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Kapselgebläse [1]

[377] Kapselgebläse, Gebläse mit rotierenden Kolben; je nachdem deren einer, zwei oder drei in einem Gehäuse zur Anwendung kommen, unterscheidet man drei Klassen.

Die Gebläse der ersten Klasse, auch Kurbelkapselwerke (vgl. Kapselwerke) genannt, enthalten außer dem um eine horizontale Achse umlaufenden Kolben noch eine Vorrichtung zum Abdichten des Saugraumes vom Druckraum. Hierher gehören: das Gebläse von Lemielle, das Cookesche Gebläse, das Gebläse von Waller u.a. Das in Fig. 1 abgebildete Cookesche Gebläse besitzt eine exzentrisch gelagerte, rotierende Scheibe oder Trommel. Die Abdichtung des Sang- und Druckraumes voneinander geschieht durch eine an den Umfang der genannten Scheibe dicht anschließenden Schwinge, die durch eine außerhalb des Gebläses liegende Kurbel und Schubstange in schwingende Bewegung versetzt wird. Die Richtung der ein- und austretenden Luft ist durch zwei Pfeile erkenntlich. – Bei dem Gebläse von Waller (Fig. 2 und 3) sind drei Dichtungsplatten des Kolbens A in zylindrischen drehbaren Dichtungen B verschiebbar, die im Umfang der exzentrischen Trommel C gelagert sind. Die Drehachse dieser Kolben ist konaxial mit der Trommelachse. Bei einer Ausführung desselben in England [1] betrug der innere Durchmesser des Gehäuses 635 mm, die axiale Länge desselben ebensoviel, die minutlich geförderte Luftmenge bei 70 Touren in der Minute ~ 19 cbm.

Die wichtigste ist die zweite Klasse mit zwei gleichgroßen, um parallele horizontale Achsen sich drehenden Kolben oder Flügelrädern. Das bekannteste Gebläse dieser Art ist das Rootsche Gebläse. Für Schmieden und Eisengießereien findet es vielfache Anwendung und wird für Luftmengen von 1–150 cbm in der Minute ausgeführt bei einem Kraftbedarf von ¹/_4–10 PS., Flügeldurchmesser von 300–800 mm, einer Länge von 0,5–2 m. Es gibt eine Windpressung zwischen 100 und 500 mm Wassersäule bei 200–500 Umdrehungen in der Minute. Eine Ausführung desselben von Ad. Meyer in Aerzen zeigt Fig. 4. Die beiden parallelen Flügel sind aus Gußeisen, an den aufeinander wälzenden Flächen aber mit eingelegten, aus hartem Holz hergestellten Dichtungsleisten A, A versehen. Der Antrieb erfolgt durch Riemen und Riemenscheiben auf eine der beiden Flügelwellen, welche an der entgegengesetzten Seite[377] mit zwei gleichgroßen Stirnrädern versehen sind, so daß die Flügelwellen sich in entgegengesetzter Richtung aber mit gleicher Winkelgeschwindigkeit drehen. Die Sächsische Maschinenfabrik in Chemnitz führt diese Gebläse für je 10–130 Schmiedefeuer, für eine Maximalschmelzleistung in der Stunde bei 50 cm Wassersäulenpressung (bei Kupolöfen) von 2000–15 000 kg, bei Flügeldurchmessern von 400–750 mm, Gehäuselängen von 800–2000 mm und einem Kraftbedarf von 3–35 PS. aus.

