| 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
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| IPC-Nebenklasse |
F04D 27/00
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| Beschreibung[de] |
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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.
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| Anspruch[de] |
- 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. Orgelgebläse nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselglied (9)
den Einlauf des Ventilators (3) formt.
- 3. Orgelgebläse nach Anspruch 1 oder
2, dadurch gekennzeichnet, daß der
Druckaufnehmer (14) direkt am Ventilator (3) angeordnet ist.
- 4. Orgelgebläse nach einem der
Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der
Ausdehnungsraum des Druckaufnehmers (14) mit einer
konstanten Rückstellkraft beaufschlagt ist.
- 5. Orgelgebläse nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellkraft durch
ein Belastungs-Gewicht (17) erzeugt wird.
- 6. Orgelgebläse nach einem der
Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der
Ausdehnungsraum des Druckaufnehmers (14) mit einer
Feder-Gegenkraft beaufschlagt ist.
- 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. Orgelgebläse nach einem der
Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das
Drosselglied mit einer Schallisolierung umkleidet
ist.
- 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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