DE20007642U1 - Schwimmender Schaufelradbelüfter, Drehantrieb hierfür sowie Drehlager, Gehäuseentlüftung und Schaufelrad - Google Patents

Description

Schwimmender Schaufelradbelüfter. Drehantrieb hierfür sowie Drehlager. Gehäuseentlüftuna und Schaufelrad

Die Neuerung bezieht sich auf einen schwimmenden Schaufelradbelüfter zur Gewässer- und Klärbeckenbelüftung, mit einem Rahmen, mit dem Rahmen verbundenen Schwimmern, einer an Teilen des Rahmens gelagerten und mit einem Drehantrieb verbundenen Welle und an der Welle sitzenden Schaufeln, von denen im Betriebszustand des Belüfters die Schwimmer an der Gewässer- oder Klärbeckenoberfläche schwimmen, die Welle über dem Gewässer- oder Klärbeckenspiegel rotiert und Teile der mitrotierenden Schaufeln bis unter diesen Spiegel geraten; sowie auf einen Drehantrieb in Form eines Elektromotors mit einem Gehäuse, auf ein hierfür geeignetes Drehlager mit einem Innenring und einem Außenring zum pendelndeln Lagern der Welle und auf Gehäuseentlüftungen mit einem im Gehäuse befindlichen Luftloch für den Luftdurchtritt, die sich für solche Schaufelradbelüfter oder andere im Spritzwasserbereich befindliche Geräte eignen. Des weiteren bezieht sich die Neuerung auf ein Schaufelrad für einen schwimmenden Schaufelradbelüfter, wobei das Schaufelrad sternförmig angeordnete Schaufeln aufweist.

Die Schaufelradbelüfter dienen dem Aufrühren der Wasseroberfläche beispielsweise in Meeresfisch-, Krebs- und Muschelfarmen oder sonstigen Wasserkulturen, aber auch in Klärbecken, mit Hilfe in das Wasser schlagender Schaufeln. Der Belüfter schwimmt nach einem Wegeplän hin und her über die Oberfläche des zu belüftenden Gewässers, oder wird stationär an einem Ort verankert.

Bekannte Modelle solcher Schaufelradbelüfterweisen drei parallel erstreckte Schwimmer auf, die durch einen Rahmen überbrückt sind. Der Rahmen trägt über dem zentralen Schwimmer einen zumeist elektrischen Antriebsmotor mit einem Getriebe, das bei den bekannten Schaufelradbelüftern ein Schneckengetriebe ist und die Drehzahl erheblich heruntersetzt, und von diesem Getriebe laufen beiderseits Wellen in Richtung auf die randseitigen Schwimmer aus, die sternförmig in Radialebenen liegende parallele Kränze von Schaufelrädern tragen. Um gewisse gegenseitige Eigenbewegungen der Schwimmer zu ermöglichen, sind die beiderseitigen Wellen, die jeweils am randseitigen Schwimmer mit Hilfe eines hydrostatischen Lagers gelagert sind, an Abtriebswellen des Getriebekastens über Kardangelenke oder Hardyscheiben angeschlossen.

Diese bekannten Schaufelradbelüfter haben einen relativ komplexen Aufbau und erweisen sich aufgrund der Kurzlebigkeit einzelner ihrer Bauelemente selbst als relativ kurzlebig. Insbesondere das Getriebe im Getriebekasten und die Wellenaufhängungen einschließlich der hydrostatischen Lager, welche Kunststofflager mit Wasser-Gleitflächen sind, sind von kurzer Betriebslebensdauer. Speziell bei Motor und Getriebe wird die Funktion durch eindringendes und im Gehäuse verbleibendes Wasser, insbesondere Seewasser, beeinträchtigt. Sowohl über die Lagerung als auch über die Luftlöcher, die ein Atmen der Gehäuseinnenräume ermöglichen sollen, dringen Anteile der herumgeschleuderten Wassers ein und führen zu beschleunigter Korrosion. Das Schneckengetriebe hat bauartbedingt eine relativ kürzere Lebensdauer durch höhere Reibung der bewegten Teile und einen geringeren Wirkungsgrad als andere Getriebe wie z. B. Stirnradgetriebe.

Durch die Neuerung sollen diese Nachteile vermieden und soll insbesondere die Nutzlebensdauer des Geräts erhöht werden. Dies wird durch verschiedene Maßnahmen erreicht, die einzeln oder kombiniert die Situation verbessern und die teilweise auch für andere Anwendungen geeignet sind und beansprucht werden.

Der neuerungsgemälie schwimmende jschau1teli«adb'eTu.fter ist dadurch, gekennzeichnet,

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daß die Welle am Rahmen über Drehlager mit einem Freiheitsgrad der Verschwenkung der Welle relativ zum Rahmen innerhalb eines gegebenen Raumwinkels gelagert ist, und/oder dadurch, daß der Drehantrieb an einem Wellenende sitzt und gegen den Rahmen eine Drehmomentabstützung aufweist, oder dadurch, daß der Drehantrieb an einem Wellenende sitzt und zusammen mit dem Getriebe, insbesondere einem Stirnradgetriebe, in einem Gehäuse mit kugelförmiger Außenfläche angeordnet ist, welches wiederum in einem Gegenlager mit entsprechend kugelförmiger Aussparung auf dem Rahmen, insbesondere einem Schwimmer, in seiner Position veränderbar gelagert ist. Der Drehantrieb kann ein Motor, vorzugsweise ein elektronisch gesteuerter Elektromotor mit einer Steuereinheit, die eingekapselt an der Innenseite des Motorgehäuses sitzt, und insbesondere ein bürstenloser langsamlaufender Scheibenrotormotor mit permanentmagnetischem Rotor sein, der aufgrund seiner niedrigen Drehzahl die Welle unmittelbar antreibt.

