Luftreiniger.
Die vorliegende : Erfindung bezieht sich auf einen Luftreiniger, der in erster Linie für Fabriken und Werkstätten bestimmt ist und dort z. B. die Aufgabe hat, bei stauberzeugenden Arbeitsmaschinen die Luft von Staub zu befreien.
Der Luftreiniger nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass er einen Rotor mit spaltförmigen und mit einem ringförmigen Querschnitt versehenen Durchströmkanälen für die Luft besitzt, die in Richtung der Drehachse des Rotors verlaufen und zwischen Flächen gebildet sind, die Rotationsflächen um die genannte Achse sind, von denen die bezüglich der einzelnen :
Kanäle radial aussen liegenden Flächen als Auffangflächen für die während des Durchganges der Luft durch die Kanäle des umlaufenden Rotors auszentrifugierten und von den Zentrifugalkräften gegen die Auffangflächen gedrückten Verunreinigungen wirken, wobei der Luftauslass des Rotors in grösserem radialen Abstand von der Drehachse als der von den einen Enden der Kanäle gebildete Lufteinlass des Rotors angeordnet ist, um durch Einwirkung der grösseren Zentrifugalkraft an der Auslassseite des Rotors ein Saugen der Luft durch die Kanäle während des Umlaufes des Rotors zu erzeugen.
Die spalt- und ringförmigen Durchströmkanäle sind zweckmässig frei von Mitnehmerorganen, so dass die durchströmende Luft nur durch Einwirkung der Reibung in Rotation versetzt wird.
Der Auslass des Rotors kann mit einem stationären Leitschaufelkranz zusammen wirken, der den grössten Teil der : Bewegungs- energie der aus dem Rotor ausströmenden Luft in Druckenergie umsetzt.
Weiter kann der Rotor mit einem für die Grobreinigung der Luft bestimmten Zyklon zusammenarbeiten, wobei die Einlass enden der Durchströmkanäle des Rotors den Auslass des Zyklons bilden. Hierbei ist die Drehrichtung des Rotors zweckmässig die gleiche wie die der Luft im Zyklon.
In der nachstehenden Beschreibung sind einige auf der Zeichnung dargestellte beispielsweise Ausführungsformen des erfindungsgemässen Luftreinigers erläutert.
Fig. 1 zeigt einen vertikalen Schnitt durch die erste Ausführungsform des Luftreinigers, der für den Anschluss an eine stauberzeugende Maschine, z. B. eine Schleifmaschine, bestimmt ist.
Fig. 2 ist ein peripherer Schnitt durch den Leitschaufelkranz längs der Linie II-II der Fig. 1.
Fig. 3 zeigt einen vertikalen Schnitt durch eine abgeänderte Ausführungsform des Luftreinigers.
Fig. 4 ist ein waagrechter Schnitt durch eine Schlupfkupplung längs der Linie IV-IV der Fig. 3.
Fig. 5 zeigt in grösserem Massstab einen Schnitt durch eine Bremsanordnung längs der Linie V-V der Fig. 3.
Fig. 6 zeigt einen vertikalen Schnitt durch eine dritte Ausführungsform des Luftreini gers.
Fig. 7 und 8 sind Schnitte längs der Linie VIl-VIl bezw. VIII-VIII der Fig. 6.
Der Luftreiniger nach Fig. 1 und 2 besitzt einen im folgenden näher beschriebenen Rotor 1, der mit dem Elektromotor 2 unmittelbar gekuppelt und in einem zweckmässig zylindrischen, vertikalen Gehäuse 3 angeordnet ist, das unten einen abnehmbaren Staubsammelbehälter 4 trägt. Der Luftreiniger ist mit einem für eine Abscheidung der gröberen Verunreinigungen bestimmten Zyklon 5 kombiniert, der teilweise um den untern Teil des Rotors 1 und teilweise unterhalb dieses Teils angeordnet ist. Der Zyklon 5 ist mit einem tangential an das Gehäuse 3 angeschlossenen Lufteinlass 6 versehen, so dass die in den Zyklon einströmende Luft in Rotation versetzt wird.
