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Die
Erfindung bezieht sich auf einen schwimmenden Schaufelradbelüfter zur
Gewässer-
und Klärbeckenbelüftung, mit
einem langgestreckte Schwimmer enthaltenden Rahmen, wenigstens einem
vom Rahmen getragenen Drehantrieb mit einer Abtriebswelle und an
dieser Welle sitzenden, im Betrieb in das Wasser schlagenden Schaufeln,
von denen im Betriebszustand des Belüfters die Schwimmer an der
Gewässer-
oder Klärbeckenoberfläche schwimmen,
die Welle über
dem Gewässer-
oder Klärbeckenspiegel
rotiert und Teile der mitrotierenden Schaufeln bis unter diesen
Spiegel geraten.
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Die
Schaufelradbelüfter
dienen dem Aufrühren
der Wasseroberfläche
beispielsweise in Meeresfisch-, Krebs- und Muschelfarmen oder sonstigen Wasserkulturen,
aber auch in Klärbecken,
mit Hilfe der in das Wasser schlagenden Schaufeln. Der Belüfter schwimmt
nach einem Wegeplan hin und her über
die Oberfläche
des zu belüftenden
Gewässers, oder
wird stationär
an einem Ort verankert.
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Bekannte
Modelle solcher Schaufelradbelüfter
weisen drei parallel erstreckte Schwimmer auf, die durch einen Rahmen überbrückt sind.
Schwimmer können
hierbei rohrförmige
Schwimmkörper,
aber z. B. auch Stangen mit an den Enden oder in Abständen an
den Stangen sitzenden Schwimmkörpern sein.
Der Rahmen trägt über dem
zentralen Schwimmer einen zumeist elektrischen Antriebsmotor mit
einem Getriebe, das bei den bekannten Schaufelradbelüftern ein
Schneckengetriebe ist und die Drehzahl erheblich heruntersetzt,
und von diesem Getriebe laufen beiderseits Wellen in Richtung auf
die randseitigen Schwimmer aus, die die Schaufelräder in Form von
sternförmig
in Radialebenen liegenden parallelen Kränzen tragen. Um gewisse gegenseitige
Eigenbewegungen der Schwimmer zu ermöglichen, sind die beiderseitigen
Wellen, die jeweils am randseitigen Schwimmer mit Hilfe eines hydrostatischen
Lagers gelagert sind, an Abtriebswellen des Getriebekastens über Kardangelenke
oder Hardyscheiben angeschlossen.
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Diese
bekannten Schaufelradbelüfter
haben einen relativ komplexen Aufbau und erweisen sich aufgrund
der Kurzlebigkeit einzelner ihrer Bauelemente selbst als relativ
kurzlebig. Insbesondere das Getriebe im Getriebekasten und die Wellenaufhängungen
einschließlich
der hydrostatischen Lager, welche Kunststofflager mit Wasser-Gleitflächen sind, sind
von kurzer Betriebslebensdauer. Speziell bei Motor und Getriebe
wird die Funktion durch eindringendes und im Gehäuse verbleibendes Wasser, insbesondere
Seewasser, beeinträchtigt.
Sowohl über die
Lagerung als auch über
die Luftlöcher,
die ein Atmen der Gehäuseinnenräume ermöglichen
sollen, dringen Anteile der herumgeschleuderten Wassers ein und
führen
zu beschleunigter Korrosion. Das Schneckengetriebe hat bauartbedingt
eine relativ kürzere
Lebensdauer durch höhere
Reibung der bewegten Teile und einen geringeren Wirkungsgrad als andere
Getriebe wie z. B. Stirnradgetriebe.
