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Ein- oder mehrstufige Pumpe zum Fördern und Verdichten von Gasen, insbesondere Luft
Die Erfindung bezieht sich auf eine ein-oder mehrstufige Pumpe zum Fördern und Verdichten von Gasen, insbesondere Luft, die durch von den Zylindern eines Verbrennungsmotors zugeführtes Gas betätigt wird und insbesondere zum Aufblasen von Zubehörteilen und Ausrüstungsgegenständen von CampingEinrichtungen bestimmt ist.
Zu diesem Zweck wurden bisher Luftpumpen verwendet, die von Hand oder Fuss betätigt werden. Das Aufpumpen von Ausrüstungsgegenständen, beispielsweise von Schlauchmatrazen, ist daher anstrengend und zeitraubend. Auch das Aufblasen mit Hilfe der Lungenkraft ist sehr anstrengend und ausserdem für die Gummierung nachteilig, da mit der Luft zuviel Feuchtigkeit eingeführt wird. Für denjenigen, der die Zubehörteile aufbläst, können zudem unangenehme Folgeerscheinungen entstehen, wie vorübergehendes Schwindelgefühl, Krampfneigung und unter Umständen länger anhaltende Kopfschmerzen.
Das Ziel der Erfindung ist, diesen Missständen abzuhelfen und eine stets einsatzbereite, einfach ausgebildete Pumpe zu schaffen, die auf eine andere Weise betätigt wird. Es wird dabei davon ausgegangen, dass fast alle Personen, die zum Camping aufblasbare Zubehörteile benutzen, auch ein Kraftfahrzeug zur Verfügung haben.
Unter Berücksichtigung dieses Umstandes wird gemäss der Erfindung eine neuartige Pumpe der eingangs erwähnten Art geschaffen, die dadurch gekennzeichnet ist, dass bei der an die Abgasleitung angeschlossenen Pumpe, z. B. einer Membranpumpe, ein oder mehrere gesteuerte oder ungesteuerte Ein- und auslassorgane vorgesehen sind, um die Abgase zwecks Erzielung der Arbeitsbewegung der Pumpe periodisch einem oder mehreren in ihrer Grösse veränderbaren Arbeitsräumen zuzuleiten und nach der Arbeitsleistung abzuleiten, welche Arbeitsbewegung die Förderung und Verdichtung des Gases bzw. der Luft bewirkt.
Da zum Aufblasen der Zubehörteile ein nur geringer Überdruck genügt, werden bei entsprechender Konstruktion der Pumpe auch keine übermässigen Drücke in der Abgasleitung verursacht. Ein Druckanstieg in der Abgasleitung bis auf 1/2 Atü wirkt sich auf den Lauf eines Viertaktmotors nicht spürbar aus, so dass keinerlei Gefahr eines Abwürgens oder Rückschlagens entsteht. Da fast durchweg schon ein Druck von wenigen Dezimetern Wassersäule zum Aufblasen hinreicht, ein Druck also, der beim normalen Fahrbetrieb bereits infolge der durch den Schalldämpfer bedingten Strömungsbehinderung weit überschritten wird, wird die Arbeitsweise des Motors in keiner Weise behindert.
Der Einlass und Auslass der Abgase für die Pumpe kann durch gesteuerte oder durch selbsttätig wirkende Ventile geregelt werden. Hiebei können die Abgase durch entsprechende Einstellung des Ventils jeweils in dem Arbeitsraum aufgestaut werden, bis sie einen bestimmten gewünschten Druck erreichen.
Die Abgase drücken dabei In entsprechendem Masse die zwischen den Arbeitsräumen und den das zu fördernde Gas aufnehmenden Räumen befindlichen beweglichen Zwischenwände oder Begrenzungen in die letzteren Räume hinein, komprimieren also das zu fördernde Gas entsprechend. Die erwähnten Begrenzungen können aus Membranen, aus dehnbaren Beuteln, aus Kolben oder sonstigen geeigneten Mitteln bestehen.
