DE1866945U - Kolben- bzw. membranpumpe. - Google Patents

Description

Bie Neuerung bezieht sich auf eine Pumpe, wie Kolben- bzw. Membranpumpe, bzw. einen Verdichter mit mindestens einem Ein- und einem Auslaß in einer Kammerwand und einem im Pumpengehäuse hin- und herbewegbaren Mittel, wie Kolben, Membran od.dgl. Pumpen bzw. Verdichter dieser Art weisen außer dem Mn- und herbewegten Mittel, wie Kolben, Membran, Balg od.dgl., mindestens ein Einlaß- und ein Auslaßventil auf, die abwechselnd in der einen bzw. in der entgegengesetzten Sichtung gesteuert bewegt werden. Jede derartige Pumpe od.dgl. weist also mindestens drei zu bewegende Elemente auf, denen soweit es sieh um die %n- und Auslaßventile handelt, noch weitere Teile, beispieleweise Federn, zugeordnet sind, von den die Einlaßventile bzw. Auslaßventile beeinflussenden Antriebsmitteln, wie Nockenwellen, Elektromagneten od.dgl., abgesehen»

Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, vorstehend gekennzeichnete Pumpen bzw. Verdichter, die einen Einlaß und einen Auslaß aufweisen, so zu gestalten, daß den Einlaß und den Auslaß steuernde Mittel entfallen, also nur der Kolben bzw. die Membran od.dgl. hin- und herbewegt werden muß, um mit der Pumpe ein Medium zu bewegen bzw. zu verdichten.

Ausgegangen wird von der Tatsache, daß es bekannt ist, daß die meisten asymmetrischen Düsen ungleiche Druckverluste erzeugen, je nachdem, ob das

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diese Düsen durchströmende Mittel in der einen oder in der anderen Richtung bei gleicher Strömungsgeschwindigkeit hindurchfließt. Derartige Düsen sind daher schon als Rückstromdrosseln benutzt worden.

Um die oben angegebene Aufgabe zu lösen, wird neuerungsgemäß vorgesehlagen, als Ein- und Auslaß der eingangs gekennzeichneten Pumpe bzw. Verdichter mindestens je eine, einen riehtungsabhängigen, hydrodynamischen Wechselströmungswiderstand aufweisende Düse, in entgegengesetzter Richtung angeordnet, vorzusehen. Es entfallen also die bisher vorzusehenden Ventile; und es ergeben sieh gegenüber den Pumpen bekannter Art folgende vorteile:

a) Die als Ersatz der Ventile dienenden Düsen bedürfen keiner Wartung;

b) die S_chwingungsamplitude und der Kolbenhub können ausreichend klein gewählt werden, so daß die Pumpe in ihrem wirksamsten Bereich arbeiten kann, da keine Rücksicht auf die mechanische Trägheit der Ventile zu nehmen ist;

c) es braucht lediglich ein hin- und herbewegtes Element, wie Kolben, Membran, Balg od.dgl., vorgesehen zu werden, so daß die Zahl der bewegbaren Teile auf ein Mindestmaß beschränkt ist.

An Stelle je einer Ein- bzw. Auslaßdüse können, wie bei riehtungsabhängigen Strömungswiderstand aufweisenden Düsen an sich bekannt, mehrere Düsen in gleieher Richtung hintereinander angeordnet sein, wobei die Zahl jedem Einlaß- bzw. jedem Auslaß zugeordneter Düsen gleich ist, um einen größeren Druckunterschied am Ausgang der Düsen zu erzie'len. Es können auch mehrere Einlaß- und mehrere Auslaßdüsen, die je aus einer oder mehreren Hintereinander angeordneten Düsen

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gebildet sein können, über die Kammerwand verteilt angeordnet sein, wodurch sich ein größerer Durchsatz ergibt. Wird jede von mehreren Einlaß- und Auslaßdüsen aus mehreren hintereinander angeordneten, sieh in gleicher Richtung verengenden Düsen gebildet, so läßt sich nicht nur ein größerer !Druckunterschied, sondern auch ein größerer Durchsatz erreichen.

