Regelbares Gegenlaufgebläse axialer Bauart Die Erfindung bezieht sich auf Axialgebläse, wie sie zur Be- oder Entlüftung von Räumen, beispiels weise Laboratorien, Werkstätten oder dergleichen, oder von grösseren Hallen, Tunnelanlagen oder der gleichen Verwendung finden. Derartige Axialgebläse sind, insbesondere für stark veränderliche Betriebs zustände, bekannt. Werden diese bekannten Axial gebläse zur Förderung grosser Luftmengen bei grösse ren Druckunterschieden benutzt, so entstehen in folge der relativ hohen Geschwindigkeit der Luft gegenüber den Gebläseblättern starke Geräusche, die in vielen Fällen unerwünscht oder gar unzulässig sind.
Um diesen Nachteil auszuschalten, werden Axial gebläse häufig mehrstufig und auch gegenläufig aus geführt. Das gegenläufige Gebläse, bei dem also die aufeinanderfolgenden Schaufelräder gegenläufig, das heisst mit entgegengesetzten Drehrichtungen angetrie ben sind, hat dabei vor einem einfachen, mehrstufigen Gebläse den Vorteil, dass keine besonderen Leitappa- rate bei axialem Luftein- und -austritt benötigt wer den. Förderdruck und Fördermenge derartiger Ge bläse gehorchen den bekannten Gesetzen der Lüf tungstechnik, das heisst, der Drucksprung ist propor tional dem Quadrat der Drehzahl, während die För dermenge der Drehzahl direkt proportional ist.
Die bekannten Axialgebläse, insbesondere auch die bekannten gegenläufigen Gebläse, besitzen aber noch weitere erhebliche Nachteile, die ihre Verwend barkeit in der Praxis einschränken. Wenn man bei spielsweise gegenläufige Gebläse dazu verwendet, aus Räumen oder Hallen die Luft abzusaugen, die diesen Räumen über besondere Filter zugeführt wird, so wird sich, insbesondere bei starker Verstaubung der Luft, der Durchlasswiderstand des Filters verhältnis mässig schnell ändern. In solchen Fällen zeigte es sich, dass sich die Fördermenge der bekannten Gebläse nicht mehr ohne weiteres durch eire Änderung der Drehzahl befriedigend durchführen lässt.
Selbstver ständlich besteht in allen solchen Fällen der Wunsch, die durch den Raum hindurchgesaugte Luftmenge praktisch etwa konstant zu halten. Wenn nun bei einer Erhöhung des Druckunterschiedes am Filter die Drehzahl des Gebläses erhöht wird, erhöht sich auch unerwünschterweise die Fördermenge, wobei die Antriebsleitung mit der dritten Potenz der Dreh zahl steigt. Es wird dann also bei Verwendung der bekannten Gebläse häufig nicht nur eine zu grosse Luftmenge infolge Überregelung gefördert, sondern es müssen auch von vornherein stärkere Motoren und kräftiger ausgelegte Gebläse vorgesehen werden, die dem erhöhten Bedarf angepasst sind.
Aus den vor genannten Gründen sind deshalb die bekannten Ge bläse im allgemeinen sowohl bei der Installation als auch während ihres Betriebes verhältnismässig un wirtschaftlich.
Die Erfindung bezieht sich auf gegenläufige Axial gebläse der vorgenannten Art mit zwei oder mehreren Laufrädern als Stufen, welche sich jedoch im beson deren durch ihre Kombinationsbauweise kennzeich nen. Wenn man beispielsweise bei einem derartigen Gebläse mit zwei Stufen die Drehzahl beider Lauf räder gleich, ihre Drehrichtung jedoch entgegengesetzt wählt, so treten beim Ändern der Drehzahl gewisse aerodynamische Besonderheiten auf. Die in axialer Richtung in die erste Stufe eintretende Luft erhält von dieser auf der Abgabeseite einen Drall.
Die von der ersten Stufe abgegebene Luft tritt also in die zweite, gegenläufige Stufe nicht in axialer Richtung ein, son dern beaufschlagt die einzelnen Schaufeln des zweiten Laufrades jeweils unter einem gewissen Winkel. Die ser Winkel hängt unter anderem von der Drehzahl der ersten Stufe sowie von dem Anstellwinkel der zweiten Stufe ab. Es lässt sich nun bei einer bestimm ten Drehzahl bzw. in einem bestimmten, engen Be reich durch Wahl geeigneter Schaufelanstellwinkel so einrichten, dass die Luft die zweite Stufe axial gleich gerichtet verlässt.