Um hohe Drücke zu erreichen, ist es zweckmässig, die Einlass- und Auslassventile für die Abgase mit Hilfe geeigneter Steuerungseinrichtungen jeweils in ihren äussersten Schaltstellungen zu halten und erst dann zu betätigen, wenn die Abgase in den Pumpenräumen einen nahezu höchsten oder nahezu niedrig-
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sten Druck erreicht haben. Zum Halten der Ventile in den Endstellungen können kippende Verriegelungen oder sonstige ähnliche Einrichtungen verwendet werden. Vorteilhaft sind aber auch magnetische Arretie- rungen, die in mindestens einer der äussersten Stellungen wirken.
Die Ein- und Auslassventile für das zu fördernde und zu komprimierende Gas werden zweckmässig als leichtgängige Rückschlagventile ausgebildet, die aus starren oder elastischen Platten bestehen können, welche unter einem sehr leichten Druck auf den Durchtrittsöffnungen aufliegen.
Der Anschluss der Pumpe an die Abgasleitung eines Motors kann mittels eines zum Aufstecken auf das
Ende der Abgasleitung eingerichteten konischen Schlauches aus elastischem Material oder mittels eines in das Ende der Abgasleitung einzusetzenden, durchbohrten, konischen Stopfens aus elastischem Material er- folgen. Bei der Ausführung der Pumpe nach der Erfindung sind noch weitgehend Variationen möglich. So können zwei oder mehr Druckstufen hintereinander geschaltet und auf die angegebene Weise betrieben werden. Ferner können die Abgase auf die bewegten Teile wechselnd von beiden Seiten Druck ausüben.
Das Gewicht einer als Ventil dienenden Steuerhülse und die auf diese Hülse wirkenden Federkräfte kön- nen derart bemessen sein. dass das Ventil bei einem bestimmten abgestimmten Endluftdruck betätigt wird.
Schliesslich können an die Pumpe bzw. an die Leitungen ein Manometer und mindestens ein Überdruckab- lassventil angeschlossen werden.
Zur Veranschaulichung des Erfindungsgegenstandes bringen die Zeichnungen Ausführungsbeispiele des- selben in schematischer Darstellung. Die Fig. 1. :. 3 stellen schematische Längsschnitte durch verschiedene
Ausführungsformen der Pumpe nach der Erfindung dar.
Bei dem Beispiel der Fig. 1 ist auf das Ende der Abgasleitung 1 des Motors ein konischer Schlauch 2 aufgeschoben, der in einen zylindrischen Teil 3 übergeht. An diesem Teil ist ein Sicherheitsventil 4 vor- gesehen, das den jeweils benötigten bzw. gewünschten Druck aufrechterhält. Eine als Gegenkraft auf das
Sicherheitsventil 4 wirkende Feder 5 kann auf die gewünschte Druckdifferenz abgestimmt werden.
In den zylindrischen Teil 3 ragt ein Zylinder 6 von geringerem Durchmesser hinein, der über einen zwischengefügten Ring 7 dicht abschliessend mit dem Zylinder 3 verbunden ist. Oberhalb des Ringes 7 weist der Zylinder 6 eine oder xrehrere dem Gaseinlass dienende Öffnungen 8 auf, während er an dem der Auspuffleitung zugewendeten Ende durch eine Stirnwand 9 verschlossen ist. Unterhalb des Ringes 7 be- sitzt der Zylinder 6 ebenfalls eine oder mehrere zweckmässigerweise etwas grössere, ins Freie mündende Öffnungen 10, die dem Gasauslass dienen. In dem Zylinder 6 sitzt axial verschieblich und relativ dicht anliegend eine Hülse 11, die nur in einer Höhe Durchlassschlitze 12 aufweist.
Der untere Teil des Zylinders 6 ist mit dem Pumpengehäuse 13 verbunden. das durch eine Membran 14 in zwei Räume 16. 23 unterteilt ist, von denen der untere Raum 16 ein Einlassrückschlagventil 15 aufweist.