Der Raumwinkel kann beispielsweise einen Schnittwinkel von 10° haben. Hierdurch werden sowohl Verwindungen innerhalb des Rahmens aufgrund von Wellengang als auch Diskrepanzen zwischen den Lagern der Welle hinsichtlich Achsrichtung und Winkel aufgrund der Herstellungstoleranzen oder aufgrund späterer rauher Betriebsbedingungen ermöglicht.

Für den Freiheitsgrad der Drehlager sind verschiedene Konstruktionen möglich, jedoch wird bevorzugt, daß die Drehlager jeweils einen Außenring haben, der gegen den Rahmen innerhalb des gegebenen Raumwinkels etwa aufgrund einer kugellagerähnlichen Halterung verdrehbar ist. Beispielsweise kann der Außenring eine Außenfläche in Form eines geraden Kreiszylinders haben, auf den ein Kugelzonenring aufgezogen ist, oder der Außenring kann selbst eine Kugelzonenaußenfläche haben, die in einer Kugelinnenfläche eines Lagerbocks verdrehbar ist. Jedoch ist auch die Verwendung eines elastischen Zwischenrings möglich. Diese Konstruktion mit gegen die Welle nicht verschwenkbarem Außenring hat den Vorteil einer erleichterten Abdichtung des Drehlagers gegen die rotierende Welle, indem der an der Welle anliegende Dichtring an mit dem Außenring des Drehlagers verbundenen Teilen sitzt, die gegen die Welle eben nicht verschwenkbar sind. Andernfalls müssen die Dichtringe aus einem Material sehr hoher Kompressibilität bestehen, um im Fall der Mitverschwenkung die Dichtwirkung aufrecht zu erhalten.

Das Drehlager auf der Seite des Motors kann in herkömmlicher Weise ausgestattet sein, wenn der Motor als Ganzes zusammen mit einem beispielsweise kugelförmigen Gehäuse drehbar auf dem Rahmen angeordnet ist.

Bevorzugt wird die Konstellation, daß die Welle im Bereich ihrer Enden mit jeweils einem dieser Drehlager gelagert ist und zwischen ihren Lagern die Schaufeln trägt, und zwar insbesondere mit zwei Schwimmern, auf denen der Rahmen jeweils im Bereich eines der gelagerten Enden der Wellen sitzt. Hierdurch ergibt sich eine relativ leichte, robuste, verwindbare und langlebige Konstruktion.

Die Lager sind vorzugsweise ergänzt durch eine Wasserabtransportinstallation für axialen und radialen Wasserabtransport aus einem das Drehlager umgebenden, fest mit einem Rahmen verbundenen Gehäuse mit wenigstens einer gegen die Welle gerichteten, sie konzentrisch umgebenden Ringscheibe, die zwischen oder benachbart zu auf der Welle sitzenden rotierenden Ringelementen, nämlich Schleuderscheiben und/oder Axialförderern, unter Freilassung eines Zwischenraumspalts angeordnet ist. Mit diesen Maßnahmen kann bei Schaufelradbelüftem und bei anderen Geräten, die im Wasserspritzbereich arbeiten, eine Wasseransammlung im Raum der Lager verhindert werden.

Die Lebensdauer der Schaufelradbelüfter und anderer Geräte im Spritzwasserbereich wird auch beschränkt durch Wasser, das durch das Luftloch des Motor- und des Getriebegehäuses eindringt. Aufgrund der Temperaturwechsel ist jedoch ein Luftaustausch mit der Außenluft bei diesen Gehäusen erforderlich. Das Eindringen von Wasser durch die Luftlöcher wird nun dadurch verhindert, daß sich an der Gehäuseaußenseite des Luftlochs ein nach außen geschlossenes Ausdehnungsgefäß veränderlichen Volumens anschließt. Das Ausdehnungsgefäß kann beispielsweise ein flexibler Faltenbalg oder ein dehnbarer Ballon sein und kann auch, um auf diese Art derartige empfindliche Teile an einem geschützten Ort anordnen zu können, über eine längere Luftleitung an das Luftloch angeschlossen sein.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Weiterbildungen der Neuerung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 Eine perspektivische Darstellung eines neuerungsgemäßen Schaufelradbelüfters;

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung eines in Einzelheiten abgewandelten Schaufelradbelüfters, von der anderen Seite gesehen;

Fig. 3 eine schematische Seitenansicht einer Schaufelradwelle des Schaufelradbelüfters in leicht gebogenem Zustand, und ihrer Lagerungen;

Fig. 4 einen Schnitt durch eine Ausführung eines kugelgelagerten Wälzlagers;

Fig. 5 einen Schnitt durch eine Ausführung eines elastisch aufgehängten Wälzlagers;

Fig. 6 einen Schnitt durch eine im Schaufelradbelüfter verwendbare Wellenlagerung mit Maßnahmen zur Austreibung von Wasser;

7-9 Teilschnitte einer Einzelheit entsprechend Fig. 6 von jeweils abgewandelter Ausführung;

