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Oszillierende FltssiSkeitskolbenpllmpe Die Erfindung betrifft eine
oszillierende Flüssigkeitskolbenpumpe zum Fördern, Evakuieren und Komprimieren von
Gasen, Dämpfen, Flüs -sigkeiten und Mehrphasen-Gemischen.
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Es sind bereits viele Arten von Kolbenpumpen bekannt, welche die genannten
Medien fördern. Diese Kolbenpumpen bestehen im Prinzip aus einem Zylinderrohr mit
verschiebbarem Kolben, welcher aus festem oder elastischem Material hergestellt
ist und mit Hilfe eines geeigneten Dichtringes oder einer genauen Passung mit hoher
Oberflächengüte gegen das Zylinderrohr abgedichtet ist, und einem Einlaß- und Auslaßventil.
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Derartige Kolbenpumpen haben jedoch den Nachteil, daß die Abdichtung
des Kolbens eine teure Herstellung und genaue Bearbeitung erfordert und einem gewissen
Verschleiß ausgesetzt ist. Bei der Förderung von Gasen, insbesondere von heißen,
aggressiven oder sehr kalten Gasen und Dämpfen, ist es oftmals nicht möglich, eine
ausreichende Abdichtung herzustellen.
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Auch die bekannten Membranpumpen, welche an Stelle einer beweglichen
Kolbendichtung eine elastische Membrane verwenden, haben den Nachteil, daß bei heißen
oder sehr kalten Gasen die Membrane zerstört wird oder infolge der tiefen Temperatur
die Elastizität verliert.
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Die Lebensdauer der eingesetzten Membrane ist außerdem begrenzt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kolbenpumpe zu schaffen,
welche einen einfachen und billigen, beweglichen Kolben mit ausreichender Abdichtung
gegen das Zylinderrohr besitzt und heiße, aggressive oder sehr kalte Gase und Dämpfe
fördern kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Pumpe aus
einem oben geschlossenen und unten offenen Rohr besteht, welches mit dem unteren
T--eil in eine Flüssilr;keit eintaucht, und im oberen Teil zwei
Öffnungen
besitzt, in welche die Saugleitung mit dem Einlaßventil und die Druckleitung mit
dem Auslaßventil einmünden, und das Rohr mit Hilfe eines an sich bekannten, beliebigen
oszillierenden Antriebes in axiale Schwingungen versetzt wird.
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Um die Schwingungen der Pumpe gegen den starren Saug- und Druckanschluß
auszugleichen, besteht die Saugleitung und die Druckleitung teilweise oder ganz
aus einem elastischen Rohr.
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Am oberen Teil des Rohres ist ein durchlässiger Flüssigkeitsabscheider
angeordnet, welcher mitgerissene Tröpfchen der Flüssigkeit auffängt. Im optimalen
Arbeitspunkt der Pumpe liegt die Schwingfrequenz der Flüssigkeitssäule im Rohr im
Bereich der Resonanz mit der Schwingfrequenz des Rohres. Das Verhältnis zwischen
der Länge der Flüssigkeitssäule im Rohr und der Gesamtlänge des Rohres ist möglichst
groß.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und wird im folgenden näher beschrieben.
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Es zeigt Fig. 1 einen Querschnitt durch die Flüssigkeitskolbenpumpe.
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Die numerierten Positionen bedeuten im einzelnen: 1 Rohr 7 Flüssigkeitsbehälter
2 Saugleitung 8 Flüssigkeitsabscheider 3 Druckleitung 9 Flüssigkeit 4 Einlaßventil
10 Sauganschluß 5 Auslaßventil 11 Druckanschluß 6 Pumpenbefestigung 12,13 Elastisches
Rohr Die Pumpe besteht aus einem oben geschlossenen und unten offenen Rohr 1, welches
mit dem unteren Teil in eine Flüssigkeit 9 eintaucht und im oberen Teil zwei Öffnungen
besitzt, in welche die Saugleitung 2 mit dem Einlaßventil 4 und die Druckleitung
3 mit dem Auslaßventil 5 einmünden.