Ein zweites, zweckmässigerweise etwas kleineres Rückschlagventil 17 verbindet den Raum 16 mit der Austrittsleitung 18, durch welche die komprimierte Luft in das aufzublasende Gerät 19 geleitet wird.
Eine Spiralfeder 20 übt einen leichten Druck auf die Unterseite der Membran 14 aus, um diese entgegen der Wirkung der Abgase nach oben zu drücken. Die Spiralfeder 20 ist mit der Membran 14 durch einen Schraubteil 21 verbunden, der über ein federndes Zwischenglied 22 derart an die Hülse 11 angeschlossen ist, dass die Hülse 11, sobald die Membran 14 unter dem Druck der in dem Raum 23 befindlichen Abgase annähernd ihre tiefste Stellung erreicht hat, nach unten gezogen wird, so dass die Durchlässe 12 der Hülse 11 sich über die Auslassöffnungen 10 des Zylinders 6 legen und die Abgase aus dem Raum 23 entweichen können.
Durch den Druck der Feder 20 wird dann die Membran 14 wieder nach oben gedrückt. Kurz vor Errei- chen ihrer höchsten Stellung drückt sie über das federnde Zwischenglied 22 auch die Hülse 11 nach oben, so dass sich deren Durchlässe 12 vor die Öffnungen 8 für den Einlass der Abgase legen, während die Auslassöffnungen 10 durch den unteren Teil der Hülse 11 verschlossen sind. Die Hülse 11 gibt also vermittels der Durchlassschlitze 12 je nach ihrer Stellung entweder die Einlassöffnung 8 oder die Auslassöffnung 10 für die Abgase frei, während die andere Öffnung durch die Hülse geschlossen ist.
Wenn das Zwischenglied 22 als Zug- und Druckfeder ausgebildet wird, wie in der Fig. 1 dargestellt, ermöglicht diese federnde Verbindung eine gewisse Phasenverschiebung zwischen den Bewegungen der Membran 14 und der Hülse 11. Steigt der Druck in dem zu füllenden Gerät 19 an, so wird durch den Gegendruck die Abwärtsbewegung der Membrane 14 verlangsamt. Die Phasenverschiebung wird geringer und schliesslich so klein, dass die Pumpe stehen bleibt, wenn die Hülse nunmehr langsam den Totpunkt passiert, in welchem die Durchlässe 12 zwischen den Öffnungen 8 und 10 liegen und gegebenenfalls sowohl einen Teil der Öffnungen 8 als auch einen Teil der Öffnungen 10 freigeben. Die Auspuffgase werden dann in ihrer Strömung behindert, können aber durch die teilweise freigegebenen Öffnungen 10 entweichen. Ein Sicherheitsventil ist bei dieser Ausführung nicht erforderlich.
Sinkt der Druck in dem zu füllenden Gerät
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ab, so ist das Gleichgewicht gestört und die beweglichen Teile beginnen unter dem Druck der mehr oder weniger aufgestauten Abgase wieder zu schwingen.
Der Enddruck in dem zu füllenden Gerät ist also von dem Gewicht der Hülse 11, von der Grösse der
Federkräfte und von der Grösse, der Anordnung und dem Abstand der Durchlassschlitze 8, 10 und 12 ab- hängig. Durch eine entsprechende Bemessung dieser Grössen kann also der Enddruck in dem zu füllenden
Gerät bestimmt werden. Ausserdem steigt der Enddruck an, wenn der Pumpe mehr Abgas zugeführt wird, so dass die zum Stillstand der Pumpe notwendige Verlangsamung der Abwärtsbewegung der Membrane 14 erst später eintritt. Dies bedeutet in der Praxis, dass der Benutzer durch leichtes Standgasgeben den Druck in seinem Schlauchboot usw. über den normalen Enddruck hinaus erhöhen kann.