Fig. 10 einen Schnitt durch eine im Schaufelradbelüfter verwendbare weitere Ausführung einer Wellenlagerung mit einer weiteren Ausführung von Maßnahmen zur Austreibung von Wasser;

Fig. 11 einen schematischen Schnitt durch einen beim Schaufelradbelüfter verwendbaren Langsamläufermotor;

Fig. 12 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Motors mit geschlossener Lüftung;

Fig. 13 eine Endansicht eines Motors mit geschlossener Lüftung gemäß einer abgewandelten Ausführung;

Fig. 14 eine schematische, perspektivische Seitenansicht und Draufsicht eines Motors zusammen mit einem Getriebe innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses, das auf einem Schwimmer gelagert ist, sowie eine perspektivische Ansicht der Gehäuselagerung;

Fig. 15 eine perspektivische Ansicht eines Schaufelrads mit sternförmig angeordneten Schaufeln;

Fig. 16 eine perspektivische Ansicht eines Schwimmers mit einer Vorrichtung zum Anordnen eines Ausgleichsgewichtes.

Ein Schaufelradbelüfter gemäß den Fig.&eegr; 1 und 2 weist jeweils einen mehr oder weniger starren, eine horizontale Ebene, die parallel zur Wasseroberfläche liegt, definierenden

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Rahmen 1 auf, der bei der dargestellten Ausführung aus zwei Profilstangen 2 und zwei Schwimmern 3 besteht, die zusammen etwa ein Rechteck bilden. Den Abstand zwischen den beiden einander als Rechteckseiten gegenüberliegenden Schwimmern überbrückt, hinsichtlich der Schwimmer in zentraler Lage und parallel zu den Profilstangen 2, eine Schaufelradwelle 4, die in Form von vier parallelen Schaufelrädern jeweils sternförmig angeordnete Schaufeln 5 trägt, die in Betrieb des Schaufelradbelüfters bei ihrer Umdrehung bis unter den Wasserspiegel geraten und durch Rühren und Verspritzen des Wassers dieses in Bewegung halten und lüften.

Die Welle 4 wird von einem Elektromotor 10, der gegebenenfalls mit einem Getriebe verbunden ist, mit einer Drehzahl vorzugsweise in der Größenordnung zwischen 100 und 180 Umdrehungen pro Minute angetrieben. Zu diesem Zweck hängt der schwimmende Schaufelradbelüfter an einem durch oder über das Wasser gezogene Kabel. Der Elektromotor 10 sitzt auf dem Ende der Welle 4 und weist gegenüber dem Rahmen 1 mit viel Spiel eine Drehmomentenabstützung auf. Ein solcher Elektromotor 10 kann, falls notwendig, nur durch die Welle getragen werden. In Fig. 1 ist der Elektromotor nicht sichtbar, da er durch ein Schutzgehäuse 11 abgedeckt ist. In Fig. 2 ist er jedoch in Form seines Motorgehäuses 12 sichtbar. Desgleichen ist die Drehmomentabstützung dort erkennbar, bestehend aus einem einerseits mit dem Motorgehäuse 12 starr verbundenen Flügel 13, der mit einem gewissen Abstand zwischen zwei Gummiblöcken 14 liegt, die an mit dem Rahmen 1 starr verbundenen Flanschen 15 sitzen. Gemäß einer vereinfachten Ausführung stützt sich der Flügel 13 nur in einer Drehrichtung, nämlich in der der Antriebsrichtung entgegengesetzten Drehrichtung, in der beschriebenen Weise gegen den Rahmen 1 ab.

Die Welle 4 ist im Bereich ihrer beiden Enden an Teilen des Rahmens gelagert, nämlich mit Lagern 20 und 21, von denen beispielsweise das dem Motor 11 näherliegende Lager 21 ein Festlager und das vom Motor 10 abgewandte Lager 20 ein Loslager sein kann. In Frage käme auch die Verwendung von zwei Loslagern und eine axiale Festlegung der Welle in sonstiger Weise, oder die Verwendung von zwei Festlagern, von denen eines in einem Lagerbock mit einem gewissen axialen Freiheitsgrad sitzt.

Diese Lager 20, 21 haben jeweils einen Innenring und einen Außenring. Sie zeichnen sich

durch eine Verdrehbarkeit oder Ausbiegbarkeit der Achse der Welle 4 relativ zum Rahmen 1 um einen gewissen Raumwinkel &agr; (Fig. 3) aus, der beispielsweise 10° beträgt, so daß die Welle 4 gegen die gerade Verbindung zwischen den Lagern an diesen sich um einen Betrag von 5° schräg stellen kann. Hierdurch kann sich die Welle leicht biegen, wodurch vermieden wird, daß sich bei Verwindungen des Rahmens beispielsweise im Fall von Wellengang oder auch aufgrund von Herstellungstoleranzen ein extremer Lagerdruck einstellt. Die Welle 4 trägt also nichts zur Stabilisierung der Form des Rahmens 1 bei, wodurch ein erhöhter Lagerdruck oder die Notwendigkeit von Kardangelenken usw. im Verlauf der Welle vermieden werden. Dies ist in Fig. 3 schematisch dargestellt. Dadurch, daß eines der Lager als Loslager konzipiert ist, entstehen durch solche Biegungen auch keine nennenswerten Zugkräfte in Axialrichtung auf das Lager.