Grundsätzlich ist es aber unmög lich, diese Wirkung bei einem gegenläufigen Axial- gebläse über einen grossen Drehzahlbereich zu erzie len, sofern die Schaufeln fest eingestellt sind.
Die Erfindung besteht somit darin, dass bei einem Gegenlaufgebläse axialer Bauart jede Stufe ein Lauf rad enthält und mindestens bei einer Stufe die Dreh zahl und mindestens bei einer Stufe der Anstellwinkel der Schaufeln stufenlos verstellbar sind.
Dabei genügt es an sich, wenn die Drehzahl min destens bei einer der Stufen veränderbar ist. Ebenso genügt es, dass die Schaufelanstellwinkel mindestens bei einer Stufe stufenlos verstellbar sind. Dabei kann man so vorgehen, dass bei einem zweistufigen Gegen laufgebläse die eine Stufe mit veränderbarer Drehzahl und die andere mit veränderbarem Schaufelanstell- winkel betrieben wird. Selbstverständlich können dar über hinaus die Drehzahlen von mehr als einer Stufe und auch die Schaufelanstellwinkel von mehreren Stu fen verstellbar eingerichtet sein.
In Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass der Antrieb der drehzahlveränderbaren Stufe(n) durch ein an sich bekanntes, aus einer Pumpe und einem Flüs sigkeitsmotor bestehendes, stufenlos verstellbares, hydrostatisches Getriebe erfolgt, wobei die Regelung der Drehzahl durch Änderung des Fördervolumens der Pumpe oder des Motors erfolgt.
Obwohl man selbstverständlich auch andere An triebsmittel, beispielsweise polumschaltbare Elektro motoren oder Motoren mit nachgeschalteten ver änderbaren Getrieben verwenden kann, eignet sich doch für diesen Zweck besonders ein hydrostatisches Getriebe, das in bekannter Weise aus einer Pumpe mit willkürlich einstellbarer Fördermenge und einem Öl- motor konstanter Schluckfähigkeit je Umdrehung be steht. Diese hydrostatischen Getriebe sind zwar schon für andere Zwecke bekanntgeworden, ihre besonderen Vorteile wurden aber bisher für den Antrieb von Gegenlaufgebläsen nicht eingesetzt.
Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass die Ein stellung des hydrostatischen Getriebes und die besagte Schaufelverstellung zwangweise mechanisch, hydrau lisch oder in sonstiger Weise derart gekoppelt sind, dass für jede Drehzahl des Laufrades selbsttätig der dazugehörige vorbestimmte Schaufelanstellwinkel ein gestellt wird. Diese Anordnung besitzt den Vorteil, dass man das Gebläse für die verschiedensten Zwecke der Praxis einsetzen kann, bei denen an sich eine komplizierte Regelung erforderlich ist.
Sofern das erfindungsgemässe Gebläse aus zwei oder mehreren Laufrädern mit verstellbaren Schau feln besteht, wird vorzugsweise vorgeschlagen, dass die Schaufelverstellung sämtlicher Laufräder gemeinsam durch einen zentralen Stellmotor erfolgt.
Ferner wird vorgeschlagen, dass bei Vorschaltung eines Filters vor die Ansaugseite des Gebläses der Druckabfall an diesem Filter zur selbsttätigen Steue rung herangezogen wird. So wird insbesondere dieser Druckabfall dazu verwendet, die Drehzahl des Lauf rades oder der Laufräder selbsttätig zu steuern.
Gerade für den vorgenannten Zweck, nämlich die selbsttätige Steuerung des Gebläses vom Druckabfall eines vorgeschalteten Filters aus, ist der hydrosta tische Antrieb besonders vorteilhaft, da ja eine Wider standsänderung an einem Luftfilter im allgemeinen nicht sprunghaft, sondern stetig erfolgt.
Die vorstehend beschriebene Antriebsart des Ge bläses erweist sich als besonders vorteilhaft, wenn das Gebläse die Aufgabe hat, brennbare Gase oder der gleichen abzusaugen oder explosionsgefährdete Räume zu entlüften. In solchen Fällen ist es nämlich üblich, den Antriebsmotor des Gebläses unabhängig von dem Läufer aufzustellen und den Antrieb über einen Keil riemen oder ein Getriebe vorzusehen. Durch die Ver wendung eines hydrostatischen Antriebes kann dann in vielen Fällen eine wesentlich sicherere und zweck mässigere Anlage geschaffen werden, als es mit den konventionellen Mitteln möglich ist.
