DE102006020312A1

DE102006020312A1 - Lamellierung des Radialventilators

Info

Publication number: DE102006020312A1
Application number: DE102006020312A
Authority: DE
Inventors: Ewald Tomzak
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-05-03
Filing date: 2006-05-03
Publication date: 2007-11-22

Abstract

Der heutige Stand der Technik von Radialventilatoren weist bekannte Mängel (Verbesserungswürdigkeiten) auf: Verschleißanfälligkeit, hoher Energieeinsatz, Deformation der zu bewegenden Festkörper, Unwuchtentstehung durch unterschiedlichen Verschleiß an den Flügelblättern, Feinspan-Staub der die Umwelt belastet. Die Probleme entstehen durch die Verwendung von Blechen, dessen Oberflächenrauigkeit hohe Reibungswiderstände (Grenzschichthaftung) hervorrufen und somit den Verschleißprozess beschleunigen und dessen Begleiterscheinungen. Die Lösung für all diese Probleme bietet das Prinzip der Lamellierung. Es verlängert nicht nur die Lebensdauer eines Ventilators, sondern hilft Energie einzusparen, die Widerverwertbarkeit der Festkörper zu verbessern und die Probleme, die durch Feinspan-Staub entstehen, zu mindern. Diese Technik kann bei der Herstellung von Radialventilatoren gleich eingesetzt werden und/oder erst recht bei verschlissenen Ventilatoren als - Lamellenreparatursatz -. Nicht zuletzt können die Lamellen problemlos ausgetauscht werden. Lamellenreparatursatz und die Möglichkeit des Austauschens bilden eine kostengünstige Variante gegenüber einer Neuanschaffung. Für den heutigen Stand der Technik ist das Prinzip der Lamellierung eine richtungsweisende Entwicklung und Verbesserung.

Description

Stand der Technik:
Das Schneckengehäuse und das Flügelrad werden aus glatten, handelsüblichen Blechen hergestellt. (Anl.1) Während des Betriebes gleiten Festkörper (Fk) (Späne, Getreidekörner, Granulate, und andere), über Flächen, Gleitflächen die auf Blatt 5 1 durch gestrichelte Linien gekennzeichnet sind. Auf diese beziehen sich die Erfindung.
Der Anteil der Fk. in dem Luft-Fk.-Gemenge beträgt gewöhnlich weniger als 20%.
Strömungsablauf im Gehäuse:
Die angesaugten Fk. (Eintritt in den Ventilator) prallen mit 11-20 m/s auf das rotierende Flügelrad (1450-2000 U/min) und werden um 90° umgelenkt. Zentrifugalkräfte beginnen auf Luft und Fk durch das Entfernen vom Zentrum zu wirken. Dadurch erhöht sich auch der Anpressdruck der Fk. auf die Flügelblätter. Dieser Effekt erzeugt eine hohe Reibungsintensivität. Die Fk. verlassen das Flügelrad und prallen mit einer Geschwindigkeit von 110-200 km/h auf die Gehäusewand. Die Geschwindigkeit mit der sich die Fk. bewegen, ist abhängig von ihrer Form und ihrer Masse. Im ungünstigsten Fall werden die Fk. über die gesamte Umfangslänge des Ventilators gerieben, bzw. geschliffen.
Beispiel: Der Gleitweg der Fk. in einem Ventilator mit 1,20 m Durchmesser beträgt 4,10 m. Die Gleit- oder Reibegeschwindigkeit trotz Einwirkung der Fliehkraft bewegt sich zw. 180-210 km/h.
Grundlagen der Erfindung sind

– 33 jährige Berufserfahrung (Service und Reparaturen bei Kunden)
– Recherchen in der TU Darmstadt (Abt. Strömungslehre u. Aerodynamik)
– zur Begriffsbestimmung und als Formulierungshilfe wurde die freie Enzyklopädie Wikipedia in Anspruch genommen.
– der Verständnisgrad zur Ventilatorentechnik ist ein Meistertitel im Schlosserhandwerk, sowie persönliche, körperliche Erfahrungen im Strömungsfliegen.