Die Maßnahmen im Hinblick auf die Verdrehmöglichkeit innerhalb des Raumwinkels können grundsätzlich zwischen der Welle 4 und dem Lager 20, 21, innerhalb dieses Lagers oder zwischen dem Lager und einem umgebendem rahmenfesten Lagerbock 22 vorgesehen sein. Der Lagerbock kann auch in einen der Schwimmer 3 integriert sein. Aus Gründen der Abdichtung des Lagerbereichs durch Dichtungsringe, innerhalb derer die Welle gleitet, wird jedoch bevorzugt, daß die Maßnahmen zwischen dem Lager 20, 21 und dem Lagerbock 22 vorgesehen sind. Die Fig.&eegr; 3 bis 6 zeigen Beispiele entsprechender Maßnahmen.

Jedes der Lager weist einen äußeren Lagerring 23 und einen inneren Lagerring 24 auf, zwischen denen bei den dargestellten Wälzlagern Kugeln 25 rollen. Anstelle von Wälzlagern können in gleicher Weise auch Gleitlager eingesetzt sein. Nach Fig. 4 hat der äußere Lagerring 23 eine ballige Außenfläche 31, also eine ringförmige Kugelzonenfläche, der eine entsprechende Innenfläche 32 des Lagerbocks 22 gegenüberliegt. Die Krümmungsradien der Flächen 31 und 32 sind so aufeinander abgestimmt, daß die Fläche 31 innerhalb der Fläche 32 gleiten kann, nach der Art eines Kugelgelenks. Mit dem äußeren Lagerring 23 sind auch der innere Lagerring 24 und damit die Welle 4 kugelgelenkmäßig verschwenkbar. Der Einbau des die Lagerringe 23 und 24 umfassenden Lagers 20 oder 21 erfolgt zunächst quergestellt, bis es im Hohlraum zwischen der ringförmigen gewölbten Innenfläche 32 aufgerichtet wird.

Fig. 4 veranschaulicht auch Maßnahmen zur Abdichtung des Lagers 20. Während es auf der Seite des Wellenendes durch eine Platte 33 dicht abgeschlossen ist, ist auf der den Schaufeln 5 zugewandten Seite eine Dichtringanordnung 34 fest mit dem äußeren Lagerring 23 verbunden. Da die Achsen der Welle 4 und des Lagerrings 23 nicht gegeneinander verschwenkbar sind, kann die Dichtringanordnung 34 stramm und präzise an der Welle 4 anliegen.

In Fällen, in denen eine Abdichtung des Lagers an dieser Stelle nicht notwendig sind, oder in Fällen, in denen großvolumige Dichtringe hoher Kompressibilität zulässig sind, so daß die Welle 4 und die Dichtringanordnung 34 nicht stets koaxial zueinander sein müssen, kann die durch die Flächen 31, 32 gegebene Verschwenkbarkeit auch an einer anderen Stelle hergestellt werden, beispielsweise durch eine Kugelzonenringfläche an der Welle und einem darüber angeordneten, aus Montagegründen zweiteiligen inneren Lagerring mit entsprechender konkaver Innenfläche. Eine weitere Alternative bei gegen die Welle 4 verschwenkbarem äußeren Lagerring stellt das bekannte Pendel-Kugellager oder ein Kugellager mit balligem Außenring dar.

Fig. 5 zeigt eine abgewandelte Lageranordnung, bei der der äußere Lagerring 23 außen eine gerade-kreiszylindrische Fläche aufweist, wobei jedoch zwischen dem Lagerring 23 und dem Lagerbock 22 ein elastischer Ringkörper 38 eingesetzt ist, dessen Auslegung so ist, daß die Verschwenkung der Welle 4 durch die elastische Verformbarkeit dieses Ringkörpers 38 aufgenommen wird.

In Fig. 6 ist wiederum das Lager 20 mit dem äußeren Lagerring 23 und dem inneren Lagerring 24 dargestellt, wobei es sich um ein handelsübliches Kugellager mit - wie gemäß Fig. 5 - zylindrischer Lageraußenfläche handelt. Auf diese ist jedoch ein Kugelzonenringkörper 40 aufgezogen, der an seiner Außenseite eine der Außenfläche 31 von Fig. 4 entsprechende Außenfläche aufweist, die an der Innenfläche 31 des Lagerbocks 22 gleiten kann.

Von Interesse an der Konstruktion von Fig. 6 ist ein äußeres etwa tonnenförmiges Lagergehäuse 44 mit Maßnahmen, die der laufenden Entwässerung des Bereichs des Lagers 20 dienen. Hierzu weist das Lagergehäuse 44 unten eine Ablaufrinne 45 auf, die

zum Inneren des Gehäuses 44 zu offen ist. Im Gehäuse 44 ist eine Auffangrinne 46 angeordnet, die innen um den Umfang des Gehäuses verläuft, nach außen, also zur Gehäusewand zu und umlaufend auf der dem Lager abgewandten Seite offen und zur Achse zu geschlossen ist. Sie überläuft in ihrer unteren, gestürzten Konstellation auch die Ablaufrinne 45 und entwässert in diese. In der Nähe des offenen Rands der Rinne 46 befindet sich eine auf die Welle 4 aufgezogene und mit dieser mitrotierende Schleuderscheibe 47, an die sich in Axialrichtung, der Rinne 46 abgewandt, unter Freilassung eines kreisringförmigen Zwischenraumspalts 48 eine vom Gehäuse nach innen abstehende Trennringscheibe 49 anschließt. Zwischen der Scheibe 49 und der Welle 4 verbleibt ein Ringspalt 50 für einen Luftdurchtritt, und wiederum in Axialrichtung an diese Scheibe 49 schließt sich ein auf die Welle 4 aufgezogenes Gebläserad 51 an. Durch diese Anordnung wird ständig Luft, die beispielsweise durch die Rinne 45 oder durch spezielle Lüftungsöffnungen in das Gehäuse 44 nachströmt, über eine Labyrinth-artige Anordnung abgesaugt, in der das eingedrungene Wasser abgeschleudert wird oder abläuft und in die Ablaufrinne 45 gelangt. Diese ständige Wasserableitung ist besonders bei Seewasser von Bedeutung, das Metalle beschleunigt angreift.