Im übrigen sei zur praktischen Ausführung des Gebläses noch folgendes bemerkt: Da bei dem gegen läufigen Gebläse jeder Läufer für sich bei geregel tem Fördervolumen auch in einer entsprechenden Drehzahl betrieben werden soll, werden zweckmässig zwei hydrostatische Antriebe vorgesehen, die aus je einer Pumpe und einem Flüssigkeitsmotor bestehen. Dabei ist bei jedem Antriebssystem entweder die Pumpe oder der Flüssigkeitsmotor mit einer Einrich tung zur Veränderung des Fördervolumens je Um drehung versehen. Die Pumpe selbst kann als Dop pelpumpe mit zwei Pumpenläufern auf einer Welle ausgeführt werden, die zunächst gleiche Mengen an saugen und unter Druck den Flüssigkeitsmotoren zu führen.
Wenn der eine Motor hinsichtlich des von ihm aufgenommenen Fördervolumens verstellbar ist, genügt es, die Schaufeleinstellung des diesem Motor zugeordneten Läufers verstellbar vorzusehen.
Es ist weiterhin vorgesehen, den Stufen des Ge bläses an sich bekannte Leitapparate vor- oder nach zuschalten, die gleichmässig über den Umfang ver teilte, jedoch nicht umlaufende, sondern feste Leit- schaufeln enthalten. Dabei können die Anstellwinkel der Leitschaufeln ein für allemal fest eingestellt sein; man kann aber in einer weiteren Ausbildung auch vorsehen, dass die Anstellwinkel der Leitschaufeln auf andere Werte einstellbar sind.
Derartige Gebläse, die vielleicht ursprünglich für einen ganz bestimmten Zweck und damit für einen bestimmten Förderstrom entworfen worden sind, können dann durch nachträg lichen Einbau eines Leitapparates und oder entspre chende Verstellung der Anstellwinkel der Leitschau- feln dieses Leitapparates späterhin so umgebaut wer den, dass sie in einem anderen Druck- oder Förder- volumbereich arbeiten. Derartige Umstellungen und insbesondere die Wahl der jeweils geeigneten Anstell- winkel sind für den Gebläsefachmann ausserordent lich leicht durchzuführen.
Der besondere Vorteil der zusätzlich vorgesehenen Leitapparate mit festen oder sogar verstellbaren Schaufelanstellwinkeln besteht darin, dass man nicht, wie bisher, für jede in der Praxis gestellte lufttechnische Aufgabe ein besonderes Gebläse konstruieren muss, sondern, dass man das Gebläse durch entsprechende Zusammenstellung, Ab wandlung oder Umstellung ausserordentlich vielseitig verwenden kann.
Vorzugsweise wird weiterhin vorgeschlagen, die Laufräder und die vorgenannten Leitapparate für das Gebläse aus Bauelementen aufzubauen. Die Verwen dung solcher Bauelemente für verschiedene praktische Aufgaben gibt unter anderem auch die Möglichkeit, Gebläse, die aus irgendeinem Grund an einer anderen Stelle bzw. unter anderen Bedingungen weiter verwen det werden sollen, mit dem kleinstmöglichen Kosten aufwand dem neuen Betriebszweck anzupassen. Bei der Verstellbarkeit der Schaufelwinkel, insbesondere bei den Laufradschaufeln, soll ein grosser Spielraum gegeben sein.
Vorzugsweise wird vorgeschlagen, dass die Laufradschaufeln so weit verstellbar sind, dass die Strömungsrichtung bei sonst gleichen Strömungsver hältnissen umkehrbar ist. Während die Verstellbarkeit einer Laufradschaufel im üblichen Falle etwa 90 beträgt, wird bei der Ausführung durch ein zusätz liches Bauelement erreicht, dass die Schaufeln um 180 verstellbar sind. Auf diese Weise wird es ermöglicht, den Förderstrom bei gleicherDrehrichtungumzukehren.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Ver- oder Einstellmechanismus zwischen den Stufen innerhalb eines separaten Bauteiles untergebracht ist, von wel chem aus sich eine einfache Betätigung bzw. Wartung ermöglichen lässt, ohne dass das Gebläse als solches ausgebaut werden muss.
