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Regenerativ-Luftvorwärmer Das Hauptpatent betrifft einen umlaufenden
Regenerativ-Luftvorwärmer, der zur Erzielung einer guten Abdichtung zwischen den
Stirnflächen der durch radiale Trennwände in Sektoren unterteilten Speichermasse
und den relativ hierzu bewegten Mündungen der Kanalanschlüsse in geringem Abstand
vor diesen beiden Stirnflächen Scheibenkörper geringer Höhe ohne Speichermasse besitzt,
und zwar mit ebenfalls radialen Stegen, die den Sektorwänden des Speicherkörpers
gegenüberstehen und je mit den letzteren durch nachgiebige Abdichtungselemente verbunden
sind wie in gleicher Weise auch der Umfang des Scheibenkörpers mit demjenigen des
Speicherkörpers. Handelt es sich um einen Vorwärmer mit umlaufender Heizfläche,
so kann man diesen Scheibenkörper auch als »Zusatzläufer« bezeichnen. Bei Vorwärmern
mit feststehender Heizfläche und umlaufenden Kanalanschlüssen, wie sie ebenfalls
Gegenstand des Hauptpatents sind, ist der genannte Scheibenkörper notwendigerweise
fest angeordnet.
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Der Grundgedanke des Hauptpatents geht hierbei von der Tatsache aus,
daß der Speicherkörper sich unter der Einwirkung der unterschiedlichen Erwärmungen
verwirft. In kaltem Zustand besitzt er die Form eines geraden Kreiszylinders mit
parallelen Stirnflächen. Durch die Erwärmung des Betriebs nimmt er die Form einer
Kugelkalotte an. Dadurch ergeben sich bei den vorbekannten Luftvorwärmern die erwähnten
Schwierigkeiten der Abdichtung.
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Der gemäß Hauptpatent vorgelagerte Scheibenkörper jedoch ist diesen
Wärmeverformungen nicht unterworfen. Da er keine Speichermasse enthält und auch
nur eine geringe Höhe aufweist, herrscht an seinen beiden Stirnflächen nahezu die
gleiche Temperatur. Infolgedessen bleibt er im Betriebszustand unverändert in der
gleichen Ebene wie im kalten Zustand. Auf Grund dieser Tatsache ist es möglich,
die Mündungen der Kanäle sehr dicht an die äußere Stirnfläche des betreffenden Scheibenkörpers
heranzuführen und dadurch die Breite des Leckspalts ganz erheblich herabzusetzen.
Auf der anderen Seite aber, d. h. zwischen dem Scheibenkörper und dem Speicherkörper,
läßt sich ohne Schwierigkeiten mittels nachgebender Dichtungsglieder eine völlige
Abdichtung erzielen. Es werden zu diesem Zweck die radialen Stege des Scheibenkörpers
mit den gegenüberstehenden Sektorwünden des Speicherkörpers in solcher Weise verbunden,
daß eine Abstandsänderung zwischen beiden Körpern möglich ist, der Speicherkörper
also seine Wärmeverformung ungehindert und vor allem ohne Rückwirkung auf den abdichtenden
Scheibenkörper ausführen kann. Das gleiche gilt auch für den Umfang der beiden Körper,
und auch die Abdichtung an der Nabe kann gegebenenfalls in dieser Weise nachgiebig
ausgebildet werden.
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Die Erfindung befaßt sich mit dem Sonderfall der Luftvorwärmer mit
umlaufenden Kanälen und feststehender Speichermasse und geht von der Aufgabe aus,
bei diesem Vorwärmertyp den höchstmöglichen Grad der Abdichtung zu erreichen. Diese
Aufgabe ist bei dem Vorwärmer gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Scheibenkörper
am Umfang gehaltert sind, und zwar vorzugsweise so, daß ihr Abstand von den Mündungen
der umlaufenden Kanäle genau einstehbar ist. Während bei den Luftvorwärmem nach
dem Hauptpatent diese Frage der Halterung noch nicht genauer erörtert worden ist
und bei den dort behandelten Ausführungsbeispielen der Scheibenkörper im Mittelpunkt
gehaltert ist, während er mit seinem Rand frei schwebt, ist bei dem Luftvorwärmer
gemäß der vorliegenden Erfindung dieser Scheibenkörper durch die Halterung am Rand
ganz eindeutig und genau festgelegt, wobei mittels der Halterungen sogar eine genaue
Justierung vorgenommen werden kann, und zwar auch während des Betriebs.