In Fig. 7 sind die Teile 46 und 47 gemäß einer Abwandlung dargestellt, nämlich mit einer gekröpften Schleuderscheibe 47; vergleichbar in Fig. 8, wo die Schleuderscheibe 47 kegelig ist. Fig. 9 zeigt wiederum die Gesamtanlage der dem Wasserabtransport dienenden Teile, jedoch ist hier das Gebläserad 51 auf die andere Seite gerückt, so daß es die mit dem Wasser angereicherte Luft gegen die Bauteile 46, 47 und 49 drückt, wo sie dann entwässert wird.

In Fig. 10 ist eine weitere Ausführungsform eines Wellenlagers mit einer weiteren Ausführungsform von Maßnahmen zur Austreibung von Wasser dargestellt. Ein Drehlager 20, 21 ist hierbei mit einem Innenring 24 und einem Außenring 23 zur Lagerung der Welle 4 wiederum ausgestattet, wobei der Innenring beispielsweise aus einer rostfreien Stahlbuchse, die sich um die Welle legt, besteht und der Außenring 23 mit einer kugelförmigen Außenfläche ausgestattet ist, die in einer entsprechenden Ausnehmung innerhalb des Gehäuses gelagert ist. Zur leichteren Montage und Endmontage dieses Außenringes mit seiner kugelförmigen Außenfläche weist diese kugelförmige Außenfläche eine Abflachung an zwei sich gegenüberliegenden Stellen auf. Der Rest der Außenfläche ist

kugelförmig ausgebildet. Diese Abflachung der Kugelfläche wird in Fig. 10 dargestellt. Des weiteren ist zwischen dem Innenring 24 und dem Außenring 23 ein Kugellager 25 wiederum angeordnet. Zur Abdichtung der Konstruktion gegenüber eindringendem Wasser sind Simmerringe 58, ein Seegerring 59 und ein V-Ring 59a beispielsweise aus Gummi zur Axialwellenabdichtung angeordnet. Die Mittel zum axialen Abtransport von Wasser setzen sich aus einem Gehäuse 44, einer Schleuderscheibe 52, einer Auffangrinne 46 und einer Öffnung 54 innerhalb des Gehäuses im unteren Teil zusammen. Somit wird Wasser, welches bis zum eigentlichen Drehlager in die Vorrichtung eingedrungen ist, durch die fest mit der Welle verbundene Schleuderscheibe an die radiale Außenwand der Schleuderscheibe geschleudert und läuft an dieser radialen Außenwand entlang bis zum Ende dieser Außenwand, um dort auf die Auffangrinne 46 abzutropfen. Anschließend läuft das Wasser entlang der äußeren Fläche dieser Auffangrinne kreisförmig entlang der Auffangrinne aufgrund der Schwerkraft bis auf die Höhe der Welle ab und wird dort an einem an der Auffangrinne angebrachten Steg 55 auf dessen Innenseite entlang in den unteren Teil der Auffangrinne abgeleitet, wo das Wasser zwischen dem Steg 55 und der Gehäuseaußenwand in den unteren Teil des Gehäuses abtropft und dort durch eine Öffnung 54 nach außen in das Freie gelangt. Die Schleuderscheibe 56 hat zudem einen Schutzeffekt gegenüber eingedrungenem Wasser, welches sich im Zwischenraum zwischen der Schleuderscheibe und dem Gehäuse, in Richtung der Schaufelräder betrachtet, befindet. Somit kann eingedrungenes Wasser in diesem Zwischenraum erst gar nicht an das eigentliche Drehlager gelangen. Die Schleuderscheibe 52 weist zudem eine sich radial erstreckende Wand 56 auf, die mittels eines Kammes 57, der sich ringförmig auf einen Absatz auf diese Fläche legt, in radialer Richtung verlängert werden kann. Hierdurch werden zusätzlich unerwünschte Wasserströme auf der Außenwand der Schleuderscheibe unterbunden.

Als Antrieb der Welle 4 dient beispielsweise ein Elektromotor mit Getriebe, das die Motordrehzahl bis in die Größenordnung von 120 Umdrehungen pro Minute heruntersetzt. Je nach Umweltbedingungen und Anforderungen an die Vorrichtung sind jedoch auch Umdrehungszahlen anderer Größenordnung denkbar, so z. B. die Hälfte oder die doppelte Umdrehungszahl von 120 Umdrehungen pro Minute. Fig. 11 zeigt als Alternative hierzu schematisch einen langsamlaufenden Scheibenrotormotor mit elektronischer Ansteuerung. Der Scheibenrotor läuft in an sich bekannter Weise zwischen Wicklungen, in denen

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der Strom durch eine elektronische Ansteuervorrichtung 70 gesteuert ist. Das Motorgehäuse 12 des beschriebenen Motors besteht aus Metall und die elektronische Ansteuervorrichtung 70 ist in das Metallgehäuse eingebettet, so daß sie vor Spritz- oder Sickerwasser sicher geschützt ist. Die Steuerung ist in das Motorgehäuse integriert.

