AT412416B - Ventillose pumpe - Google Patents

Description

AT 412 416 B

Die Erfindung betrifft eine Pumpe mit einem Rohr, durch welches ein Fluid gefördert wird, wobei das Rohr einlaßseitig einen ersten Abschnitt mit einem nicht veränderbaren Förderquerschnitt aufweist, und mit einer Einrichtung zum Erzeugen von transversalen Schwingungen im Fluid. 5 Bei Pumpen wird das zu fördernde Fluid üblicherweise über translatorisch bewegte Teile, z.B. Kolben, oder rotatorisch bewegte Pumpenräder gefördert. Es ist auch bekannt, durch Verdrängen von Fluid in einem deformierbaren Schlauch, z.B. durch Zusammenquetschen des Schlauches, ein Pumpen des Fluids zu bewirken.

Diese bekannten Pumpen haben allerdings bis auf die letztgenannte Pumpenart den Nachteil, 10 daß es im Bereich des zu fördernden Fluids durch aneinandergleitende Bauteile zu Verschleißerscheinungen und gegebenenfalls Verunreinigungen des Fluids kommt bzw. Dichtungsprobleme zu lösen sind. Auch ist es nicht ohne weiteres möglich, durch rotierende Teile oder Ventile z.B. Schlämme mit groben Anteilen, z.B. Steinen, zu fördern.

Aus der US-A-2 888 877 und der DE 956 020 C sind Pumpen bekannt, die einlaufseitig ein 15 starres Rohr aufweisen. Des weiteren sind Pumpvorrichtungen vorgesehen. In der US-A-2 888 877 ist dies ein sinuswellenförmiges Element und in der DE 956 020 C ein Kolben bzw. ein elastisches Rohrstück, das zusammengequetscht werden kann. In der US-A-2 888 877 erfolgt die Pumpwirkung dadurch, dass durch das sinuswellenförmige Element der Querschnitt des Rohres an einer Stelle immer verschlossen ist und wiederholte, fortschreitende Bewegung dieser Stelle die Pump-20 Wirkung erzeugt. Bei der DE 956 020 C erfolgt die Pumpwirkung durch unterschiedliche Reibungswiderstände und Trägheitskräfte in den beiden Rohrabschnitten mit unterschiedlichem Durchmesser.

In der WO 00/62838 A2 ist eine Pumpe beschrieben, bei der sich beidseitig eines mittleren Abschnittes, in dem die Pumpwirkung durch äußere Krafteinwirkung erzeugt wird, elastisch defor-25 mierbare Rohr- bzw. Schlauchabschnitte befinden. Durch das unterschiedliche Elastizitätsverhalten dieser beiden Abschnitte entstehen in diesen Abschnitten unterschiedliche Drücke, so dass bei der elastischen Kontraktion der beiden Abschnitte eine Pumpwirkung in die eine oder andere Richtung entsteht. An die beiden elastischen Abschnitte können sich beidseitig beliebige, d.h. sowohl starre als auch elastische Rohre anschließen. 30 Aus der US 5193986 ist eine Pumpe bekannt, die ein Rohr zum fördern eines Fluids und eine damit verbundene Pumpenkammer aufweist. Im Rohr sind vor und nach der Einmündung der Pumpenkammer in das Rohr Ventile angeordnet, die eine Strömung im Rohr nur in eine Richtung zulassen.

Aus der US 6132187 A ist eine Pumpe bekannt, die ein Rohr mit einem darin angeordneten 35 bistabilen Metallstreifen aufweist. An den Enden des Rohres sind Ventile angebracht, die eine Strömung des zu pumpenden Fluids nur in eine Richtung erlauben.

Die erfindungsgemäße Pumpe arbeitet nach dem Prinzip, dass das Fluid, wenn es in Schwingung versetzt wird, im zweiten Abschnitt mit dem veränderbaren Förderquerschnitt transversale Schwingungen ausführen und sich auf diese Weise in diesem schwingungsfähigen System aus-40 breiten bzw. strömen kann, wogegen im ersten Abschnitt mit dem nicht veränderbaren Förderquerschnitt eine Schwingung je nach Kompressibilität des Mediums nicht oder nur in einem viel geringeren Ausmaß erfolgt. Die Wellen der im Fluid erzeugten Schwingung werden sich daher weitgehend in Richtung des zweiten Abschnittes mit dem veränderbaren Förderquerschnitt ausbreiten, so daß es zwangsläufig zu einer Strömung des Fluids vom ersten Abschnitt zum zweiten Abschnitt 45 kommt.