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Die Zeichnung stellt Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung
dar.
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Fig. 1 zeigt zur Verdeutlichung des Problems eine seit längerem bekannte
Ausführungsform; Fig.2 und 3 zeigen je eine Ausführungsform gemäß der Erfindung;
Fig. 4 zeigt in vereinfachter Form der Darstellung eine Aufsicht auf ein weiteres
,Ausführungsbeispiel;.
Fig.5 bis 7 zeigen einige Abdichtungskonstruktionen
für die Verbindung der radialen Stege des Scheibenkörpers mit den Sektorwänden des
Speicherkörpers.
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Der Regenerativ-Luftvorwärmer gemäß Fig. 1 stellt eine Bauform mit
feststehender Speichermasse 1 und umlaufenden Kanälen 2 und 3 dar, wie sie seit
vielen Jahren bekannt ist. Bei den umlaufenden Anschlüssen 2 und 3 möge es sich
um den Luftkanal handeln, der innerhalb des Rauchgaskanals mit den Zuführungen 4
und 5 angeordnet ist. Unter Zugrundelegung der durch die Pfeile bezeichneten Störungsrichtungen
liegt die heiße Seite unten und die kalte Seite oben. Der Speicherkörper 1 verformt
sich unter der Einwirkung dieser unterschiedlichen Erwärmung also zu einer Kugelkalotte,
deren konkave Seite nach oben zeigt.
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Die umlaufenden Kanalanschlüsse 2 und 3 müssen bei dieser bekannten
Ausführungsform einmal gegenüber der Stirnfläche des ruhenden Speicherkörpers 1
abgedichtet sein und zum anderen gegenüber der zylindrischen Mantelfläche des äußeren
Rauchgaskanals 4. Es spielen also die beiden in der Figur gekennzeichneten Dichtungsflächen
1 und 1I eine maßgebende Rolle. Ist schon wegen der Verwerfung des Speicherkörpers
1 ein ausreichend enger Luftspalt zwischen ruhenden und bewegten Teilen nicht möglich,
so ist der Leckstrom auch deshalb besonders groß, weil wegen der Abdichtung in zwei
Flächen, nämlich den Flächen I und f1, sich eine ganz erhebliche Leckspaltlänge
ergibt.
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Demgegenüber läßt das Ausführungsbeispiel nach der Erfindung gemäß
Fig. 2 erkennen, daß durch die Anbringung je eines Scheibenkörpers 11 und 12 vor
den beiden Stirnflächen des Speicherkörpers 1 die Einstellung eines sehr schmalen
Leckspaltes möglich gemacht ist, wobei sich der weitere wesentliche Vorteil ergibt,
daß an die Stelle der beiden Dichtflächen I und 1I gemäß Fig. 1 nur eine einzige
und sogar ebene Dichtfläche III getreten ist, zugleich unter Verkürzung der Leckspaltlänge.
Da die Scheibenkörper 11 und 12 ihre genau ebenflächige Scheibenform nicht ändern,
werden die umlaufenden Kanalanschlüsse 13 und 14 bis ganz dicht an die äußeren Flächen
der Scheiben 11 und 12 herangeführt, ohne daß die Gefahr des Schleifens oder gar
Verklemmens auftreten kann. Zwischen den Scheibenkörpern 11 und
12 und dem Speicherkörper 1 befinden sich ausreichend hohe Zwischenräume
15 und 16, die es dem Speicherkörper 1 ermöglichen, sich ungehindert zu verformen.
Die elastischen Verbindungen, von denen aus dieser Darstellung die Umfangsverbindungen
17 und die Nabenverbindungen 18 erkennbar sind, lassen diese Verformung ohne Rückwirkung
auf die Scheiben 11 und 12 zu. Der Antrieb der umlaufenden Luftkanalanschlüsse 13
und 14 erfolgt mittels einer Welle 19.