Der Druckabfall an einer asymmetrischen Düse ist für gleiche Dusenrichtung wie die Strömungsgeschwindigkeit ν und für die entgegengesetzte Sichtung durch die folgenden beiden Gleichungen gegeben:

H=K —fg "¹^ ^h ~ ^k 2g

Hierbei bedeutet g die Erdbeschleunigung, K und k sind Konstanten, die von den Eigenschaften des Strömungsmittels und der Düse abhängen. Es sei/nun angenommen, daß zwei gleichartige Düsen an einer Wand einer geschlossenen Kammer angebracht sind, und zwar in entgegengesetzter Richtung zueinander, und daß das Strömungsmittel in der Kammer abwechselnd verdichtet und verdünnt wird. Dann baut sich im Mittel ein gewisser Druckunterschied zwischen den Außenseiten der Düsen auf. Im stationären Zustand hat dieser Druckunterschied "K den Wert

Hierbei ist ve der JSffektivwert der Strömungsgeschwindigkeit. Hierauf beruht . die Erfindung, wonach Düsen mit richtungsabhänglgem Strömungswiderstand als hydraulische Ventile verwendet werden können.

Die Neuerung wird an Hand .mehrerer Ausführungsbeispiele sehematisch erläutert.

Sipl.-Ing. Heinz Lesser, Patentanwalt

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Bie Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch den Hauptteil einer gemäß der Feuerung gestalteten Kolbenpumpe,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine elektromagnetische beeinflußte Pum-

Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine Pumpe ähnlich der nach Fig. 2, bei der jedoch an Stelle einer Membran ein Balg vorgesehen ist,

Fig. 4 eine schematische Darstellung zweier Düsengruppen im Zylinderkopf einer Pumpe od.dgl.,

Fig. 5 eine Darstellung der Verteilung der Busen über die Stirnwand einer geschlossenen Kammer.

Ih Fig. 1 sind am Kopf eines Zylinders 1 zwei gleichartige asymmetrisch geformte Busen 3 und 4 in entgegengesetzter Richtung zueinander ;gebraeht. Jede Düse hat einen genügend engen Hals und eine trichterförmige Öffnung. Durch die Hin- und Herbewegung des Kolbens 2 wird das Strömungsmittel im Zylinder 1 einer wiederholten Verdichtung und Verdünnung unterworfen, wodurch wegen des richtungsabhängigen Strömungswiderstandes der Düsen 3 und 4 das Strömungsmittel in den durch die Pfeile angegebenen Eichtungen hindurchzutreten versucht. Es ergibt sich also eine Kolbenpumpe, bei welcher die Düse 3 als Ansaugöffnung und die Düse 4 als Abgabeöffnung wirkt.

Die Ventilwirkung der Düsen hängt von der Viskosität und Kompressibilität des hindurchströmenden Strömungsmittels, der Gestalt und den Abmessungen der Düse, der Amplitude und der Frequenz der Strömung ab. Auf alle Fälle ist die Ventil-

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wirkung am größten, wenn die momentane Strömungsgeschwindigkeit mögliehst groß ist. Da keine mechanische Trägheit eines Ventils zu überwinden ist, kann jedoch die Schwingungsperiode ausreichend klein gemacht werden, so daß trotz geringer Schwindungsamplitude (Kolbenhub) die augenblickliche Strömungsgeschwindigkeit groß genug gemacht werden kann, um eine hohe Wirksamkeit der Ventilwirkung zu erzielen. Wenn also statt eines Kolbens mit seinen Störungsmöglichkeiten und seiner Abnutzung in an sich bekannter Weise die Kraft eines Elektromagneten, der mit Wechselstrom gespeist ist, und eine elastische Membran als druck- bzw. sogerzeugende Elemente verwendet wird, so kann der Wirkungsgrad weiter gesteigert werden. Hierbei wird nicht nur die Konstruktion einfacher, sondern es kann auch jedes unbeabsichtigte Austreten des Strömungsmittels leicht ^k verhindert werden, wie aus Fig. 2 ersichtlich.

Ih Fig. 2 ist zwischen dem Gehäuse 1 und dem Zylinderkopf 5 mit Saugdüse 3 und Druckdüse 4. eine elastische Membran 7 eingesetzt, die an beiden Seiten am umfang dureh Ringpackungen 6,6 und gleichmäßig verteilte Schrauben 7, wie an sieh bekannt, eingespannt ist. Eine Hicklung 11 und ein Eisenkern 9 sind am Gehäuse 1 befestigt, wobei ein Luftspalt gegenüber einem eisernen Anker 1o vorhanden ist, der an einer Seite der Membran 7 befestigt ist. Hierdurch ergibt sich ein elektromagnetischer Schwinger, wobei die Steifigkeit der Membran 7 als Rückstellkraft dient. Die Membran 7 schwingt also dauernd, solange die Spule 11 mit einem Wechselstrom oder einem pulsierenden Gleichstrom gespeist wird. Die kräftigste Schwingung wird natürlich erzeugt, wenn das Schwingsystem etwa in Resonanz mit dem Wechselstrom oder dem pulsierenden Gleichstrom ist.

