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Dokumentenidentifikation DE3434986C2 07.01.1993
Titel Orgelgebläse mit einer regelbaren Ventilatoreinrichtung
Anmelder Aug. Laukhuff GmbH & Co, 6992 Weikersheim, DE
Erfinder Wetzel, Otto, 6992 Weikersheim, DE
Vertreter Busse, V., Dipl.-Wirtsch.-Ing. Dr.jur.; Busse, D., Dipl.-Ing.; Bünemann, E., Dipl.-Ing., Pat.-Anwälte, 4500 Osnabrück
DE-Anmeldedatum 24.09.1984
DE-Aktenzeichen 3434986
Offenlegungstag 03.04.1986
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 07.01.1993
Veröffentlichungstag im Patentblatt 07.01.1993
IPC-Hauptklasse G10B 3/02
IPC-Nebenklasse F04D 27/00   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Orgelgebläse mit einer regelbaren Ventilatoreinrichtung für Orgeln u. dgl. nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die Orgel stellt ein exemplarisches Beispiel für einen kritischen Abnehmer zugeführter gasförmiger Medien dar, indem sie in raschem Wechsel geringe Luftmengen - etwa bei einzeln gespielten hohen Tönen - oder sehr große Luftmengen - bei "brausendem" Orgelspiel - abverlangen kann. Gleichwohl verlangt sie eine hohe Druckkonstanz für die zugeförderte Luft, da Druckschwankungen das Klangbild in einer für das Ohr leicht wahrnehmbaren Weise verfälschen. Ventilatoren wie z. B. häufig verwandte Kreiselgebläse zeigen eine mit höherem geförderten Volumenstrom stark abfallende Druck-Kennlinie. Im Sinne eines zufriedenstellend stabilen Druckes kann von dieser nur ein Bruchteil des insgesamt verfügbaren Mengendurchsatzes ausgenutzt werden. Dies führt bei gegebenem Leistungsbedarf zu aufwendigen und voluminösen Ventilatoren, ohne eine gute Druckkonstanz zu gewährleisten.

Zur Abhilfe ist bereits versucht worden, dem Kreiselgebläse eine Druckstabilisierung nachzuschalten, indem ein Luftspeicher in Form eines Sammelbalges über eine Druckleitung mit dem Ventilator verbunden ist und in dieser Druckleitung ein klappenartiges Drosselglied so steuert, daß es sich bei Ausdehnung des Sammelbalges über ein vorgegebenes Volumen schließt und wieder öffnet, wenn das vorgegebene Volumen unterschritten ist.

Mit einer derartigen Druckregelung läßt sich zwar eine Überdimensionierung des Ventilators weitgehend vermeiden, sie schafft aber auch eigene Probleme.

Wenn etwa eine Orgel nur eine geringe Luftmenge abruft, etwa bei einer Folge hoher Einzeltöne, muß das Drosselglied weitgehend schließen und baut vor dem Klappenventil einen Überdruck auf, der zu leicht pfeifenden Nebengeräuschen führt. Gleichzeitig muß das Kreiselgebläse auf eine nahezu vollständig abgedrosselte Druckleitung arbeiten, und zwar - wenn hinter dem Drosselglied der vorgegebene Solldruck ansteht - mit hohem Überdruck, was nicht nur von der Auslegung und Betrieb des Ventilators unwirtschaftlich ist, sondern auch im Ventilator zu Eigengeräuschen führt. Insbesondere aber ist die Überdruckbeaufschlagung von Kreisgebläsen und anderen Ventilatoren geeignet, intern Druckstöße und -schwingungen ("Pumpen") im Ventilator hervorzurufen, die durch das Drosselglied hindurch an den Abnehmer gelangen und dort stören.