Die einzelnen Bauelemente kann man so aus gestalten, dass sich jederzeit neue Elemente, beispiels weise ein zusätzlicher Leitapparat oder eine weitere Stufe, zu einem vorhandenen Gebläse hinzufügen lassen, ohne irgendwelche baulichen Änderungen an dem vorhandenen Gebläse vornehmen zu müssen.
Die Erfindung wird nachstehend in einigen Aus führungsbeispielen anhand der Zeichnung näher er läutert. Dabei zeigt: Fig. 1 eine schematische Darstellung eines regel baren Gegenlaufgebläses axialer Bauart, Fig. 2 bis 13 vereinfachte schematische Darstel lungen von Bauelementen und aus diesen zusammen gestellten Gebläsen, und zwar insbesondere:
Fig. 2 einen Leitapparat, Fig. 3 einen Laufapparat, Fig. 4 einen zusammengesetzten Apparat, enthal tend einen Leitapparat gemäss Fig.2 und einen Laufapparat gemäss Fig. 3, Fig. 5 ein Laufrad mit einzeln einstellbaren Schaufeln, Fig. 6 ein Laufrad mit zentral einstellbaren Schaufeln, Fig. 7 ein aus zwei Laufrädern gemäss Fig. 6 zu sammengestelltes zweistufiges Gegenlaufgebläse mit während des Laufes zentral verstellbaren Schaufeln,
Fig. 8 eine Draufsicht auf ein Laufrad, Fig. 9 einen Schnitt läng der Linie IX-1X in Fig. 8, Fig. 10 ein aus einem Leitrad und einem Lauf rad zusammengesetztes einstufiges Gebläse, Fig. 11 ein Zwischenstück, enthaltend eine be sondere Einrichtung zur zentralen Verstellung der Schaufelanstellwinkel,
Fig. 12 ein Beispiel eines aus Bauelementen zu sammengestellten zweistufigen Gegenlaufgebläses und Fig. 13 ein aus Leiträdern und Laufrädern zu sammengesetztes mehrstufiges Gegenlaufgebläse. Das in Fig. 1 schematisch dargestellte regelbare Gegenlaufgebläse axialer Bauart umfasst zwei Lauf räder 16 und 16' mit verstellbaren Schaufeln 10 bzw. 10', wobei die beiden Laufräder durch getrennte Öl motoren 1 bzw. 1' gegenläufig angetrieben werden. Die Verstellung der Schaufelwinkel erfolgt über eine nur schematisch angedeutete Hebelverstellung 11 bzw.
11' von zwei zwischen den Laufrädern angeordneten Verstelltellern 13 und einem zwischen diesen an geordneten Verstellnocken 12. Die Verstellteller wer den durch Zugfedern 14 zusammengehalten und bei einer Drehung des Verstellnockens 12 entgegen der Kraft der Federn 14 nach aussen getrieben, wobei sie über die Hebelverstellungen 11 bzw. 11' die Schaufel anstellwinkel der beiden Laufräder 16 bzw. 16' ver ändern. Als Antriebsmotoren 1 und 1' werden Öl- motoren verwendet, denen das zum Betrieb erforder liche Drucköl durch die Ölpumpen 2 und 3 zugeführt wird.
Dabei ist vorgesehen, dass die Ölpumpe 3 eine konstante Fördermenge aufweist, während die För dermenge der Ölpumpe 2 veränderbar ist. Die beiden Ölpumpen 2 und 3 werden über elastische Kupplun gen 5 und 5' von einem gemeinsamen, beispielsweise elektrischen Antriebsmotor 4 aus angetrieben. Auf der Ansaugseite des in Fig. 1 dargestellten zweistufi gen Gebläses befindet sich ein Filter 9, an dessen Eingangs- und Ausgangsseite der Luftdruck durch besondere, nicht dargestellte Sonden gemessen und über entsprechende Messleitungen 8 einem an sich bekannten Steuerventil 7 zugeführt wird.
Das Steuer ventil 7 seinerseits wirkt auf einen an sich bekannten und nur schematisch dargestellten Verstellmotor 6, der wiederum das Fördervolumen der Ölpumpe und anderseits über einen schematisch dargestellten Ver- stellhebel 15 den Verstellnocken 12 steuert.
