DE2050260A1

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Publication number: DE2050260A1
Application number: DE19702050260
Authority: DE
Priority date: 1969-10-31
Filing date: 1970-10-13
Publication date: 1971-05-13
Also published as: CA919915A; BE758292A; FR2066582A5; CH518776A; ZA705959B

Description

1720/sM ■ ^Bs

13. Oktober 1970

PATENTANWALT 8/Aiinch3n21 - G&ühai Jstr. 8!

Tetefon 56)762

THB V/IIEEIABRATER CORPORATION, Mishawaka/Ind.

USA

Schleuderrad mit radial angeordneten Schaufeln

Die Erfindung betrifft ein Schleuderrad mit einer Mehrzahl von radial angeordneten Schaufeln, deren innere Enden einen zentralen Raum ziir !Zufuhr von körnigem Schleudergut umschreiben und die dazu bestimmt sind, Schleuder- Λ gut aus dem genannten Raum zu übernehmen, nachdem ihm eine radiale Geschwindigkeitskomponente erteilt worden ist, und das Schleudergut von ihren äusseren Enden im wesentlichen tangential wegzuschleudern.

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Bereits seit längerer Seit sind Schleuderstrahlanlagen im Gebrauch, in denen rotierende Schleuderräder, welche körniges Schlexxdergut mit hoher Geschwindigkeit ausschleudern, zur Reinigung oder anderweitigen Behandlung von Oberflächen verwendet worden. Nicht selten werden solche Schleuderräder zum Reinigen b2w. Behandeln flacher V/erkstückoberf lachen benützt. Um in diesem Fall einen hohen Nutzeffekt zu erreichen, ist es erforderlich, dass das Schleudergut möglichst senkrecht auf die zu behandelnde Oberfläche auftrifft. Die bis anhin verwendeten Schleuderräder waren mit Schaufeln bestückt, welche auf den behan-

fe delten Oberflächen ein typisches Bearbeitungsbild erzeugen, welches mit "Schweifbildimg" bezeichnet wird. Solche kleinen "Schweife" an den Auftreffstellen der Partikel auf den behandelten, flachen Oberflächen geben die Wirkung einer ziemlich breiten Streuung des vom Rad ausgeschleuderten, körnigen Materials wieder. In der praktischen Anwendung ist die Reinigung bzw. Behandlung im Bereich der' Schweifbildung nicht sehr wirksam, sondern die Hauptwirkung ist auf einen relativ beschränkten Bereich im Zentrum des Schleuderstrahl-Querschnittes beschränkt, wo die Partikel praktisch senkrecht auf die Oberfläche aufprallen. Das Auftreten der erwähnten Schweifbildung bedeutet, dass, um eine wirksame

W Reinigung oder Behandlung zu erzielen, eine grössere Durchflussmenge des Schleudergutes,grössere Schleuderräder, höhere Drehzahlen derselben, eine grössere Antriebsleistung, längere Behandlungszeiten oder eine Kombination dieser Massnahmen angewendet werden müssen.

Schleuderräder weisen Mittel auf, um das Schleudergut in einen zentralen Raum des Rades einzuführen, wo es mittels eines Laufrades radial nach aussen getrieben wird und dann in einzelnen"Chargen" von den rotierenden Schaufeln erfasst wird. Die rotierenden Schaufeln beschleunigen

BADORWIiNAL

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dann das Schleudergut in radialer Richtung und erteilen ihm eine tangentiale Geschwindigkeitskomponente, -während die Partikel entlang den Schaufeln gegen die Peripherie des Rades fliegen. Die Schleudergeschwindigkeit der Partikel beim Verlassen der Schaufeln ist die Resultierende aus der radialen und tangentialen Beschleunigung.

Auf ihrem Umlauf nimmt jede Schaufel eine gewisse Menge Schleudergut von einer einstellbaren Oeffnung in ei-

neni nicht rotierenden, zylindrischen Steuerorgan auf, wel- " ehes den Durchtritt vom inneren, geflügelten Laufrad steuert. Von einer bestimmten Schaufel wird über ein bestimm- \ tes Zeitintervall hinweg die. abgemessene Charge von Partikeln aufgenommen. Sobald die Partikel auf der Schaufel angelangt sind, werden sie entlang der .Schaufelfläche beschleunigt. Während diesem Intervall und wenn die Charge sich radial entlang der Schaufel bewegt, nimmt die Länge der Charge zu, weil in jedem Zeitpunkt die Beschleunigung und die Relativgeschwindigkeit des ersten auf die Schaufel gelangenden Partikels grosser ist als die des letzten Partikels der Charge. Zur weiteren Veranschaulichung dieser Tatsache kann man sich eine Art Netzeinteilung auf der Schaufel vorstellen; je weiter ein Partikel auf der Schaufel gewandert ist, desto grosser ist sein Radius, gemessen von der Dreh- ™ achse, und umso grosser ist demnach seine Beschleunigung und Relativgeschwindigkeit, verglichen mit einem Partikel, welches sich aiif einer Position mit kleinerem Radius befindet. Dieser Sachverhalt ist die Ursache von relativ "langgezogenen" Schleuderstrahl-Querschnitten und die erwähnte Schvreifbildung. .