Die Einrichtung zum Erzeugen von Schwingungen im Fluid ist idealerweise etwa im Anschlußbereich des ersten Abschnittes an den zweiten Abschnitt angeordnet, wobei sich mehrere Möglichkeiten bieten, im Fluid Schwingungen zu erzeugen. Wenn keine besonders hohen Anforderungen an die Reinheit des Fluids gestellt werden, bietet sich die Möglichkeit, relativ zueinander verso schiebbare Teile, wie Kolben, teleskopisch verschiebbare Rohrabschnitte od.dgl., zu verwenden. Wenn diese Voraussetzung nicht zutrifft, bietet sich die Möglichkeit, das Fluid z.B. durch einen von außen auf einen z.B. elastisch verformbaren Abschnitt des Rohres einwirkenden Kolben oder eine den Rohrquerschnitt ringförmig verengende bzw. erweiternde Einrichtung in Schwingung zu versetzen. 55 Hinsichtlich des veränderbaren Förderquerschnittes bietet sich zum einen die Möglichkeit, den 2

AT 412 416 B Förderquerschnitt des zweiten Abschnittes nach außen verändern zu können, was z.B. bei Schläuchen oder Rohren mit einer elastisch dehnbaren Wand oder einem elastisch verformbaren Wandabschnitt der Fall ist. Es besteht aber auch die Möglichkeit, den Förderquerschnitt im Inneren des Rohres zu verändern, indem sich im Inneren des Rohres z.B. ein deformierbarer Einsatz befindet. 5 Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist allerdings dadurch gekennzeichnet, daß der Förderquerschnitt des zweiten Abschnittes Teilquerschnitte aufweist, deren Förderquerschnitt veränderbar ist. Der Gesamtquerschnitt des zweiten Abschnittes kann dabei in jeder Querschnittsebene unveränderbar sein, wobei aber der Förderquerschnitt der Teilquerschnitte derart veränderbar ist, daß die Summe der veränderbaren Teilquerschnitte in jeder Querschnittsebene immer den 10 unveränderbaren Gesamtquerschnitt in dieser Querschnittsebene ergibt.

Bevorzugt Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.

Es zeigt: Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch eine erste Ausführungsform der Erfindung, 15 Fig. 2 eine Seitenansicht der Ausführungsform entsprechend Fig. 1, Fig. 3 eine Draufsicht auf die Ausführungsform von Fig. 2, Fig. 4 eine Ansicht in Längsrichtung der Ausführungsform von Fig. 3, die Fig. 5 bis 9 schematisch weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindungen, die Fig. 10 und 11 schematisch die Anwendung der erfindungsgemäßen Pumpe als Antrieb, z.B. für Schiffe, in Seitenansicht und Draufsicht und die Fig. 12 und 13 weitere Ausführungsformen der Erfindung. 20 In den Fig. 1 bis 4 ist eine erste bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Pumpe dargestellt, die im wesentlichen aus einem Rohr 4 mit einem ersten Abschnitt 1 mit einem nicht veränderbaren Förderquerschnitt und einem zweiten Abschnitt 3 mit einem veränderbaren Förderquerschnitt besteht. Die Wand des Rohres 4 weist ein im Rahmen der Erfindung vemachlässigba-res Formänderungsvermögen unter Druck bzw. Einwirkung von Schwingungen auf, kann aber bei 25 Bedarf biegsam sein, wie dies z.B. von Hydraulikschläuchen bekannt ist.

Der Gesamtquerschnitt des Rohres 4 ist, wie am besten in Fig. 1 und 4 zu sehen ist, in Teilquerschnitte 4a, 4b unterteilt. Diese Unterteilung erfolgt im ersten Abschnitt durch eine starre Trennwand 7. Diese starre Trennwand 7 geht bei 8 in eine elastische Membran über. An dieser Membran 9 greift eine Einrichtung 2 zum Erzeugen von Schwingungen an, die eine an der Memb-30 ran 9 befestigte Druckplatte 10 sowie eine Kolbenstange 11 od.dgl. aufweist, die von einer beliebigen geeigneten Antriebseinrichtung angetrieben wird. Durch die Hin- und Herbewegung der Druckplatte 10 wird die bei 8 sowie am Rohrausgang befestigte Membran 9 in Schwingung versetzt, wie Fig. 1 schematisch zeigt. Das Ende kann auch frei sein. Die Membran muß nur an mindestens zwei Seiten aufgehängt sein. Durch die Schwingung der Membran 9 wird des weiteren der 35 Förderquerschnitt der Teilquerschnitte 4a, 4b verändert, wobei allerdings der Gesamtquerschnitt des Rohres 4 unverändert bleibt.

