WO2003104651A1 - Belüftungsrad - Google Patents

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Heinrich Schmid
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Heinrich Schmid
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    • Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/10—Biological treatment of water, waste water, or sewage

Definitions

  • the present invention relates to a ventilation wheel and a motor comprising a ventilation wheel.
  • Aeration wheels in various designs are nowadays mainly used in pond management as well as in industry for the aeration and mixing of different liquids.
  • State-of-the-art ventilation wheels are complex and therefore correspondingly expensive to manufacture and consume considerable energy during operation.
  • the present invention is therefore based on the object of creating a more economical and significantly simplified design. Furthermore, the drive energy required for the ventilation wheel and other drive elements is to be reduced.
  • a ventilation wheel comprising an impeller with at least one spoke tube, which is arranged on a hub rotatably mounted about an impeller center and extends in an approximately radial direction, further comprising at least one hollow body and a suction unit, a compressor unit being arranged in the spoke tube , which is connected to the suction unit and the hollow body.
  • the aeration wheel shown here consumes much less energy than conventional drive motors due to its additional dynamic self-movement, which are used for the aeration of water or for other purposes.
  • the ner seal unit can suck in ambient air when the impeller rotates and can convey it into the hollow body.
  • the Nerêtrritt is thus driven purely by the rotation of the impeller.
  • the nerd unit preferably comprises pistons which are movably mounted therein and which, for example, can be overhung.
  • the pistons are movably mounted in the longitudinal direction of the spoke tube and, together with the spoke tube, form a piston-cylinder arrangement.
  • the movement of the piston occurs solely through its own mass and the direction of movement along the spoke tube which changes when the impeller rotates.
  • the spoke tube is a straight or curved tube of any cross-section in which the piston can slide in the longitudinal direction of the tube.
  • An additional seal can be provided between the piston and the spoke tube; this can be a slide ring or a sealing liquid or the like.
  • a plurality of spoke tubes is preferably distributed over the circumference of the impeller. Spoke tubes can be evenly or unevenly distributed over the circumference of the impeller.
  • the ventilation wheel comprises several hollow bodies.
  • the hollow bodies are preferably each assigned to one of the compressor units.
  • One compressor unit therefore conveys ambient air and compresses it and leads it to a hollow body.
  • the hollow bodies are preferably connected to the respective compressor unit via pipe or hose lines.
  • control device that controls the supply of compressed ambient air to the hollow bodies. This can be a mechanical or electronic control.
  • the controller can be switched so that a distribution of compressed air from a compressor unit on several hollow bodies is possible.
  • the hollow bodies can be connected to the compressor units, for example with a ring line, or lines arranged in a star shape from the compressor units can be connected to the hollow bodies.
  • a motor comprising a ventilation wheel according to one of the existing claims, in which the ventilation wheel is at least partially in a liquid.
  • the liquid is preferably water.
  • the aeration wheel is preferably completely under water.
  • Fig. 1 is a sketch of a ventilation wheel in side view.
  • the ventilation wheel comprises an impeller 1 completely immersed in liquid 10, similar in appearance to a ferris wheel, which is rotatably supported with a hub 20 about an axis of rotation designated as impeller center 11.
  • the spoke tubes 2 Distributed over the circumference are spoke tubes 2, which are hollow on the inside.
  • the spoke tubes 2 also serve to accommodate the compressor units 3 for the production of compressed air.
  • a piston 4 which is movable in the longitudinal direction to the spoke tube and is also designed as a flywheel 4 and which, with the aid of its own weight and the rotation 5 of the impeller 1, moves in a longitudinal direction 6 in the spoke tube 2. and can move here.
  • hollow bodies 7 arranged in a circle on the impeller 1, which serve to receive the compressed air or compressed gas generated or introduced.
  • the Compressed air can be generated by the compression units 3 located in the spoke tubes 2, but can also be supplied from the outside via pipes 8.
