Titel: G. Wellner's Zellenradgebläse.
Autor: Wellner, Georg
Fundstelle: 1880, Band 236 (S. 444–451)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj236/ar236173

Das Zellenrad-Gebläse von Georg Wellner,

Ingenieur und a. ö. Professor an der k. k. technischen Hochschule in Brünn.

Mit Abbildungen auf Tafel 40.

Unter dem Namen „Zellenradgebläse“ ist kürzlich ein neues einfaches System von Wassergebläsen, welches sowohl zum Betriebe von Hoch- und Cupolöfen, Frisch- und Feinfeuern, pneumatischen Aufzügen u.a., als auch für Condensations- und Luftpumpen, Evacatoren u. dgl. Verwendung findet, im deutschen Reiche (* D. R. P. Kl. 27 Nr. 10041 vom 10. December 1879), in Oesterreich, Frankreich und England patentirt worden. Dasselbe besteht im Principe, wie die Fig. 1 und 2 Taf. 40 ersichtlich machen, aus einem über die Hälfte unter Wasser tauchenden Rade, an dessen Umfang Zellen angebracht sind, welche bei der Rotation ihren Luftinhalt in die Wassertiefe herabziehen, dabei entsprechend der wachsenden, darüber lastenden Wassersäule verdichten und schlieſslich unter Wasser in einem Windsammler W abblasen, von wo die Preſsluft ihrer Bestimmung zugeführt wird. Die Zellen füllen sich inzwischen unten mit Wasser voll und gieſsen dasselbe, sobald sie über das Niveau des Wassers im Gefäſse hervortreten, aus, um neue Luft aufzunehmen, welche wieder unter Wasser herabgezogen und verdichtet wird u.s.f. Zelle um Zelle functionirt nach einander der Reihe nach im Kreise continuirlich in gleicher Weise, so daſs die Luftlieferung stetig andauert.

Die Differenz oder der verticale Abstand zwischen dem Oberwasser- und Unter Wasserspiegel H stellt unmittelbar das Maſs der gewonnenen Pressung dar. 1at Ueberdruck entspricht einer Wassersäule von 10m Höhe; für H = 1m Wasser ergibt sich also beispielsweise eine erzielte Windspannung von 0at,1 oder 76mm Quecksilber. Je gröſser der Raddurchmesser, um so höher wird naturgemäſs die Ueberdruck höhe H, und zwar läſst sich für letztere gut 1 /2 bis ⅝ des Raddurchmessers erreichen.

Die Zellenradgebläse sind vollständig analog mit den Wasserschöpfrädern, wie solche häufig zum Zwecke der Wiesen oder Ackerbewässerung in Gebirgsgegenden benutzt werden. Gerade so wie diese mit dem gröſsten Theile ihres Radkörpers in freier Luft gehen und mit der untersten Partie in das Wasser eintauchend ihre Eimer mit Wasser vollschöpfen, dasselbe heben und oben in einen Trog ausschütten, ebenso, nur in verkehrter Weise, laufen die Zellenradgebläse oder Luftschöpfräder mit dem gröſsten Theil ihres Radkörpers unter Wasser und nehmen, mit der obersten Partie über Wasser heraustretend, Luft in ihre Zellen auf, führen dieselbe unter Wasser in die Tiefe herab und schütten sie, unten ankommend, in Form von Blasen nach oben in den Windfänger oder Luftsammler aus.

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Was die motorische Arbeit betrifft, welche zur Drehung der Zellenradgebläse nothwendig ist, so besteht dieselbe hauptsächlich in der zwangsweisen Herabführung der mit Luft erfüllten Zellen in die Wassertiefe, bezieh. in der Bewältigung des wirksamen Auftriebes dieser Luft. Es ist dies im Allgemeinen genau dieselbe Art von Arbeitsleistung, wie sie bei gewöhnlichen Cylindergebläsen durch den vorrückenden Gebläsekolben zum Zwecke der Luftcompression verrichtet wird. Dabei bietet sich hier der Vortheil, daſs die Lufttemperatur bei der Verdichtung in Folge der reichlichen Wasserberührung constant erhalten bleibt, während bei Gebläsecylindern, wenn keine besonderen Kühlvorrichtungen angeordnet sind, die Pressung mit Erhitzung verbunden ist. Dagegen entspringt ein Arbeitsverlust aus dem Umstände, daſs auf der herabgehenden Seite des Gebläserades der Luftinhalt der Zellen, bevor er in den Windsammler abbläst, tiefer ins Wasser herabgezogen werden muſs, als es dem Ueberdruck der gelieferten Preſsluft entspricht, und daſs andererseits der Wasserinhalt in den Zellen beim Heraustreten über das Niveau auf eine gewisse Höhe noch empor gehoben werden muſs, bevor es vollständig ausflieſst. Der Nutzeffect oder Wirkungsgrad der Zellenradgebläse stellt sich nach zahlreichen Versuchen unter normalen Verhältnissen auf 60 bis 70 Proc. also etwa gleich hoch oder wenig höher wie bei gut gewarteten Cylindergebläsen, wenn bei letzteren die Luftverluste an den Ventilen sowie die bedeutenden Reibungen mit in Rechnung gezogen werden.