Bei den neueren Gebläsen von Enke in Leipzig, Monski in Eilenburg, C.H. Jäger in Leipzig und Lehmann in Eilenburg sind gleichfalls zwei parallele Wellen vorhanden; doch sind die Kolben nicht mehr auf der mittleren Drehachse beteiligt, sondern an den Stirnwänden und laufen in Hohlräumen zwischen der Gehäusewand und dem mittleren festen Füllkörper um. Das Gebläse von Lehmann ist in Fig. 5 und 6 im Querschnitt in den Hauptstellungen dargestellt. Die Figuren zeigen das Gebläse während des Arbeitsganges mit den entsprechenden Kolbenstellungen. Vorausgeschickt sei noch, daß das Gebläse nach jeder Seite umlaufend zu verwenden ist, d.h. sowohl S Saugseite, D Druckseite, als auch D Saugseite, S Druckseite sein kann, entsprechend einer Rechts- oder Links- Drehung des Arbeitskolbens Z. Unter der Annahme, daß S Saugseite, Stellt Fig. 5 das Gebläse beim Beginn des Saugens dar. Der Kolben Z_I tritt aus der Kammer des unteren sogenannten Steuerkolbens und saugt bei seiner Weiterbewegung, ebenso wie Z_IV, aus S Luft oder Gas an, so lange, bis die Kolben in Stellungen wie Fig. 6 gelangt sind, in denen der Kolben Z_I die Saugseite abgeschlossen hat und nun die zwischen den Kolben befindliche Luft- oder Gasmenge nach der Druckseite gefördert wird, ein Vorgang, der sich bei jeder Umdrehung, entsprechend der Kolbenzahl, wiederholt. Das Wesentliche und Eigentümliche der Gebläse System Lehmann sind die Umströmkanäle oder -aussparungen Y und Y_I. Denkt man sich in den Figuren die Kanäle nicht vorhanden, so muß beim Ein- und Austreten der Kolben Z aus den Kammern K die in der Kammer enthaltene Luft- oder Gasmenge durch die Oeffnung X austreten bezw. durch diese Oeffnung die Kammer sich füllen. Da nun gerade bei der größten eintretenden Kolbenmasse diese Oeffnung X ein Minimum ist, so wird die in der Kammer enthaltene Luft- oder Gasmenge komprimiert bezw. mit großer Beschleunigung aus der Kammer herausgepreßt und damit die ganze Druckluft- oder Gasmenge beschleunigt werden. Auf der Saugseite muß die Luft oder das Gas mit bedeutend größerer Geschwindigkeit die Kammer anfüllen und wird einen Rückstoß auf die anzusaugende Luft- oder Gasmenge ausüben. Da nun die Zeit des vollständigen Ein- oder Austretens eines Kolbens höchstens ¹/_80–¹/₄₀ Sekunde beträgt, so wird ein bedeutender Stoß entstehen. Bei der nun rasch aufeinander folgenden Zahl der Erschütterungen wird sich außer frühzeitiger Abnutzung ein beträchtlicher Kraftverbrauch ergeben. Bei allen rotierenden Gebläsen sind nun diese Stöße vorhanden und bedingen neben raschem Verschleiß der Kolben, Wellen, Lager u.s.w. und geringer Betriebssicherheit den ungünstigsten Wirkungsgrad. – Das Diagramm Fig. 7 zeigt die Größe der Stöße bei allen Gebläsen ohne Spannungsausgleich. Das Lehmann-Gebläse vermeidet nun durch die Umströmkanäle oder -aussparungen Y und Y_I die vorher erwähnten Uebelstände. Eine Beschleunigung oder Verzögerung der Luft- oder Gasmengen, durch die eine Erschütterung (Stoß) bedingt wäre, kann nicht stattfinden, da die Querschnitte sowohl für die aus der Kammer zu verdrängende als auch dieselbe füllende Luft oder Gas hinreichend große sind. Es besitzt demnach neben größter Betriebssicherheit und geringer Abnutzung aller beanspruchten Teile einen sehr günstigen Wirkungsgrad. Im Diagramme Fig. 7 zeigt die mit L bezeichnete Kurve die Maximalbeschleunigung bei Lehmann-Gebläsen. Die Umströmvorrichtung hat noch einen weiteren bedeutenden Vorteil. Wenn die Kammer gegen die Druckseite abgeschlossen ist, Fig. 6, befindet sich in derselben Luft oder Gas mit Druckspannung. Bei allen andern rotierenden Gebläsen kommt nun die druckgefüllte Kammer plötzlich mit der Saugseite in Verbindung. Da aber gespannte Luft oder Gas ein geringeres Volumen besitzt als ungespannte, so dehnt sich die in den Kammern enthaltene Luft- oder Gasmenge bei der Verbindung mit der spannungslosen Saugseite entsprechend aus, und es muß das Gebläse stets die Differenz zwischen dem Volumen gespannter und ungespannter Luft oder Gas weniger fördern, d.h. der manometrische Nutzeffekt wird sich erheblich vermindern. Je größer die Spannungsdifferenz, um so bedeutender und schneller sinkt der Nutzeffekt. Durch die Umströmkanäle wird nun nachstehendes erzielt. Ist die Kammer K, Fig. 6, mit dem Raum zwischen Z_III-Z_IV[378] in Verbindung, so gleicht sich die Spannung beider Räume aus, und zwar entsteht in Z_III-Z_IV eine Spannung, die nahezu so groß wie die auf der Druckseite vorhandene ist, da in dem Räume schon zum Teil Spannung enthalten ist, wie aus nachstehendem hervorgeht. Kommt nun Raum Z_III-Z_IV mit der Druckseite in Verbindung, so vereinigen sich Luft- oder Gasmengen gleichen Druckes, es kann kein Stoß entstehen. Hat der Steuerkolben den Kanal Y abgeschlossen, wie in Fig. 6, so findet ein abermaliger Druckausgleich zwischen der Kammer und dem Raum Z_I-Z_IV statt, so daß, wenn die Kammer mit der Saugseite in Verbindung kommt, überhaupt keine Spannungsunterschiede vorhanden sind. Der manometrische oder Raumnutzeffekt ist daher sehr günstig. Außerdem ist der Steuerkolben von dem auf demselben lastenden Drucke durch entsprechende Vorrichtung entlastet, so daß schädliche Reibungen an der Gehäusewand nicht entstehen können. Da nun diese Vorrichtung in geeigneter Stellung ebenfalls die Kammer mit Luft oder Gas von Druckspannung füllt, so kommt auch bei der Verbindung der Steuerkolbenkammern mit der Druckseite keine Spannungsdifferenz zusammen, so daß Stöße ebenfalls vermieden sind. Fig. 5 und 6 zeigen diesen Vorgang durch entsprechende Schraffierung. Die einzelnen Konstruktionseigentümlichkeiten, besonders die Dichtungsart, sollen hier nur flüchtig berührt werden. Indem die Luft oder das Gas in den hohlen Kolben Z eintritt und in entsprechenden Nuten am äußeren und inneren Umfange durch die Geschwindigkeit auf hohen Druck gebracht wird, wirkt dieselbe dichtend. Diese Dichtungsart ist die beste, die angewendet werden kann. Alle Konstruktionsteile sind im übrigen dem Verwendungszwecke entsprechend ausgebildet.