  • Further pipelines 9 are used to supply the outside air drawn in in the compressor unit 3 or one or more gaseous substances, which is compressed into compressed air or compressed gas in the compressor unit 3 located in the impeller 1. The intake of this air or the compressed gas takes place via the longitudinal movement of the piston 4 in the spoke tube 2 due to gravity.
  • the compressed air or the compressed gas is generated as follows. Due to the gravity of the piston 4 in the spoke tube 2, this is brought by the rotary movement 5 of the impeller 1 from a vertical position at the impeller center 11 into a horizontal position in the storage tube 2. As already described above, the compressed air or the compressed gas was sucked in automatically by the previous longitudinal movement of the piston 4 in this cavity to be compressed. From this horizontal top dead center position l2 in the storage tube 2, the piston 4 is now guided downward by bottom gravity 13 on the spoke tube 2 and impeller 1 and thus compresses the air or gas in front of it to a predetermined pressure value in cash. This value must always be higher than that of the liquid pressure which occurs in the lower dead center area 13 of the impeller 1. About the further movement of the piston 4 in the tube 2, the resulting compressed gas or the compressed air from the spoke tube 2 is now expressed.
  • This compressed air or compressed gas generated in this way is guided in a controlled manner via one or more mechanical and / or electronic distributor unit 11 to the usable hollow bodies 7 located on or in the impeller 1 in order to generate the buoyancy energy here.
  • this distributor unit 11 always supplies only the hollow body 7 lying to the left or right of the center of the impeller and ventilated, this creates the buoyancy energy or a so-called torque 14 that is useful for driving the impeller.
  • the control of the compressed air supply or gas supply can be regulated and delivered via possible lines and or compressed air valves and or directly on the spoke tube 2, electronic and or mechanical controls for the supply of compressed air and for the discharge of compressed air being able to be used here. Furthermore, the ventilation and aeration of the hollow body 7 or buoyancy body 7 can be controlled mechanically and or electronically.
  • buoyancy body 7 lying outside or inside on the impeller 1, or also in the ventilated state called buoyancy body 7, can also be used with any necessary
  • These hollow bodies or buoyant bodies 7 just mentioned have a cavity 15 which is closed at the top and which can be equipped with one or more mechanically and / or electronically controllable compressed air valves.
  • the hollow bodies or buoyancy bodies 7 are fastened to the impeller 1 with the aid of a pivotable or fixedly adjustable holder 16. Between the hollow body 7 and the
  • Posture 16 or the impeller 1 itself can be a possible variably adjustable
  • Extension 17 are to variably adjust the entire fastening radius 18 of the hollow body 7 or buoyancy body 7, since possible additional buoyancy force 14 can be generated here with the help of the lever law.
  • the entire ventilation wheel begins to rotate with the impeller 1.
  • the flywheels 4a which can also be designed as pistons 4 are set in motion 6 on the impeller 1 and in the spoke tubes 2. Due to this continuous movement 5 on the impeller 1 and the built-in compressor units 3 in or on the impeller 1 itself, the gravity of the pistons 4 in the compressor unit 3 generates the compressed air which is necessary for the subsequent ventilation of the hollow bodies 7.
  • the generation of the compressed air is due to the fact that the spoke tubes 2 are designed inside as cylinders and in which the piston 4 moves longitudinally to the spoke tube 2 depending on the state of gravity, and thus the piston 4 does its compression work and thereby its compressed air in the impeller 1 self-generated.
  • This compressed air generated in or on the impeller 1 is brought to the above-mentioned hollow bodies 7 or buoyancy bodies 7 via lines or directly through bores, always only the buoyancy bodies 7 located to the left of the center 11 of the impeller 1 or the buoyancy bodies located to the right of the center 7 are supplied with compressed air.
  • This above-described ventilation motor or this above-described ventilation wheel is on the one hand a weight motor and on the other hand a lift motor which generates and releases additional energy as an aligned torque during its movement and thus provides additional drive energy to the ventilation wheel.