Die durch die Zentrifugalkraft im Zyklon ausgeschiedenen, schwereren Teilchen fallen in den Behälter 4 hinein, der zwecks Verminderung der Wiederaufwirbelung seines Inhaltes in an sich bekannter Weise nach oben durch einen konischen Schirm 7 abgeschirmt ist. Gegebenenfalls können auch andere bekannte Vorrich- tungen zur Verhinderung der Wiederaufwirbelung angewendet werden.
Der feinere Staub, den der Zyklon nicht abzuscheiden vermag, wird zusammen mit dem Luftstrom in den untern Teil des als Zentrifugalabseheider ausgebildeten Rotors 1 geleitet. Dieser Rotor besteht aus konzentrisch ineinander angeordneten, sich nach oben zu erweiternden Blechkonussen 9, zwischen denen spaltförmige Kanäle 9 mit ringförmigem Querschnitt gebildet werden.
Die untern Enden dieser Kanäle bilden den Lufteinlass, die obern Enden den auf einem grösseren Durchmesser angeordneten Luftauslass des Rotors. Da die Luftreibung in engen Kanälen sehr gross ist, wird die Luft durch die Reibung an den Kanalwänden mitgenommen und in Drehung versetzt, so dass sie bei ihrem Austritt am m obern Ende des Rotors ungefähr die gleiche Umfangsgeschwindigkeit wie dieser hat. Irgendwelche besonderen Mitnehmerorgane für die Luft brauchen daher in den Kanälen 9 nicht angeordnet zu werden. Da der Durchmesser der Kanäle sich nach oben zu erweitert. wird die Zentrifugalkraft nach oben zu grösser und grösser, wodurch ein kräftiges Ansaugen der Luft durch die Kanäle entsteht.
Die Bewegungsenergie der vom Rotor kommenden Luft wird in einem stillstehenden, unmittelbar oberhalb der Auslassenden 11 der Kanäle 9 angeordneten Leitschaufelkranz 10 grösstenteils in Druekenergie umsetzt. Der Reiniger wirkt somit als Ventilator, so dass er selbst die Luft z. B. von einer Schleifmaschine durch den Zyklon 5 saugt und nach oben zu durch ein Gitter 12 ausbläst. Der Rotor ist so ausgebildet und bemessen, dass er selbsttätig eine Luftmenge fördert, die etwas grösser ist als die Luftmenge, die der Leitschaufelkranz 10 fördern, bezw. bewältigen kann. Die Differenz zwischen diesen beiden Luftmengen geht in den Zyklon 5 durch den unvermeidlichen Leckspalt 13 zwischen dem Rotor 1 und dem Gehäuse 3 zurück.
Dies ist von wesentlicher Bedeutung, da sonst staubhaltige Luft aus dem Zyklon durch den Leckspalt 13 am Rotor 1 vorbei herausgesaugt würde. Man erhält auf Grund der Zentrifugalkraft eine Ventilatorwirkung, deren Grösse durch die Konizität des Rotors bestimmt wird. Zweckmässig wählt man die Differenz zwischen dem obern und dem untern Durchmesser des Rotors zwischen 1/3 und 1/7 der Rotorhöhe. Wird die : Konizität des Rotors unter dem angegebenen Minimum gehalten, so geht staubhaltige Luft aus dem
Zyklon am Rotor 1 vorbei ins Freie. Wählt man jedoch die Konizität grösser als die angegebene obere Grenze, so wird das Über strömen gereinigter Luft vom obern Ende des Rotors zurück in den Zyklon unnötig gross.
Die Konizität des Rotors ist daher so abzupassen, dass seine Ventilatorwirkung etwas grösser ist, als dem Strömungswider stand in den Kanälen des Rotors entspricht.