Das Gehäuse 12 des Elektromotors 10 und, falls vorhanden, das Getriebegehäuse benötigen eine Lüftung, damit die thermisch bedingten Volumenänderungen der Luft im Gehäuse ausgeglichen werden können. Hierzu dient ein Luftloch 72, auf das jedoch, um das Eindringen von Wasser zu vermeiden, ein geschlossenes Ausdehnungsgefäß aufgesetzt ist, das gemäß Fig. 12 ein Faltenbalg 73 ist. Gemäß Fig. 13 handelt es sich um einen dehnbaren Ballon 74, der aber nicht direkt am Luftloch 72 sitzt, sondern mit diesem über eine Luftleitung 75 verbunden ist. Der Ballon 74 selbst ist in einem kleinen, an der Unterseite des Motorgehäuses 12 angebrachten Schutzgehäuse 76 untergebracht, wo er sowohl gegen Attacken von Tieren als auch gegen Gefährdungen durch rauhe Betriebsbedingungen geschützt ist. Diese Bauart ist auch in Fig. 2 angedeutet. Soweit ein Motorgehäuse und eine Getriebegehäuse vorhanden sind, können die beiden Luftlöcher auch über getrennte Luftleitungen mit einem gemeinsamen Ausdehnungsgefäß verbunden sein.

Fig. 14 zeigt in Seitenansicht und Draufsicht einen Motor zusammen mit einem Getriebe innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses, wobei dieses Gehäuse eine kugelförmige Außenfläche aufweist. Die kugelförmige Außenfläche des Gehäuses 16 ist in einer Ausnehmung 17a mit einem dazu passenden Gegenlager 17b, welche auf einem Schwimmer der Vorrichtung angebracht sind, gelagert. Hierdurch ist es möglich, daß der Motor und das Getriebe Verschwenkungen der Welle relativ zum Rahmen innerhalb eines gegebenen Raumwinkels &agr; zusammen mit dem Gehäuse ohne Verspannungen flexibel mit durchläuft. In einer weiteren Ausführungsform, die in den Fig.&eegr; nicht gezeigt ist, ist es möglich, den Motor zusammen mit dem Getriebe zwischen zwei Schalen, die kugelförmige Innenflächen aufweisen und den Motor mit einer kugelförmigen Außenfläche aufnehmen, anzuordnen. Hierbei handelt es sich im Gegensatz zu der Ausführungsform unter Verwendung eines Gehäuses 16 um eine offene Version der Motorlagerung.

Fig. 15 zeigt eine detailliertere Ansicht eines einzelnen Schaufelrades mit sternförmig

angeordneten Schaufeln 5, die mit Hilfe von Profilarmen 6 an der Schaufelradscheibe befestigt sind. Solche Profilarme 6 können beispielsweise Eisenprofile mit einer L-Form oder, bei doppelter Anordnung, mit einer T-Form darstellen, die beidseitig auf der Scheibe sich radial erstreckend mittels Schrauben angeordnet und befestigt sind. Am offenen Ende zweier solcher sich parallel erstreckenden T-Eisen wird jeweils eine Schaufel 5 mittels Verschraubungen angeordnet. Durch die Verwendung von Verschraubungen als Befestigungsmittel im Gegensatz zu Verschweißungen ist es möglich, daß wesentlich größere Kräfte auf die Schaufeln wirken können, ohne ein Lösen der Befestigungen zwischen Schaufel und Profilarm und/oder Profilarm und Schaufelradscheibe zu bewirken. Die Schaufeln selber können mit oder ohne Öffnungen ausgestattet sein. Zwei sich jeweils parallel radial erstreckende Profilarme können an ihren freien Enden mit Schrauben verbunden sein, indem der Spalt, der zwischen zwei Profilarmen vorhanden ist, durch ein Tiefziehen des Profilarms an dieser Verschraubungsstelle aufgefüllt wird.

Fig. 16 zeigt einen Schwimmer mit einer Vorrichtung 60 zum Anordnen eines Ausgleichsgewichtes, wobei ein solches Ausgleichsgewicht veränderliches Volumen aufweisen kann. Eine solche Vorrichtung ist beispielsweise ein Gefäß, das mittels einer Abdeckung und einer zwischen der Abdeckung und dem restlichen Gefäß angeordneten Dichtung geschlossen wird und wahlweise mit verschiedenen Materialien gefüllt werden kann, wie z. B. Sand, Wasser und anderen Materialien. Ein solches Ausgleichsgewicht ist auf dem Schwimmer, der gegenüber dem Schwimmer, auf dem der Motor angeordnet ist, anzuordnen, da sonst eine horizontale Lage der gesamten Vorrichtung nicht gewährleistet wäre. Aufgrund der Aufnahme von verschiedenen Materialien ist es möglich, daß die Materialien vor Ort bei der Montage erst eingefüllt werden und somit im nicht montierten Zustand beispielsweise bis zur Anlieferung nicht mitgeliefert werden müssen.