Abstract

Bei einem Belüftungsrad wird eine günstigere und wesentlich vereinfachte Bauform geschaffen durch ein Belüftungsrad umfassend ein Laufrad (1) mit mindestens einem Speichenrohr (2), das an einer um einen Laufradmittelpunkt (11) drehbar gelagerten Nabe (20) angeordnet ist und sich in etwa radialer Richtung erstreckt, weiter umfassend mindestens einen Hohlkörper (7) und eine Ansaugeinheit (8, 9), wobei in dem Speichenrohr (2) eine Verdichtereinheit (3) angeordnet ist, die mit der Ansaugeinheit (8, 9) und dem Hohlkörper (7) verbunden ist.

Description

BELÜFΓUNGSRAD
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Belüftungsrad sowie einen Motor umfassend ein Belüftungsrad.
Belüftungsräder in diversen Bauformen werden heutzutage vorwiegend in der Teichwirtschaft sowie in der Industrie zur Belüftung und Vermengung von unterschiedlichen Flüssigkeiten eingesetzt. Belüftungsräder nach Stand der Technik sind aufwändig und daher entsprechend teuer herzustellen und verbrauchen eine erhebliche Energie während des Betriebes.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine günstigere und wesentlich vereinfachte Bauform zu schaffen. Des Weiteren soll die notwendige Antriebsenergie für das Belüftungsrad und andere Antriebselemente verringert werden. Dieses Problem wird durch ein Belüftungsrad umfassend ein Laufrad mit mindestens einem Speichenrohr, das an einer um einen Laufradmittelpunkt drehbar gelagerten Nabe angeordnet ist und sich in etwa radialer Richtung erstreckt, weiter umfassend mindestens einen Hohlkörper und eine Ansaugeinheit, wobei in dem Speichenrohr eine Verdichtereinheit angeordnet ist, die mit der Ansaugeinheit und dem Hohlkörper verbunden ist, gelöst. Bei dem Belüftungsrad wird die Schwerkraft der Erde, die Auftriebsenergie für Materie und Flüssigkeiten sowie bekannte Hebelgesetze ausgenutzt, so dass erhebliche Energie zum Antrieb eingespart wird. Der dadurch erzielte Energiegewinn ist beträchtlich. Das hier dargestellte Belüftungsrad verbraucht durch seine zusätzliche dynamische Eigenbewegung wesentlich weniger zugeführte Energie als herkömmliche Antriebsmotoren, die zur Belüftung von Gewässern oder zum anderweitigen Nutzen eingesetzt werden. In einer Weiterbildung des Belüftungsrades ist vorgesehen, dass die Nerdichtereinheit bei einer Drehung des Laufrades Umgebungsluft ansaugen und in den Hohlkörper befördern kann. Der Antrieb der Nerdichtereinheit erfolgt also rein durch die Drehung des Laufrades. Dazu umfasst die Nerdichtereinheit vorzugsweise darin beweglich gelagerte Kolben, die beispielsweise fliegend gelagert sein können. Die Kolben sind in Längsrichtung des Speichenrohres beweglich gelagert und bilden zusammen mit dem Speichenrohr eine Kolben-Zylinderanordnung. Die Bewegung des Kolbens erfolgt allein durch dessen eigene Masse und die sich bei einer Umdrehung des Laufrades verändernde Bewegungsrichtung entlang des Speichenrohres. Bei dem Speichenrohr handelt es sich um ein gradliniges oder gekrümmtes Rohr beliebigen Querschnittes, in dem der Kolben in Längsrichtung des Rohres gleiten kann. Zwischen Kolben und Speichenrohr kann eine zusätzliche Dichtung vorgesehen sein, hier kann es sich um einen Gleitring oder eine Dichtungsflüssigkeit oder dergleichen handeln.