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, besser konzentrierte Chargen des Schleudergutes

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beim Verlassen der Radschaufeln bzw. kleinere Schleuderstrahl-Querschnitte zu erzielen, so dass das austretende Schleudergut jeder Charge auf eine kleinere Behandlungsfläche konzentriert auftrifft. Dementsprechend soll im Sehandlungsbild die Schweifbildung vermieden werden, die ein Zeichen schlechter Ausnutzung des Schleudergutes darstellt. Mit anderen V/orten sollen das Schleuderrad bzw. dessen Schaufeln so gestaltet werden, dass eine wirksamere. Verwendung des Schleudergutes gewährleistet ist und Einsparungen bei der Herstellung und in Betrieb solcher Schleuderräder erzielt werden.

Das erfindungsgemässe Schleuderrad ist dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Summe des Radius des zentralen Raumes und der Länge der Schaufeln zum Radius des zentralen Raumes zwischen 1,5 zu 1 und 2,75 zu beträgt. Durch diese relativ kürzeren Schaufeln werden die erwähnten Unterschiede in Beschleunigung und Relativgeschwindigkeit der Partikel innerhalb jeder Charge vermindert.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen in Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Axialschnitt durch ein erfindungsgemässes "Schleuderrad,

Fig. 2 eine graphische Darstellung der mit einem herkömmlichen Schleuderrad erzielten Versuchsergebnisse, und "

Fig. 3 eine graphische Darstellung der mit einem •erfindungsgemässen Schleuderrad erzielten Versuchsergebnisse.

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_ 5 —

Die Fig. 1 stellt ein Schleuderrad dar, dessen allgemeiner Aufbau seit längerer Zeit bekannt ist. Ein Schleuderrad dieser Art ist dargestellt und im einzelnen beschrieben im USA-Patent Nr. 2'708'814 (Sträub, erteilt 24. Mai 1955). Im Hinblick auf jene Veröffentlichung soll nachstehend lediglich eine kurze Beschreibung der allgemeinen Anordnung und Wirkungs-weise gegeben werden.

Das dargestellte Schleuderrad weist einen rotierenden Teil 2 auf, bestehend aus zwei kreisringförmigen, in axialem Abstand zueinander angeordneten Scheiben 4 und 6, die durch geeignete Mittel, z.B. Distanzschrauben oder Nieten (nicht dargestellt) miteinander verbunden sind, wobei die eine Scheibe 6 stirnseitig an einer Nabe 8 befestigt ist. Die Nabe ist auf einer -Welle 10 montiert, welche von einem nicht dargestellten Antrieb mit hoher Drehzahl in Drehung versetzt wird. Zwischen den Scheiben 4 und 6 sind eine Mehrzahl von radial gerichteten Schaufeln 12 gleiehmässig über den Umfang verteilt befestigt, so dass das Schleuderrad ausgewuchtet ist. Die Schaufeln bestehen üblicherweise aus verschlexssfestem Material und können, wie weiter unten näher angegeben, ausgewechselt werden, wenn sie nach einiger Betriebsdauer abgenützt sind. *

Das innere Ende der Schaufeln 12 reicht nicht bis zur Achse des Rotors, so dass diese Enden einen zentralen Raum 14 umschreiben, in dem eine Anordnung für die Zufuhr und zur Steuerung der Schleuderrichtung des körnigen Schleudergutes untergebracht ist. Diese Anordnung weist einen hohlen Steuerzylinder 16 auf, der sich im Raum 14 befindet und dessen Aussendurchmesser etwas kleiner ist als der Durchmesser des genannten Raueies-. Der Steuerzylinder 16 hat in seinem Mantel eine Oeffnung 18, durch welche das in das Innere des Zylindern eingeführte Schleudergut an

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bestimmter Stelle gegen die inneren Snden der Schaufeln 12 durchtreten kann, während diese über die genannte Oeffnung hinweg rotieren. Der Steuerzylinder, ist in der Maschine stationär, jedoch in der Drehlage der Oeffnung 18 einstellbar, wodurch sich die Richtung,.in welcher das Schleudergut beim Verlassen des Rades von dessen Umfang weggeschleudert wird, einstellen lässt. Dank dem Steuerzylinder wird somit das körnige Schleudergut nicht wahllos in beliebiger Richtung vom Radumfang weggeschleudert, sonder in einem gerichteten Strahl, dessen Wirkung sich auf eine begrenzte Fläche konzentriert.