Ein eigenartiger Umstand verdient bei den Zellenrad geblasen besondere Berücksichtigung. Es bleibt nämlich die zur Drehung derselben erforderliche Umfangskraft und bei gegebener Geschwindigkeit auch die Betriebsarbeit stets gleich groſs und einzig abhängig von der Tiefe jenes Punktes, an welchem die einzelnen Zellen ihre Luft unter Wasser abblasen, dagegen vollständig unabhängig von der im Windsammler vorhandenen Pressung. Der Wasserspiegel im Windsammler kann hoch oder niedrig stehen, der Windsammler braucht auch gar nicht da zu sein, die drehende Bewegung würde dennoch die gleiche bleiben. Für die gröſstmögliche Nutzleistung der Zellenradgebläse ist demnach ein möglichst tiefer Wasserstand im Windsammler vortheilhaft. Der Windsammler stellt zugleich einen Regulator dar, welcher die Windpressung gerade auf jene Höhe einstellt, welche von der gelieferten Luftmenge bei gegebener Düsenmündung für den gleichmäſsigen Betrieb gefordert wird. Es bedingt dieser Vorgang in manchen Fällen eine sehr schätzenswerthe Eigenschaft.

Als günstig ist weiters bei den Zellenradgebläsen gegenüber den Cylindergebläsen hervorzuheben: die groſse Einfachheit und Billigkeit in der Anlage und Wartung, der bequeme Antrieb (zumal bei Wasserrad- oder Turbinenmotor), der Wegfall aller beweglichen Theile, der uncontrolirbaren Kolbendichtung, der Klappen und Ventile u. dgl., |446| der ruhige gleichmäſsige Gang mit stetiger Luftlieferung, endlich die groſse Solidität und Sicherheit.

Im Vergleich mit den hier und da noch verwendeten Kastengebläsen, Blasbälgen, Wassertrommelgebläsen, sowie den neuerdings oft aufgestellten Roots'schen Bläsern bieten die Zellenradgebläse eine weit gröſsere Sicherheit, eine erzielbare höhere Windpressung und bedeutend günstigeren Wirkungsgrad. Gerade für die mittleren Pressungen von 1/20 bis ⅓at, d. i. zur Ausfüllung der Lücke zwischen ganz kleinen Pressungen, wie sie Ventilatoren und Bläser liefern, und den hohen Pressungen, welche sich durch Cylindergebläse mit Wasserkühlung bewältigen lassen, erscheinen die Zellenradgebläse in hohem Grade zweckmäſsig und empfehlenswerth.

Der Feuchtigkeitsgrad der von den Zellenradgebläsen gelieferten Preſsluft, welcher durch das Wasserbad des Rades und die Berührung der sich verdichtenden Luft mit dem Wasser bedingt ist, erscheint nach sorgfältigen Beobachtungen äuſserst geringfügig und beträgt nur Bruchtheile des mittleren Feuchtigkeitsgehaltes der äuſseren Luft. Wenn man bedenkt, daſs sogar die auſsergewöhnliche Feuchtigkeit des Windes bei Wassertrommelgebläsen keinen merklichen schädigenden Einfluſs auf den häufig eingeschalteten Winderhitzungsapparat oder auf den Betrieb selbst ausübt, so verschwindet dieses Bedenken vollständig beim Zellenradgebläse.

In Betreff des Constructionsmaterials erscheint beachtenswerth, daſs man bei Verwendung von Holz für die Radzellen durch passende Wahl der Verhältnisse eine vorzügliche Entlastung erzielen kann, so daſs das Zellenrad im Wasser schwimmt und die Achsenreibung auf ein Minimum herabsinkt; im Uebrigen empfiehlt sich jedoch gerade so wie bei Wasserrädern die Blechconstruction wegen ihrer Solidität für alle wichtigeren Zwecke.

