DE1453436A1 - Kolbenpumpe zum Mischen und Foerdern von Fluessigkeiten in veraenderlichen Mengenverhaeltnissen - Google Patents

Description

Pullertön, California / U.S.A.

Vorliegende Erfindung besieht eich auf eine Kolbenpumpe zum Mischen und fördern von flüssigkeiten in veränderlichen Mengenverhältnissen und insbesondere auf eine Stufenkolbenpumpe, die ein aus veränderlichen Anteilen von Eineelflüsaigkeiten ausammengesetatea flüssigkeitsgemiach im kontinuierlichen flufi fördert.

Kolbenpumpe sum Mischen und fördern von flüssigkeiten in veränderlichen Mengenverhältnissen.

Prioritäti 13. Juli 1961 U.S.A. Nr. 123 891

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Häufig, insbesondere beim Z'entrifugieiverfahren, ist es erforderlich,' zwei Flüssigkeiten gleichzeitig mit konstantem Gesamtdurchsatz zu fördern. Zusätzlich ist es vielfach erwünscht, die Konzentration oder das Mengenverhältnis der beiden zu fördernden Flüssigkeiten veränderlich zu machen. Beispielsweise kann es beim Zentrifugieren eines Gemische aus gesättigter Zuckerlösung und Wasser erwünscht sein, mit Wasser allein zu beginnen und dann den Mengenanteil an gesättigter Zuckerlösung fortlaufend zu steigern» Dabei soll jedoch während des gesamten Zentrifugiervorganges der Gesamtdurchsatz an Wasser und gesättigter Zuckerlösung konstant gehalten werden.

In anderen Anwendungsgebieten kann es erforderlich sein, die Dichte, den p-^-Wert, die Leitfähigkeit oder irgendeine andere Eigenschaft oder Größe fortlaufend zu verändern. Dabei kann die Änderung geradlinig exponentiell oder dergleichen sein. Jedoch soll der Gesamtdurchsatz an Förderflüssigkeit unabhängig vom Mengenverhältnis der zusammengemischten Flüssigkeiten sein.

Gemäß dem bekannten Stand der Technik sind für die Durchführung derartiger Verfahren mindestens zwei verschiedene Systeme vorgeschlagen worden. Beim ersten dieser bekannten Systeme

wird eine Gruppe von Behältern mit verschiedenen Lösungen gefüllt. Durch entsprechende Formgebung dieser Behälter und indem man die Behälter in entsprechender V/eise untereinander verbindet, kann man ein Flüssigkeitsgemisch mit veränderlichen Mengenverhältnissen entnehmen» Dieses System ist jedoch auf endliche Gesamtvolumina beschränkt, und eine Unterbrechung während des Ablaufs des vorgegebenen Programms zwecks herstellung eines konstanten Mischungsverhältnisses ist nicht möglich. Außerdem ist es schwierig, mit einem derartigen System aus geformten Behältern plötzliche oder sprunghafte Änderungen der Mengenverhältnisse zu erhalten.

Bei einem anderen bekannten System werden die zu mischenden Flüssigkeiten in getrennte Behälter eingegeben. In bestimmter Weise geformte Körper werden mit vorgegebener Geschwindigkeit in die Behälter eingetaucht, wobei sie eine von der Eintauchgeschwindigkeit und der Körperform oder -gestalt abhängende FlüssigkeitsVerdrängung hervorrufen. Auch hier kann nur Liit endlichen Gesamtvolumina gearbeitet und der Programmablauf nicht zwecks Herstellung eines konstanten Mischungsverhältnisses unterbrochen bzw. abgebrochen werden.

Erfindungsgemäß ist eine Kolbenpumpe zum Fördern eines Gemisches aus einer ersten und einer zweiten Flüssigkeit vorgese-

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hen, bei der das Mengenverhältnis im geförderten Gemisch beigleichbleibender !'orderIeistung pro Pumpenhub verändert werden kann. Die erfindungsgemäße Pumpe kennzeichnet sich dadurch, daß eine erste und eine zweite Kolbenpumpenstufe vorgesehen sind, wobei die zweite Stufe jeweils mit vollem Kolbenhub arbeitet und während ihres Ansaughubes in offener Verbindung mit sowohl der zu diesem Zeitpunkt die erste Flüssigkeit fördernden ersten Pumpenstufe als auch mit einer Quelle der zweiten Flüssigkeit steht-derart, daß der Einlauf der zweiten Stufe minus dein Ausstoß der ersten Stufe gleich dem Einlauf an zweiter Flüssigkeit in die zweite Pumpenstufe ist» und daß Mittel vorgesehen sind, durch die der Arbeitshub der ersten Pumpenstufe zwecks Änderung der Zusammensetzung des Gemisches unabhängig verändert werden kann»

Weitere Merkmale und Zwecke der Erfindung werden aus der nachstehenden Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnungen ersichtlich j .

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine teilweise im Schnitt dargestellte Vorderansicht einer erfindungsgemäßen ätufenpumpe;

Fig. 2 eine Schnittansicht längs der Linie 2-2 in Pig. 1 j* Figo 3-6 die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Pumpe veranschaulichende schematische Darstellungen?

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Pig. 7 eine schematische Darstellung der in Pig. 1 und 2 gezeigten Pumpenausfuhrung;

Fig. 8 ein Schaubild, das die Hubverläufe mehrerer Zweitstufenkolben in der in Pig. 1 gezeigten Pumpe veranschaulicht j

Pig» 9 eine graphische Darstellung, die veranschaulicht, wie sich das von den verschiedenen Zweitstufenkolben mit den in Pig. 8 gezeigten Arbeitshub en erzeugte G-esamtfördervolumen zusammensetzt;

Fig.10 ein Schnitt längs der Linie 10-10 in Pig. 1, der die Steuernockenbahn für eine der Zweitstufen in der Pumpe nach Pig. 1 darstellt?

