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Mit einer IIilfsflussigkeit arbeitende Pumpe.
Bei den bisher bekannten Pumpen ergeben sich zuweilen grosse Schwierigkeiten. So sind z. B. die
Kreiselpumpen Maschinen, die sich nur zur Förderung von dünnflüssigen Mitteln eignen. Sobald Gase oder grobstücldges Gut vermengt mit einer Flüssigkeit zu fördern sind, wird der Betrieb sehr unwirtschaftlich. Bei Förderung von grobstücldgem Gut mittels einer beliebigen bereits bekannten
Pumpe kommt immer eine Verengung dieses Gutes mit einer Hilfsiliissigkeit in Frage. Da jedoch das grobstüeldge Gut bedeutend grössere Rad- oder Ventildurchgänge erfordert als die Flüssigkeit, müssen solche Pumpen in erster Linie entsprechend der Korngrösse des Fördergutes gebaut werden.
Grosse
Stücke erfordern grosse Kanäle, womit die Menge der Hilfsflüssigkeit über das zur Weiterbeförderung des Gutes in einer an die Pumpe anschliessenden Rohrleitung erforderliche Mass steigt. Eine fallweise zulässige Zerkleinerung des Gutes bis auf eine für die Pumpe passende Korngrösse verteuert die Förderung ebenfalls. Bei Kreiselpumpen, die mit grossen Strömungsgeschwindigkeiten arbeiten müssen, kommt noch die grosse Abnutzung des Masehinenmaterials als erschwerende Umstand hinzu.
Die Förderung von Gasen ergibt bei Kolbenpumpen keine Schwierigkeiten. Wohl aber ergeben sich Schwierigkeiten bei Kreiselpumpen, sobald diese abwechselnd Flüssigkeit und Gas, wie z. B. bei selbstansaugenden Kreiselpumpen, auf die der Flüssigkeit entsprechende Druckhöhe fördern sollen.
Infolge des bedeutend geringeren spezifischen Gewichtes des Gases sinkt die vom Kreiselrad erzielbare Druckhöhe auch dann wesentlich, wenn das Rad nicht Gas allein, sondern ein Gemisch von Gas und Hillsflüssigkeit fördern soll. Bei der Förderung eines solchen Gemisches ist es auch sehr schwer, eine gute Trennung des Gases von der Flüssigkeit zu erreichen, um die Flüssigkeit ohne Gas neuerdings dem Pumpenrade zuzuführen. Arbeiten solche bisher bekannte Pumpen nicht mit einem Gemisch, sondern mit reiner Verdrängung, z. B. Wasserringpumpen, so wird ein grosser Teil der Flüssigkeitsenergie durch die erforderliche Umkehrung vernichtet, oder aber der an das Laufrad anschliessende Raum wird nur auf einem Teil des Radumfanges ausgebildet, wogegen der andere Teil das Rad verdeckt.
Auch diese Unterbrechung des mit grosser Geschwindigkeit arbeitenden Rades verschlechtert den Wirkungsgrad sehr stark.
Für die zeitweise Förderung von Luft, also für das Selbstansaugen, sind bereits Kreiselpumpen bekannt, bei denen neben der eigentlichen Kreiselpumpe noch eine mit dieser baulich getrennt oder vereinigt angeordnete Hilfspumpe vorhanden ist, die die HiH'silüssigkeit dem Druckraum entnimmt und sie an einer mit der Saugleitung nicht in Verbindung stehenden Umfangstelle der Saugseite der eigentlichen Pumpe wieder zuführt. Damit soll die Verdrängung der angesaugten Luft in den Druckraum ermöglicht werden. Dies kann jedoch nur unvollkommen geschehen, da die Zentrifugenwirkung des Laufrades eine Trennung von Flüssigkeit und Luft bedingt. Die Hilfspumpe verlangt auch eine zusätzliche Arbeit, die nach erfolgtem Ansaugen nur durch Schaltvorrichtungen, die die Pumpe verteuern, umgangen werden kann.
Besser hinsichtlich der Luftförderung sind jene Pumpen dieser Art, bei denen das Ansaugerad einen der Förderhöhe nicht mehr entsprechenden kleinen Durchmesser erhält und von einem Verdrängerad, mit dem es baulich vereinigt ist, umschlossen wird. Hier bestimmt zum Teil das die Hilfsflüssigkeit fördernde Verdrängerad die Förderhöhe der Pumpe, das Fördergut jedoch tritt in dieses Rad nicht ein. Bei beiden in diesem Absatze angeführten Pumpengattungen ist nur eine teilweise Beaufschlagung der arbeitenden, also mit grosser Geschwindigkeit laufenden Räder möglich.
Die grosse Geschwindigkeit macht ausserdem diese Pumpen auch zur Förderung von grobstüekigem Gut ungeeignet.