Um den Rotor ist ein nach unten enger werdender, konischer Schirm 14 angeordnet, so dass ein enger Kanal 15 zwischen dem
Schirm 14 und dem Rotor 1 gebildet wird.
Durch diesen Kanal strömt die von Spalt 13 kommende Luft zum Lufteinlass des Rotors.
Die Staubabscheidung im Rotor vollzieht sich somit so, dass wenn die Luft im Rotor in Rotation kommt, die Staubteilchen infolge der Zentrifugalkraft ausgeschieden und gegen die äussere Wand jedes Rotorkanals gepresst werden, wo sie von dem Zentrifugaldruck so lange festgehalten werden, wie der Rotor in Gang ist. Eine Voraussetzung hierfür ist indessen, dass die axiale Luftgeschwindigkeit im Rotor nicht zu gross (nicht über 10 m/s) ist und dass eine Wirbelbildung vermieden wird.
Zwecks : Erzielung möglichst laminarer Strömung wird die Kanalweite zweckmässig so im Verhältnis zu der Luftgeschwindigkeit in den Kanälen gewählt, dass die Reynolds7sche Zahl
Re = r geringer als 2300 wird, wobei w die axiale Durchströmgeschwindigkeit in den Rotorkanälen, ci die Kanalweite und y die kinematische Viskosität der Luft ist.
Im llinblick auf die Gefahr einer Verstopfung der Kanäle dürfen diese nicht zu eng gewählt werden. Da indessen eine absolut laminare Strömung in den Kanälen nicht erforderlich ist, können diese erforderlichenfalls für eine Reynold'sche Zahl bis zu 7000 oder 8000 bemessen werden.
Die konischen Elemente 8 des Rotors werden oben von senkrecht zu ihnen gerichteten Schrauben 16 mit Distanzhülsen zusammen- und in bestimmtem Abstand voneinandergehalten. Im untern Teil des Rotors sind ausserdem einige kleinere Distanzstücke 17 in Form herausgebogener Blechlappen vorgesehen, die so angeordnet sind, dass sie die Luftströmung so wenig wie möglich behindern. Sie sind für diesen Zweck propellerflügelartig gebogen und können auch so ausgeführt werden, dass sie der Luftströmung nachhelfen. Dies führt jedoch leicht zu Wirbelbildungen, weswegen eine neutrale Lage empfohlen wird. Wird der Rotor gestoppt, so fällt der in ihm gesammelte Staub infolge seiner Schwere in den Sammelbehäl- ter 4, und zwar in Form von Flocken, die durch Zusammenbacken einer grossen Zahl einzelner Staubpartikel im Rotor gebildet sind.
Um das Herabfallen des Staubes aus dem Rotor dann zu erleichtern, wenn der Staub adhäsiv ist, ist an dem Reiniger eine Klopf- vorrichtung vorgesehen, die einen Ring 18 und einen Bügel 19 besitzt, der mittels zweier Federn 20 nach oben gedrückt wird. Durch schnelles Niederdrücken des federbelasteten Bügels 19 schlägt der Ring 18 an die Rotor nabe an, und durch die hierbei entstehenden Erschütterungen löst sich der im Rotor zusammengebackene Staub ab und fällt in den Behälter 4 hinab.
Der Motor und der Rotor sind zusammen auf weichen Gummiblöcken 21 gelagert, wodurch der Rotor 1 die Möglichkeit erhält, sich um seinen eigenen Schwerpunkt zu drehen.
Dies ist für die praktische Anwendung sehr wichtig. Man muss nämlich damit rechnen, dass der Staub mitunter sich nur von der einen Seite des Rotors löst, wodurch dieser aus dem Gleichgewicht kommt. Dies wäre unheilvoll, wenn der Rotor nicht selbstzentrierend angeordnet wäre.
Der Luftauslass ist nach oben gerichtet, damit man keinen Zug vom Reiniger spürt.