Fig.11 eine schematische Ansicht einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pumpe, bei der mehr als zwei Flüssigkeiten zusammengemischt werden;

Fig.12 eine Ansicht eines aus Metallblech gestanzten Programmgebernockens für eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pumpe ι und

Fig.13 eine perspektivische Ansicht des in Fig. 12 gezeigten Programmgebernockens im zusammengebauten Zustand.

TJm daa Verständnis der nachstehenden Erfindungsbeschreibung zu erleichtern, sollen zunächst die für die verschiedenen in

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Betracht kommenden Arten von Flüssigkeitsströmung verwendeten Begriffe definiert werden,, So soll der Begriff "kontinuierlich", wenn er sich auf eine Flüssigkeitsströmung bezieht, bedeuten, daß die Strömung nicht durch endliche Flüssigkeitsvolumina begrenzt ist sondern über einen unbestimmten Zeitraum, der lediglich vom ,jeweiligen Bedarf an Förderflüssigkeit und gegebenenfalls von der Gesamtzeit einer Einzelumdrehung des · später ausführlich zu beschreibenden Programmgebernockens abhängt, andauern kann_o Jedoch bedeutet die Gresamtumdrehungszeit des Programmgebernockens dann keine zeitliche Begrenzung, wenn die entsprechende Änderung des Mischungsverhältnisses repetierend auftritt»

Der Begritt "konstant" soll bedeuten> daß der Fluß oder die Strömung über einen gegebenen Zeitraum, jedoch nicht notwendigerweise jeweils im betrachteten Zeitpunkt, konstant oder stetig ist. Unter "konstantem" Fluß kann daher sowohl eine pulsierende als auch eine nichtpulsierende Strömung verstanden sein.

Unter "gleichförmiger" Strömung soll eine Strömung verstanden sein, die frei von Pulsationen ist, jedoch sich in der Durchsat zgeschwindigkeit kontinuierlich ändern kann.

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Während die bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stufenpumpe in Fig. 1 und 2 gezeigt ist, läßt sich das Arbeitsprinzip der Pumpe deutlicher anhand der schematisch in Pig. 3 bis 6 gezeigten einfacheren Ausführungsform erläutern. Die in den letztgenannten Figuren gezeigte Ausführungsform hat lediglich eine einzige Zweitstufe, während die bevorzugte Ausführungsform drei derartige Zweitstufen aufweist. Es treten jedoch nur bei einer einzigen Zweitpumpenstufe im allgemeinen die gleichen Grundprinzipien auf wie oei Terwendung mehrerer Zweitpumpenstufen.

In Fig. 3-6 sind schematisch vier getrennte Arbeitsphasen der erfindungsgemäßen Stufenpumpe veranschaulichte Und zwar hat die Pumpe (Fig. 3) eine erste Pumpenstufe I5I und eine zweite Pumpenstufe 153. Die erste Pumpenstufe 151 kann über das Ventil 161 selektiv an eine Quelle 155 einer ersten Flüssigkeit A angeschlossen werden, während die zweite Pumpenstufe 153 über die Leitung 159 und das Ventil 163 selektiv an eine Quelle einer aweiten Flüssigkeit B angeschlossen werden kann. Die erüte und die zweite Pumpenstufe 151 und 153 können über die Ventile 161· und 163 selektiv untereinander verbunden werden, wahrend das Ventil 163' die zweite Pumpenstufe selektiv an die Ausströuieitun_t'. anschließt, wie spätei ersichtlich werden 7,'irö, strömt, gesehen in Blickrichtung der Figo 3-6, die Flüs-

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sigkeit in den einzelnen Stufem jeweils vo/n links ein und nacii rechts aus_o

Wie in Pig. 3-6 "gezeigt, haben die "beiden Pumpenstufen 151 und 153 je einen Kolben 165 bzw» 167_? der durch JTedern 169 bzw» 171 elastisch nach unten gezogen wird» line Antriebswelle 173 dreht zwei Nocken 175 und 177, die mit an den Kolben 165 bzw, 167 befestigten Nockenstößel!! 185 bawo 187 zusammenarbeiten* Eine zweite Welle 179 dreht einen Nocken 181, der mit einem gleichfalls am Kolben 165 befestigten Nockenstößel 183 zusammenarbeitet ο Die Nocken 175 und 177 dienen dazu, den entsprechenden Kolben nach oben zu führen und eine durch die jeweilige Form des Nockens bestimmte elastische Abwärtsbewegung unter dem Zug der dazugehörigen leder zu ermöglichen» Wie später ersichtlich werden wird, sind die Steuerkurven oder -bahnen der Nocken vorzugsweise so gestaltet, daß die Püllgeschwindigkeit der Pumpenstufe 153 gleich der Sntleerungsgesciiwindigkeit der Pumpenstufe"151 ist» Der Nocken 181 dient dazu, den _£ ^! _;ewüns eilten veränderlichen i-.Ien^enanteil der Flüssigkeit A im Gesastflüssigkeitsausstoß der Pumpe ;.-:u liefern. Dies wird, allgemein gesamt, dadurch erreicht, daß der Abwärtshub des Kolbens 165. und dadurch die in die Pumpenstufe I5I eingesaugte Plüssigkeitsnenge bejrenat -.vird.

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Im Betrieb der Pumpe sind während der ersten Phase die Venti-.Ie 161¹ und 163 geschlossen, wie in Fig« 3 gezeigt. Die Hocken 175 und 177 sind so eingestellt und die ¥elle 173 wird so gedreht, daß der docken 175 den Kolben 165 nach unten führt, während der Hocken 177 den Kolben 167 nach oben drückt. Durch das Anheben des Kolbens 167 wird die zweite Stufe 153 in die Ausstromleitung 164 entleert. Da das Ventil 163 geschlossen ist, kann keine Flüssigkeit aus der zweiten Stufe 153 in die leitung 159 oder in die erste Pumpenstufe 151 fließen.