Da sich die Wellen bzw. Schwingungen durch die elastische Membran 9 im wesentlichen nur in Richtung des Auslasses 6 bewegen werden, da der erste Abschnitt 1 des Rohres 4 ein nennenswertes Schwingen im wesentlichen inkompressibler Fluide nicht zuläßt, ergibt sich zwangsläufig 40 eine Strömung in Richtung der Pfeile 12 vom Einlaß 5 zum Auslaß 6 des Rohres 4.

Je nach Art des zu fördernden Mediums kann die Membran 9 entweder eine dünne elastische Membran sein, aber auch eine aus stabilen und verschleißfesten Platten zusammengesetzte Gliederkette sein, wenn beispielsweise Fluide mit stark verschleißfördemden Inhaltsstoffen wie Schlamm oder Geröll gefördert werden sollen. 45 Bei Bedarf kann sich nach dem Auslaß 6 an die Membran 9 noch eine starre Platte oder Verlängerung anschließen, um ein Umströmen des Randes der Membran 9 am Auslaß 6 so weit wie möglich zu verhindern, was den Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Pumpe verringern könnte.

In Fig. 5 ist eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Pumpe dargestellt, bei der das Rohr 4 wiederum einen ersten Abschnitt 1 mit einem im wesentlichen starren oder druckfesten so Rohr bzw. Schlauch aufweist. Der zweite Abschnitt 3 besteht aus einem doppelwandigen Rohr, wobei die äußere Rohrwand 13 starr ist, wogegen die innere Rohrwand 14 elastisch ist. Im Anschlußbereich des zweiten Abschnittes 3 an den ersten Abschnitt 1 ist wiederum eine Einrichtung 2 zum Erzeugen von Schwingungen vorgesehen, die aus einer nicht näher bezeichneten Einrichtung bestehen kann, welche im Fluid Schwingungen erzeugt. Dies kann entweder eine 55 Einrichtung sein, die wie durch die Pfeile 15 dargestellt den Übergangsbereich mechanisch- 3

AT 412 416 B elastisch deformiert, beispielsweise über Druckstempel, die auf das in diesem Fall elastischen Außenrohr 13 drücken. Alternativ ist es auch möglich, das doppelte Rohr im Übergangsbereich, z.B. mit einer Druckmanschette, unter Druck zu setzen, so daß die Innenwand 14 im Übergangsbereich periodisch nach innen gedrückt und das Fluid somit in diesem Bereich verdrängt wird, so daß 5 die in Fig. 5 durch die strichlierte Linie symbolisch angedeutete Schwingung der Innenwand 14 des Rohres entsteht.

Bei der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform wird der veränderbare Förderquerschnitt des zweiten Abschnittes 3 dadurch geschaffen, daß innerhalb eines starren Außenrohres 13 ein abgeschlossener, deformierbarer Einsatz 16 angeordnet ist, der beispielsweise mit Luft oder einem 10 anderen kompressiblen Medium gefüllt ist. Das Rohrende des ersten Abschnittes 1 ist konzentrisch im Rohr 13 aufgenommen, wobei zwischen dem Rohr 1 des ersten Abschnittes und dem Rohr 13 ein Ringspalt gebildet wird, in dem eine Hülse 25 abgedichtet und verschiebbar gelagert ist. Durch axiales Verschieben der Hülse 16 in Richtung der Doppelpfeile 17 wird im Fluid wiederum eine Schwingung erzeugt, welche eine Förderung des Fluids vom Einlaß 5 zum Auslaß 6 des Rohres 4 15 bewirkt.

Bei der in Fig. 7 dargestellten Ausführungsform ist das Rohr des zweiten Abschnittes elastisch verformbar, weist allerdings im Übergangsbereich zum Abschnitt 1 eine Erweiterung 18 auf, die starr ist. In dieser Erweiterung 18 ist das Rohrende des ersten Abschnittes konzentrisch aufgenommen. Das Rohrende des ersten Abschnittes weist des weitem im Übergangsbereich innerhalb 20 der Manschette 18 eine vergrößerte Wandstärke auf, so daß es bei einer Relativbewegung des ersten ersten Abschnittes 1 und zweiten Abschnittes 3 zu einer Pumpbewegung kommt, welche wiederum die Schwingungen im Fluid und in weiterer Folge die erzwungene 'Fluidströmung vom Einlaß 5 zum Auslaß 6 bewirkt.