Alle bewertende Angaben (Adjektive z.B. groß, klein) können durch Messungen und High-Speed-Aufnahmen bewiesen und nachgereicht werden.
Probleme und Nachteile beim Stand der Technik

1. Die Gleitflächen, -darum geht es in der Erfindung-, werden durch Reibung (Abrasiver Verschleiß) aufgebraucht.
2. Die Fk. werden deformiert durch reiben, schleifen, weil kein „Zwischenstoff" (vgl. Tribologie) vorhanden ist.
3. Der dadurch entstandene Feinspanstaub belastet die Umwelt oder es bedeutet einen hohen Kostenaufwand durch Filteranlagen und dessen Wartung.
4. Der Reibungswiderstand bremst die Relativbewegung der Fk.. Dies geht zu Lasten der Förderleistung.
5. Zur Überwindung des Reibungswiderstandes ist zusätzliche Energie erforderlich.

Was ist machbar?
Um diese genannten Nachteile zu mindern beziehungsweise ganz auszumerzen, wäre es von Vorteil, die FK. erst gar nicht, wenn überhaupt so wenig wie möglich, mit dem Gegenkörper (Ventilatorgehäuse) in Berührung kommen zu lassen. Und wenn der Kontakt der Fk. mit dem Ventilatorgehäuse nicht ganz verhindert werden kann, dann einen rollenden oder trudelnden oder wälzenden, statt schleifenden Kontakt, die bekanntlich einen geringeren Reibungswiderstand aufweisen.
Lotusblatteffekt und die Schuppenstruktur der Haifischhaut zeigen uns in der Bionik die ersten Ansätze, die positive Grenzschichteffekte nach sich ziehen. Also galt es nach ähnlichen Strukturen für die Oberflächen im Ventilator zu suchen.
Die Lösung:
Ich habe herausgefunden, dass das – Prinzip der Lamellierung – die Umwandeln der Gleitreibung in Wälzreibung bewirkt. Dabei hat sich auch herausgestellt, dass eine teilweise >inneren Reibung< (Luft auf Luft) stattfindet, die den Reibungswiderstand reduziert.
Lamellierung: Eine Vielzahl aneinander gereihter Lamellen, die so angeordnet sind, das jede Lamelle eine Strömungsabrisskante bildet. (2.3 u. 3.3) Durch diese Strömungsabrisskante werden in der laminaren Strömung Turbulenzen erzeugt. Turbulenzen bilden sich, wenn das Fluid (Luft) gezwungen wird die Grenzschichthaftung der Lamelle zu verlassen.
Dadurch treten zwei wesentliche Veränderungen im Strömungsablauf ein:

1. In dem größeren Abschnitt zwischen den einzelnen Lamellen, hervorgerufen durch die Turbulenzen, ist eine >innere Reibung< (Luft gleitet auf Luft) vorhanden, welche den Reibungswiderstand verringert. Die Hoovercraft-Technik ist ein anschauliches Beispiel dafür.
2. Durch die Strömungsabrisskante und durch die Turbulenzen erfahren die Fk. in ihrer Bewegung einen Impuls (punktuelle Abbremsung) und werden dadurch zum Rollen, Trudeln animiert. Ein Flugzeug, das einen Strömungsabriss erfährt beginnt zu trudeln.

Anmerkungen:
Die Bestimmung des Strömungswiderstandes der – inneren Reibung – nach der Strömungsabrisskante ist aufwendig. Sie ist defacto „nur durch Experimente zu bestimmen" und „einen rechnerischen Nachweis darüber zu führen, ist wenn überhaupt nur – mit großen Aufwand möglich."
Das Prinzip der Lamellierung bewirkt nahezu die Aufhebung der aufgeführten Problematik entsprechend dem Stand der Technik.

1. Durch die Umwandlung der Gleitreibung in Roll- od. Wälzreibung der Fk. wird der abrasive Verschleiß drastisch reduziert.
2. Auf Grund dessen werden auch die Fk. nicht deformiert und zerkleinert. (Wichtig für die Spanwiederverwertung)
3. Daraus folgt, dass die Umweltbelastung durch Feinspan-Staub geringer ist und
4. der Kostenaufwand für Filteranlagen und dessen Wartung sich reduziert.
5. Durch die Entstehung der Luft auf Luftreibung (geringerer Widerstand) wird Energie frei für mehr Leistung oder
6. diese Energie kann eingespart werden.