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Erfindungsgemäss werden vorstehende Nachteile dadurch beseitigt, dass bei einer aus einem Zellenrad und einer mit diesem zusammenwirkenden, jedoch baulich selbständigen Fördervorrichtung für die Hilfsflüssigkeit bestehenden Pumpe, das Zellenrad, in dem das Ansaugen und Verdrängen des Fördergutes erfolgt, eine derart geringe Umfangsgeschwindigkeit hat, dass keine wesentlichen Fliehkräfte auftreten, dass also die Trennung des Fördergutes und der Hilfsflüssigkeit nur durch die Schwere erfolgt und dass bei Förderung von grobstückigem Gut keine wesentliche Materialabnutzung auftreten kann. Die Fördervorrichtung für die Hilfsflüssigkeit, z. B. eine Kolbenpumpe oder eine Kreiselpumpe, bestimmt allein die Förderhöhe der Pumpe.
Da sie mit dem Fördergut nicht in Berührung kommt, kann
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werden. Das für die Aufnahme des Fördergutes bestimmte Zellenrad dagegen hat einerseits die Rolle einer Steuerung, die die Wege der Hilfsflüssigkeit und des Förderguts bestimmt. Anderseits bilden seine Zellen Zylinder, in denen die Hilfsflüssigkeit auf das Fördergut kolbenartig wirkt. Das Zellenrad hat, von Reibungen abgesehen, keine Arbeit zu leisten. Es verschlechtert daher auch bei einer für reine Flüssigkeit bestimmten selbstansaugenden Pumpe den Wirkungsgrad nur unwesentlich.
Für die bauliche Anordnung des Zellenrades und der Pumpe für die Hilfsflüssigkeit ergeben sieh zwei Möglichkeiten. Bei einer Kolbenpumpe wird das Zellenrad am besten in einem von ihr getrennten Gehäuse, also als Maschine mit eigenem Antrieb, angeordnet. Bei einer Kreiselpumpe dagegen ist es vorteilhaft, das Zellenrad im Gehäuse dieser Pumpe unterzubringen und die Drehung des Zellenrades von der Drehung der Kreiselpumpenwelle abzuleiten. In beiden Fällen kann der Antrieb des Zellenrades mechanisch oder auch hydraulisch erfolgen.
In der Zeichnung sind als Beispiel zwei Ausführungen mit Kreiselpumpe und mit im Gehäuse dieser Pumpe eingebautem Zellenrade, das hydraulisch angetrieben wird, abgebildet. Die Fig. 1, 2 und 3 stellen eine Pumpe dar, die für Fördermittel leichter als die Hilfsflüssigkeit, also vor allem für Gase geeignet ist, wogegen die Pumpe nach Fig. 4 für Fördermittel schwerer als die Hilfsflüssigkeit, also vor allem für grobstückiges Gut (Sand, Schotter usw.) passt.
Zunächst soll das Prinzip der Förderung an der Fig. 3, die die Abwicklung des Umfangsschnittes s-b
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Zulaufschlitz 2 gegenüber liegt der Absaugeschlitz 8, an den der Absaugeraum 9 anschliesst. Dieser steht mittelbar oder unmittelbar mit der Saugseite einer Pumpe in Verbindung. Dem Ablaufsehlitz 5 gegenilber liegt der Verdrängeschlitz 10, an den der Verdrängeraum 11 anschliesst. Dieser Raum ist mittelbar oder unmittelbar mit der Druckseite der Pumpe in Verbindung.
Entsprechend der Drehung des Zellenrades 1 in der angegebenen Richtung werden seine Zellen durch den Absaugeschlitz 8 von der Hilfsflüssigkeit entleert, wofür durch den Zulaufsehlitz 2 aus dem Saugstutzen 3 Fördergut naehströmt, das, sobald die Zellen bei weiterer Drehung des Zellenrades 1 den Verhängeschlitz 10 erreicht haben, durch die von der Pumpe auf Druck gebrachte Hilfsflüssigkeit durch den Verdrängeschlitz 10, aus dem Verdrängeraum 11 zuströmend, durch den Ablaufschlitz 5 in den Druckstutzen 6 verdrängt wird.
In den Fig. 1 und 2 ist weiterhin dargestellt, wie beispielsweise das Zellenrad 1 und die Teile einer zur Förderung der Hilfsflüssigkeit erforderlichen Kreiselpumpe in einem Gehäuse, also in einer Maschineneinheit, untergebracht werden können. Das Zellenrad 1 ist konzentrisch zum Kreiselpumpenlaufrad 12, das mit der Antriebswelle 13 fest verbunden ist, derart angeordnet, dass es lose, also mit Laufsitz über die Welle 13 geschoben ist. Das Laufrad 12 saugt aus dem Absaugeraum 9 und drückt in den als Spirale ausgebildeten Verdrängeraum H, arbeitet also an der Saugseite und an der Druckseite mit voller Beaufschlagung und daher mit dem der Leistung entsprechenden besten Wirkungsgrad.