Zugleich hat die Abwärtsbewegung des Kolbens 165 zur Folge, daß aus der Quelle 155 Flüssigkeit in die erste Pumpenstufe 151 fließt. Da das Ventil 161' geschlossen ist, kann aus der ieitung 159 keine. Flüssigkeit angesaugt werden₀ Es ist klar, daß die Llenge der aus der Quelle 155 in die erste Stufe 151 gesaugten Flüssigkeit durch den jeweiligen Abwärtshub des Kolbens 165 bestimmt wird, Wird daher durch die Steuerkurve des Nockens 181 die Abwärtsbewegung des Kolbens 165 unterbrochen, so hört der Zufluß an Flüssigkeit aus der Quelle 155 auf. Es ist demnach die Menge der in die erste Stufe 151 gesaugten Flüssigkeit A dem Radius der liockenbahn des liockens 181 am jeweiligen Berührungspunkt mit dem Nockenstößel 183 direkt proportional, Man kann daher durch entsprechende Formgebung und Drehung des Nockens die in die erste Stufe eingesaugte Menge an Flüssigkeit A während des Betriebs der Pumpe beliebig variieren. Ferner

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kann man, indem man den Nocken 181 in seiner Lage festhält, die Zuflußmenge an Flüssigkeit A während des gesamten Betriebs der Pumpe oder während eines beliebigen Teilabschnitts des Pumpenbetriebs konstant halten,, Außerdem kann man die Steuerbahn des Nockens so gestalten, daß der Mengenanteil während bestimmter Abschnitte des Pumpenbetriebs veränderlich und während anderer Abschnitte konstant ist. Obgleich sich die 7/el-Ie 179 mit dem dazugehörigen Nocken 181 dreht, ist ihre Drehgeschwindigkeit sehr viel langsamer als die der Y/elle 173, die den eigentlichen Antrieb der Kolben besorgt. Es durchläuft daher der Kolben 165 unter der führung des Nockens 175 einen oder mehrere Aufwärts- und Abwärtshube, ehe der Nocken 181 sich um soviel gedreht hat, daß er den Kolben um eine meßbare Strecke bewegt» Der Nocken 181 wirkt somit im eigentlichen Sinne nicht als Steuernocken sondern vielmehr als veränderlicher oder verstellbarer Hubbegrenzer»

In Fig. 4 ist die zweite Phase veranschaulicht, bei der die Bewegung des Kolbens 165 durch den Nocken 181 gestoppt wird. Auf Grund seiner Steuerkurvenform und seiner Drehung hat der Nocken 175 sich vom Nockenstößel 185, der durch den am Stößel 183 angreifenden Nocken 181 in seiner Lage festgehalten wird, abgesetzt« Dagegen greift der Nocken 177 nach wie vor am Stößel 187 an, so daß weiter Flüssigkeit aus der Stufe 153 in die Leitung 164 ausströmt»

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Während der in Pig. 5 veranschaulichten dritten Phase sind die Ventile 161' und 163 geöffnet, die Ventile 161 und 163' dagegen geschlossen, ^s sind daher über die Leitung 159 die erste stufe 151 und die zweite Stufe 153 effektiv untereinander verbunden. Dabei bleibt der kolben 165 in der ersten Stufe ohne Bewegung, da der Antriebsnocken 175 immer noch nicht am Stößel 185 angreifte

Dagegen bewegt sich zu diesem Zeitpunkt der Kolben 167 unter der Führung des Uockens 177 nach unten, so daß flüssigkeit B aus der Quelle 157 über die Leitung 159 in die zweite Pumpen-Stufe 153 gesaugt wird. Obwohl zu diesem Zeitpunkt eine freie Verbindung zwischen der ersten und. der zweiten Pumpenstufe herrscht, strömt keine flüssigkeit aus der ersten in die zweite Stufe, da der Kolben 165 in Ruhe ist·

Wie in Pig. 6 gezeigt, berührt beim Weiterdrehen der Welle der Hocken 175 schließlich den Stößel 185, so daß der Kolben 165 nach oben gedruckt wird. Die öteuerkurven der Nocken und 177 sind so gewählt, daß zu diesem Zeitpunkt die Aufwärtsbewegung des Kolbens 165 gleich der Abwärtsbewegung des Kolbens 167 ist. Außerdem sind die Nocken so eingestellt, daß der Kolben 165 den Scheitelpunkt seines Hubes zur gleichen Zeit, oder noch vorher, wie der 'Kolben 167 den Pußpunkt seines Hubes er-

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reicht. Es ist daher, wenn die Zylinder der beiden Stufen I5I und 153 gleichen Durchmesser haben, die Menge der aus der ersten Stufe 151 hinausgedrückten Flüssigkeit A gleich der Menge der in die zweite Stufe 153 eingesaugten Flüssigkeit» Folglich fließt die Flüssigkeit aus der ersten Stufe 151 unmittelbar in die zweite Stufe 153, ohne daß zusätzliche Flüssigkeit B über die leitung 159 angesaugt wirdo

Da die zweite Stufe 153 rnit jedem Hub vollständig gefüllt und vollständig entleert wird, ist die in die !Leitung 164 hinausgepumpte Gesamtflüssigkeitsnienge dann Konstant, wenn die Arbeitsleistung oder der Durchsatz der zweiten Stufe 153 konstant ist, und zwar unabhängig davon, welche Mengen an bestimmter Flüssigkeit ,jeweils aus der ersten Stufe I5I oder aus der Quelle 157 zufließen,. Weiter ist zu beachten, daß die gesamte in die Stufe I5I eingesaugte Flüssigkeit A anschließend in die iStufe 153 .gepumpt wird, Man kann daher, indem man die in die Stufe 151 eingesaugte Flüssigkeitsmenge verändert, das Gesamtmenge nverhaitnis der Flüssigkeit A zur Flüssigkeit B in der Ausströmleitung 164 entsprechend verändern» Die Gesamtmenge der aus der leitung 164 gepumpten Flüssigkeit kann gewünschtenfalls dadurch verändert werden, daß man die Drehgeschwindigkeit der Welle 173 und damit effektiv die Förderleistung oder den Durchsatz der gesamten Pumpenanlage verändert.