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Durch
die Erfindung sollen diese Nachteile vermieden und soll insbesondere
der Aufbau einfacher und stabiler gemacht werden, wodurch auch die Nutzlebensdauer des
Geräts
erhöht
wird. Dies wird durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen erreicht. Der erfindungsgemäße schwimmende
Schaufelradbelüfter
ist dadurch gekennzeichnet, daß die Schwimmer
den Rahmen bilden, zueinander in im wesentlichen rechtem Winkel
angeordnet sind und miteinander starr in einer Konfiguration verbunden sind,
in der an einem ersten Schwimmer an seinen beiden sich gegenüberliegende
Längsseiten
weitere Schwimmer oder Abschnitte von Schwimmern befestigt sind,
und daß dieser
erste Schwimmer an seiner Oberseite, die im Vergleich zu den Längsseiten,
an denen die weiteren Schwimmer(abschnitte) sitzen um 90° nach oben
verdreht liegt, ganz oder teilweise den Drehantrieb trägt, dessen
Abtriebswelle beiderseits und parallel zur Längserstreckung der weiteren Schwimmer(abschnitte)
vorsteht und die die Schaufeln tragende Welle ist. Vorzugsweise
ist hierbei der Drehantrieb in einem Gehäuse angeordnet, aus dem die
Abtriebswelle beiderseits jeweils als fliegend gelagerter Wellenstutzen
vorsteht.
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Durch
diese Maßnahmen
wird ein robuster, einfach aufgebauter schwimmender Schaufelradbelüfter geschaffen,
dessen Konstruktion sich insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, für kleinere Schaufelradbelüfter mit
nur zwei Schaufelrädern
eignet. Die Lagerung der Schaufelradwellen ist problemlos, da sie
nur in jeweils einem Bereich, nämlich
im Drehantriebsaggregat, gelagert und an ihren Enden frei fliegend
sind, so daß ein
gewisser Seegang und hieraus resultierende Rahmenverwindungen, die
bei der definierten Rahmenkonstruktion ohnehin kaum vorkommen, nicht
zu verstärktem
Lagerdruck und zu erhöhter
Abnützung
führen.
Die Konfiguration der Schwimmer ist im einfachsten Fall eine T-Konfiguration,
eine Alternative hierzu stellt eine H-Konfiguration oder auch eine
Kreuzkonfiguration dar.
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Um
den Transport von der Herstellungsstätte zur Einsatzstelle zu erleichtern,
sind vorzugsweise die Schwimmer in zusammenmontierbarer Weise miteinander
verbunden, so daß sie
am Transport noch Einzelstücke
sind. In spezieller Ausgestaltung sind sie hierbei sogar baugleich,
so daß zwischen den
Längsschwimmern
und den Querschwimmern kein Unterschied besteht und die Produktion
und Lagerhaltung vereinfacht ist. Für die Verbindung der Schwimmer
miteinander sind verschiedene dem Fachmann an sich bekannte Möglichkeiten
gegeben, z. B. Schweißverbindungen,
Gewindeverbindungen, Schwalbenschwanzverbindungen, Verbindungen
mit T-Stück-Flansch
und Schellen oder mit einer Gegenhalbschale.
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Der
Drehantrieb, gewöhnlich
bestehend aus einem Elektromotor mit Getriebe, es kann jedoch auch
ein Schrittmotor, ein Langsamläufermotor
oder eine Brennkraftmaschine mit Getriebe sein, ist gemäß der Erfindung
in einem Gehäuse
angeordnet, das auf dem Schwimmer in fest montierter Weise reitet
und aus dem die beiderseits vorstehende Welle jeweils als fliegend
gelagerter Wellenstutzen vorsteht, also ein Wellenstutzen, dessen
freies Ende nicht gelagert ist. Es ergeben sich also keine aus der Rahmenverwindung
bei unruhiger Wasseroberfläche resultierende
Probleme. Im Rahmen der Erfindung können die Teile des Drehantriebs
auch auf mehrere Schwimmer verteilt sein. Ein speziell günstiges
und wartungsarmes Getriebe ist ein Riemengetriebe, bei dem nur in
regelmäßigen Zeitabständen der
Riemen erneuert werden muß.
Weitere Möglichkeiten
sind z. B. Zahnrad-, Stirnrad-, Schnecken-, Reibrad- oder Kettengetriebe.