Das in den zentralen Raum eingeführte, körnige Schleudergut wird mit Hilfe eines Laufrades 20 durch die Oeffnung 18 hindurch getrieben. Das Laufrad -20 hat vorzugsweise die Gestalt eines Flügelrades oder Käfigs und ist an der Stirnseite der Welle 10 mit einer Schraube 22 befestigt und durch Stifte 23 gesichert, die eine bevorzugte Drehlage relativ zu den Schaufeln gewährleisten und die Mitnahme des Käfigs bei der Rotation der Welle sicherstellen. Anstelle der Stifte 23 könnte eine verkeilte Zentrierscheibe oder dgl. verwendet werden. Das Laufrad 20 hat eine zentrale, stirnseitige Oeffnung 24, durch welche das Schleudergut in das Schleuderrad eingeführt wird. Das Schleudergut wird durch eine Anzahl Stege oder Flügel 26 angetrieben, die in gleicher Zahl wie die Schaufeln vorhanden sind und deren Vorderkante gegenüber den Schaufeln in Laufrichtung nach vorn versetzt ist. Das Schleudergut wird dann durch die Oeffnung 18 im Steuerzylinder 16 hindurch gegen das innere Ende der Schaufeln getrieben.

Die Oeffnung 18 hat eine bestimmte Länge und kann verschiedene Formen aufweisen, so dass jeweils beim Vor-

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"beidrehen einer Schaufel diese eine bestimmte Menge oder Charge des SchXeudergutes mit ihrer Seitenfläche erfasst. Diese Charge wird dann radial entlang der Schaufel beschleunigt, bis sie deren Ende verlässt und gegen die zu behandelnde Oberfläche geschleudert wird.

Wie erwähnt, entsteht eine umso stärker gestreute oder divergierende Charge, je länger die Schaufel ist. Das Resultat dieser Erscheinung auf einer flachen Behandlungsfläche ist ein Behandlungsbild mit vielen "Schweifen", die von einer Stelle ausgehen, an der die Behandlungswirkung am intensivsten ist.

Gemäss der vorliegenden Erfindung wird nun das Schleuderrad mit relativ kurzen Schaufeln versehen, jedenfalls viel kürzeren als bisher verwendet.. Dementsprechend sind die Beschleunigungen und Relativgeschwindigkeiten der einzelnen Partikel innerhalb einer Charge nicht sehr unterschiedlich. Sorait ergibt sich keine nennenswerte Streu ung der von den Schaufelenden abgeschleuderten Chargen, und die Schweifbildung ist stark herabgesetzt, weil ein grösserer Anteil der Partikel auf eine ebene Fläche praktisch senkrecht auftrifft und eine entsprechend grossere Wirkung bei der Reinigung oder Behandlung dieser Fläche ausübt. Als Beispiel wird ein Rad mit einem Gesamtdurchmesser von 553 nun und einer Schaufellänge von 183 mm verglichen mit einem erfindungsgemässen Rad, dessen Gesamtdurchmesser 406 ram und dessen Schaufellänge 120 mm betrug; das Ergebnis dieses Vergleichs ist in den Fig. 2 und 3 graphisch dargestellt.

Zur Durchführung der Versuche wurde eine ebene Zielplatte mit Dehnungsmessstreifen, die mit Registriereinrichtungen verbunden waren, in einem Schutzgehäuse mon-