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Obwohl der Mengendurchsatz an Flüssigkeit durch die Leitung • 164 unabhängig von den entsprechenden Mengenanteilen an Flüssigkeit A und Flüssigkeit B über einen bestimmten Zeitraum konstant sein kann, herrscht wegen der Hin- und Herbewegung dea Kolbens 167 in der Leitung 164 tatsächlich eine pulsierende Strömung. Dieser pulsierende Ausstoß kann dadurch beseitigt werden, daß man, wie in Pig» 1 gezeigt, mehrere Zweitpumpenstufen verwendet. Das Arbeitsprinzip ist dabei jedoch das gleiche wie bei der in Fig. 3-6 gezeigten Pumpenanlage»

In Fig. 7 ist achematisch die in Fig» 1 und 2 dargestellte Pumpenanlage angedeutet, wobei speziell die Art und Weise, in der die verschiedenen Stufen untereinander verbunden sind, veranschaulicht ist. Und zwar ist eine erste Stufe 189, die der Stufe 151 in Fig. 3-6 entspricht, mit ihrem Eingang über ein Ventil 193 an die Quelle I9I der Flüssigkeit A angeschaltet. Jede der %eitstufen X, Y und Z ist mit ihrem Eingang an eine Quelle I99 der Flüssigkeit B über entsprechende Ventile 201 und die Leitung 2o2 angeschlossen. Außerdem sind die Eingänge der einzelnen Zweitstufen jeweils über Ventile 201, die Leitung 202 und ein Ventil 203 mit dem Ausgang der Erststufe 189 verbunden. Die Ausgänge sämtlicher Zweitstufen X, Y und Z sind über entsprechende Ventile 209 an die gemeinsame Ausströ'mleitung 207 angeschlossen. Indem man die Tätigkeit der Ventile

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201 und 2C9 entsprechend zeitlich stuert, kann man erreichen, daß die vereinigten drei Ausgangβstufen in der gleichen Weise arbeiten wie die Anlage nach Pig. 3 bis 6, wobei jedoch der Fluß in der Ausströmleitung 207 gleichförmig ist.

Verwendet man mehrere Zweitstufen zusammen mit nur einer Erststufe, so ist zu beachten, daß, um eine gute Durchmischung zu erreichen, die Erststufe ihren Anteil an Flüssigkeit A jeweils pro Einzelhub ,jeder einzelnen Zweitstufe ansaugen und ausstoßen muß. Wenn daher die in Fig. 7 gezeigte Anzahl an Zweitstufen verwendet wird, so muß der Arbeitszyklus der Erstpumpenstufe dreimal so schnell sein wie die Arbeitszyklen aer einzelnen drei Zweitpumpenstufen. Dies kann dadurch erreicht werden, daß man (Fig. 3-6) den Hocken 175 mit dreimal so großer Geschwindigkeit dreht wie die zu den drei Zweitstufen gehörigen' liocken 177. Oder aber man kann die iiOrm des Nockens 175 so wählen, daß seine Steuerbahn dreimal so viele Anstiege wie die der Hocken 177 aufweist, wobei dann sämtliche liocken mit gleicher Geschwindigkeit zu drehen sind. Unabhängig davon, mit welchen Mitteln man die Arbeitsgeschwindigkeit der Erststufe erhöht, ist dafür zu sorgen, daß zu einem gegebenen Zeitpunkt die i.usströmm«nge aus der Erststufe niemals größer als die Gesamteinströmmenge nach sämtlichen Zweitstufen ist. Beachtet man diese Vorsichtsmaßnahme, so kann die aus der Erststufe ausfließende Flüssigkeit A niemals in die leitung 202 nach der Quelle der Flüssigkeit B fließen.

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Die Arbeitsweise der in Pig. 7 gezeigten Anlage wird am besten an Hand der in Pig. 8 und 9 gezeigten Schaubilder deutlich. Pig. 8 veranschaulicht den Hub der einzelnen Kolben in den verschiedenen ^weitstufen X, Y und Z. Dabei ist die jeweilige Hubsteilung als Punktion der Drehung, in Grad, der Welle, auf der die öteuernoccen für die einzelnen Zweitstufen-, kolben angeordnet sind, dargestellt. Von 0° bis annähernd 150° Wellendrehung stößt die Stufe X flüssigkeit aus, während von 120° bis 270° die Stufe Y und von 240° über 360° bis 30° die Stufe Z Flüssigkeit ausstößt.

Infolge der Tätigkeit der Ventile 201 und 209 werden die leitungen aus den entsprechenden Zweitstufen X, Y und Z zu jeweils festgesetzten Zeiten mit der Einströmleitung 202 und der Auüstromleitung 207 verbunden., iian sieht aus Fig« 8, daß während der ersten 30° der Weliendrehung nicht nur die Stufe X sondern auch die Stufe Z sich im Vorwärtshub befindet» Es tritt daher beim Umschalten von einer Stufe auf die andere eine Überlappung auf. Diese Überlappung sorgt für einen glatten und gleichförmigen Fluß in der Ausströialeitung 207₀

\7ie nan aus Fig. 9 sieht, fördert während eines beträchtlichen

. . _t der

[Teiles des Arbeitszyklus¹ jeweils eine einzige/ütufen X, Y und Z den gesamten Ausstoß. Während der Übergangszeit, da von einer

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Stufe auf eine andere umgeschaltet wird, ist die Summe des Ausstoßes der beiden Übergangsstufen gleich der vollen Ausflußmenge» Bs fördern daher von 0° bis 50° sowohl die Stufe Z als auch die Stufe X und zwischen 120° und 150° sowohl die Stufe X als auch die Stufe Y. Zwischen 50° und 120° wird die gesamte Fördermenge von der Stufe X geliefert« Entsprechende Vorgänge treten bei den anderen Übergängen auf.