Der Staubbehälter 4 ist abnehmbar und wird von einer federnden Spannanordnung 22 getragen. Die Abdichtung erfolgt mittels eines Packungsringes 23.
Schliesslich sei erwähnt, dass es sich für die Erzielung einer ausreichenden Ventilater- wirkung als vorteilhaft erwiesen hat, die Leitschaufeln 24 des Leitschaufelkranzes 10 (siehe Fig. 2) so auszubilden, dass sie einander in Umfangsrichtung überlappen, also nicht als Schaufeln eines Propellerventilators, und dass sie so nahe aneinander liegen, dass langgestreckte Kanäle 25 zwischen ihnen gebildet werden, die sich in der Durchströmrichtung diffusorartig erweitern. Der Erweiterungswinkel der Kanäle 25 soll zwi schen 2 und 120 liegen und im : Eanaleinlass- teil nicht grösser als 80 sein. Die Schaufeln werden zweckmässig so gebogen, dass die Luft den Reiniger im wesentlichen axial verlässt.
Die Ausführungsform gemäss Fig. 3-5 unterscheidet sich von der beschriebenen hauptsächlich dadurch, dass sie mit einer automatischen : Klopfvorrichtung versehen ist, die gleichzeitig als Schlupfkupplung zwischen dem Motor und dem Rotor wirkt.
Da der Rotor relativ schwer ist, hat es sich als zweckmässig erwiesen, ihn mit einer Schlupfkupplung zu versehen, damit der Motor beim Start nicht überlastet wird. Der Schlupf dieser Kupplung wird im vorliegenden Fall zum Klopfen des Rotors dadurch ausgenutzt, dass die Schlupfbahn 30 nicht eben, sondern gezahnt ist.
Wird der Motor 2 angelassen, so dreht er zwei Arme 31, von denen jeder mit einer Blattfeder 32 mit einem Klotz 33 versehen ist. Durch die Zentrifugalkraft werden die Klötze 33 gegen die gezahnte Schlupfbahn 30 gedrückt. Bevor der Rotor in Gang gekommen ist, schlupfen die Klötze über die gezahnte Schlupfba.hn 30, wodurch kräftige Erschütterungen entstehen. Ilierbei erhält man die beste Klopfwiriung, wenn der Rotor 1 beim Starten des Motors einen Augenblick stillgehalten wird.
Für diesen Zweck ist im vorliegenden Fall der Rotor 1 mit einer automatisch wirkenden Bremse ausgerüstet. Diese Bremse besitzt am Rotor 1 angebradite, je unter der Einwirkung einer Blattfeder 34 stehende Bremsklötze 35, die gegen eine feste Bremstrommel 36 drücken. Die Federspannung wird so gewählt, dass der Rotor 1 in Ruhe gehalten wird. bis der Motor auf eine gewisse Drehzahl gekommen ist. Darauf tritt ein Schlupfen auch an der Bremstrommel 36 ein, und der Rotor beginnt umzulaufen. Ilier- bei werden durch die Zentrifugalkraft die Bremsklötze 35 nach aussen geschleudert, so dass die Bremsung des Rotors aufhört und dieser frei umlaufen kann. Die Schlupfkupplung 31, 32, 33, 30 kommt dabei zu festem Schluss, so dass der Rotor die gleiche Drehzahl wie der Motor erhält.
Der Staubbehälter 4 ist bei dieser Ausführungsform in bekannter Weise mit einer Anzahl zylindrischer, konzentrisch ineinander liegender Einsätze 37 versehen, um Trombenbildung und Wiederaufwirbelung im Zyklon zu verhindern, und der Motor ist von einem Raum 38 zum Ausgleich der vom Leitschaufelkranz kommenden Luftströmungen umgeben. Ans dem Raum 38 strömt die Luft nach oben ins Freie.