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Das Rohr 1 ist mit der Pumpenbefestigung 6 verbunden. Die Pumpenbefestigung
selbst
ist an einen beliebigen oszillierenden Antrieb gekoppelt, welcher aus einem mechanischen
Exzenter, einem Schwingmagneten oder einem anderen bekannten oszillierenden Antrieb
besteht. Das Rohr 1 wird in axiale Schwingungen versetzt. Infolge der; Trägheit
der Flüssigkeitssäule im Rohr entsteht oberhalb der Flüssigkeit 9 ein sich verkleinernder
und vergrößernder Pumpenraum. Vergrößert sich der Pumpenraum, so öffnet das Einlaßventil
4, während das Auslaßventil 5 geschlossen bleibt, und iiber den Sauganschluß 10
und die Saugleitung 2 wird das Fördermedium in den Pumpenraum eingesaugt. Verkleinert
sich der Pumpenraum, so schließt das Einlaßventil 4 und das Auslaßventil 5 öffnet
sich. Über die Druckleitung 3 und den Druckanschluß 11 wird das Fördermedium durchgedrückt.
Die Flüssigkeitssäule 9 im Rohr 1 wirkt ähnlich einem festen Kolben, der sich im
Rohr 1 hin und her bewegt und mit Hilfe einer Dichtung oder einer hohen Oberflächengüte
gegen das Rohr abgedichtet ist. Die Flüssigkeitssäule dichtet sich selbst ab, und
es ist keine teure Bearbeitung des Rohres notwendig. In der Pumpe tritt keine bewegliche
Dichtung auf, sondern nur eine ruhende Abdichtung bei den Ventilen 4 und 5.
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Die Saugleitung 2 und die Druc - 3ettung 3 bestehen teilweise oder
ganz aus einem elastischen Rohr 12, 13, welches die Schwingungen der Pumpe gegen
den starren Saug- und Druckanschluß 10, 11 ausgleicht. Um die Elastizität des elastischen
Rohres 12, 13 zu erhöhen, wird das elastische Rohr spiralförmig gebogen.
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Wird die Pumpe zum Fördern von Medien bei hohen Temperaturen eingesetzt,
so wird erfindungægemäß vorgeschlagen, das Pumpenrohr 1 und die Saug- und Druckleitung
2, 3 aus hitzebeständigem Material herzustellen und als Flüssigkeit 9 ein leicht
schmelzbares Metall, z. B. Blei, einzusetzen. Bei tiefen Temperaturen, z. B beim
Fördern von gasförmigem Helium, wird als Flüssigkeit 9 flüssiger Sauerstoff oder
Stickstoff empfohlen.
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Wird die Pumpe als Vakuumpumpe oder als Kompressor eingesetzt, so
ist es vorteilhaft, eine Flüssigkeit mit hohem spezifischen Gewicht, z. B.
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Quecksilber, einzusetzen.
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Im oberen Teil des Rohres ist ein durchlässiger Flüssigkeitsabscheider
8 angeordnet, welcher mitgerissene Tröpfchen der Flüssigkeit 9 auffängt.
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Liegt die Schwingfrequenz des Rohres 1 im Resonanzbereich der Schwingfrequenz
der Flüssigkeitssäule 9 im Rohr, dann arbeitet die Pumpe mit optimaler Förderleistung.
Der schädliche Raum der Pumpe wird dadurch klein gehalten, daß das Verhältnis zwischen
der Länge der Flüssigkeitssäule 9 im Rohr und der Gesamtlänge des Rohres 1 möglichst
groß ist; ebenso wird dann die erreichbare Druckdifferenz zwischen Saug- und Druckanschluß
10, 11 maximal.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,
daß keine beweglichen Dichtungen vorhanden sind, die eine teure Oberflächenbearbeitung
notwendig machen und einem gewissen Verschleiß ausgesetzt sind. Es ist auch keine
elastische Membrane erforderlich, deren Lebensdauer begrenzt ist.
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Eine gemäß der Erfindung ausgebildete oszillierende Flüssigkeitskolbenpumpe
kann zum Fördern, Evakuieren und Komprimieren von Gasen, Dämpfen, Flüssigkeiten
und Mehrphasen-Gemischen sowohl bei Raumtemperatur als auch bei sehr tiefen oder
sehr hohen Temperaturen eingesetzt werden. Sie kann auch bei geeigneter Wahl der
Flüssigkeit im Rohr für aggressive Gase und Dämpfe eingesetzt werden. Es ist verhältnismäßig
leicht, die Flüssigkeit auszuwechseln, so daß eine bestimmte Pumpe durch Wahl verschiedener
Flüssigkeiten für eine Vielzahl von verschiedenen Förderproblemen eingesetzt werden
kann.