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Zellenmeßrad Die Erfindung bezieht sich auf in Gerinnen mit freiem
Flüssigkeitsspiegel arbeitende Zellenmeßräder, wie sie insbesondere in der Papierindustrie
zur Dosierung der suspensionsförmigen Papierstoffkomponenten Zellstoff, Holzschliff,
Ausschuß usw. benutzt werden. Die Zellenmeßräder bestehen im wesentlichen aus einer
drehbar gelagerten, quer zum Gerinne angeordneten Welle, auf der mehrere sich über
die ganze Breite des Gerinnes erstreckende Schaufeln angeordnet sind. Die Schaufeln
können dabei die verschiedensten Querschnitte aufweisen, und auch die Anordnung
der Schaufeln kann verschieden erfolgen.
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Gemeinsam ist allen Ausführungen aber, daß jeweils zwei in Umfangsrichtung
unmittelbar aufeinanderfolgende Schaufeln miteinander eine Zelle bilden.
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Maßgebend für die Ausbildung der Zellen ist dabei, daß das Zellenmeßrad
einen günstigen volumetrischen Wirkungsgrad aufweist und daß die Drehzahl des Zellenmeßrades
möglichst hoch gewählt werden kann.
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Bei den bekannten Zellenrädern mit geraden oder gebogenen Schaufeln
entspricht bis etwa 10 bis 12 U/min die tatsächliche Fördermenge etwa der theoretisch
möglichen Fördermenge, die sich aus der Summe der Querschnitte der Zellen mal Länge
der Zellen mal Drehzahl des Zellenrades ergibt. Bei Drehzahlen über 10 bis 12 U/min
nimmt die tatsächliche Fördermenge bei diesen bekannten Zellenmeßrädern gegenüber
der theoretischen Fördermenge bedeutend ab, so daß beispielsweise bei 15 U/min nur
noch ein volumetrischer Wirkungsgrad von 0,8 vorhanden ist.
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Bedingt wird die Verschlechterung des volumetrischen Wirkungsgrades
durch Luftmengen, welche durch Ablösungserscheinungen am äußeren Schaufelende der
beim Eintauchen der Schaufel in die Suspension entstehenden Strömung mit der Suspension
in die Zelle gelangen. Insbesondere entstehen dabei Luftwirbel am äußeren Ende der
Schaufel. Die eingeschlossene Luftmenge ist abhängig von der Drehzahl und nimmt
mit steigender Drehzahl zu. Da die jeweils eingeschlossene Luftmenge immer verschieden
ist, schwankt auch die prozentuale Zusammensetzung der einzelnen Papierstoffkomponenten,
was zu einer ungleichmäßigen Zusammensetzung des Papierstoffes führt.
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Es ist bereits vorgeschlagen worden, die eingeschlossene Luftmenge
durch Entlüftungsbohrungen in den Schaufeln abzuführen. Diese Ausbildung der Schaufeln
hat aber, wie durch Versuche festgestellt wurde, keinen besonderen Einfluß auf die
Entstehung der Ablösungserscheinungen und führt auch zu keiner nennenswerten Steigerung
des volumetrischen Wirkungsgrades.
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Es ist ferner bereits vorgeschlagen worden, die in Umlaufrichtung
gesehen vordere Schaufelfläche S-förmig auszubilden, so daß sie mit einer konvex
gekrümmten rückwärtigenSchaufelfläche eine amSchaufelende einen spitzen Winkel bildende,
etwa in der äußeren Hälfte der Schaufelfläche befindliche Verdickung bildet. Eine
derartige Ausbildung vermeidet zwar das Überschlagen der in die Zelle mit großer
Geschwindigkeit eintretenden Suspension am Zellengrund und damit verbundene Lufteinschlüsse
in der Zellenfüllung, vermeidet aber nicht das Ablösen der in die Zelle einströmenden
Suspension am Schaufelende, sondern begünstigt dieses durch tangential zur Schaufelrückenfläche
am Schaufelende nach außen vorkragende Dichtleisten. Diese Bauart erfordert einen
großen Aufwand bezüglich der Herstellung und vermindert den volumetrischen Wirkungsgrad
insbesondere kleiner Zellenmeßräder.
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Gemäß der Erfindung wird zur Verbesserung der bekannten Zellenmeßräder
vorgeschlagen, die Schaufeln an ihrem äußeren Ende mit einer Verdickung zu versehen,
die auf der in Drehrichtung hinteren Seite jeder Schaufel angeordnet und in Form
eines sich über die ganze Breite der Schaufel erstreckenden höckerförmigen Ansatzes
ausgebildet ist. Der Erfinder hat erkannt, daß mit derartig ausgebildeten Schaufeln
Ablösungserscheinungen am Schaufelende beim Eintauchen der Schaufeln in die Suspension,
die nur auf der Schaufelrückseite, nicht aber auf der Vorderseite auftreten, vermieden
und hohe volumetrische Wirkungsgrade auch bei relativ hohen Drehzahlen erreicht
werden können. Durch die Ausbildung der Schaufeln gemäß der Erfindung wird eine
Vergrößerung des Zellenquerschnittes erzielt, die sich insbesondere bei Zellenmeßrädern
mit kleinem Durchmesser vorteilhaft bemerkbar macht, da für diese Zellenmeßräder
im Verhältnis zu Zellenmeßrädern mit größerem
Durchmesser zur Vermeidung
der Ablösungserscheinungen eine relativ große Verdickung am Schaufelende erforderlich
ist. Der volumetrische Wirkungsgrad der kleinen Zellenmeßräder kann dadurch wesenlich
erhöht werden. Außerdem sind Schaufeln mit der erfindungsgemäßen Verdickung bedeutend
einfacher herzustellen.