Die beschriebenen Maßnahmen, wenn sie an einem Schaufelradbelüfter angewandt werden, wirken zusammen zum Schutz gegen vorschnellen Verschleiß und Korrosion und tragen deshalb zu einer erhöhten Lebensdauer des Geräts bei. Sie können gemeinsam, aber auch einzeln angewandt werden. Einige der Maßnahmen sind auch an anderen Geräten als Schaufelradbelüftern sinnvoll, wobei insoweit der Schutz auch unabhängig von der beispielhaft beschriebenen Anwendung beansprucht wird.

Claims (31)

1. Schwimmender Schaufelradbelüfter zur Gewässer- und Klärbeckenbelüftung, mit einem Rahmen (1), mit dem Rahmen verbundenen Schwimmern (3), einer an Teilen des Rahmens gelagerten und mit einem Drehantrieb (10) verbundenen Welle (4) und an der Welle sitzenden Schaufeln (5), von denen im Betriebszustand des Belüfters die Schwimmer an der Gewässer- oder Klärbeckenoberfläche schwimmen, die Welle über dem Gewässer- oder Klärbeckenspiegel rotiert und Teile der mitrotierenden Schaufeln bis unter diesen Spiegel geraten, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (4) am Rahmen (1) über Drehlager (20, 21) mit einem Freiheitsgrad der Verschwenkung der Welle relativ zum Rahmen innerhalb eines gegebenen Raumwinkels (α) gelagert ist.

2. Schaufelradbelüfter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehlager (20, 21) jeweils einen Außenring (23) haben, der gegen den Rahmen (1) innerhalb des gegebenen Raumwinkels verdrehbar ist.

3. Schaufelradbelüfter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenringe (23) der Drehlager (20, 21) im Rahmen (1) kugelgelagert sind.

4. Schaufelradbelüfter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenring (23) und/oder der Innenring (24) des einzelnen Drehlagers (20, 21) gegen den Rahmen (1) bzw. die Welle (4) über einen elastischen Zwischenring (38) abgestützt ist.

5. Schaufelradbelüfter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle in den Innenringen der Drehlager kugelgelagert ist.

6. Schaufelradbelüfter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehlager Pendel-Wälzlager sind.

7. Schaufelradbelüfter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an der Welle (4) anliegende Dichtringe (34) der Drehlager (20, 21) an Teilen (23) des Drehlagers sitzen, die gegen die Welle nicht verschwenkbar sind.

8. Schaufelradbelüfter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehlager (20, 21) Dichtringe aus einem Material hoher Kompressibilität haben.

9. Schaufelradbelüfter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (4) im Bereich ihrer Enden mit jeweils einem dieser Drehlager (20, 21) gelagert ist und zwischen ihren Lagern die Schaufeln (5) trägt.

10. Schaufelradbelüfter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (1) eine zumindest angenähert rechteckige Grundkonfiguration hat und zwei gegenüberliegene Rechteckseiten bildende Schwimmer (3) umfaßt, auf denen jeweils eines der gelagerten Enden der Welle (4) sitzt.

11. Schaufelradbelüfter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (4) an maximal einem Punkt (21) ihrer Länge axial festgelegt ist.

12. Schaufelradbelüfter zur Gewässer und Klärbeckenbelüftung, mit einem Rahmen (1), mit dem Rahmen verbundenen Schwimmern (3), einer an Teilen des Rahmens gelagerten und mit einem Drehantrieb (10) verbundenen Weile (4) und an der Welle sitzenden Schaufeln (5), von denen im Betriebszustand des Belüfters die Schwimmer an der Gewässer oder Klärbeckenoberfläche schwimmen, die Welle über dem Gewässer- oder Klärbeckenspiegel rotiert und Teile der mitrotierenden Schaufeln bis unter diesen Spiegel geraten, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehantrieb (10) an einem der Wellenenden sitzt und gegen den Rahmen (1) eine Drehmomentabstützung (13, 14, 15) aufweist.

13. Schaufelradbelüfter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehantrieb (10) ein Elektromotor mit darangeflanschtem Getriebegehäuse ist, das ein Stirnradgetriebe enthält.

14. Schaufelradbelüfter zur Gewässer- und Klärbeckenbelüftung, mit einem Rahmen (1), mit dem Rahmen verbundenen Schwimmern (3), einer an Teilen des Rahmens gelagerten und mit einem Drehantrieb (10) verbundenen Welle (4) und an der Welle sitzenden Schaufeln (5), von denen im Betriebszustand des Belüfters die Schwimmer an der Gewässer- oder Klärbeckenoberfläche schwimmen, die Welle über dem Gewässer- oder Klärbeckenspiegel rotiert und Teile der mitrotierenden Schaufeln bis unter diesen Spiegel geraten, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehantrieb (10) an einem der Wellenenden sitzt und zusammen mit einem Getriebe innerhalb eines Gehäuses (16) angeordnet ist, wobei das Gehäuse eine überwiegend kugelförmige Außenfläche aufweist.

15. Schaufelradbelüfter nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (16) des Drehantriebs (10) in einer passend zu der kugelförmigen Außenfläche des Gehäuses ausgeformten Ausnehmung (17a), die auf einem der Schwimmer (3) angebracht ist, zusammen mit einem passenden Gegenlager (17b) angeordnet ist.

16. Drehantrieb in Form eines Elektromotors (10) mit einem Gehäuse (12), für einen schwimmenden Schaufelradbelüfter insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehantrieb ein elektronisch gesteuerter Elektromotor (10) mit einer elektronischen Ansteuervorrichtung (70) ist, die eingekapselt an der Innenseite des Motorgehäuses sitzt.