Das Zellenrad 1 kann entweder mechanisch mittels einer aus dem Gehäuse tretenden Hohlwelle von einer eigenen Antriebsmaschine oder von der Kreiselradwelle 1. 3 mit Hilfe eines eingeschalteten Getriebes angetrieben werden oder aber, man nutzt die vom Kreiselpumpenlaufrad 12 erzeugte Strömung aus, um das Zellenrad 1 in irgendeiner Umfangsrichtung zu drehen. Es ist ohne weiteres möglich, zur Erzielung dieser Drehung die Schaufeln des Zellenrades 1 für die geringe erforderliche Turbinenwirkung auszubilden.
In der Fig. 1 ist weiterhin dargestellt, wie bei dem lose angeordneten und für hydraulischen Antrieb
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spalt 17. Bei richtiger Bemessung des Durchmessers dieses Spaltes wird im Betrieb das Zellenrad soweit nach oben gehoben, dass am Dichtungsspalt 17 gerade noch keine mechanische Reibung auftritt.
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Für die Anordnung des Absaugeraumes 9, des Verdrängeraumes 11 sowie des Saugstutzen 3 und des Druckstutzen 6 ist das Verhältnis der spezifischen Gewichte des Förderguts und der Hilfs- fliissigkeit massgebend. Ist das Fördergut leichter als die Hilfsflüssigkeit, z. B. bei Förderung von Luft mittels selbstansaugender Kreiselpumpen, wird man die in den Fig. 1, 2 und 3 dargestellte Anordnung treffen und die Hilfsflüssigkeit aus den Zellen des Zellenrades 1 nach unten absaugen und in die Zellen von unten nach oben zurückdrücken. Dementsprechend wird das Fördergut von oben nach unten an- gesaugt und wieder nach oben verdrängt. In Fig. 4 ist eine Pumpe für den Fall dargestellt, dass das Förder- gut schwerer ist als die Hilfsflüssigkeit, wie z.
B. bei der Förderung von grobstückigem Gut mittels Wasser.
Die einzelnen Bezugszeichen dieser Figuren bedeuten dieselben Teile wie in den Fig. 1, 2 und 3. Das Absaugen der Hilfsflüssigkeit erfolgt hier von unten nach oben. Entsprechend dem Absaugen kommt das
Fördergut aus dem Saugstutzen 3 von oben nach unten in die Zellen. Zulaufschlitz 2 und Absauge- schlitz 8 fallen also zusammen. Die Verdrängung geht von oben nach unten in den Druckstutzen 6 vor sich. Um das Mitkreisen von groben Stücken in den Absaugeraum 9 zu verhindern, kann man ein Sieb 18 in den Verbindungsweg vom Absaugeraum 9 zur Saugseite der Hilfspumpe (Laufrad 12 oder Kolben- pumpe) einschalten. Es sind noch weitere Anordnungen möglich ; so z. B. kann man die Pumpe (Fig. 1) in der Achsriehtung im Spiegelbild ausführen, so dass die jetzt oben befindlichen Teile nach unten kommen.
Diese Ausführung wäre denkbar bei der Förderung von zähen Flüssigkeiten, die schwerer sind als die
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Durchmessern zu liegen kämen. Bei der Förderung von grobstückigem Gut wird es erwünscht sein, dass die Zuführung dieses Gutes und einer Hilfsflüssigkeit in einer offenen Rinne zum Saugstutzen 3 vor sich geht. In diesem Falle tritt auch Luft mit ein. Um diese zu trennen, können zwei Zellenräder 1 angeordnet werden, von denen das eine für Zulauf und Verdrängung des grobstückigen Gutes mit der Hilfsflüssigkeit und das andere für Zuströmung und Verdrängung der Luft bestimmt ist. Und schliesslich kann das Zellenrad 1 auch auf einer waagrechten Welle gelagert werden. In diesem Falle müssen die Zellen für radiale Durchströmung ausgeführt sein.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Mit Hilfsflüssigkeit arbeitende Pumpe, bestehend aus einem Zellenrad und einer mit diesem zusammenwirkenden, jedoch baulich selbständigen Fördervorrichtung für die Hilfsflüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellen des sich langsam drehenden Zellenrades (1) abwechselnd unmittelbar einerseits vor dem an den Saugstutzen (3) anschliessenden Zulaufschlitz (2) sowie dem zum Druckstutzen (6) führenden Ablaufschlitz (5) und anderseits vor Schlitzen vorbeigehen, von denen der eine (8) an einen Absaugeraum (9) und der andere (10) an einen Verdrängeraum (11) anschliesst, welche Räume mittelbar oder unmittelbar mit dem Saug-bzw.
Druckraum der Fördervorrichtung für die Hilfsflüssigkeit, z. B. einer Kreiselpumpe (12) oder einer Kolbenpumpe, verbunden sind.