Gesteigerte Leistung und höhere Energieeffizienz nach Prof.Dr. h.c. Sandor Palffy

Patentierte Saugdüse mit Tangentialwirkung wartet auf neue Anwendungen

Zürich (pts014/25.11.2008/11:00) Saugvorgänge sind aus dem Alltag bekannt und kommen in nahezu allen technischen Einrichtungen vor, sei dies im Haushalt oder in der Industrie.

Saugen hat jedoch erfahrungsgemäss eine sehr geringe Raumwirkung und ist physikalisch betrachtet kein effizienter Vorgang: Dies kann mit vor dem Mund vorgehaltener Hand, im Vergleich zum Blasen, leicht festgestellt werden. So muss bei Reinigungsvorgängen die Saugöffnung sehr nahe an die zu reinigende Oberfläche angenähert werden, um darauf liegende Teile (Staub, Feststoffe, Flüssigkeiten) abzusaugen. Um die Saugwirkung bestmöglich zu gewährleisten, wird mit einem hohen Unterdruck in der Saugdüse gearbeitet, wodurch konventionelle Düsen dazu neigen, sich an der Oberfläche fest zu saugen. Sie müssen dann mit grossem Kraftaufwand gelöst und/oder weiter bewegt werden. Solche konventionellen Düsen und deren Einrichtungen brauchen eine hohe Saugleistung: Ihre Antriebe sind auf die Spitzenlast im Anwendungsbereich ausgelegt; sie weisen einen hohen Energiekonsum auf und erzeugen starke Geräusche.

Die von Prof. Dr. h.c. Sandor Palffy entwickelte und patentierte Tangential-Saugdüse kombiniert verschiedene bekannte physikalische Prinzipien miteinander und lässt damit Absaugprozesse deutlich effizienter gestalten:

- Die erfindungsgemässe Düse weist einen üblichen, flachen Düsenmund auf;

- zusätzlich ist die Düse mit seitlichen (tangentialen) Schlitzen versehen (siehe Modelle: Tangentialdüsen in verschiedene Ausführungen (Düsenmund aus Plexiglas; Saugrohr schwarz)

- ein Teil des Transport-Mediums wird über diese seitlichen Schlitze angesaugt und strömt tangential in die Düse ein;

- damit wird in der Düse eine Zirkulationsströmung gebildet;

- je nach Betriebszustand stellt sich ein Gleichgewicht zwischen der normalen, durch den Düsenmund eintretenden Strömung und der seitlichen Zirkulationsströmung ein.

- Diese Zirkulationsströmung in und nach der Düse führt zu wesentlichen Vorteilen:

Durchflussmenge: Die normale Düse füllt bei freier Ansaugung nicht den ganzen Düsenquerschnitt, da die Strömung an der Düsenkante ablöst und die Strömung eingeengt wird. Dementsprechend sind hohe Saug-Unterdrücke notwendig, um den erwünschten Durchfluss zu erreichen. Eine solche Düse mit hohem Unterdruck neigt auch zu Kavitation und damit zu vorzeitigen Verschleisserscheinungen. Die Zirkulationsströmung füllt den ganzen Düsenquerschnitt schon im Eintrittsbereich vollständig; dies unabhängig davon, ob der Düsenmund verstopft ist oder nicht. Gerade wenn der Düsenmund zum Festsaugen an der Oberfläche neigt, wird der Strömungsanteil durch die seitlichen Schlitze erhöht und damit deren Umgebung intensiver abgesaugt.

Festsaugen an der Oberfläche: Sollte sich der Düsenmund (beispielsweise im Schlamm oder in Sand) festsetzen, wird er durch das tangential einströmende Transport-Medium unmittelbar und selbsttätig wieder freigesaugt. Die Düse kann nicht verstopfen und sich nicht festsaugen; sie befreit sich trichterförmig und kann somit problemlos weiterbewegt werden. (Vgl. Bild 3).

Transportqualität: Die Zirkulationsströmung führt zu gleichmässig hohen Geschwindigkeiten im Saugrohr. Einmal erfasste Teilchen werden zuverlässig weggeführt und nach dem Tornadoprinzip im Saugrohr hochgeschraubt. Sie fallen nicht wie bei der normalen Düse aufgrund der geringen Geschwindigkeiten am Rohrrand teilweise wieder in Richtung der Schwerkraft zurück.