Bei der Ausbildung des Zwischengliedes 22 als Zug- und Druckfeder kann eine unterbrochene ruck- artige Bewegung der Hülse 11 hervorgerufen werden, indem diese Hülse von einer kippenden Arretierung 24 in ihren Endstellungen so gehalten wird, dass sie jeweils nur in der Nähe der tiefsten und der höchstenStel- lung der Membran 14 von der Einlass- in die Auslassstellung und umgekehrt springt.
Das federnde Zwischenglied 22 ist an die Hülse 11 mittels eines Bolzens 25 angeschlossen. Das aus dem Zylinder 6 herausragende Ende des Bolzens 25 greift durch einen Längsschlitz des Zylinders 6 und be- wirkt so, dass die Hülse 11 gegen Verdrehen gesichert ist und weder nach oben noch nach unten über die vorgesehene Strecke hinaus bewegt werden kann. Die Durchlassschlitze 12 liegen daher immer genau über denöffnungen 8 bzw. 10. Die kippende Arretierung 24, die dafür sorgt, dass die Hülse stets nur die volle
Auslassstellung einnimmt, ist an das aus dem Zylinder 6 herausragende Ende des Bolzens 25 federnd ange- lenkt.
Die Fig. 2 bringt ein Ausführungsbeispiel der Pumpe nach der Erfindung mit mehreren Druckstufen.
Mit dieser Pumpe können höhere Drucke erreicht werden, so dass auch Autoreifen und ähnliches damit aufgepumpt werden können. Die mehrstufigen Pumpen können ebenso wie die einstufige Pumpe mit
Membran oder Kolben arbeiten. In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist als zweite Stufe eine Kolben- pumpe 26 vorgesehen.
Unterhalb des Kolbens 27 ist im Zylinder 28 ein Auslassrückschlagventil 29 angebracht, während im
Kolben 27 das Einlassventil 30 sitzt.
Die Membran 31 der ersten Stufe ist blasebalgartig ausgebildet. An ihrem unteren Ende ist die Bo- denplatte 32 dicht schliessend eingesetzt, die über die Verbindungsstange 33 den Kolben 27 bewegt. Wird die Bodenplatte 32 durch den Druck der Abgase im Raum 23 nach unten gedrückt, so wird die Luft in dem
Raum 16 der ersten Stufe vorkomprimiert und strömt in die Verbindungsleitung 34, die in die Druckluft- leitung 35 der zweiten Stufe 26 mündet. Zwischen den Leitungen 34 und 35 ist ein Rückschlagventil 36 vorgesehen.
Wird nun ein Gerät 19 aufgeblasen, so wird, so lange das Gerät 19 ohne wesentlichen Druck gefüllt
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telbar aus der ersten Stufe über die Leitung 34 und das Rückschlagventil 36 zugeführt. Wenn der Druck in dem aufzupumpenden Gerät 19 steigt und der von der ersten Stufe erzeugbare Druck nicht mehr ausreicht, um das Rückschlagventil 36 zu öffnen, und die Bodenplatte 32 sich nicht mehr bewegen kann, so hört die unmittelbare Luftzuführung aus der ersten Stufe auf.
Wird dann der Dreiwegehahn 37 so geschaltet, dass eine direkte Verbindung zwischen dem Raum 16 und der Aussenluft entsteht, so kann sich die Bodenplatte 32 wieder bewegen und die zweite Stufe 26, die auf Grund ihres geringeren Kolbenquerschnittes bei gleichem Druck im Raum 23 ein entsprechendes Vielfaches an Druck aufbringen kann, vollendet die isometrische Drucksteigerung in dem aufzupumpenden Gerät.
Selbstverständlich kann an Stelle des Dreiwegehahnes auch ein Ventil eingesetzt werden, das bei Überschreiten eines gewissen Druckes selbsttätig eine direkte Verbindung des Raumes 16 zur Aussenluft herstellt. Auch die Verbindung zwischen den Leitungen 34 und 35 kann wegfallen. Dann muss die Leitung zu dem aufzupumpenden Gerät umgesteckt werden, wenn die Pumpe nach Erreichen des Enddruckes der ersten Stufe stillsteht. Durch die beschriebene Anordnung werden lange Füllungszeiten, wie sie bei alleiniger Verwendung der zweiten Stufe 26 entstehen würden, vermieden.