Vorzugsweise ist eine Vielzahl von Speichenrohren über den Umfang des Laufrades verteilt. Speichenrohre können dabei gleichmäßig oder auch ungleichmäßig über den Umfang des Laufrades verteilt angeordnet sein.
In einer Weiterbildung des Belüftungsrades ist vorgesehen, dass dieses mehrere Hohlkörper umfasst. Die Hohlkörper sind vorzugsweise jeweils einer der Verdichtereinheiten zugeordnet. Jeweils eine Verdichtereinheit fördert daher Umgebungsluft und verdichtet diese und führt diese einem Hohlkörper zu. Die Hohlkörper sind dazu vorzugsweise über Rohr- oder Schlauchleitungen mit der jeweiligen Verdichtereinheit verbunden.
In einer Weiterbildung des Belüftungsrades ist vorgesehen, dass dieses eine
Regeleinrichtung umfasst, die die Zufuhr verdichteter Umgebungsluft zu den Hohlkörpern steuert. Es kann sich hierbei um eine mechanische oder elektronische Regelung handeln.
Die Steuerung kann dabei so geschaltet sein, dass eine Verteilung verdichteter Luft von einer Verdichtereinheit auf mehrere Hohlkörper möglich ist. Dazu können die Hohlkörper mit den Verdichtereinheiten beispielsweise mit einer Ringleitung oder von den Verdichtereinheiten ausgehende sternförmig angeordnete Leitungen mit den Hohlkörpern verbunden sein.
Das eingangs genannte Problem wird auch durch einen Motor umfassend ein Belüftungsrad nach einem der vorhandenen Ansprüche gelöst, bei dem das Belüftungsrad mindestens teilweise in einer Flüssigkeit steht. Die Flüssigkeit ist vorzugsweise Wasser. Das Belüftungsrad steht vorzugsweise vollständig unter Wasser.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeipiels beschrieben. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine Skizze eines Belüftungsrades in der Seitenansicht.
Die Erfindung ist nachstehend an einem Ausführungsbeispiel erläutert und wird in einer Zeichnung dargestellt. Es zeigt Figur 1 ein Ausführungsbeispiel des Belüftungsrades. Das Belüftungsrad umfasst ein vollständig in Flüssigkeit 10 getauchtes Laufrad 1, dem Aussehen ähnlich eines Riesenrades, das mit einer Nabe 20 um eine als Laufradmittelpunkt 11 bezeichnete Drehachse drehbar gelagert ist. Über den Kreisumfang verteilt sind Speichenrohre 2 angeordnet, die innen hohlförmig ausgebildet sind. Die Speichenrohren 2 dienen zugleich der Aufnahme der Verdichtereinheiten 3 zur Druckluftgewinnung. In den Speichenrohren 2 befindet sich als Verdichtereinheit 3 ein in Längsrichtung zum Speichenrohr beweglicher Kolben 4, der zugleich auch als Schwungmasse 4 ausgebildet ist und der sich mit Hilfe seiner eigenen Gewichtskraft und der Drehung 5 des Laufrades 1 in einer Längsrichtung 6 im Speichenrohr 2 hin - und her bewegen kann.
Des Weiteren befinden sich am Laufrad 1 kreisförmig angeordnete Hohlkörper 7, die zur Aufnahme der erzeugten oder eingebrachten Druckluft oder Druckgases dienen. Die Druckluft kann durch die in den Speichenrohren 2 liegenden Verdichtungseinheiten 3 erzeugt werden, kann aber auch von außen über Rohrleitungen 8 zugeführt werden. Weitere Rohrleitungen 9 dienen zur Zuführung der in der Verdichtereinheit 3 angesaugten Außenluft oder eines oder mehrerer gasförmigen Stoffe, die in der im Laufrad 1 befindlichen Verdichtereinheit 3 zu Druckluft oder Druckgas verdichtet wird. Der Ansaugtakt dieser Luft oder des Druckgases erfolgt über die längsgerichtete Bewegung des Kolbens 4 im Speichenrohr 2 bedingt durch die Schwerkraft.