Vor-Separation: Die Zirkulationsströmung im Saugrohr führt als Nebeneffekt natürlich bereits zu einer Separierung des angesaugten Schmutzes, wie dies in jedem Zyklonabscheider geschieht. Diese Vor-Separation kann ohne weiteren Energieaufwand in das Trennsystem eingebunden werden; das eigentliche Trennsystem kann damit effizienter gestaltet und mit weniger Energieaufwand betrieben werden.

Saug-Unterdruck: Dank der Zirkulationsströmung erfüllt die Tangential-Saugdüse die Aufgabe "Ansaugen und Abtransportieren" deutlich effizienter bei gleichzeitig deutlich weniger hohem Unterdruck. Zudem sind die Schwankungen im Unterdruck aufgrund der immer offenen tangentialen Schlitze wesentlich kleiner, womit auch die Reserven im Antrieb wesentlich geringer dimensioniert werden können, bei gleichzeitig erhöhter Funktionssicherheit.

Energie: Durch die Kombination all dieser vorteilhaften Eigenschaften lässt sich die Absaugung wesentlich effizienter gestalten und mit deutlich geringerem Energieaufwand gewährleisten.

Lärm: In der Konsequenz ist auch der durch den Antrieb erzeugte Lärmpegel tiefer. Man kann davon ausgehen, dass eine Reduktion der Antriebsdrehzahl des Ventilators / der Pumpe um 10% zu einer Lärmreduktion von 3 dB(A) führt, was bereits einer Halbierung des Lärmpegels entspricht.

Wärmeübergang: Ein bedeutender Nebeneffekt der Zirkulationsströmung ist die hohe Turbulenz bei hohem Geschwindigkeitsgradient an der Rohrwand. Dadurch resultiert ein wesentlich erhöhter Wärmeübergang in Wärmetauschern oder rohrbasierten Heiz- oder Dampfkesseln.

Konstruktiv ist die Tangential-Saugdüse unwesentlich komplizierter als eine normale Düse. Die tangentialen Schlitze lassen sich mit wenig Aufwand und in geringer Bauhöhe realisieren; sie lassen sich alternativ in bestehende Konstruktionen integrieren. Die Düse kann in verschiedenen Ausführungsformen realisiert werden, die je nach Problemstellung spezifische Vorteile der tangentialen Einströmung gezielt optimieren lassen. Zum Beispiel:

Absaugung von Ecken: Normale Düsen können die kritischen Bereiche in einer Ecke nicht absaugen, da der Saugeffekt in jeder beliebigen Lage des Saugrohres dazu nicht ausreicht; die Ecke bleibt in jedem Fall ungereinigt. Eine spezielle Ausführung der Tangentialdüse mit nach vier aussen abstehenden Schlitzführungen (Bild 2) ist für die vollständige Absaugung von Ecken vorgesehen. Die tangentiale Einströmung reinigt auch hier den ganzen Bereich jeder Schlitz-öffnung; mit dieser Düsenanordnung wird eine im Wesentlichen quadratische Fläche vollständig gereinigt (Bilder 3 und 4); bei richtiger Annäherung an die Ecke wird diese perfekt abgesaugt und gereinigt.

Robuste Universaldüse: Die spezielle Formgebung mit nach innen gekrümmten Schlitzen macht die Düse analog robust wie eine normale Düse: die nach innen gekrümmte Schlitze werden auch bei Schlägen an Wände und Boden nicht beeinträchtigt und bleiben formstabil (Bild 5). Dies ist die Standard-Ausführung für den universellen Einsatz, wo Ecken keine Probleme darstellen.

Fazit: Diese Düse ist zweifellos eine sehr wirtschaftliche technische Lösung, die leicht zu realisieren ist. Sie erhöht die Effizienz einer Saugeinrichtung deutlich; sie reduziert den Energiebedarf und den Lärmpegel wesentlich, da gegenüber konventionellen Düsen kleinere Volumenströme genügen.

Es existiert in der Praxis eine Vielzahl von Anwendungsgebieten für Tangential-Saugdüsen, insbesondere für:

- Kanal- und Schachtreinigungen

- Schlammsammler und Abscheidebecken im Baugewerbe und in Kraftwerken

- Saugeinrichtungen für fliessfähige Lebensmittel

- Kehrmaschinen und Gebäudereinigungseinrichtungen (Staub- und Wassersauger)

- Garten- und Landschaftspflege (Rasenschnitt; Laub etc.)

- Abluftanlagen; Klimatechnik

Neben der Lizenzvergabe stehen auch Know-how und technische Unterstützung zur Verfügung.

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