17. Drehantrieb nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (10) ein bürstenloser langsamlaufender Scheibenrotormotor mit permanentmagnetischem Rotor (71) ist.

18. Drehantrieb nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (10) ein bürstenloser Scheibenrotormotor ohne Rotor-Positionssensoren ist.

19. Drehlager (20, 21) mit einem Innenring (24) und einem Außenring (23) zum pendelnden Lagern einer Welle (4), insbesondere für einen schwimmenden Schaufelradbelüfter nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenring (23) eine Außenfläche in Form eines geraden Kreiszylinders hat, auf die ein Ring (40) mit der Außenfläche einer Kugelzone, die eine Kugeldurchmesserebene enthält, aufgezogen ist.

20. Drehlager (20, 21) mit einem Innenring (24) und einem Außenring (23) zum pendelnden Lagern einer Welle (4), insbesondere für einen schwimmenden Schaufelradbelüfter nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenring (23) die Außenfläche einer Kugelzone, die eine Kugeldurchmesserebene enthält, aufweist (Fig. 4).

21. Drehlager (20, 21) mit einem Innenring (24) und einem Außenring (23) zum pendelnden Lagern einer Welle (4), insbesondere für einen schwimmenden Schaufeiradbelüfter nach einem der Ansprüche 1 bis 15, insbesondere nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß es ergänzt ist durch eine Wasserabtransportinstallation für axialen Wasserabtransport aus einem das Drehlager (20) umgebenden, fest mit einem Rahmen (1) verbundenen Gehäuse (44) mit wenigstens einer gegen die Welle (4) gerichteten, sie konzentrisch umgebenden Ringscheibe (49), die zwischen oder benachbart zu auf der Welle sitzenden rotierenden Ringelementen, nämlich Schleuderscheiben (47) und/oder Axialförderern (51), unter Freilassung eines Zwischenraumspalts (48) angeordnet ist.

22. Drehlager (20, 21) mit einem Innenring (24) und einem Außenring (23) zum pendelnden Lagern einer Welle (4), insbesondere für einen schwimmenden Schaufelradbelüfter nach einem der Ansprüche 1 bis 15, insbesondere nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß es ergänzt ist durch eine Wasserabtransportinstallation für axialen Wasserabtransport aus einem das Drehlager (20) umgebenden, fest mit einem Rahmen (1) verbundenen Gehäuse (44), einer innerhalb des Gehäuses (44) angeordneten Schleuderscheibe (52), die die Welle (4) und eine darauf angeordnete Auffangrinne (46) konzentrisch umgibt und einer im unteren Teil des Gehäuses (44) angeordneten Öffnung (54) zum Abfließen von angesammeltem Wasser.

23. Drehlager (20, 21) nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Auffangrinne (46) konzentrisch um eine Welle angeordnet ist und derart ausgebildet ist, daß in ihrer oberen Hälfte Wasser an der Außenfläche der Auffangrinne abfließt und in ihrer unteren Hälfte dieses Wasser an einem zusätzlich angebrachten Steg (55) abfließt, um so am untersten Teil dieses Steges (55) über die Wasserablauföffnung (54) abtransportiert zu werden.

24. Drehlager (20, 21) nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleuderscheibe (52) mit einer sich radial von der Welle wegerstreckenden Fläche (56) abschließt und auf dieser Fläche ein ringförmiger Kamm (57), der die radiale Ausdehnung der Fläche (56) verlängert, angeordnet ist.

25. Gehäuseentlüftungen, insbesondere für Motor- und/oder Getriebegehäuse (12) des Drehantriebs (10) von schwimmenden Schaufelradbelüftern nach einem der Ansprüche 1 bis 15, mit einem im Gehäuse befindlichen Luftloch (72) für den Luftdurchtritt, dadurch gekennzeichnet, daß sich an der Gehäuseaußenseite des Luftlochs (58) ein nach außen geschlossenes Ausdehnungsgefäß (73, 74) veränderlichen Volumens anschließt.

26. Gehäuseentlüftungen nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausdehnungsgefäß ein flexibler Balg (73) ist.

27. Gehäuseentlüftungen nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausdehnungsgefäß ein dehnbarer Ballon (74) ist.

28. Gehäuseentlüftungen nach einem der Ansprüche 25 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausdehnungsgefäß (73, 74) an das Luftloch (72) über eine Luftleitung (75) angeschlossen ist.

29. Schaufelrad mit sternförmig angeordneten Schaufeln (5) zum Anordnen auf einer Welle (4), insbesondere für einen schwimmenden Schaufelradbelüfter nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln (5) mittels Profilarmen (6) und Verschraubungen (7) am Schaufelrad befestigt sind.

30. Schaufelrad nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilarme (6) mindestens zwei parallel verlaufende sich radial erstreckende Winkelprofile darstellen, wobei die Profilarme Öffnungen (7) außerhalb der Ebene des restlichen Winkelprofils zur Aufnahme von Schrauben aufweisen.

31. Vorrichtung (60) zum Anordnen eines Ausgleichsgewichtes insbesondere für einen schwimmenden Schaufelradbelüfter nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ein in einem dem Motor gegenüberliegenden Schwimmer (3) angeordnetes Gefäß (60) zum Einfüllen eines Ballaststoffes ist.