FUr besondere Zwecke kann natürlich auf den unmittelbaren Einsatz der ersten Stufe verzichtet werden. Bei einer solchen Ausführung würde das Ventil 15 unnötig sein. An seiner Stelle wUrde ein Luftdurchlass genügen.
Bei mehrstufigen Pumpen, die hohe Drücke erzeugen sollen, wie eine solche in Fig. 3 dargestellt ist, kann es zweckmässig sein. einen von den Abgasen betriebenen Motor vorzuschalten, der, ähnlich der ersten Stufe des oben beschriebenen Ausführungsbeispieles Fig. 2, eine Membran 31 mit einer Boden-
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platte 32 aufweist. Durch entsprechende Abänderungen der Hülse 11 und der Zylinder 3 und 6 und entspre- chende Anordnung der Öffnungen in der Hülse und der Verbindungsleitungen können dann die Abgase ab- wechselnd in die Räume 16 und 23 geleitet werden, so dass die Bewegung der Bodenplatte 32 und der
Membran 31 in beiden Richtungen durch den Druck der Abgase bewirkt wird.
Bei der Pumpe gemäss Fig. 3 weisen die aufeinanderfolgenden Pumpkammern jeweils einen ver- minderen Kolbenquerschnitt auf. Durch entsprechende Anordnung der Ventile wird bewirkt, dass die Luft jeweils in denZylinderraum 39 an einer Seite des Kolbens einströmen, aber nicht mehr ausströmen kann.
Die Kolben 41 weisenRückschIagventile 42 auf, die den Weg für die Luft nur in einer Richtung freigeben, so dass die Luft beim Hochgehen der Kolben 41 auf die andere Seite dieser Kolben gelangt. Bei entspre- chend präziser Ausführung lassen sich auf diese Weise hohe Drücke bei guter Förderleistung erreichen. Die
Bewegung der Bodenplatte 32 kann in der Richtung, in der die Hauptarbeit zu leisten ist, durch eine Fe- der 43 unterstützt werden.
An dem Gerät können einManometer 44 und zusätzliche Sicherheitsventile an- gebracht werden.
Bei den in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungen der Pumpe nach der Erfindung erübrigt sich die Anbringung eines Sicherheitsventiles 4, wenn die Durchtrittsbohrung 12 der Hülse 11 in Bewegungsrichtung breiter ist als der Zwischenraum zwischen den Bohrungen 8 und 10. Dann ist nämlich bei der andernfalls die beiden Bohrungen 8 und 10 verschliessendenMittelstellung der Hülse 11 sowohl ein schma- ler Durchlass für die Abgase durch die Bohrung 8 als auch durch die Bohrung 10 freigegeben. Da die Abgase auf diese Weise stets einen Weg zum Entweichen haben, wirkt diese Ausbildung der Durchtrittsbohrung 12 bei Mittelstellung der Hülse wie ein Ablass-bzw. Überdruckventil.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Ein-oder mehrstufige Pumpe zum Fördern und Verdichten von Gasen. insbesondere Luft, die durch von den Zylindern eines Verbrennungsmotors zugeführtes Gas betätigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei der an die Abgasleitung angeschlossenen Pumpe, z. B. einer Membranpumpe, ein oder mehrere gesteuerte oder ungesteuene Ein- und Auslassorgane vorgesehen sind, um die Abgase zwecks Erzielung der Arbeitsbewegung der Pumpe periodisch einem oder mehreren in ihrer Grösse veränderbaren Arbeitsräumen zuzuleiten und nach der Arbeitsleistung abzuleiten, welche Arbeitsbewegung die Förderung und Verdichtung des Gases bzw. der Luft bewirkt.