Bei der vereinfachten Ausführungsform gemäß Fig. 8 ist ein starrer erster Abschnitt mit einem 25 nicht veränderbaren Förderquerschnitt mit einem zweiten Abschnitt 3 mit einem veränderbaren Förderquerschnitt verbunden. Das Rohr 4 könnte beispielsweise eine quadratische, rechteckförmige oder elliptische Querschnittsform aufweisen, wobei eine, im Ausführungsbeispiel die obere Wand des zweiten Abschnittes, elastisch deformierbar ausgeführt ist. Wenn auf diesen Wandabschnitt von außen periodisch eine mechanische Kraft einwirkt, wie durch den Doppelpfeil 19 sym-30 bolisch dargestellt ist, wird wiederum eine Schwingung im Fluid und somit eine Pumpwirkung erzeugt.

In Fig. 9 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der zwischen dem ersten Abschnitt 1 und dem zweiten Abschnitt 3 eine Art Kolbenpumpe 23 angeschlossen ist, welche die Schwingung im zweiten Abschnitt 3 erzeugt, der wiederum als elastisches Rohr ausgeführt ist. 35 In Fig. 12 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der eine Platte 10, mit der entsprechend Fig. 1 die Schwingungen erzeugt werden, nicht in der Membran 9 sondern in der starren Trennwand 7 angeordnet ist und mittels einer Kolbenstange 11 oder dergleichen quer zur Längserstreckung des Rohres bewegt werden kann.

In Fig. 13 ist schließlich eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei der Platten 24 an 40 gegenüberliegenden Seiten des Rohres 3 beweglich angeordnet sind. Diese Platten werden derart synchron bewegt, daß sich die untere Platte 24 und die obere Platte 24 gleichzeitig und gemeinsam nach oben und unten bewegen, wodurch im Fluid eine entsprechende Strömung bzw. Schwingung erzeugt wird, die auch auf die Membran 9 übertragen wird.

In den Fig. 10 und 11 ist in Seitenansicht und Draufeicht eine erfindungsgemäße Pumpe in 45 Form eines Rohres 4 dargestellt, das über eine Halterung 20 an einem Schifferumpf 21 befestigt ist. Die Halterung 20 dient einerseits zum Verschwenken des Rohres 4, wie in Fig. 11 durch den Pfeil 22 angedeutet ist, und anderseits zum Durchführen der technisch notwendigen Einrichtungen zum Erzeugen der Schwingungen im Fluid. Durch die Pumpwirkung entsteht eine Fluidströmung vom Einlaß 5 zum Auslaß 6, welche naturgemäß eine entgegengesetzte Bewegung des Schiffes so bewirkt.

Wie aus den Ausführungen weiter oben und in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen ersichtlich ist, ist es für die Funktion der erfindungsgemäßen Pumpe wesentlich, daß ein Abschnitt des Rohres einen nicht veränderbaren Förderquerschnitt aufweist, so daß sich in diesem die im Fluid erzeugten Schwingungen nicht oder nur in geringerem Ausmaß fortsetzen als im zweiten 55 Abschnitt mit einem veränderbaren Förderquerschnitt, in welchem transversale Schwingungen des 4

Claims (16)