Hinsichtlich der Gesammtanordnung und Aufstellung der Zellenradgebläse können je nach der Gröſse und Umlaufsgeschwindigkeit verschiedene Methoden benutzt werden. Fig. 1 gibt den Querschnitt, Fig. 2 den Längsschnitt eines in eine gemauerte Grube oder Cysterne eingebauten Zellenradgebläses mit gänzlich hindurchgehendem Windsammler W und ohne Achse. Zu beiden Seiten der Radzellen sind Stirnradkränze Z befestigt, welche, durch Vorgelegeräder S angetrieben, die Rotation einleiten und in Laufrollen am Windsammler gelagert sind. Das Knierohr A dient zur Fortleitung des Windes.

Die Anordnung Fig. 3 und 4 zeigt ein anderes Zellenradgebläse, dessen Rad in einen Wasserbottich aus Holz eingesetzt und in gewöhnlichen Bockständern mittels Achse drehbar gelagert ist. Der Zellenkranz ist von der Seite her an ein Stirnrad Z gefügt, welches durch ein kleines Rad S in Drehung gebracht ist. Der Windsammler W |447| greift seitlich in die Radhöhlung hinein, besitzt in der Achse ein wasserdichtes Absteifrohr zwischen seinen zwei Stirnwänden, welches von der Achse durchsetzt wird, und leitet die gelieferte Preſsluft durch ein Knierohr A zur Düsenmündung D.

Mit einem derartig construirten Zellenradgebläse wurden kürzlich wiederholte sorgfältige Probeversuche im Fürstlich Salm'schen Hüttenwerke Blansko nächst Brunn angestellt, welche in Nachfolgendem vorgeführt werden sollen.

Es betrug: der Auſsendurchmesser des Zellenrades 2m,5
die Zellenbreite 0m,75
die Anzahl der Zellen im Umfang 16
die Zellentiefe 0m,36
der geeichte Inhalt in einer Zelle 105l
die Innenlänge des Holzbottichs 2m,8
die innere Breite 1m,5
die Höhe 2m,4
die Zahnradübersetzung 1 : 6
die lichte Weite des Rohres A 150mm.

Die Düse D bestand aus 8 über einander gesteckten guſseisernen Scheiben von je 10mm Stärke, welche eine contische Bohrung von 48 auf 40mm in sich ausgebohrt enthielten derart, daſs man die Düse auf verschiedene Masse einzustellen vermochte. Mit Fortnahme je einer solchen Scheibe wächst die Düsenmündung um je 10mm. Die Preſsluft puffte ins Freie ab und der Ueberdruck wurde an einem gewöhnlichen Quecksilbermanometer beobachtet und durch die abgelesenen Wasserstände controlirt.

Der Antrieb geschah mittels Riementrieb von einer Locomobile aus, welche verschiedene Umlaufsgeschwindigkeiten gestattete, und wurde jedesmal die Tourenzahl des kleinen Stirnrades S notiert.

Zur Bestimmung der gelieferten Luftmenge diente einerseits die beliebig variable Düsenmündung mit der bekannten Pressung unter Zuhilfenahme der Windtabellen, andererseits der durch die Zellenanzahl berechnete Inhalt der unter Wasser gezogenen Lufträume.

In der folgenden Tabelle sind die einzelnen Versuchswerthe zusammengestellt. Es enthält:

Spalte 1 die Versuchszahlen in ihrer fortlaufenden Reihenfolge,
2 und 3 die Nummern und lichten Weiten der Düsen in Millimeter,
4 und 5 den Ueberdruck der Preſsluft in Millimeter Quecksilber und
Millimeter Wassersäule.
6 und 7 die Abstände des Radmittels vom Oberwasser und Unter-
wasserspiegel in Millimeter.
8 und 9 die Umlaufszahlen des kleinen und groſsen Stirnrades in
der Minute,
10 und 11 die theoretische und empirische Luftlieferung in Cubik-
meter für die Minute, wobei die letztere aus J. v. Haue's
vorzüglichen Windtabellen entnommen, die erstere aus
der bekannten Tourenzahl, der Zellenzahl im Kreise
und dem Inhalt je einer Zelle durch die Gröſse
(16 × 105 × n) : 1000 = 1,68 n berechnet ist.
12 enthält das Verhältniſs der Zahlen der vorangehenden zwei Spalten,
ausgedrückt in Procent und liefert hierdurch den an-
fänglichen Füllungsgrad der Zellen.