Die so konstruierte elektromagnetische Vibrationspumpe benötigt weder einen Elektromotor noch ein Kurbelgetriebe, so daß die Konstruktion sehr einfach und

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wirtschaftlich ist. Außerdem sind keine gleitenden Teile vorhanden, so daß keine Abnützung auftritt. Die Pumpe ist also sehr dauerhaft und es braucht kein Leckwerden befürchtet zu werden.

Falls statt des elektromagnetischen Antriebs mit Schwinganker ein an sich bekannter elektrodynamischer Antrieb mit Tauchspule verwendet wird, kann leicht ein?größere Amplitude erzielt werden. Hierbei ist eine Tauchspule an Stelle des Ankers 1o vorgesehen, so daß die Tauehspule und die Membran 7 mechanisch miteinander verbunden sind. Dann wird der festen Wicklung 11 ein Gleichstrom zugeführt oder ein Dauermagnet wird anstatt der Wicklung 11 in den Eisenkern 9 eingesetzt. Die Tauehspule wird in bekannter Weise mic Wechselstrom gespeist.

Bi Fig. 3 sind die Membran 7 und die Ringpaekungen 6, welche das Schwingsystem in Fig. 2 darstellen, durch einen Balg 12 und eine Hilfsfeder 13 ersetzt. Hierdurch wird nicht nur die Konstruktion einfacher, sondern der Anker 1o kann auch eine größere Amplitude ausführen und die Verhinderung von Flussigkeitsverlusten wird fast vollkommen.

Da die Ventilwirkung der Düse durch die Viskosität und Kompressibilität des Strömungsmittels, die Gestalt und die Abmessungen der Düse, die Amplitude und die Frequenz der Strömungsgeschwindigkeit bestimmt wird, werden vorzugsweise zur Vergrößerung des Druckunterschiedes gemäß Fig. 4 zvä. Gruppen gleichartiger Düsen mit richtungsabhängigem Strömungswiderstand je in gleicher ichtung in gleicher Anzahl in Reihe geschaltet, so daß sie parallel zueinander in entgegengesetzter Eichtung in der Wand einer. geschlossenen Kammer angeordnet sind. Wenn dagegen die durchströmende Flüssigkeitsmenge erhöht werden soll, geht man nach Fig. 5 vor. Hier bedeutet A eine Düse, die in der einen Richtung eingesetzt ist, während B eine Düse bedeutet, die in der anderen Richtung wirkt. Es sind gleichviel Düsen mit rieh-

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tungsabhängigem Strömungswiderstand in der einen Richtung und in der anderen
Richtung parallel zueinander in der Wand einer geschlossenen Kammer eingesetzt, so daß sie gleichmäßig über die Wand verteilt sind, Ih beiden Fällen dienen die Düsen der einen Gruppe als Ansaugöffnungen und die Busen der anderen Gruppe als Ab gab eöffnungen»

Die Neuerung ist nicht nur auf Flüssigkeiten, sondern auch auf Gase, wie Luft, am^endbar und betrifft alle hydraulischen und pneumatischen Maschinen, wie Kompressoren, Ventilatoren und Vakuumpumpen, abgesehen von den gewöhnlichen Pumpen»

Claims (2)

" H. L„, , „ RA-812 432*19.12.62 i: )ipl.-lng. Heinz Lesser, Patentanwalt ichreiben vom 28.11,1962 betr. Kolben- bzw. Membranpumpe Blatt

1. Pumpe mit mindestens einem Ein- und einem Auslaß in einer Kammerwand und einem im Pumpengehäuse hin- und herbewegbaren Mittel, wie Kolben, Membran od.dgl., dadurch gekennzeichnet, daß als Ein- und Auslaß mindestens je eine einen richtungsabhängigen, hydrodynamischen Weehselströmungswiderstand aufweisende Düse (3;4)j in entgegengesetzter Eichtung angeordnet, vorgesehen sind.

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle je einer Einlaß- bzw. Auslaßdüse mehrere sieh beeinflussende Düsen in gleicher Richtung hintereinander angeordnet sind, wobei die Zahl jedem Einlaß bzw. Auslaß zugeordneter Busen gleich ist (Fig. 4).

3» Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Einlaß- und mehrere Auslaßdüsen (A;B) über die Kammerwand verteilt einander beeinflussend angeordnet sind (Fig. 5)·

A· Pumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Busen (AjB) über die Kammerwand gleichmäßig verteilt angeordnet sind (Fig. 5).

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Patentanwalt

ipl.-kc. Edm Lasser

München 61 Cosimastraße 81