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Eine
durch die fliegenden Wellenstutzen ermöglichte bevorzugte Befestigung
der Schaufeln an diesen Wellenstutzen besteht darin, daß die Schaufeln
an einer jeweils an einem der Wellenenden sitzenden Trägerplatte
montiert sind, die auf ein am Wellenende sitzendes unrundes, z.
B. sechskantiges Kopplungsteil aufgesteckt und dort gegen eine Bewegung
in der Längsrichtung
der Welle gesichert sind, wobei vorzugsweise das unrunde Kopplungsteil eine
Schraubenmutter ist, die auf einen in eine Gewindebohrung im Wellenende
eingeschraubten Schraubbolzen aufgeschraubt ist, auf den zum Sichern
der Trägerplatte
auch noch eine weitere Schraubenmutter aufgeschraubt ist, und die
Gewindebohrungen, Schraubbolzen und Schraubenmuttern auf den beiderseitigen
Wellenstutzen entgegengesetzte Schrauborientierung haben, die jeweils
im Sinne eines Festziehens durch den der Antriebsdrehrichtung entgegengesetzten
Drehwiderstand gewählt ist.
Diese Maßnahmen
ergeben eine an Ort und Stelle montierbare und auch wieder demontierbare,
im Betrieb stabile Befestigung der Schaufelträgerplatten, und diese Befestigung
erfolgt mit Hilfe einfacher Standardbauteile und ohne Aufwand spezieller
Erfahrung oder Geschicklichkeit.
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Weitere
Einzelheiten, Vorteile und Weiterbildungen der Erfindung ergeben
sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter
Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:
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1 in
perspektivischer Darstellung einen erfindungsgemäßen Schaufelradbelüfter, wobei
zur klareren Darstellung der Konstruktion ein vorderes Schaufelrad
weggelassen ist;
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2 in
Draufsicht und Seitenansicht einen Schwimmer des Schaufelradbelüfters von 1;
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3 in
Draufsicht einen abgewandelten Schwimmerrahmen;
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4 in
perspektivischer Darstellung eine abgewandelte Ausführung eines
Schwimmerrahmens, einschließlich
der Darstellung eines Drehantriebs;
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5 in
schematischer Draufsicht einen Schwimmer mit einem weiterhin abgewandelten Schwimmerrahmen;
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6 eine
Darstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus und der Befestigung
der Schaufelräder
an ihrer Antriebswelle;
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7 eine
Schnittansicht durch den Wellenstutzen und das Schaufelrad gemäß 6 in
einer Ebene VII – VII;
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8, 9, 10 und 11 abgewandelte
Gestaltungen der Schwimmer in perspektivischen Darstellungen;
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12 und 13 Draufsichten
auf zwei weiter abgewandelte Ausführungen der erfindungsgemäßen Schaufelradbelüfter.
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Ein
Schaufelradbelüfter
nach 1 weist einen Rahmen 1 auf, der aus zwei
in rechtwinkliger T-Konfiguration fest miteinander verbundenen jeweils
langgestreck ten rohrförmigen
Schwimmern 2 und 3 besteht. Die Schwimmer bestehen
aus geschlossenen luftgefüllten
Rohren, beispielsweise aus Kunststoff, und haben an ihren Enden Ösen 4,
mit deren Hilfe sie angeleint und über das Wasser gezogen werden,
oder auch zu mehreren für
einen Parallelbetrieb zusammengefügt werden können. Ihr Querschnitt kann
nach sonstigen Zweckmäßigkeitsgesichtspunkten
gewählt
sein, in 1 ist er kreisrund dargestellt,
jedoch kann er z. B. auch rechteckig sein (10).