Einige Abarten des erwähnten Gebläses sind das Fabrysche Wetterrad, bei welchem Flügel mit kreuzförmigen Armen sich gegeneinander bewegen, das Hoppesche, bei welchem zwei sternförmig gestaltete Räder miteinander arbeiten, das Pappenheimsche Gebläse und das Krigarsche Schraubenkapselgebläse (Fig. 8 und 9). Bei letzterem sind zwei schraubenförmig gewundene Flügel nebeneinander gelegt, deren einer zwei Zähne, der andre zwei entsprechende Zahnlücken hat. Die Luft wird hierbei auf der einen Seite in der Stirnwand des Gehäuses eingezogen, in horizontaler Richtung durch das Gehäuse hindurchgedrückt und gelangt an der andern Seite in das Druckrohr. Diese Gebläse geben fast durchweg höhere Drücke als die gewöhnlichen Rootschen Gebläse und haben den Vorteil geringeren Verlustes durch die Undichtigkeiten und eines geräuschloseren Ganges. Dieselben werden von der Firma Krigar & Ihssen in Hannover ausgeführt.

Ein Hauptvertreter der dritten Klasse, bei welcher drei parallele Achsen im Gehäuse vorhanden sind und drei Rotationskörper sich gegeneinander bewegen, ist das Batersche Gebläse (s. Bd. 1, S. 497), bei welchem eine mittlere, obenliegende Achse das mit zwei Flügeln versehene Rad trägt, während auf den beiden unteren Achsen zwei mit Hohlräumen zur Aufnahme der Flügel bei ihrer Umdrehung versehene Trommeln sitzen.

Literatur: [1] Iron, 1881, Bd. 17, S. 355. – Vgl. ferner: Weisbach-Herrmann, Ingenieurmechanik, Braunschweig 1880, 2. Aufl., Bd. 3, Abt. 2, S. 1209 ff; Reuleaux, Theoretische Kinematik, Braunschweig 1876; v. Ihering, Gebläse, 2. Aufl., Berlin 1903, Kap. IV, S. 305f., und den Art. Kapselwerke.

v. Ihering.

Fig. 1., Fig. 2., Fig. 3.

Fig. 4., Fig. 5., Fig. 6.

Fig. 7.

Fig. 8., Fig. 9.