Aus der US-PS 28 92 375 ist ein Orgelgebläse der hier als Stand der Technik in Betracht gezogenen Art bekannt, das druckseitig eine Drosselklappe und saugseitig eine über Zahnriemen und Ritzel zwangsweise mit der Drosselklappe mitbewegte Klappe besitzt. Letztere ist für eine verbesserte Schallisolierung - ergänzend zu einer schallabsorbierenden Auskleidung im Gehäuse - insbesondere für den Fall vorgesehen, daß das Ventilatorgeräusch bei stillen Orgelpfeifen nicht hörbar wird. Damit lassen sich weder ein hoher Druckaufbau noch die daraus resultierenden Geräusche vermeiden, es werden die Geräusche lediglich mit entsprechendem Aufwand eingedämmt.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine Ventilatoreinrichtung für Orgeln und dgl. bei schwankender Abnahme eines zugeführten gasförmigen Mediums druckstabil zu versorgende Abnehmer zu schaffen, welche zu einer zuverlässig und stabil druckgeregelten, geräuscharmen Versorgung des Abnehmers führt, wobei Eigengeräusche der Ventilatoreinrichtung unter allen Betriebsbedingungen unterdrückt bleiben, ohne daß ein hoher baulicher Aufwand oder Leistungsbedarf anfiele.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch eine Ausgestaltung der Ventilatoreinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Anstelle einer in naheliegender Weise dem Ventilator nachgeschalteten Druckstabilisierung wird hier eine den Ventilator übergreifende und einschließende Druckregelung geschaffen, deren Stellglied in Form eines Drosselgliedes in einem Druckbereich arbeitet, der nicht über dem für den Abnehmer vorgesehenen Solldruck, sondern unter diesem liegt. Wird nämlich von dem Abnehmer, wie etwa einer hier dafür als typisch angesehenen Orgel, nur wenig Luft abgenommen, dann führt dies zu einer den Ventilator saugseitig weitgehend absperrenden Einstellung des Drosselgliedes und zu einem entsprechend niedrigen Druck am Ventilatoreinlauf - während der Ventilator druckseitig auf dem geregelten Solldruck arbeitet. Nicht nur vom Bau- und Leistungsbedarf ergeben sich Einsparungen, auch und insbesondere bieten sich regelungstechnisch gut beherrschbare Druck- und Förderverhältnisse und eröffnen den Weg einem stabilen und geräuscharmen Betrieb. Insbesondere läßt sich das "Pumpen" herkömmlicher Kreiselgebläse zuverlässig vermeiden.

Allgemein sind bei Kreiselverdichtern zwar gemäß Zeitschrift des VDI, Band 84 (1940, Nr. 44, S. 837 bis 843) auch Regelungen durch Drosseln in der Ansaugleitung bekannt, doch haben diese Techniken auf dem Spezialgebiet des Orgelbaus, das sich besonderen Ansprüchen an die Druckregelung und die Freiheit von Nebengeräuschen stellen muß, bisher keinen Eingang gefunden. Die besonderen Anforderungen an die Feinfühligkeit der Regelung und eine steile Reglerkennlinie lassen sich insbesondere mit einem Drosselglied aus zwei koaxial angeordneten, gegeneinander verdrehbaren Scheiben mit sektorförmig verteilten Durchlaßöffnungen erreichen.

Diese Drosselglieder sind vorteilhaft direkt mit dem Ventilator zu verbinden, indem sie einlaßseitig dem Ventilator ein- oder vorgebaut eine Konstruktionseinheit mit diesem bilden.

Mit einer solchen baulichen Integration ist es insbesondere auch erleichtert, das Drosselglied und ggf. auch Teile des Ventilators mit einer Schallisolierung zu umkleiden und mit Schalldämpfern auszustatten.

Desgleichen kann der Ventilator mit seinem Gehäuse eine Basis für die Anbringung eines Druckaufnehmers bieten, etwa wenn dieser als pneumatisch-mechanisches Ausdehnungsgefäß ausgebildet ist und mechanisch mit dem Drosselglied in Verbindung steht. So vermag ein Sammelbalg bekannter Art, ein Luftsack oder ein pneumatischer Stellkolben, dem Drosselglied benachbart angeordnet, über eine Luftzuleitung mit der Druckseite des Ventilators in Verbindung stehen. Die Anordnung des Druckaufnehmers läßt sich also von der Übertragungsmechanik zum Drosselglied ausgehend festlegen, während eine Verbindungsleitung zur Druckseite des Ventilators freizügig geführt sein kann. In einem baulichen Sonderfall könnte sogar ein Druckaufnehmer mit einer ausdehnungsabhängig beweglichen Wand direkt auf die Einlauföffnung des Ventilators als Drosselglied einwirken und über eine längere Verbindungsleitung an die Ventilator-Druckseite angeschlossen sein.

Gleichzeitig kann die Speicherfähigkeit eines solchen Druckaufnehmers vorteilhaft auf die Stabilisierung des Drucks wirken und notfalls sogar als Reserve für kurzzeitige Spitzenwerte einer Druckluftabnahme dienen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 Seitenansicht einer Ventilatoreinrichtung und

Fig. 2 vergrößerte Stirnansicht eines Teils der Ventilatoreinrichtung nach Fig. 1, in Richtung der Pfeile II-II gesehen.