Aus den Tabellenwerthen, welche zwar nicht auf vollkommenste Genauigkeit Anspruch erheben, deren Zahl und gewissenhafte Aufschreibung jedoch verlassige Schlüsse zu ziehen gestattet, ergeben sich mittlere günstige Luftlieferungen von 8 bis 10cbm in der Minute, Windpressungen von 60 bis 80mm Quecksilbersäule und die Umlaufszahlen 6 bis 8 des Gebläserades.

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Versuche mit einem Zellenradgebläse im Fürstlich Salm'schen Hüttenwerke Blansko.

Textabbildung Bd. 236, S. 448
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Bei sorgfältiger Prüfung der Zahlenreihe der letzten Spalte zeigt sich, daſs das Füllungsverhältniſs der Zellen bei langsamem Gang besser, bei raschem Gang schlechter ausfällt; dasselbe sinkt bei 9 Touren des groſsen Rades schon unter 70 Proc. wie dies aus den Versuchen Nr. 14 und 48 deutlich hervorgeht, und fällt bei noch rascherem Gang, wie die Proben ergaben (für 12 und mehr Touren), noch beträchtlicher herab. Dabei finden nämlich die rasch umlaufenden Zellen nicht mehr die Zeit, ihren Wasserinhalt vollständig auszuschütten, sie können demnach auch nicht genügend viel Luft aufnehmen; die Rotation des Gebläses absorbirt in diesem Fall trotz der beschleunigten Bewegung immerfort weniger Arbeitskraft und die Luftlieferung entfernt sich von dem wünschenswerthen erreichbaren Maximum.

Das besprochene Gebläse, mit welchem obige Versuche gemacht wurden, bildet nur die eine Hälfte eines Projectes. Die doppelseitige ganze Anordnung, bei welcher rechts und links an das treibende groſse Stirnrad symmetrisch je ein Zellenkranz angefügt wird, ist dazu bestimmt, 6 gröſsere Frischfeuer mit 16 bis 18cbm Wind von ungewöhnlich hoher Pressung zu versorgen.

Zum Schlusse seien noch in Kürze die allgemeinen Methoden erörtert, nach welchem sich mittels der Zellenradgebläse einerseits höhere Compressionsgrade, andererseits Depressionen erzielen lassen. Die gewöhnliche Anordnung der Zellenradgebläse führt, wie aus den vorstehenden Betrachtungen hervorgeht, bei hohen Pressungen auf übergroſse Raddurchmesser, denn je 1at Ueberdruck verlangt 10m Wassersäulenhöhe, folglich etwa 20m Raddurchmesser, d. s. Dimensionen, welche der praktischen Brauchbarkeit zuwiderlaufen.

Die einfachste Methode, um bei kleineren Abmessungen des Zellenrades höhere Spannungen zu gewinnen, wäre die Verwendung specifisch schwererer Flüssigkeiten anstatt des Wassers; doch gibt es leider keine solchen Flüssigkeiten, welche für praktische Zwecke im Groſsen mit Vortheil benutzt werden könnten. Ein in Quecksilber badendes Zellenradgebläse möchte z.B. schon für 760mm Niveaudifferenz 1at Ueberdruck liefern, so daſs mäſsige Radgröſsen bereits bedeutende Compressionsgrade ermöglichen würden; der praktischen Ausführung steht jedoch der riesige Kostenpreis für die erforderliche Menge von Quecksilber im Wege.

Eine andere Methode besteht in der Zusammenreihung mehrerer Zellenradgebläse neben einander in der Art, daſs eines dem anderen die Luft zuführt und hierdurch die Verdichtung derselben immerfort steigert. Zu diesem Behufe müssen die Wassergefäſse, worin die Gebläse rotiren, nach oben hin abgeschlossen und der Windsammler jedes vorhergehenden Rades mit dem oberen Räume des nächstfolgenden durch ein Rohr verbunden sein. Die Gesammtwirkung addirt sich in diesem Falle aus den Einzelwirkungen aller neben einander liegenden Zellenfader, so daſs der Unterschied der Luftspannung zwischen dem ersten und letzten Rade der Summe sämmtlicher dazwischen befindlicher Niveaudifferenzen entspricht, genau ebenso, wie dies bei einem mehrfach hin und her gebogenen Röhrenmanometer der Fall ist.

Eine dritte für mancherlei Zwecke vorzügliche und bequeme Methode zur Erreichung höherer Compressionsgrade beruht auf der |450| Verwendung von Zellenkettenwerken, welche in analoger, nur umgekehrter, Weise functioniren, wie es bei Paternosterwerken und Elevatoren geschieht. Fig. 5 veranschaulicht diese Anordnung.