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Auf
dem hinsichtlich der T-Konfiguration längsverlaufenden Schwimmer 2 ist,
bei der dargestellten Konstruktion mit Hilfe von Rohrschellen 8,
ein Antriebsaggregat 9 montiert, in dem sich – in der Zeichnung
nicht sichtbar – ein
Elektromotor mit Getriebe befindet und von dem ein in der Zeichnung nicht
sichtbares Kabel zu einer am Ufer befindlichen Stromquelle verläuft. Aus
dem Gehäuse
des Antriebsaggregats 9 steht beiderseits je ein Wellenstutzen 10 vor,
dessen Achse parallel zur Längsachse
des querverlaufenden langgestreckten Schwimmers 3 liegt
und somit die entsprechende Achse des längsverlaufenden langgestreckten
Schwimmers 2 rechtwinklig kreuzt. Die Wellenstutzen 10,
die eine durchgehende Welle bilden und mit dem Endzahnrad des Getriebes
des Antriebsaggregats 9 verbunden sind, tragen jeweils
ein Schaufelrad 11, wobei in 1 nur das
hintere Schaufelrad 11 aufmontiert dargestellt ist. Das
Antriebsaggregat 9 und die Schaufelräder 11 werden also
gemeinsam von den Rohrschellen 8 getragen und an Ort und
Stelle gehalten. Die Wellenstutzen 10 haben eine solche
Höhe über dem
Wasserspiegel, daß die
Schaufeln der Schaufelräder 11 bei
ihrem Umlauf im unteren Bereich in das Wasser eintauchen, es rühren und
es hierdurch belüften.
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Ein
eventueller Wellengang des Wassers führt zwar dazu, daß der Rahmen 1 insgesamt
hüpfende
Bewegungen durchführt,
er führt
jedoch nicht zu einer verstärkten
Verwindung und auch nicht zu einer erhöhten Belastung der Wellenlagerung.
Die auf die Wellenstutzen einwirkende Kraft ist im wesentlichen
die der Drehung der Schaufelräder 11 entgegenwirkende
Widerstandskraft des Wassers, die bei Bewegungen des Rahmens relativ
zum umgebenden Wasser zwar mal höher
und mal niedriger ist, jedoch im wesentlichen stets gleiche Richtung
aufweist.
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2 zeigt
die beiden Schwimmer 2 und 3 des Rahmens 1 in
einer ersten Aus führung,
bei der der Schwimmer 2 nur an einem Ende eine Öse 4 hat, der
Schwimmer 3 jedoch an beiden Enden, und das dem Ösenende
gegenüberliegende
Ende 15 des Schwimmers 2 auf eine mittige Montagenut 16 im Schwimmer 3 trifft,
wo in nicht dargestellter Weise die starre Verbindung der beiden
Schwimmer hergestellt ist.
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3 zeigt
demgegenüber
eine etwas abgewandelte Konstruktion, bei der die beiden Schwimmer 2 und 3 baugleich
sind und jeder von ihnen in seinem zentralen Bereich eine Montagelasche 17 aufweist,
die dazu dient, das Ende 15 des Schwimmers 2 an
den zentralen Bereich des Schwimmers 3 anzukuppeln; die
Montagelasche 17 des Schwimmers 2 übt beim
montierten Rahmen gemäß 3 keine Funktion
aus. Gemäß einer
nicht dargestellten Abwandlung kann sie jedoch zur Befestigung des
Antriebsaggregats 9 mit herangezogen werden, indem entsprechende
Kopplungselemente am Antriebsaggregat 9 vorhanden sind,
wodurch dieses Antriebsaggregat noch besser gegen eine unbeabsichtigte Verdrehung
am Schwimmer 2, wenn dieser einen kreisförmigen Querschnitt
hat, gesichert ist. Zum Zusammenbau der Schwimmer 2 und 3 werden
einerseits die Ösen 4,
andererseits entsprechende Koppelelemente der Montagelasche 17 verwendet,
um eine in jede Richtung verdrehungsfeste Verbindung der beiden
Teile zu schaffen.