In Pig ο 1 und 2 ist eine Stufenpumpenanlage gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gezeigt,, Und zwar zeigen. Pig. 1 und 2 im wesentlichen Einzelheiten der Anlage nach Fig.?. Die Anlage ist auf einer Grundplatte /11 mit einer daran befestigten hochstehenden Wandung 13 montiert. Die Erststufe 14 und die einzelnen Zweitstufen X, Y und Z sind längs der Wandung 13 angeordnet» Am oberen Ende an der einen Seite der Vertikalwandung 13 sind entsprechende Halterungsteile 15, 16, 1? bzw. 18 zum kontieren der einzelnen Pumpenstufen befestigt»

Wie man am besten aus Pig. 2 sieht, hat jedes der Halterungsteile 15, 16, 17 und 18 einen oberen und einen unteren nach außen verlaufenden Arm 21 bzw. 23. üln Teil 25 mit einem Hals 27 und einer. Schulter 2y ist in einer öffnung 31 in jedem "der unter en. Arme 23 starr befestigt. Das i'eii 25 kann am Arm 23 durch eine Schraubverbindung, im Klemm- oder .reis sit ζ oder auf irgendeine andere geeignete Weise befestigt sein.

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Das !Teil 25 iiat eine durchgehende Längsbohrung 33« im unteren ■ Ende des Heiles 25 befindet sich ein Schraubgewinde 35 zum Einschrauben in die mit Gewinde versehene Öffnung einer Hülse oder Buchse 37.

Wie man besonders aus Pig. 1 sieht, hat die Buchse 37 an ihrem unteren Ende einen nach innen vorstehenden Ringflansch 39· Eine Federtrommel 43f deren Außendurchmesser größer ist als der Innendurchmesser des Flansches 39» ist zwischen dem angeschraubten Flansch 39 und dem Teil 25 so eingepaßt, daß ihre Öffnung sich mit der Bohrung 33 deckt. Zwischen dem Flansch 39 und der Federtrommel sitzt ein elastischer iting 41 ·

In der Trommel oder im Zylinderrohr 43 gleitet ein Kolben 45, der mittels einer Platte 49 und Schrauben 51 am Boden eines Topfes 47 festgehalten ist. Der Topf 47 enthält ein !lösungsmittel oder Schmiermittel, beispielsweise Wasser, für den Kolben, ^s wird daher, wenn die Anlage irgendwelche Lösungen, beispielsweise gesättigte Zuckerlösung, pumpt, der Kolben ständig von kristallisiertem Zucker gesäubert.

Der Topf 47 ist am oberen Ende einer Stange 53 befestigt oder bildet einen Teil dieser Stange. Am unteren Ende der Stange 53 ist ein Joch 55 befestigt. Vom Jooh 55 ragen Stangen 57 und 59,

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die in ortsfesten !Führungen 61 bz?/₀ 63 geführt sind, nach unten ο An den Stangen 57 und 59 sind Federteller 65 befestigt, die zusammen mit den Führungen 61 eine die Stangen umschließende Druckfeder 67 einspannen» Auf diese Weise werden die Stangen 57 und 59, das Joch 55, der Topf 47 und der Kolben 45 federnd nach unten gezogen.

Jedes der Joche 55 hat ferner einen nockenstößel 69, der unter der Führung der Nocken 71-74 die Kolben 45 gegen die Kraft der Feder 67 nach oben in die Zylinderrohre 43 drückt. Die liocken 71-74 sind auf eine gemeinsame Welle 77 aufgekeilt, die über ein Zahnradvorgelege (nicht gezeigt) mit einer Antriebsvorrichtung 79, die mittels des Handgriffes 81 in ihrer Drehzahl verstellt werden kann, gekoppelt ist«, Es werden daher, wenn die Antriebsvorrichtung 79 eingeschaltet ist, die einseinen Kolben 45 in der durch die Steuerkurven der dazugehörigen Hocken bestimmten Zeitfolge in die entsprechenden Zylinderrohre 43 gedrückt. Wie oben im Zusammenhang mit Figo 7 erwähnt, kann die Form des llockens 71 von der der liocken 72-74 verschieden sein, um die Arbeitsgeschwindigkeit der Srststufe gegenüber der der drei Zweitstufen zu verdreifachen. Oder aber die drei Xiocken 72 bis 74 können auf einer gemeinsamen Welle sitzen, während der Nocken 71 auf einer anderen Welle sitzt, die sich dreimal so schnell dreht \vie die Welle 77..

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Am Joch 55 ist ein zweiter Nockenstößel 83, der aur Erststufe 14 der Pumpenanlage gehört, "befestigt. Der vom Nocken 85 gesteuerte iMockenstößel 83 dient dazu, den Abwärtshub des Kolbens 45 der Erststufe zu begrenzen. Der Nocken 85 wird ebenfalls von der Welle 77 angetrieben, die zu diesem Zweck durch das Getriebegehäuse 87 hindurchgeführt ist und an ihrem Ende ein Schneckenrad (nicht gezeigt) aufweist„ Das Schneckenrad treibt eine Welle 89, auf der ein Zahnritzel 91 mittels einer Rändelmutter 93 lösbar befestigt ist. Das Zahnritzel 91 dreht über ein Swischenzahnrad 97 ein weiteres Zahnritzel 95> das mittels einer weiteren Rändelmutter 100 auf einer Y/elle y9 befestigt ist. Die Welle 99 endet in einem ^Schneckenrad (nicht gezeigt), das einen Zahnkranz (nicht gezeigt) antreibt. Der Zahnkranz ist konzentrisch zur Welle 77 angeordnet und mittels eines Rohres oder einer Hülse 101 am Nocken 85 befestigt«

Das Zahnritzel 97 ist an einem gleitbaren Seil 103 mit einem Schlitz darin befestigt. Eine Klemmschraube oder RandeIsehrauoe 105 hält das Teil 103 lösbar fest, so daß das ^v/ischenzalmrad 97 nach Wahl in Eingriff mit den Zahnritzeln 91 und 95 gebracht werden Kann. Um das Übersetzungsverhältnis oder DrehzahiverLültnis zwischen der V/elle 77 (oder den Nocken 71-74) und dem Nocken 85 zu verändern, braucht nan lediglich die Ritzel 91 und 95 gegen entsprechend anders bemessene Ritzel auszutausciien und das Zv/iscnenzahnrad 97 so einzustellen, daß es sich den veränderten Durchmessein eier r.itzei anpaßt.