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Über den Umfang verteilt sind die Halterungen für die Scheibenkörper
11 und 12 angeordnet. Gezeichnet ist unten rechts eine dieser Halterungen,
von denen jeder Scheibenkörper drei oder mehr besitzen möge. Es handelt sich hierbei
um Gewindespindeln 20, die oben und unten zwischen Widerlagern 21 und
22 abgestützt sind und die mittels eines an ihnen befestigten Sechskantkopfes
23 gedreht werden können. Über diese drehbare Spindel 20 greift der Scheibenkörper
an der betreffenden Stelle mit einer Nase 24 über, deren Bohrung mit Gewinde versehen
ist. Man kann also durch Drehen der Spindel 20 diesen Teil des Scheibenkörpers beliebig
auf und nieder verstellen und kann dadurch auch während des Betriebes eine genaue
Nachstellung vornehmen.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 entspricht weitgehend demjenigen
nach Fig.2. Unterschiedlich ist in erster Linie die Form des Antriebes. Zum Antrieb
sind hier Bolzenkränze (bzw. Zahnkränze) 30 und 31 vorgesehen, mit denen die umlaufenden
Luftkanalanschlüsse 32 und 33 fest verbunden sind. Die den beiden Bolzenkränzen
30 und 31 zugeordneten Antriebsritzel 34 und 35 sitzen auf einer gemeinsamen Antriebswelle
36. Auf diese Weise wird ein völlig synchroner Umlauf der beiden Luftkanalanschlüsse
32 und 33 gewährleistet. Um aber andererseits eine genügend ,stabile Anordnung der
Luftkanalzuführungen 32 und 33 gegenüber den Bolzenkränzen 30 und 31 zu erzielen,
ist es zweckmäßig, durch die freie Fläche, also die Durchtrittsfläche der Rauchgase,
Versteifungsstreben von der Drehachse 37 zu den Bolzenkränzen zu ziehen. Zur Lagerung
der unilaufenden Teile dient ein Lager 38, das im Inneren des Luftvorwärmers angeordnet
ist und daher ausreichend gekühlt werden muß.
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Bisher war es nur bekannt, einen einzigen umlaufenden Kanal vorzusehen,
wie es auch den in Fig.2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispielen gemäß der Erfindung
zugrunde gelegt ist. Fig. 4 veranschaulicht demgegenüber, daß die Unterteilung des
umlaufenden Kanals in mehrere in Winkelrichtung gegeneinander versetzte Teilkanäle
wesentliche Vorteile bietet, und zwar ist der Luftkanal hier in drei Teilkanäle
40, 41 und 42 unterteilt, von denen jeder somit den dritten Teil desjenigen
Querschnitts besitzt, den ein einziger Luftkanal der üblichen Form haben müßte.
Hierdurch wird einmal eine einwandfreie Symmetrie und eine zuverlässige Versteifung
des umlaufenden Teiles erreicht. Ein einziger Luftkanal unterliegt nämlich unter
dem Einfluß des Überdrucks einem Kippmoment, das die Kanahnündung von der Stirnfläche
des Scheibenkörpers abzuheben sucht. Bei Aufteilung aber in zwei oder mehrere Teilkanäle,
die symmetrisch über den Umfang verteilt sind, kompensieren sich die Kippmomente
der Teilkanäle gegenseitig.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig.4 wird also die Speichermasse
jeweils in drei sektorförmigen Abschnitten von Luft und in den drei dazwischenliegenden
sektorförmigen Abschnitten von Rauchgas durchströmt. Gegenüber der Verwendung eines
einzigen umlaufenden Kanals ist die Verweilzeit eines jeden Speichermassenelementes
auf den dritten Teil der sonst üblichen Verweilzeit herabgesetzt, sofern die Umlaufzeit
beibehalten wird. Hierdurch wird die periodische Temperaturschwankung ebenfalls
auf den dritten Teil der sonst üblichen Amplitude gesenkt. Diese Senkung der Temperaturschwankung
kann von großer Bedeutung sein, wenn die Abgastemperatur in gefährlicher Nähe der
Taugrenze liegt. Denn bei gleichen Luft- und Abgastemperaturen und auch gleicher
mittlerer Speichermassentemperatur auf der kalten Seiten kann die tiefste - kurzzeitig
auftretende - Speichermassentemperatur um ein spürbares Maß angehoben werden.