1. AT 412 416 B Fluids zugelassen werden. Dadurch werden die Schwingungen, die im zweiten Abschnitt in Längsrichtung des Rohres vor und zurück laufen, am ersten Abschnitt praktisch reflektiert (durch die Trägheit des Fluids und Starrheit des ersten Abschnittes), so daß es insgesamt zu einer Strömung im Rohr 4 kommt, die vom Einlauf 5 zum Auslaß 6 fließt. Sofeme es sich im Bereich des Auslasses 5 6, insbesondere bei Rohren mit elastischen Außenwänden, nicht vermeiden läßt, daß dieser dort eingespannt wird und sich daher auch dort ein kurzer Bereich befindet, in dem sich der Förderquerschnitt nicht verändern läßt, widerspricht dies nicht dem Gedanken der Erfindung, sofeme dieser Abschnitt so kurz ist, daß keine Behinderung der Schwingung bzw. Strömung in einem Ausmaß erfolgt, wie dies durch den ersten Abschnitt des Rohres geschieht. 10 Wesentlich ist, daß die Schwingung in der Nähe des Zusammenstoßens zwischen erstem und zweitem Abschnitt erfolgt. Durch geeignete Abstimmung der Längen und Förderquerschnitte des ersten und zweiten Abschnittes (der Gesamtquerschnitt des ersten Abschnittes muß nicht zwangsläufig gleich groß sein wie der Gesamtquerschnitt des zweiten Abschnittes) und der Frequenz, mit der die Schwin-15 gung im Fluid erzeugt wird, sowie der Elastizität bzw. des Formänderungsverhaltens des zweiten Abschnittes kann das Förderverhalten der Pumpe sehr gut an die jeweiligen Erfordernisse angepaßt werden. Auch ist es möglich, den Gesamtquerschnitt des zweiten Abschnittes nicht nur in zwei, sondern auch in mehrere Teilquerschnitte zu unterteilen, wobei durch geeignete Erregung des Fluids in den einzelnen Teilquerschnitten eine nahezu pulsffeie Strömung erzielt werden kann. 20 Es ist auch möglich, ein oder mehrere Tiefpaßelemente nach dem Auslaß 6 anzubringen, um den Fluidstrom zu glätten. Die Verwendung von höheren Schwingungsfrequenzen wirkt sich auf die Glättung des Fluidstromes ebenfalls positiv aus. Es besteht bei der Erfindung außerdem kaum die Gefahr von Verletzungen durch mechanisch bewegte Teile, was die Erfindung z.B. als Antrieb für Rettungsboote attraktiv macht. Wenn die 25 erzeugten Druckschwankungen nicht zu groß sind, können auch Wassertiere, wie Fische oder Meeressäuger, gepumpt werden, ohne Schaden zu erleiden. Es zeigt sich auch, daß die meisten Bauformen sehr schmutz- und verschleißunempfindlich sind und auch z.B. mit Schlamm und Steinen verunreinigtes Wasser gepumpt werden kann, ohne die Pumpe zu beschädigen oder zu verstopfen. 30 Durch geeignete Dimensionierung und Abstimmung der Pumpe ist es auch möglich, Gase zu fördern. PATENTANSPRÜCHE: 35 40 45 50 1. Pumpe mit einem Rohr (4), durch welches ein Fluid gefördert wird, wobei das Rohr (4) einlaßseitig (5) einen ersten Abschnitt (1) mit einem nicht veränderbaren Förderquerschnitt aufweist, und mit einer Einrichtung (2) zum Erzeugen von transversalen Schwingungen im Fluid, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (4) auslaßseitig (6) einen zweiten Abschnitt (3) mit einem veränderbaren Förderquerschnitt aufweist.
2. 2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Förderquerschnitt des zweiten Abschnittes (3) Teilquerschnitte (3a,3b) aufweist, deren Förderquerschnitt veränderbar ist.
3. 3. Pumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gesamtquerschnitt des zweiten Abschnittes <3) nicht veränderbar ist und daß die Summe der veränderbaren Teilquerschnitte (3a,3b) in jeder Guerschnittsebene den Gesamtquerschnitt ergibt.
4. 4. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Abschnitt (3) wenigstens eine sich in Längsrichtung des Rohres (4) erstreckende Membran (9) aufweist.
5. 5. Pumpe nach Anspruch 2 oder 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran <9) den zweiten Abschnitt (3) des Rohres in die Teilquerschnitte (3a,3b) unterteilt.
6. 6. Pumpe nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich eine Verlängerung (7) der Membran (9) als starrer Teil bis in den ersten Abschnitt (1) erstreckt.
7. 7. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im zweiten Abschnitt (3) ein inneres, deformierbares Rohr angeordnet ist. 5 55 AT 412 416 B
8. 8. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Abschnitt eine deformierbare Rohnwand aufweist.
9. 9. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Abschnitt einen deformierbaren Einsatz (16) aufweist.
10. 10. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die-Einrichtung (2) zum Erzeugen von Schwingungen etwa im Anschlußbereich des ersten Abschnittes (1) an den zweiten Abschnitt (3) angeordnet ist.
11. 11. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (2) zum Erzeugen von Schwingungen den Pörderquerschnitt im zweiten Abschnitt (3) 10 verändert.
12. 12. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Abschnitt (1) und der zweite Abschnitt (3) relativ zueinander bewegbar sind.
13. 13. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (2) zum Erzeugen von Schwingungen ein transversal im zweiten Abschnitt verschieb- 15 barerTeil(10)ist.
14. 14. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (2) zum Erzeugen von Schwingungen ein achsial im zweiten Abschnitt verschiebbarer Teil (10,23) ist.
15. 15. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrich- 20 tung (2) zum Erzeugen von Schwingungen den Förderquerschnitt ringförmig verändert.
16. 16. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der veränderbare Förderquerschnitt durch ein unter Spannung, vorzugsweise Zugspannung, stehendes Element begrenzt ist, dessen Spannung veränderbar bzw. einstellbar ist. HIEZU 2 BLATT ZEICHNUNGEN 45 50 6 55