Dabei ist die Zuordnung so getroffen, dass mit wachsendem Druckabfall in dem Messleitungspaar 8 das Förder- volumen der Ölpumpe 2 und damit die Drehzahl des Ölmotors 1 erhöht und gleichzeitig die Anstellwinkel der Schaufeln der beiden Laufräder entsprechend verstellt werden.
In Fig. 2 ist ein Leitapparat 18 und in Fig. 3 ein Laufapparat 16 dargestellt, während Fig. 4 die ein fache Zusammenstellbarkeit der beiden Apparate ge mäss Fig. 2 und 3 darstellt.
Fig. 5 zeigt in schematischem Axialschnitt verein einfacht ein Laufrad mit einzeln einstellbaren Schau feln, während in Fig. 6 schematisch ein Laufrad dar- gestellt ist, dessen Schaufeln zentral durch axiale Ver schiebung eines besonderen Stehelementes bzw. einer Stellhülse verstellt werden können.
In Fig.7 sind Laufräder gemäss Fig. 6 zu einem zweistufigen Gegen laufgebläse zusammengesetzt, wobei sich zwischen den beiden Laufrädern ein gemeinsamer Verstell mechanismus befindet, der etwa wie der Verstell nocken gemäss Fig. 1 oder in sonstiger, an sich be kannter Weise ausgeführt sein kann.
Während bei der Ausführung gemäss den vorste hend beschriebenen Fig. 2 bis 4 der Laufapparat in einem längeren, beiderseits mit einem Flansch ver- sehenen Zylinder untergebracht ist, in den von dem einen axialen Ende her noch zusätzlich ein Leitappa- rat eingesetzt und durch Verschraubung der Flansche an diesem befestigt werden kann, ist in den nachste hend beschriebenen Fig. 10 bis 13 eine etwas andere Ausführung der Bauelemente dargestellt.
Fig. 10 zeigt dabei ein rohrartiges Bauelement mit beiderseitigen Flanschen, welches an seinem einen Ende ein Laufrad 16 und an seinem anderen Ende einen Haltestern oder dergleichen mit mehreren Armen 22 aufweist, der auf einem mit der Nabe des Laufrades koaxialen Innenzylinder 21 befestigt ist. Zwischen dem Haltestern und dem Laufrad befindet sich ferner ein Leitapparat 17, dessen feste Leitschau- feln ebenfalls auf dem durchgehenden Innenzylinder 21 des Haltesterns befestigt sind.
In Fig. 11 ist ein weiteres Bauelement dargestellt, das den bereits an hand der Fig. 1 beschriebenen zentralen Verstell mechanismus für zwei nebeneinander angeordnete Laufräder enthält und ebenfalls in einem mit Stirn flanschen versehenen zylindrischen Gehäuse unter gebracht ist.
Durch Zusammenstellung der Bauelemente gemäss Fig. 10 und 11 lassen sich die verschiedenartigsten Gebläse, insbesondere zweistufige und mehrstufige Gegenlaufgebläse, zusammenstellen. So zeigt bei spielsweise Fig. 12 ein aus zwei Bauelementen nach Fig. 10 und einem zwischen diesen angeordneten Bau element gemäss Fig. 11 zusammengestelltes zweistufi ges Gegenlaufgebläse, während in Fig. 13 ein mehr stufiges Gegenlaufgebläse dargestellt ist, das mehrere Leiträder und mehrere Laufräder mit den dazugehöri gen Verstellmechanismen enthält.
Obgleich für das Gebläse Laufräder und Leit- räder verschiedener Bauart verwendet werden können, ist in den Fig. 8 und 9 ein vorzugsweise für den Auf bau eines Gebläses verwendbares Laufrad dargestellt. Dieses Laufrad, das selbstverständlich auch als Leit- rad verwendet werden kann, umfasst einen ringför migen bzw. korbartigen Träger mit einer axialen Nabe sowie mehrere über den Umfang des Aussenringes des Trägers verteilte und in entsprechender Weise in die sem befestigte Laufradschaufeln 10.
Die einzelnen Schaufeln 10 sind um ihre Längsachse drehbar in dem genannten Aussenring befestigt und können entweder, wenn das Rad als Leitrad verwendet werden soll, in einer bestimmten, gewünschten Winkelstellung fest geklemmt werden oder aber, falls das Rad als Lauf- rad verwendet werden soll, durch eine entsprechende, auf der Nabe des Laufrades angeordnete Verstellvor- richtung, beispielsweise eine Kegelradübersetzung oder dergleichen, zentral verstellt werden.