Die in der Zeichnung insgesamt mit 1 bezeichnete Ventilatoreinrichtung umfaßt ein Kreiselgebläse 2 mit einem Radialventilator 3, dessen im wesentlichen flachzylindrisches Gehäuse an einer Rückwand 4 einen Elektromotor 5 angeflanscht trägt und in eine Druckleitung 6 einmündet. Mittig an einer der Rückwand 4 gegenüberliegenden, gleichfalls im wesentlichen kreisförmigen Vorderwand 7 besitzt das Kreiselgebläse 3 einen mittigen Einlauf 8, dem ein Drosselglied 9, an der Vorderwand 7 montiert, vorgeschaltet ist.

Das Drosselglied 9 besteht aus zwei koaxial aufeinanderliegenden Kreisscheiben, deren hintere feststehend mit der Vorderwand 7 des Kreiselgebläses 3 verbunden ist, während eine vordere Scheibe 10 drehbeweglich vorgelagert ist.

Beide Scheiben sind in etwa gleich gestaltet, und zwar, wie aus Fig. 2 für die vordere Scheibe 10 näher ersichtlich, nach Art eines Drehlamellenverschlusses mit einem strahlenförmig angeordneten Fächer von offenen innen und außen mit Rundungen abschließenden Sektoren und zumindest gleich großen geschlossenen Sektoren, um bei deckungsgleich übereinanderliegenden Scheiben einen Maximalanteil der Scheibenfläche entsprechend den Öffnungsanteil freizugeben, bei einer leichten Verdrehung aber auf Lücke zu stehen und die Öffnung abzusperren. Damit ist eine steile Absperrcharakteristik des am Einlauf des Ventilators angeordneten Drosselgliedes 9 gewährleistet, d. h., eine starke Änderung der Drosselwirkung über den Stellweg.

Es versteht sich, daß zur Erzielung einer Drosselwirkung am Einlauf des Kreiselgebläses auch andere Drosselglieder Verwendung finden können. So kann eine Irisblende zwar nicht den einfachen Aufbau des Drehlamellenverschlusses und auch nicht eine entsprechend steile Regelcharakteristik bieten, sie liefert aber eine einheitliche gerundete Drosselöffnung und kann damit noch besser als die Schlitze des Drehlamellenverschlusses Zischgeräusche unterdrücken.

Es versteht sich auch, daß grundsätzlich nach Art einer Jallousie parallel verlaufende Lamellenverschlüsse, quer in den Einlaufquerschnitt einfahrbare Platten oder auch gegen die Einlauföffnung drosselnd schwenkbewegliche oder verschiebliche Ventilplatten Anwendung finden können.

Die vordere Scheibe 10 des Drosselgliedes besitzt einen vorwiegend horizontal nach außen gerichteten (und von der Vorderwand des Ventilators abgekröpften) Arm 11, der über eine beidendig mit Gelenken versehene Koppelstange 12 mit einer eine schwenkbewegliche Wand bildenden Oberplatte 13 eines Balges 14 verbunden ist. Die der Oberplatte 13 gegenüberliegende Unterplatte 15 ist (auf nicht näher dargestellte Weise) an der Vorderwand 7 des Kreiselgebläses 3 befestigt. Die untere Platte 15 weist eine Öffnung auf, in die hinein eine Verbindungsleitung 16 mündet, welche aus dem Gehäuse des Ventilators 3 herausführt und den dort erzeugten Druck abzapft, um die Druckluft in den Balg 14 einzuspeisen. Oberseitig ist der Balg 14 durch ein auf der Oberplatte 13 fest montiertes Gewicht 17 belastet.

Damit ergibt sich eine Einrichtung mit folgender Regelfunktion:

Über die Verbindungsleitung 16 wird Luft mit dem Ausgangsdruck des Ventilators in den Balg 14 geleitet, und zwar über einen für die Ansprechgeschwindigkeit des Balges 14 vorteilhaft kurzen Weg. Diesem Luftdruck steht der von dem Gewicht 17 über die Oberplatte 13 vorgegebene Druck gegenüber, welcher jenem Druck-Sollwert entspricht, der über die Druckleitung 6 an die Orgel oder an einen sonstigen für Druckschwankungen empfindliche Verbraucher ausgegeben werden soll. Ein zu hoher Luftdruck (-Istwert) führt zu einem Anheben der oberen Deckplatte 13 und damit, gekoppelt über die Koppelstange 12, zu einem Verdrehen der Kreisscheibe 10 des Drosselgliedes 9.