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4 zeigt
eine weitere Alternative, die in manchen Situationen vorteilhaft
sein mag, nämlich eine
Kreuzkonfiguration des Rahmens 1, bei der die Schwimmer 2 und 3 an
Punkten im Verlauf ihrer Länge
miteinander verbunden sind. Die Bedeutung einer solchen Gestaltung
kann dann gegeben sein, wenn mehrere Schaufelradbelüfter in
bestimmter Weise kombiniert werden sollen oder noch zusätzliche Funktionselemente
wie z. B. Futterstreuer angebracht werden sollen.
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Eine
integrierte Kombination mehrerer Schaufelradbelüfter nach 1 ist
in 5 dargestellt, bei der der Schwimmer 2 sehr
langgestreckt ist und insgesamt drei Antriebsaggregate 9 mit
Schaufelrädern 11 trägt, während an – beim dargestellten Beispiel – beiden
Enden die quer verlaufenden Schwimmer 3 in T-Koppelung
anschließen
und zwischen den Aggregaten 9 die Schwimmer 3 in
der Art von 4 in Kreuzkonfiguration angeschlossen
sind.
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Die 6 und 7 veranschaulichen
eine zweckmäßige Weise
der Befestigung der Schaufelräder
an den freien Enden der Wellenstutzen 10. Jedes Schaufelrad 11 besteht
aus einer Trägerplatte 21 und – bei den
dargestellten Beispielen – acht
an der Trägerplatte
angeschraubten Schaufel 22, die jeweils einen an der Trägerplatte 21 angeschraubten
Stiel und eine an diesem Stiel angeschraubte, durchlöcherte Schaufelplatte
gemäß der üblichen
Bauart umfassen. In 6 sind nur einige der Schaufeln 22 dargestellt, die
sich aber tatsächlich
rund um den Umfang der Trägerplatte 21 verteilen.
Im Zentrum weist die Trägerplatte 21 eine
sechseckige Ausnehmung 23 auf.
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Im
Ende des Wellenstutzens 10 ist mittig eine axial verlaufende
Gewindebohrung 27 ausgebildet, in die bis nahe zum Anschlag
ein Schraubbolzen 28 eingeschraubt ist. Der Schraubbolzen
steht über die
Endfläche
des Wellenstutzens 10 vor und auf ihn ist eine Sechskantmutter 29 aufgeschraubt,
auf die die Trägerplatte 21 mit
ihrer sechskantigen Ausnehmung 23 aufgesteckt ist. Auf
die Trägerplatte 21 drückt, vom
in 7 rechts befindlichen freien Ende her, zunächst ein
in gewissem Umfang elastischer Ring 30, der außen um die
Mutter 29 gelegt ist, und weiterhin ein auf den Schraubbolzen 28 gesteckter, eine
Grenzfläche
am Ort der Stirnfläche
der Schraubenmutter 29 bildender Ring 31, auf
den wiederum eine auf den Bolzen 28 aufgeschraubte Mutter 32 drückt. Die
Trägerplatte 21 und
der Ring 30 sind also zwischen der Endfläche des
Wellenstutzens 10 und einem äußeren Ringbereich der Scheibe 31 eingespannt,
wobei die Elastizität
des Rings 30 im Toleranzbereich liegende Maßabweichungen
der axialen Dicke der Mutter 29 ausgleicht.
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Die
Schaufelräder 11 haben
eine aufgrund der Konstruktion vorgegebene und durch die Ausführung der
Schaufeln 22 erforderliche Betriebs-Drehrichtung. Der der
Betriebsdrehung entgegengesetzte Widerstand des Wassers könnte je
nach Drehrichtung geeignet sein, über die Trägerplatte 21 ein Drehmoment
auf die Mutter 29 auszuüben,
das bei entsprechender Drehrichtung diese lockert und aufschraubt.
Die Schrauborientierungen sind deshalb so gewählt, daß der Gewindebolzen 27 auf
einer Seite ein Rechtsgewinde und auf der anderen Seite ein Linksgewinde
trägt,
wobei die Anordnung so geschaffen ist, daß durch das über die
Trägerplatte 21 einwirkende
Brems-Drehmoment die Mutter 29 festgezogen wird.