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Dieser Gedanke, den umlaufenden Kanal in mehrere Teilkanäle aufzuteilen,
ist theoretisch auch bei anderen Ausführungsformen anwendbar. Praktisch brauchbar
wird er jedoch nur durch die erfindungsgemäße Verwendung abdichtender Scheibenkörper,
die
eine wesentliche Verringerung der Weite der Leckluftspalte gestatten. In Anwendung
auf die bekannten Ausführungsformen gemäß Fig.1 würde nämlich die Vergrößerung der
Gesamtlänge der Abdichtspalte auf das Doppelte oder Dreifache - je nach Maßgabe
der Unterteilung des Kanals - im Hinblick auf die große Spaltweite derart beträchtliche
Leckluftmengen ergeben, daß die hinsichtlich der Betauung gewonnenen Vorteile doch
wieder durch Vergrößerung des Abgasverlustes aufgehoben werden würden.
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Jeder der drei in Fig.4 dargestellten Luftkanäle 40, 41 und
42 ist an den beiden radialen Kanten je mit einer Sektorplatte
43 ausgestattet, die der Stirnfläche des dortigen Scheibenkörpers in geringem
Abstand gegenübersteht. Der Zentriwinkel dieser Sektorplatten 43, d. h. also
die Plattenbreite, ist so zu bemessen, daß die Platten einen durch zwei radiale
Trennwände des Speichermassengehäuses gebildeten Raum völlig zu überdecken imstande
sind. Diese beiden Abdichtsektoren jedes der drei Luftkanalanschlüsse
40, 41 und 42 sind also mit diesen Anschlüssen fest verbunden und
laufen gemeinsam mit ihnen um die Drehachse um.
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In Fig. 4 sind zur Veranschaulichung auch die in Fig. 2 genauer
dargestellten Verstellvorrichtungen angedeutet, und zwar sind drei solche Verstellvorrichtungen
44 gleichmäßig über den Umfang der beiden Scheibenkörper verteilt, so daß
also diese Scheibenkörper je an drei Punkten ihres Umfanges genau einjustiert werden
können.
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Die weiteren Fig. 5 bis 7 veranschaulichen einige Möglichkeiten der
abdichtenden Verbindung zwischen den radialen Stegen der Scheibenkörper und den
gleichlaufenden radialen Sektorwänden des Speicherkörpers. Es handelt sich hierbei
also um Schnitte gemäß Linie C-C in Fig. 4.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 sind die Stege 51 des
Scheibenkörpers 52 mit den Sektorwänden 53 des Speicherkörpers 54 durch gewellte
Metallfolien 55 verbunden, die eine völlige Abdichtung bei ausreichender Bewegungsmöglichkeit
ergeben.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 veranschaulicht zugleich drei
verschiedene Verbindungsarten. Die linke abdichtende Verbindung besteht aus zwei
Metallblechen 56, die an den Stegen 51 befestigt sind und federnd
über die Sektorwände 53 übergreifen, so daß sie bei Abstandsänderungen auf deren
Flächen gleiten.
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Auch die mittlere Dichtung verwendet Federbleche 57, die über die
Sektorwände 53 unter dichtem Abschluß gleiten können, statt dessen aber auch an
letzteren befestigt sein können, da sie durch den Knick befähigt sind, die Abstandsänderungen
in ähnlicher Weise aufzunehmen wie die gewellten Bleche 55 gemäß Fig. 5.
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Eine solche Ausführung der abdichtenden Verbindung, bei der die Verbindungsbleche
58 auch an den gegenüberstehenden Kanten der Sektorwände befestigt sind,
stellt Fig. 6 rechts dar.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 schließlich ist der Scheibenkörper
61 so ausgebildet, daß zwischen mehreren radialen Stegen 62 geringer Höhe
jeweils ein breiterer radialer Steg 63 angeordnet ist, der in Richtung zum
Speichenkörper aus der Ebene des Scheibenkörpers herausragt. Als Federbleche dienen
hierbei Speicherbleche 64, die die breiten Stege 63 seitlich erfassen. Diese
abdichtende Verbindung ähnelt also den Federblechen 56 gemäß Fig. 6, links,
und zwar in umgekehrter Anordnung.
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Sämtliche Ausführungsbeispiele lassen erkennen, daß während des Betriebes
eine sehr genaue Nachregelung vorgenommen werden kann, während bei den bekannten
Vorwärmem gemäß Fig.1 diese Möglichkeit ausscheidet. Dort kann die Einstellung des
Dichtspaltes nur durch Verschieben der umlaufenden Luftkanäle 2 und 3 auf der Welle
erfolgen bzw. von vornherein bei der Montage dieser Kanäle.