Um zwei vertical von einander abstehende Scheiben ist ein endloses Bandseil oder eine Kette mit beweglich daran befestigten Becherzellen geschlungen. Die Scheiben befinden sich in abgeschlossenen Gehäusen G, G1, zwischen welchen zwei Rohre R, R1 zur Aufnahme des herab- und hinaufgehenden Theils der Zellenkette dicht eingesetzt sind. Der ganze Apparat wird bis ungefähr zur Mitte des oberen Gehäuses mit Wasser oder mit sonst einer tropfbaren Flüssigkeit angefüllt und, während sich nun die Kette in der geschlossenen Linie ununterbrochen fortbewegt (als treibende Scheibe kann dabei sowohl die untere, als auch die obere Scheibe dienen), tauchen die einzelnen Becherzellen eine nach der anderen mit ihrer Mündung voraus unter Wasser, verdichten ihren Luftinhalt, je tiefer sie herabkommen, immer mehr, bis endlich in der untersten Lage dort, wo sich die Zellenkette wendet diese Luft nach oben ausbläst und von einem seitlich in den Kettenbug hineinragenden Windfänger oder Luftsammler W aufgefangen wird, von wo dann die gewonnene Preſsluft mittels des Rohres A ihrer Verwendung zugeführt wird. Der verticale Abstand des Wasserspiegels im oberen Gehäuse von jenem im Windfänger (nämlich die Höhe H in Fig. 5) gibt wieder das Maſs des erzielten Luftüberdruckes an. Der Wirkungsgrad oder Nutzeffect dieses Zellenradgebläses ist bei constructiv richtiger Anordnung der Zellenkette und ihrer Scheiben überaus günstig und kann bis 90 Proc. und mehr betragen.

Die Zellen der hinaufgehenden Kette sind mit Wasser gefüllt und gieſsen dasselbe, sobald sie oben angelangt sind, aus, um neue Luft aufzunehmen und wieder in die Wassertiefe herabzuziehen. Der Vorgang wiederholt sich bei jeder Zelle und der vollkommen gleichmäſsige Gang des Gebläses bringt eine stetige ununterbrochene Luftlieferung mit sich.

Das nämliche Zellenradgebläse (Fig. 5) läſst sich auf bequeme Art auch als Condensations- oder Luftpumpe oder Evacator zur Erzielung bedeutender Luftverdünnung benutzen und zwar in der Weise, daſs man den zu evacuirenden Raum mit dem oberen Gehäuse mittels des Rohres 22, dagegen den Windfänger W mittels des Rohres A mit der äuſseren atmosphärischen Luft in Verbindung bringt. Die Flüssigkeitshöhe H liefert in diesem Falle das Maſs der gewonnenen Depression. Bei Wasserfüllung würde z.B. für eine Wassersäule H = 8m im oberen Gehäuseraum eine absolute Spannung von etwa 0at,2 herrschen. Dabei ergibt sich gegenüber anderen Vorrichtungen zur Luftverdünnung ein wesentlicher Vortheil dadurch, daſs sich das Maſs der gewünschten Evacuation durch das Niveau der eingeschlossenen Flüssigkeit auf einer bestimmten Höhe fixiren und einstellen läſst. Auſserdem ist bei diesem |451| Zellenkettenwerk der günstige Umstand bemerkenswerth, daſs die zum Betrieb erforderliche Arbeitsleistung gleichzeitig und genau entsprechend mit der vorschreitenden Evacuation abnimmt, während bei den gewöhnlichen Luftpumpen mit Cylinder und Kolben auch bei erreichtem Vacuum immerfort noch eine namhafte Arbeit zu leisten ist.

Von erhöhter Bedeutung ist ferner der Wegfall aller Kolbendichtungen, Packungen und Ventilklappen, weil durch undichte Liderung und Luftverluste an den Klappen die überhaupt noch erreichbare Grenze des Vacuums beträchtlich herabgemindert wird.

Mit derartigen Zellenkettenwerken werden in gegenwärtiger Zeit gerade umfassende Versuche angestellt, welche vorzüglich die Verwendbarkeit derselben in Zuckerfabriken darthun sollen. Für gewünschte kleinere Depressionen von bestimmter Höhe lassen sich die Zellenkettenwerke selbstverständlich durch einfache gewöhnliche Zellenräder mit festen Zellen am Umfang, wie sie vorher schon besprochen wurden, ersetzen.

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