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Wie
erläutert,
gibt es hinsichtlich der Schwimmer und ihrer Verbindung im Rahmen
der Erfindung eine Vielzahl von Möglichkeiten. Zur Veranschaulichung
der Breite der Möglichkeiten
zeigen die 8 bis 10 einige
weitere Beispiele.
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8 zeigt – wie 1 – rohrförmige Schwimmer,
jedoch in H-Konfiguration, mit einem einzigen Schwimmer 2 und
an seinen beiden Enden angebrachten Schwimmern 3. Der nicht
mit dargestellte Drehantrieb sitzt im wesentlichen auf dem Schwimmer 2,
Teile können
sich jedoch auch auf einem oder beiden der Schwimmer 3 abstützen. Die H-Konfiguration
weist gegenüber
der T-Konfiguration den Vorteil einer kompakte Anordnung bei erhöhter Auftriebskraft,
aber auch den Nachteil einer gewissen Verwindung und damit Torsionsbelastung
des Schimmers 2 auf.
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9 zeigt – wiederum
anhand der T-Konfiguration – eine
abgewandelte Schwimmerkonstruktion. Der Schwimmer 3 besteht
aus einem Stangenteil 40 von minderer oder fehlender Auftriebskraft,
und Auftriebskörpern 41 an
seinen beiden Enden. Der Schwimmer 2 weist wiederum den
Stangenteil 40 auf, der Auftriebskörper 41 sitzt aber
nur an einem Ende, während
das andere Ende mit dem Stangenteil 40 des Schwimmers 3 verbunden
ist.
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10 zeigt
Schwimmer rechteckigen Querschnitts, die beispielsweise durch Blasformung
hergestellt sind, in Form von Hohlkörpern 42 mit einem bzw
zwei volumenerweiterten endseitigen zusätzlichen Auftriebskörpern 43.
In 10 ist auch eine abgewandelte Art der Verbindungsstelle
zwischen den Schwimmern 2 und 3 dargestellt, nämlich als
Beispiel eine Schwalbenschwanzverbindung 44. Wie jedoch schon
erläutert,
gibt es für
diese Verbindung eine Vielzahl konstruktiver Möglichkeiten, von denen je nach
Schwimmer die eine oder andere günstiger
sein mag. Die in 10 dargestellte Schwalbenschwanzverbindung 44 eignet
sich z. B. bevorzugt für
die auch in 10 dargestellten quaderförmigen Schwimmer.
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Eine
weitere Art der Verbindungsstelle, die sich besonders für runde
Schwimmer eignet, ist in 11 dargestellt.
Am Ende des Schwimmers 2 ist ein zylindersegmentförmiger Flansch 44 angebracht, der
zwei flache Rillen 45 aufweist und dessen Zylindersegment-Innenradius
dem Außenradius
des zylindrischen Schwimmers 3 gleicht. Mit in der Zeichnung nicht
dargestellten, in die Rillen 45 einzulegenden schellenartigen
Bändern,
die um den Schwimmer 3 gelegt sind, werden die Schwimmer 2 und 3 starr
verbunden.
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Der
in 12 dargestellte Schaufelradbelüfter hat einen langgestreckten
Schwimmer 3, von dem drei in gleichen Abständen angeordnete
Längsschwimmer 2 in
Querrichtung wegstehen, so daß eine
dreifache T-Anordnung gebildet ist. An jedem Längsschwimmer ist ein Antriebsaggregat 9 vorgesehen,
das jeweils zwei Schaufelräder 11 antreibt.
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Der
Schaufelradbelüfter
gemäß 13 unterscheidet
sich von demjenigen nach 12 dadurch,
daß die
dort freien Enden an einen weiteren langgestreckten Schwimmer 2 angeschlossen
sind, der identisch wie der erste langgestreckte Schwimmer 2 ausgebildet
ist, so daß eine
dreifache H-Anordnung gebildet ist.