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Hit der Antriebsvorrichtung 79 kind ferner über ei2i Zahnradvorgelege (nicht gezeigt) im Gehäuse 107 eine erste obere Welle 109 sowie eine aweite obere Welle 111 gekoppelt. Die Drehgeschwindigkeit der Welle 109 kann gleich der der Welle 77 sein_o Da die Erststufe 14 dreimal schneller arbeiten soll als die Zweitstufe, macht man die Drehgeschwindigkeit der Welle 111 dreimal so groß wie die der Wellen 77 und 109.

Innerhalb des Gehäuses 107 ist die Welle 111 über ein Malteserkreuzgetriebe (nicht gezeigt) mit dem Ventil 113 gekoppelt,, Wie man aus der Zeichnung sieht, hat das Ventil 113 ein Gehäuse 115» das an seinem unteren Ende über eine Leitung 117 mit der oberen Llündung der Bortung 33 im Seil 25 in Verbindung steht. Im Gehäuseoberteil befinden sich Öffnungen nach den Leitungen 119 und 121, die mit der ers'ten Plüssigkeitseinströmleitung 123 bzw. der ersten Flüssigkeitsausströmleitung 125 in Verbindung stehen«

Das Ventil 113 hat ferner einen Drehzapfen 127 mit Bohrungen 129 und 131 j die sich in einer ersten gemeinsamen Ebene kreuzen* Man sieht aus der Zeichnung, daß, wenn sich der Ventilzapfen oder Ventilkörper 127 in der gezeigten Lage befindet, die Bohrung 129 mit den Leitungen 117 und 119 in Verbindung steht. Wird dagegen der Ventilkörper 127 um 180° gedreht, so tritt die Bohrung I31 mit den Leitungen II7 und 119 in Verbindung»

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Zuaätalieh au den Bohrungen 129 und 131 sind Bohrungen 133 und 135 vorgesehen, die sich in einer zur Ebene der Bohrungen 129 und 131 Bankrechten Ebene kreuzen. Wird daher der Ventilkörper 127 uia 90° ιμιβ der in Fig» 1 gezeigten lage gedreht, so wird über die Bohrung 133 die leitung 117 mit der leitung 121 verbunden. Bei Drehung des Ventilkörpers um 180° aus dieser lage tritt dif nSjjsliehe leitung 117 über die Bohrung 135 mit der leitung 121 in Verbindung. Es wird daher bei repetierender Drehung 4ee Yentilkörpers 127 um 90° die leitung 117 abwechselnd mit 4tr leitung 119 und der leitung 121 verbunden.

Die Wellt 1Q0 ist übe,r weitere 1/ialteserkreuzge triebe (nicht gezeigt) mit den einzelnen Ventilen 137, 139 und 141 gekoppelt. Die Ventile I37, 139 und 141 arbeiten ähnlich wie das Ventil 113, wot>#i 4«doeÜ» da die Welle 109 sich mit einem Drittel der Gesohwindigkeit der Welle 111 dreht, die Arbeitsgeschwindigkeit jedes dieser Ventile ein Drittel der des Ventiles 113 beträgt. Perner sind die die Ventile I37, I39 und 141 antreibenden Malteserkreuze 30 auf der Welle 109 angeordnet, daß die Ventile mit einer gegenseitigen Phasenversetzung von 120° arbeiten. Das Malterserkreuz für das Ventil 137 befindet sich im Gehäuse 107, während die Malteserkreuze für die Ventile 139 und 1-4-1 im Gehäuse 143 angeordnet sind. Die einzelnen Ventile 137, 139 und 141 arbeiten mit den entsprechenden Pumpenkolben als ^eitpumpenstufe zusammen und stellen jeweils abwechselnd eine Verbindung

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zwischen der "Leitung 145 und, der Einströmleitung 147 bzw. der Ausströmleitung 149

Die in Pig. 1 und 2 gezeigte Pumpenanlage bildet spmit allgemein eine zweistufige Terdrängerpumpe, deren Zweitstufe als Hehrfachpumpe ausgebildet ist. Ben einzelnen Stufen sind entsprechende Ventile, zugeordnet, die für ein abwechselndes Ein- . strömen und Ausströmen von Flüssigkeit sorgen.

Ia Jig, 10 ist die JOrm der identisch ausgebildeten Nocken 72, 73 und 74 im einzelnen gezeigt, wobei zum Vergleich die Kurven nach Üg» 8, besonders die für die Stufe X, herangezogen werden können. Ss sei vorausgesetzt, daß sich der liocken in Pig» 10 in Pfeilrichtung dreht. Man sieht, daß von 0° bis 30° der wirksame Radius des STockens zu wachsen beginnt und von 30° bis 120° das Anwachsen des Radius¹ dem Drehungswinkel proportional ist. Von 120° bis 150° wächst der Radius weiter an, ,jedoch in einem geringeren Maße, wodurch die Umschaltüberlappung zwischen den- beiden entsprechenden Zweitstufen bewirkt wird» Zwischen 150° und 180° hat die Ufockenbahn- eine Zone, bei der keine Änderung der Stößellage erfolgt, während dieses Zeitintervalls können die zur Pumpe A gehörigen Ventile gedreht und eingestellt werden» Yon 180° bis 210° beginnt der Radius der lOckenbahn abzunehmen. Von 210° bis 270° nimmt der Radius .proportional zum Drehungswinkel ab.