In den bereits beschriebenen Verdichtereinheiten 3 in den Speichenrohren wird die Druckluft oder das Druckgas wie folgt erzeugt. Bedingt durch die Schwerkraft des Kolbens 4 im Speichenrohr 2 wird dieser durch die Drehbewegung 5 des Laufrades 1 aus einer vertikalen Position am Laufradmittelpunkt 11 in eine horizontale Position im Speicherrohr 2 gebracht. Wie bereits zuvor beschrieben wurde in diesem zu verdichtenden Hohlraum die Druckluft oder das Druckgas selbständig durch die vorherige Längs- Bewegung des Kolbens 4 angesaugt. Aus dieser horizontalen Oberen-Totpunkt-Positionl2 im Speicherrohr 2 wird nun über die Schwerkraft der Kolben 4 um Unteren-Totpunkt 13 am Speichenrohr 2 und Laufrad 1 nach unten geführt und verdichtet somit die sich vor ihm befindliche Luft oder das Gas bis zu einem vorbestimmten Druckwert in bar. Dieser Wert muss immer höher sein als der des Flüssigkeitsdruckes, der im Unteren Todpunkt- Bereich 13 des Laufrades 1 auftritt. Über die weitere Bewegung des Kolbens 4 im Rohr 2 wird nun das entstandene Druckgas oder die Druckluft aus dem Speichenrohr 2 ausgedrückt.
Diese so erzeugte Druckluft oder Druckgas wird über eine oder mehrere mechanische und/oder elektronische Verteilereinheit 11 gesteuert an die am oder im Laufrad 1 befindlichen nutzbaren Hohlkörper 7 herangeführt um hier die Auftriebsenergie zu erzeugen. Entscheidend dabei ist, dass diese Verteilereinheit 11 immer ausschließlich die der links- oder rechts- vom Mittelpunkt des Laufrades liegenden Hohlkörper 7 versorgt und belüftet, so entsteht in diesen die zum Antrieb des Laufrades nützliche Auftriebsenergie oder ein sogenanntes Drehmoment 14.
Die Steuerung der Druckluftzufuhr oder auch Gaszufuhr kann über mögliche Leitungen und oder Druckluftventile und oder direkt am Speichenrohr 2 geregelt und abgegeben werden, wobei hier elektronische und oder mechanische Steuerungen zur Druckluftzufuhr und zur Druckluftabfuhr eingesetzt werden können. Des Weiteren kann auch die Entlüftung und Belüftung der Hohlkörper 7 oder Auftriebskörper 7 mechanisch und oder elektronisch geregelt werden.
Diese außen oder innen am Laufrad 1 liegende Hohlkörper 7, oder auch im belüfteten Zustand genannten Auftriebskörper 7, können auch mit eventueller notwendiger
Schwungmasse oder zusätzlichen Verdichtereinheiten für Druckluft oder Gas ausgestattet sein. Diese eben genannten Hohlkörper oder Auftriebskörper 7 verfügen über einen nach oben hin abgeschlossenen Hohlraum 15, der mit einem oder mehreren mechanisch und/oder elektronisch steuerbaren Druckluftventilen ausgestattet sein kann. Die Hohlkörper oder Auftriebskörper 7 werden mit Hilfe einer schwenkbaren oder fest einstellbaren Halterung 16 am Laufrad 1 befestigt. Zwischen dem Hohlkörper 7 und der
Haltung 16 oder dem Laufrad 1 selbst kann sich eine mögliche variabel einstellbare
Verlängerung 17 befinden, um den gesamten Befestigungsradius 18 des Hohlkörpers 7 oder Auftriebskörpers 7 auch variabel einzustellen, da hier mögliche zusätzliche Auftriebskraft 14 mit Hilfe des Hebelgesetzes zu erzeugen ist.