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tiert, welches eine durch Begrenzungen gebildete, enge schlitzförmige Oeffnung aufwies. Diese Anordnung vmrde um die horizontale Achse der Zielplatte im Weg des vom Rad weggeschleuderten Materialstrahls gedreht, und es wurden die grössten Kräfte gemessen, die auf die Zielplatte durch die senkrecht auftreffenden Partikel einwirkten, um so die Grundlage für die Messung des Basis- oder Tangentialkreises und der resultierenden Geschwindigkeit der vom Rad weggeschleuderten Partikel zu schaffen. Eine weitere, mit Dehnungsmessstreifen und Registriereinrichtungen ausgerüstete Zielplatte ohne Begrenzungen wurde parallel- zu den Tangenten zum Basiskreis ausgerichtet und entlang einer kreisförmigen Bahn -um gleiche Winkelabstände auf beiden Seiten der Mittellinie des Rades bewegt, welche zu 180 angenommen wurde. Die Messergebnisse sind graphisch dargestellt, indem die Intensitätswerte Q in kg/cm in der'Ordinatenrichtung und die Position P der Zielplatte in Winkelgraden auf der Abszisse aufgetragen wurden. Bei dem in Pig. 2 dargestellten Versuch betrug die Fördermenge des Schleudergutes 545 kg pro Minute.durch einen Steuerzylinder mit 70 Winkelöffnung, wobei das Schleuderrad von einem 100 PS-Motor (nicht voll ausgelastet) mit 2610 Umdrehungen-pro Minute angetrieben wurde. Im Falle des Versuchs nach Fig. 3 betrug die Fördermenge ebenfalls 545 kg pro Minute durch einen Steuerzylinder mit 70° Winkelöffnung, während ein 75 PS-Motor das Rad mit 3560 Umdrehungen pro Minute antrieb.

Wie ein Vergleich der Fig. 2 und 5 zeigt, ergab ein erfindungsgemässes Schleuderrad mit kurzen Schaufeln einen mehr konzentrierten Schleuderstrahl als ein herkömmliches Rad mit längeren Schaufeln. Wie ersichtlich, war ein grösserer Anteil der durch die kürzeren Schaufeln beschleunigten Materialmenge in einer Aufschlagzpne konzentriert, in welcher die Aufschlagwinkel die gröaste Reini-

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gongswirkung und die beste Ausnutzung des Schleudermaterials "bei ebenen Oberflächen gewährleisten. Dieses Ergebnis geht aus der Kurvenform nach Pig. 3 hervor, welche einen steileren Kurvenanstieg und -abfall zeigt, mit besser ausgeglichenen Strahlintensitäten über einen kleineren Winkelbereich.

Um die Bedeutung der Kurven weiter zu veranschaulichen, sind in der nachstehenden Vergleichstabelle die durch die beiden Kurven wiedergegebenen Werte einander für verschiedene Winkellagen der Zielplatte gegenübergestellt.

Fig. 2 Fig. 3

P	Q (kg/cm²) Herkömmliches Rad	Q (kg/cm²) Erfindungs^eraässes Rad
205°	0,049	0,070
190°	0,105	0,281
170°	* 0,464.	0,844
150°	0,457	0,281
135°	0,246	0,070

In einem weiteren Versuch wurde ein bekanntes Rad mit einem erfindungsgemässen Rad verglichen, wobei beide Schleuderräder bei 2610 Umdrehungen pro Minute von einem 100 PS-Motor angetrieben waren und mit körnigem Schleudergut in einer Menge von 726 gk pro Minute beschickt wurden. Auch diese Versuche ergeben für das erfindtingsgemässe Rad einen konzentrierteren Schleuderstrahl mit verminderter Schweifbildung im Behandlungsbild. Einige Messergebnisse, die von einer entsprechenden graphischen Darstellung abgeleitet sind, werden in analoger Weise bei der ersten Tabelle in der nachstehenden Tabelle wiedergegeben:

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	Q (kg/cm²) Herkömmliches Rad	2050260
P	0,063	Q (kg/cm²) Erfindungs.^emässes Rad
202,5°	0,112	0,112
192.5°	0,239	0,281
182,5°'	0,591	0,562
172,5°	0,773	0,654
162,5°	0,738	0,591
152,5°	0,577	0,373
142,5°	0,134

Die Messungen zeigen auch in diesem Fall eine konzentriertere, symmetrische Behänd lungs ζ one mit "besserer Ausnutzung des Schleudergutes für das erfindungsgemässe Rad.

Bs ist zu erwähnen, dass "bei der Bemessung und "beim Betrieb von rotierenden Schleuderrädern mehrere Parameter zu "beachten sind, die alle die Strahlintensität und die Strahlverteilung "bzw. das Behandlungsbild beeinflussen können. Hierzu gehören.die Drehgeschwindigkeit des Rades, die Antriebsleistung, die Fördermenge des Schleudergutes und die spezifischen Abmessungen des Rades selbst. Bei Betrachtung der Fig. 1 ist klar, dass "bei der Bezeichnung "kurze Schaufel" die Schaufellänge in Beziehung zum Gesamtdurchmesser des Rades gesetzt werden muss. In Fig. 1 ist die Distanz A zwischen der Hittelachse des Rades und den inneren Enden der Schaufel gemessen, die den zentralen Raum umschreiben, während die Distanz B den Abstand zwischen der Mittelachse des Rades und den äusseren Schaufelenden bedeutet. Unter einer "kurzen" Schaufel im Sinne der vorliegenden Erfindung soll eine solche verstanden werden, bei der das Verhältnis zwischen dem Abstand 3 und dem Abstand A im Bereich zwischen 1,5 zu 1 und 2,75 zn 1 liegt. In Rädern eingesetzte Schaufeln, bei denen das erwähnte