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Wie man aus der Zeichnung sieht, hat die iJOckenbahn zwischen '270° und 300° eine schwache Einsatte^lung. Diese Einsattelung ist vorgesehen, um denjenigen Seil der Flüssigkeit, der im Ventil selbst festgehalten wird, einzumischen,, VTie man aus Pig« 1 sieht, kann nämlich, wenn die l'umpe über die Leitung 147, das Ventil 137 und die leitung 145 gefüllt wird, eine gewisse Plussigkeitsmenge im Ventil 137 selbst zurückbleiben„ Dabei handelt es sich um denjenigen Flussigkeitsrest, der das Ventil zuletzt durchlaufen hat, und zwar bei der zuvor definierten Arbeitsweise als !Förderausstoß der ersten Pumpenstufe. Da der uengenanteil der ersten der beiden !Flüssigkeiten von der genauen Dosierung der von der ürststufe geförderten Flüssigkeit abhängt, ist es erwünscht, da£> diese volle Plussigkeitsmenge die Zweitstufe durchläuft. Ss wird daher, während das Ventil nach wie vor die leitung 145 mit der leitung 147 verbindet (zwischen 270° und 285°), ein Flüssigkeitsübersehuß in die Zweitsxufe X eingesaugt, wobei die iienge der Überschußflüssigkeit gleich der im Ventil 137 selbst festgehaltenen Flüssig Ke it smenge ist» Diese Überschußflüssigkeit v/ird in die Sweitpumpenstufe A eingemischt, wahrend eine entsprechende iuenge der gemischten Flüssigkeit durch das Ventil in die leitung 147 zurückgedrückt wird (285° bis 300°).

Von 330° bis 0° hat die Hockenbahn eine weitere Yerweilzone; während dieses Zeitintervalles kann das Ventil 137 wiederum betätigt bzw* umgeschaltet v/erden.

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Betrachtet man in Fig. 2 den s)Lch in Pfeilrichtung drehenden: Hocken 85, so sieht man, daß der üädius der Uockenbahn proportional zum Drehungswinkel abnimmt. Da der Hocken sich langsam dreht, arbeitet er als sich kontinuierlich absenkender Hubbegrenzer für den Erststufeakolben. Es werden daher bei fortschreitendem Pumpenbetrieb zunehmend größere Flüssigkeitsmengen von der Erststufe angesaugt, und die Konzentration der betreffenden Flüssigkeit im End- oder Fertiggemisch steigt kontinuierlich an. Selbstverständlich kann man, indem man lediglich die Form der Bockenbahn des Fockens 85 ändert, beliebige anderweitige Änderungen der Konzentration bewirken,,

Wird die Drehung des Hockens 85 abgebrochen^ beispielsweise durch Auskuppeln des Zwischenzahnrades 97 (Fig« 1), so bleibt die von der Erststufe aiage saugte Flüssigkeitsmenge konstant, und das iiengenverhältnis der Flüssigkeiten im Fertiggemisch bleibt ebenfalls konstant« Zusatzflüssigkeiten können einfach in der Weise bereitgestellt und eingemischt werden, daß man für jede Zusatzflüssigkeit jeweils eine zusätzliche JSrststufe vorsieht»

In Fig_o 11 ist eine andere Ausführungsform der Erfindung gezeigt, bei welcher für die Hersteilung des Fertiggemisches mehr, als zwei, beispielsweise drei, Flüssigkeiten-verwendet

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BAB ORiGJNAL

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werden. Die Darstellungsweise in Jig« 11 entspricht der in Mg, 7, wobei gleiche Bezugszeichen auch jeweils für gleiche !eile verwendet sind. Auch liier sind drei Zweitstufen X, Y und Z vorgesehen, deren jede ein Einlaßventil 201 und ein an die Ausströmleitung 207 angeschlossenes Auslaßventil 209 hat. Zusätzlich zur Erststufe 187 (I¹Xg. 7) ist eine weitere Erststufe 211 vorgesehen. Jede der beiden Erststufen hat ein Einlaßventil 193 und ein Auslaßventil 20J.

Das Einlaßventil 193 der Stufe 211 ist mit einer Quelle I9I einer ersten flüssigkeit A verbunden. Der Einlaß der Stufe ist über das Yentil 193 mit einer Quelle 199" einer zweiten flüssigkeit B und über das entsprechende Ventil 203 mit dem Auslaß der Stufe 211 verbunden. Die Einlasse der einzelnen Zweitstufen X, Y und Z sind über entsprechende Ventile 201 an eine Quelle 213 einer dritten Flüssigkeit 0 sowie über das entsprechende Ventil 203 an den Auslaß der Stufe 189 angeschlossen.

Beim Betrieb der Ausführungsform nach Pig. 11 saugt die Stufe 211, ähnlich wie die Stufe 189 in der Ausführungsform nach Pig. 7» eine erste flüssigkeit an_o Anschließend stößt die Stufe 211 ihre !Flüssigkeit in den Einlaß der Stufe 189 aus. Der Programmgebernocken für die Stufe 189 ist in diesem "Falle so

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geformt, daß der . Flüssigkeiij/iseinlauf der Stufe 189 gleich der Gesamtmenge der Flüssigkeiten.A und B im, gewünschten Mengenverhältnis im Fertiggemisch- ist. Anschließend werden die Flüssigkeiten A und B über das Auslaßventil 203 der Stufe . in die Einläßventile 2o1 der Zweitstufen X, Y und Z abgelassen. Man erhält auf diese Weise eine Reihenschaltung von Stufen, wobei die Flüssigkeiten sich in den ersten Stufen ansam-. mein und anschließend an die Zweitstufe weitergeleitet werden.

Anstatt einer Reihenschaltung"von Erststufen (wie in Figo 11 gezeigt) zum Zusammenmischen"von mehr als zwei Flüssigkeiten kann Man auch eine Parallelschaltung verwenden. So kann man Z₀B, die Stufen 189 üJid 211 jeweils mit ihrem 3ingang un-mit-' telbar. nur an die entsprechenden Flussigkeitsquelleη A und B anschalten, während die Ausgänge -dieser Stuf en nit den JtD ingangsventilen 201 der ^we it stuf en verbunden sind. V/ie erinnerlich^ ist es erwünscht, daß die Zweitstuxe ein gegebenes Fl ilssigkeitsvolurieii nit der gleichen OurchsatzgesCüV/iiidigkelt pro Zeiteinheit ansaugt, wie die Erststufe.dieses Flüasigkeitsvolumen aus stößt»" Wird ,jeweils gleichzeitig von mehr als einer Srststufe Flüssigkeit ausoesto^en, so muß der Durchsatz oder die Strömungsgeschwindigkeit natürlich anders sein, als wenn. nur eine der Erststufen Flüssigkeit fördert. Wenn daher zwei

Plüssigkeiten -A und B in unterschiedlichen ilengenverhältnissen zusammengemischt werden sollen, so muß sich natürlich die Auaströni- oder Auastoßzeit der beiden Brststufen ändern. Obwohl die Parallelschaltung eine einfachere Ausbildung des in der ötufe 189 verwendeten lockens ermöglicht, gestaltet sich bei einer derartigen Anordnung der' Einlaufvorgang in den verschiedenen Zweitstufen X, Y und 2 problematischer.