Die Lamellierung in einem Versuchsventilator zeigte eine Verdoppelung der Förderleistung. Das beweist, dass die Energie, die zur Überwindung des Reibungswiderstandes benötigt wurde, in Förderleistung umgewandelt worden ist.
Beschreibung
Die Beschreibung der Lamellierung bezieht sich auf einen Radialventilator mit mittlerem Durchmesser von 1200 für die Beförderung von Sägespänen. Der Lamellenwerkstoff besteht aus verschleissfestem Blech (Hardoxblech 500).
Die Abmessung der Lamelle ist: Breite = 125; Dicke = 3; Länge = Ventilatorbreite (Innen) – 2
Die Lamelle ist entsprechend der Radiuskurve gerundet. In 2.1 Blatt 6 dargestellt.
2.2 zeigt die Überlappung (ca. 5) zur Bildung der Strömungsabrisskante.
2.3 kennzeichnet die Befestigung durch Senkkopfschraube M 8 × 20 (Verschleissfest).
2.4 kennzeichnet die Schweißverbindung eines Lamellenpaares.
2.5 stellt dar eine Gummizwischenlage als zusätzliche Schalldämmung.
2.6 zeigt den Gehäusemantel nach dem Stand der Technik.
2.7 zeigt die Strömungsrichtung an, nach der die Überlappung ausgerichtet ist.
Die Flügelblätter des Flügelrades sind mit Lamellen, wie in 3 Blatt 7 dargestellt, ausgestattet.
Die Länge der Lamelle ist der Flügelblattkonfiguration angepasst.
Die Dicke der Lamelle beträgt 2.
Die Breite der Lamelle (die erste ist 30 mm breit) nimmt um 2 mm zu, je weiter sie zum Rand des Flügelrades positioniert ist. (30 → 32 → 34 → 36 ...)
3.1 zeigt ein Flügelblatt nach dem Stand der Technik.
3.2 zeigt die Überlappung (ca. 3) zur Bildung der Strömungsabrisskante.
3.3 zeigt, dass jede einzelne Lamelle auf das vorhandene Flügelblatt aufgeschweißt ist.
3.4 zeigt die Drehrichtung des Flügelrads an, welche die Seite zur Aufschweißung der Lamellen bestimmt.
Einsatzspektrum dieser Technik:

– Sofort bei der Herstellung des Radialventilators
– Bei schon stark verschlissenen Radialventilatoren als "Reparatursatz".
– Die Lamellen der 2 sind austauschbar bei erneuten Verschleißerscheinungen.

Vorteile und Nutzen:
Für den Benutzer von Radialventilatoren

1. Der Radialventilator bekommt eine unbegrenzte Lebensdauer. Es brauchen nur noch die Lamellen ausgetauscht werden. Einsparung von Neuinvestitionen.
2. Die Förderleistung verdoppelt sich. Die Anschaffung eines größeren Ventilators entfällt.
3. Beträchtliche Energiekosteneinsparung oder kleinere Antriebsmotoren.
4. Späne sind für die Weiterverarbeitung nicht mehr so deformiert.
5. Die Wartungsarbeiten (Zeitkosten) an Filteranlagen reduzieren sich, da weniger Feinspan-Staub entsteht.

Für den Hersteller:

1. Ein Prestigegewinn
2. Konkurrenzfähigkeit
3. Zeigt Umweltbewusstsein
4. Innovationsfähigkeit

Für die Umwelt
Bei der Trennung der Fk. durch Zyklonabscheider oder der Umsetzung (manuell oder maschinell) wird die Feinspan-Staubbelastung der Umwelt gemindert.

Claims

Die Herstellung und den Einbau von Lamellen für Radialventilatoren jedweder Größenordnung.
Die Verwendung von Lamellen als Reparaturelemente in Radialventilatoren jedweder Größenordnung.
Den Einsatz der Lamellierungstechnik zur Steigerung der Förderleistung oder der Verschleißreduzierung im lufttechnischem Anlagenbau.
Den Einsatz der Lamellierungstechnik zur Minderung der Deformation von Festkörper im lufttechnischen Anlagenbau und der Feinspan-Staubentwicklung.