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Verhältnis ausserhalb des angegebenen Bereichs fällt, liefern nicht die erfindungsgemässen Resultate. Wenn nämlich die Schaufeln so kurz sind, dass das Verhältnis 1,5 zu 1 unterschritten wird, so wird nur eine ungenügende radiale und tangentiale Geschwindigkeit der Partikel erreicht, so dass eine geeignete Reinigungs- oder Behändlungswirkung nicht ohne übermässige Drehzahlen des Schleuderrades erzielt werden kann. Wenn anderseits mit grösserer Schaufellänge das Verhältnis 2,75 zu 1 überschritten wird, so ergehen sich herkömmliche Behandlungsbilder mit Schweifbildung, was auf einen unwirtschaftlichen Aufwand an Schleudergut, Behandlungszeit, Kosten oder Energie zur Erzielung f der gewünschten Reinigungs- oder Behandlungswirkung hinweist.

Schliesslich muss darauf hingewiesen werden,dass der Aufbau des Rades im einzelnen nicht kritisch ist und dass z.B. nicht unbedingt Seitenwände in der dargestellten Art am Rad vorhanden sein müssen. Wird hingegen die dargestellte Konstruktion verwendet, so können die Schaufeln 12 mit Hilfe von konischen Vertiefungen 28 an den Seitenkanten der Schaufeln, in welche konische Gewindestifte 30 eingreifen, die in Hülsen 32 in den Seitenwänden 4 und 6 eingesetzt sind, auswechselbar festgehalten werden. %

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Claims

Patentansprüche

1. Schleuderrad mit einer Mehrzahl von radial angeordneten Schaufeln, deren innere Enden einen zentralen Raum zur Zufuhr von körnigem Schleudergut umschreiben und die dazu bestimmt sind, Schleudergut aus dem genannten Raum zu übernehmen, nachdem ihm eine radiale Geschwindigkeitskoraponente erteilt worden ist, und das Schleudergut von ihren äusseren Enden im wesentlichen tangential wegzuschleudern, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Surnme (B) des Radius (A) des zentralen Raumes (14) und der Länge der Schaufeln (12) zum Radius (A) des zentralen Raumes (14) zwischen 1,5 zu 1 und 2,75 zu 1 beträgt .

2. Schleuderrad nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es zwei im wesentlichen kreisförmige, voneinander distanzierte Radscheiben (4, 6) aufweist, sowie Mittel zur Befestigung des Rades in einstellbaren Winkellagen an einer rotierenden Antriebswelle (10).

3. Schleuderrad nach Patentanspruch 1, gekennzeichnet durch einen im zentralen Raum (14) angeordneten Steuerzylinder (16), welcher eine Austrittsöffnung (18) aufweist, wobei die Stellung des Steuerzylinders mit dessen AUvStrittsöffnungen veränderbar ist, um die Austrittsrichtung des Schleudergutes zu ändern.

4. Schleuderrad nach Patentanspruch 3» dadurch gekennzeichnet, dass die inneren Enden der Schaufeln (12) in geringem Abstand vom Steuerzylinder (l6) enden und diesen um3:r-:;n son, wobei iie lic häuf:: In ein-? platte Sei toiiflUcLo

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aufweisen, welche die genannte Austrittsöffnung (18) überstreicht.

5. Schleuderrad nach Patentanspruch "5, dadurch gekennzeichnet, dass im Innern des Schleuderzylinders (16) ein geflügeltes Laufrad (20) angeordnet ist, welches an der rotierenden Welle (10) befestigt ist.

6. Schaufel zur Verwendung in einem einen zentralen Raum aufweisenden, der Zufuhr von körnigem Schleudergut dienenden. Schleuderrad, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Schaufel so bemessen ist, dass das Verhältnis der Summe (B) des Radius (A) des zentralen Raumes (14) und der Länge der Schaufeln (12) zum Radius (A) des zentra len Raumes (14) gleich 2,75 zu 1 ist.

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