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Der höckerförmige Ansatz wird gemäß einem weiteren Vorschlag der
Erfindung so ausgebildet, daß die größte Höhe desselben in an sich bekannter Weise
in der Nähe des Schaufelendes angeordnet ist und daß die Höhe des Ansatzes zur Schaufelmitte
hin allmählich abnimmt. Besonders zweckmäßig ist eine Anordnung der Verdickung an
geradlinig oder schwach gekrümmt ausgebildeten Schaufeln. Durch diese Ausbildung
der Schaufeln treten keine Ablösungserscheinungen beim Eintauchen der Schaufeln,
selbst be Geschwindigkeiten von über 25 Ulmin auf, wie an Hand von Zeitlupenaufnahmen
eindeutig festgestellt wurde. Der volumetrische Wirkungsgrad bleibt dementsprechend
bei diesen hohen Geschwindigkeiten so groß, daß die tatsächliche Fördermenge etwa
der theoretischen entspricht. Der Vorteil dieser erzielbaren hohen Geschwindigkeit
besteht dabei insbesondere darin, daß bei gleicher Fördermenge das Zellenrad bedeutend
kürzer ausgebildet werden kann, als bei langsam laufenden Zellenrädern. Beispielsweise
kann bei einer Ausbildung des Zellenrades für 25 U/min die Baulänge gegenüber den
bisherigen Ausführungen um über die Hälfte verringert werden.
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In weiterer Ausbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, das Zellenmeßrad
auf der Einlaufseite teilweise, vorzugsweise in der oberen Hälfte, von einer in
einem gewissen Abstand vom Zellenrad angeordneten Abdeckung zu umgeben. Durch diese
Abdekkung wird eine zweckmäßige Abführung der Luft erreicht, die ungehindert zwischen
Zellenrad und Abdeckung nach oben steigen und entweichen kann. Ferner verhindert
die Abdeckung ein Spritzen der Suspension gegen Deckel und Wände des Zulaufes beim
Eintauchen der Schaufeln in die Suspension.
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Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung wird die Abdeckung so
ausgebildet, daß sie einen keilförmigen Querschnitt aufweist und daß die Spitze
der Abdeckung abgerundet ist.
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Zweckmäßigerweise wird bei einer über die Zellenradmitte reichenden
Suspensionshöhe im Zulauf die untere Kante der Abdeckung etwa in Höhe der Zellenradmitte
angeordnet. Dadurch ergeben sich günstige Strömungsbedingungen, welche die Erzielung
eines maximalen volumetrischen Wirkungsgrades ermöglichen, wobei es sich als besonders
zweckmäßig erwiesen hat, die Suspensionshöhe etwa 50 mm über Zellenradmitte anzustauen.
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In der Figur ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt.
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In einem Gerinne 1 mit freiem Flüssigkeitsspiegel ist ein Zellenmeßrad
angeordnet, das im wesentlichen aus mehreren Schaufeln 2 besteht. Die dem Radinnern
zugewandten Enden dieser Schaufeln bilden einen prismatischen Körper, auf dessen
Stirnseiten je ein in der Seitenwand des Gerinnes 1 drehbar gelagerter Zapfen 3
angeordnet ist. Über den einen dieser
Zapfen wird das Zellenmeßrad von einem nicht
dargestellten Motor angetrieben. Die äußeren Enden der Schaufeln 2 sind auf der
in Drehrichtung rückwärtigen Seite mit je einem höckerförmigen Ansatz 4 versehen.
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An der Zelleneinlaufseite ist über dem oberen, aus der zuströmenden
Suspension herausragenden Teil des Zellenmeßrades mit einem geringen Abstand von
diesem eine Abdeckung 5 angeordnet, die sich über die ganze Breite des Gerinnes
1 erstreckt. Das untere Ende 6 der Abdeckung 5 ist abgerundet. Die der zuströmenden
Suspension zugewandte Vorderwand der Abdeckung 5 ist derart schräg nach oben verlaufend
ausgebildet, daß sich ein keilförmiger Querschnitt der Abdeckung ergibt. Das untere
Ende 6 der Abdeckung taucht in die Suspension ein und erstreckt sich bei einem Suspensionsstand
oberhalb der Zellenradmitte im Zulauf bis etwa in die Höhe der Zellenradmitte.