Bedingt durch den Anschub einer oder mehrerer Kraftquellen, die von innen und oder außen am Laufrad 1 erzeugt werden und wirken, beginnt sich das gesamte Belüftungsrad mit dem Laufrad 1 zu drehen. Durch die Drehbewegung des Laufrades 1 in der Flüssigkeit 10 werden am Laufrad 1 und in den Speichenrohren 2 die Schwungmassen 4a, die auch als Kolben 4 ausgebildet sein können, in Bewegung 6 versetzt. Bedingt durch diese andauernde Bewegung 5 am Laufrad 1 und der eingebauten Verdichtereinheiten 3 im oder am Laufrad 1 selbst, wird durch die Schwerkraft der Kolben 4 in der Verdichtereinheit 3 die Druckluft erzeugt, die zum anschließenden Belüften der Hohlkörper 7 notwendig ist. Die Erzeugung der Druckluft ist dadurch bedingt, das die Speichenrohre 2 im Inneren als Zylinder ausgebildet sind und in denen sich der Kolben 4 längsgerichtet zum Speichenrohr 2 je nach Zustand der Schwerkraft bewegt und somit der Kolben 4 seine Verdichtungsarbeit leistet und dadurch seine Druckluft im Laufrad 1 selbst erzeugt.
Diese im oder am Laufrad 1 erzeugte Druckluft wird an die oben genannten angebauten Hohlkörper 7 oder Auftriebskörper 7 über Leitungen oder direkt über Bohrungen herangeführt, wobei immer ausschließlich die sich links vom Mittelpunkt 11 des Laufrades 1 befindlichen Auftriebskörper 7 oder die sich rechts vom Mittelpunkt befindlichen Auftriebskörper 7 mit Druckluft versorgt werden. Durch diese Anordnung der exakten Belüftung der Auftriebskörper 7 wird die Drehrichtung bestimmt und ist ein gerichtetes Drehmoment am Laufrad vorgegeben. Dieser oben beschriebene Belüftungsmotor oder dieses oben beschriebenen Belüftungsrad ist einerseits ein Gewichtskraftmotor und andererseits ein Auftriebsmotor der oder das bei seiner Bewegung zusätzliche Energie als ein ausgerichtetes Drehmoment erzeugt und freisetzt und somit dem Belüftungsrad zusetzliche Antriebsenergie zur Verfügung stellt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Belüftungsrad umfassend ein Laufrad (1) mit mindestens einem Speichenrohr (2), das an einer um einen Laufradmittelpunkt (11) drehbar gelagerten Nabe (20) angeordnet ist und sich in etwa radialer Richtung erstreckt, weiter umfassend mindestens einen Hohlkörper (7) und eine Ansaugeinheit (8, 9), wobei in dem Speichenrohr (2) eine Verdichtereinheit (3) angeordnet ist, die mit der Ansaugeinheit (8, 9) und dem Hohlkörper (7) verbunden ist.
2. Belüftungsrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdichtereinheit (3) bei einer Drehung des Laufrades (1) Umgebungsluft ansaugen und in den Hohlkörper (7) fördern kann.
3. Belüftungsrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdichtereinheiten (3) darin bewegliche Kolben (4) umfassen.
4. Belüftungsrad nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolben (4) fliegend gelagert sind.
5. Belüftungsrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses eine Vielzahl von Speichenrohren (2) über den Umfang des Laufrades (1) verteilt umfasst.
6. Belüftungsrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses mehrere Hohlkörper (7) umfasst.
7. Belüftungsrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Hohlkörper (7) jeweils eine Verdichtereinheit (3) zugeordnet ist.
8. Belüftungsrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses eine Regeleinrichtung umfasst, die die Zufuhr verdichteter Umgebungsluft zu den Hohlkörpern (7) steuert.
9. Motor umfassend ein Belüftungsrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das zumindest Teilweise in einer Flüssigkeit steht.
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