847,640 geeignet, aber nicht auf dieses Anwendungsgebiet beschränkt.
Die Leitplatten des Belüfters können gewünschtenfalls auch schwenkbar an der Schale des Belüfters angelenkt sein.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zur Belüftung von Flüssigkeiten nach Patent Nr. 231911, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindel (10) der Schale (12) des Belüfters samt einer Antriebseinrichtung (58., 59) für die
EMI5.1
durch die bei der Drehung des Belüfters um seine eigene Achse (10) in der Flüssigkeit erzeugte Reaktionskraft in Umlauf um die vertikale Drehachse versetzbar ist.