Das Drosselglied 9 verengt den Durchlaßquerschnitt am Einlauf des Ventilators 3, senkt den Einlaufdruck für den Ventilator ab und mindert dessen Förderleistung wie auch dessen Ausgangsdruck bis zum Erreichen eines verbrauchsgerechten Maßes. Bei Unterschreiten des Solldrucks bewegt das Gewicht 17 die Deckplatte 13 nach unten und öffnet über die Koppelstange das Drosselglied 9 so lange, bis dieses eine nach Druck und Fördermenge ausreichende Ventilatorleistung freigibt.

Es versteht sich, daß dieser Regelvorgang im Betrieb laufend erfolgt, da die vorbeschriebene Druckeinstellung nicht nur einmalig bei Inbetriebnahme auftritt, sondern sich mit laufenden Abnahmeschwankungen z. B. beim Spiel einer Orgel wiederholt.

Die Verwendung des Gewichts 17 führt dazu, daß der Balg sich bei innerem Überdruck stetig (innerhalb konstruktiv vorgegebener Grenzen) ausdehnt und das Drosselglied immer weiter verstellt, solange ein über dem Sollwert liegender Innendruck vorhanden ist. Dies entspricht etwa einer "integralen" Reglercharakteristik, bei der statische Restfehler ganz ausgeregelt werden. Eine andere, eher "proportionale" Reglercharakteristik läßt sich beispielsweise durch eine Feder erzielen, die anstelle des Gewichts 17 oder zusätzlich zu diesem auf die obere Platte 13 drückt und bei einer mittleren Auslenkung einen Sollwert vorgibt.

Der Balg 14 stellt einen Druckwertaufnehmer mit relativ kleinem Speichervolumen dar, was seiner Regelgeschwindigkeit zugute kommt. Es versteht sich jedoch, daß dieser im Bedarfsfall auch zur Übernahme von Druckspeicher-Aufgaben größer ausgebildet sein kann, insbesondere, wenn dem Ventilator keine sonstigen Speicherräume wie Luftkästen u. dgl. nachgeschaltet sind.

Wie die Zeichnung veranschaulicht, sind die Regeleinrichtungen besonders einfach und raumsparend an der Vorderwand des Kreiselgehäuses anzubringen, wobei auch die Abzapfung der Druckluft des Ventilators und die Einleitung in den unmittelbar über dem Drosselglied angebrachten Druckaufnehmer keine Schwierigkeiten bereitet. Damit ist auch eine sehr direkte mechanische Kopplung des Druckaufnehmers mit dem Drosselglied möglich.


Anspruch[de]
  1. 1. Orgelgebläse mit einer regelbaren Ventilatoreinrichtung, die einen Ventilator und einen an diesen ausgangsseitig angeschlossenen Druckaufnehmer aufweist, der zumindest eine bewegliche, mit einer Rückstellkraft beaufschlagte Wand umfaßt und über diese eine Drosselung der geförderten Luft mittels eines vom Druckaufnehmer betätigten Drosselglieds im Förderweg der Luft steuert, dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselglied (9) saugseitig zu dem Ventilator (3) angeordnet ist und daß das Drosselglied (9) zwei koaxial angeordnete Scheiben (10) umfaßt, die relativ zueinander verdrehbar sind und jeweils sektorförmig verteilte Durchlaßöffnungen für die Luft aufweisen.
  2. 2. Orgelgebläse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselglied (9) den Einlauf des Ventilators (3) formt.
  3. 3. Orgelgebläse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckaufnehmer (14) direkt am Ventilator (3) angeordnet ist.
  4. 4. Orgelgebläse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausdehnungsraum des Druckaufnehmers (14) mit einer konstanten Rückstellkraft beaufschlagt ist.
  5. 5. Orgelgebläse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellkraft durch ein Belastungs-Gewicht (17) erzeugt wird.
  6. 6. Orgelgebläse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausdehnungsraum des Druckaufnehmers (14) mit einer Feder-Gegenkraft beaufschlagt ist.
  7. 7. Orgelgebläse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckaufnehmer (14) einen mechanisch-elektrischen Meßwertgeber umfaßt und auf ein elektrisches Steilglied am Drosselglied einwirkt.
  8. 8. Orgelgebläse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselglied mit einer Schallisolierung umkleidet ist.
  9. 9. Orgelgebläse nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilator in eine als Speicher wirksame Druckkammer einspeist.






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