In Pig. 12 und 13 ist ein Programmgebernocken für eine weitere Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Obwohl die in Pig. 1 gezeigten Hocken eine einwandfreie Steuerung des Pump- und Lischvorganges absolut gewährleisten;, itann man die einzelnen stufen entsprechend ihren verschiedenen Sanktionen einfacher gestalten und ausbilden, indem maii den in Pig« 12 und 13 gezeigten Jrrograiümgebernocken very/endet. Im allgemeinen verwendet man für die in Pig. 12 und 13 gezeigten Nocken ein Stück Plach'olech, wie in Pig« 12 geseilt, dessen Oberkante 215 als lioekenbahn entsprechend der gewünschten Punktion der betreffenden Stufe zugeschnitten ist. Anschließend wickelt man das !Blech in Porm eines Zylinders auf, wie in PIg₀ 1.3 gezeigt, und setzt es in eine iiabe 217 mit einer Achse 219 ein. Die Achse 219 kaiii: ähnlich wie die Eohrhtilse 101 in Pig· 1, jedoch um eine vertikale statt um eine horizontale Achse, gedreht werden» Dei liaiid oder die hookenbahn 215 dreht sich unter dem iJocken-

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stößel QJ> nach J?igo 1 und führt diesen Stößel*

Zusammenfassend ist festzustellen $ daß erfindungsgemäß eine Stufenpumpenanlage vorgeschlagen wird, mit der zwei oder mehrere Flüssigkeiten oder allgemein fluide Substanzen in einem kontrollierten, "vom G-esamtdurchsatz der Anlage unabhängigen Mengenverhältnis zusammengemischt werden. kÖnnen_e

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Claims (1)

1. P ι t ι η ta η β p r ü o Ii ι

   ) Kolbenpumpe sum fördern β ine β Gemisches au* einer trs"t#n tmd einer «weiten latissigkeit, bei der das Mengenverhältnis} ix geförderten aemisoh bei gleichbleibender lörderleistung pro Puapenhub geändert werden kann, dadurch gekenn- «eiohnet» daß eine erste und tin« aweite KoIbenpumpen»tufβ rorgeeehen sind, wobei dl« zweite Stuf« jeweils mit Tollem Kolbenhub arbeitet und während ihres Anaaughubea in offener Verbi%ung ait sowohl der zu diesem 2_eitpunkt die erste PlÜBBigkeit fördernden ersten Pumpenstufβ als auoh mit ei* ner Quelle der zweiten Plüesigkeit steht derart, daß der Einlauf der zweiten Stufe minus dem Ausstoß der ersten Stufe gleich des Einlauf an zweiter Flüssigkeit in die zweite Pumpenetufe ietj und daß Mittel vorgee«hen sind, durch die der Arbeitahub der ersten Pumpenstufe zwecks Änderung der Zueainmeasetzung de* CfemiSQhes unabhängig verändert werden kann.

   Kolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennseiehnet_f daß die Aueflußaengt pro Zeiteinheit der ersten Pumpenstufe niemals größer ist ale die BinfluSmenge pro Seiteinheit der «weiten Pumpenstufe·

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   3.) Kolbenpumpe flach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet* daß die «rate Pumpenstufe einen Kolben aufweist, der durch federnde Mi ft el gegen einen rotierenden Hocken gedrückt wird, &9Y 80 geformt ist, daß er dem Kolben eine hin und hergehende Bewegung erteiltι und daß ferner ein veränderlicher Hubbegrenzer rorgesehen ist, der einen Anschlag für ä,9Xi Kolben bildet und somit während eines !Teile der ITookendrehung den Kolben hubbegrenzend festhält.

   t·} Kolbenpumpe nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, dal der veränderliche Hubbegrenzer aus einem zweiten Nocken besteht, for mit geringerer Geschwindigkeit angetrieben wird als der erste Hocken und gegen den der Kolben der ersten Pumpenstufe anschlägt j wodurch ein Programm zur Veränderung der Zusammen« setzung des Gemisches als Punktion der Drehung des zweiten Rockens gesetzt wird.

   i·) Kolbenpumpe nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß der aweite Hocken mit konstanter Geschwindigkeit angetrieben wird, so daß die Zusammensetzung des Gemische sieh als Punktion der Zeit ändert.

   ·} Kolbenpumpe nach Anspruch t, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Zweitpumpenetufen Torgesehen sind, die in bestimmter Phasenlage

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   cueinander durch Hocken angetrieben werden derart» daß «in* aiehtpulaierende förderung des G-eaalsohee atattflndet; und daS der Kolben der ersten Stufe mit einer Hin« und Hergeechwindigkeit angetrieben wird, die gleich ist der jedes einseinen Zweit« «tufenkolbene aal der Aneahl der 2weitstufen»

   7·) Kolbenpumpe naeh Anapruch 1_f dadurch gekennzeichnet* daß der Kolben der zweiten Pumpenstuf β nach oben verläuft und an seinem unteren Snde einen nach oben gerichtetan 2opf trägt, deesen Boden am Kolben befestigt ist und der dasu dient, eine Plüeeigkeit tsua Abschmieren der Sichtung swisohen dem Puapeneylinder und dem Kolben aufzunehmen \mA &i$ Krittallisation Ton Beetandteilen der Pumpflüeeigkeit auf ten Oberflächen dee ^lindere und Kolben«» der interaittiefend »it der Sohmierilüaaigkeit in Berührung kommt, eu verhindern·

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   SAD OWQINAL