Die Erfindung kann auch für die Staubabscheidung in solchen Räumen Anwendung finden, in denen der Staub nicht an bestimmten Plätzen erzeugt wird, von denen er abgesaugt werden kann. In einem solchen Fall soll der Luftreiniger die gesamte Luftmasse des Raumes in Zirkulation halten. Ist der Raum nicht allzu gross, so wird der Luftreiniger zweckmässig in der Mitte des Raumes unmittelbar unter dem Dach angeordnet, wenn dieses flach ist, wobei er die gereinigte Luft zweckmässig radial nach aussen rund herum ausbläst.
Auf diese Weise kann man eine symmetrische und möglichst zugfreie Luftzirkulation erhalten, bei der der ganze Luftinhalt des Raumes mehrere Male in der Stunde ohne belästigenden Zug durch den Reiniger hindurchgehen kann. hierdurch ist es möglich, den Staubgehalt, wenn notwendig, sogar niedriger als in der Aussenluft zu halten.
Die in Fig. 6-8 gezeigte Ausführungsform ist für diesen Zweck bestimmt.
Der Rotor 40 besteht aus konzentrischen Zylindern 41, die so ineinander angeordnet sind, dass enge, ringförmige Kanäle 42 zwischen ihnen gebildet werden. Damit der Rotor auch in diesem Fall als Ventilator wirkt, ist er oben mit zwei ringförmigen Flanschen 43, 44 versehen, zwischen denen ein ringförmiger Kanal 45 gebildet wird, der am äussern Umfang ganz offen und am innern Umfang an die Auslässe der ringförmigen Kanäle 42 angeschlossen ist. Der ringförmige Auslass des Kanals 45 liegt auf einem grösseren Durchmesser als der Rotor 40 und dessen unten befindlicher Einlass, so dass die Zentrifugalkraft ein Saugen durch die Kanäle 42 hervorruft und der Rotor als Ventilator wirkt. Der Aussendurchmesser des Kanals 45 wird zweckmässig so gewählt, dass die Ventilaterunrkung grösser als der innere Widerstand des Rotors ist.
Die Ventilatorwirkung wird mittels eines stationären Leitschaufelkranzes 46 verstärkt, der unmittelbar um den Auslass des Kanals 45 angeordnet ist und von der Luft waagrecht durchströmt wird. Die zu reinigende Luft wird durch axiale Schlitze 47 in das den Motor umgebende, zylindrische Gehäuse 48 eingesaugt.
Das Blech zwischen den Schlitzen 47 ist so umgebördelt, dass schräggestellte, gebogene Schaufeln 49 entstehen, die dem in den Rotor eingesaugten Luftstrom eine im Sinne der Rotationsrichtung des Rotors tangentielle Richtung geben. Hierdurch erhält die Luft eine gewisse tangentielle Vorgeschwindigkeit, durch die der Kraftverbrauch des Rotors herabgesetzt und die Möglichkeit geschaffen wird, bei einem gegebenen Kraftverbrauch eine höhere Umfangsgeschwindigkeit zu erzielen. Da ausserdem der Leitschaufelkranz 46 es ermöglicht, den grössten Teil der kinetischen Energie der ausströmenden Luft wieder in Druck umzusetzen, erhält man die für das Auszentrifugieren des Staubes erforderliche Luftgeschwindigkeit mit verhältnismässig sehr geringem Kraftbedarf.
Der : Reiniger ist mit einer Schlupfkupp- lung 49', 50 versehen, die als automatische Klopfvorrichtung in gleicher Weise wirkt, wie oben beschrieben. Der abgeklopfte Staub fällt in einen abnehmbaren Behälter 51, der zweckmässig aus Glas ausgeführt ist, damit man sehen kann, wenn er voll ist. Der Glasbehälter 51 wird von einem federnden, schwenkbaren Bügel 50'festgehalten und gegen einen Dichtungsring 52 aus Gummi gedrückt. Der Motor 53 mit dem Rotor 40 ist an Gummiklötzen 54 aufgehängt, die ausreichend weich sind, um den Rotor selbstzentrierend zu machen.