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Explosionsflüssigkeitspumpe ohne Schwungrad mit frei schwingendem
Kolben. Gegenstand der Erfindung ist eine Explosionsfiüssigkeitspumpe ohne Schwungrad
mit frei schwingendem Kolben. Es ist bei Pumpen dieser Art bekannt, durch den Explosionshub
des Kolbens ein elastisches Polster bis zu einem Druck zu verdichten, der den Rückhub
des Kolbens veranl@ßt, sobald der Druck der expandierenden Treibgase genügend gefallen
ist. Bisher hat man es für notwendig gehalten, den Kolben am Ende des Explosionshubes
zu sperren, um so der zu fördernden Flüssigkeit ausreichend Zeit zum Druchströmen
der Ventile zu geben. Die Bewegung des Kolbens erfolgt eben bei der bekannten Pumpe
zu rasch, als daß die Flüssigkeit mit derselben Geschwindigkeit hätte folgen können.
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Bei schwungradlosen Dampfpumpen ist es dagegen Grundregel, die gesamte
schwingende Masse (Kolben und Wassersäule) unter Berücksichtigung des Gegendruckes
so zu bemessen, daß die Kolbengeschwindigkeit unter dem Einfluß des anfänglich hohen
Dampfdruckes nicht größer wird, als zur Erzeugung der festgesetzten und zulässigen
Ventilgeschwindigkeit des Wassers erforderlich ist.
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Auch bei Explosionsluftkompressoren mit frei schwingendem Kolben hat
man schon erkannt, daß beim .Unterbringen des n5tigen Saugventilquerschnittes auf
der Kompressorseite Schwierigkeiten entstehen und infolgedessen die Anwendung großer
Kolbengeschwindigkeiten unmöglich ist, also ein Kolben geringer Masse nicht verwendet
werden darf.
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Bei der neuen Explosionsflüssigkeitspumpe )iat diese Grundregel in
der Weise Anwendung gefunden, daß der hin und her gehende Kolben, der infolge seiner
großen Massenträgheit keine höhere Geschwindigkeit annehmen kann; als mit Rücksicht
auf die Z'entilgescliwindigkeit der geförderten Flüssigkeit zulässig ist, aus einer
zwischen zwei starren Kolben oder zwischen einem starren Kolben und einem Windkessel
eingeschlossenen Wassersäule besteht, daß für den Rückhub dieses Kolbens besondere
Mittel verwendet werden, und daß mit einem der die Flüssigkeitssäule einschließenden
Kolben ein besonderer Pumpenkolben verbunden ist, der unter Innehaltung der mit
Rücksicht. auf die Ventilgeschwindigkeit der zu fördernden Flüssigkeit gebotene
Geschwindigkeitsgrenze doch so schnell bewegt wird, däß in der Förderleitung ein
ununterbrochener Flüssigkeitsstrom entsteht.
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Aus Fig. i und 2 ergibt sich das einer Explosionspumpe mit großen
schwingenden Kolbenmassen zugrunde liegende Prinzip. Es bezeichnet i den Verbrennungsraum
einer Zweitaktmaschine und 2 eine starre hin und her gehende Masse, nach Fig. i
als ein in einem Zylinder laufender Kalben von großem Massenge-,vicht gedacht, der
am Ende 3 von den expandierenden Gasen beeinflußt wird und. selbst, mit seiner Seite
4 gegen die zu hebende oer weiter zu -drückende Flüssigkeit tätig ist. Ein Einlaß
5 für den Flüssigkeitszulauf ist mit den Ventilen 6 "und ein Auslauf 7 für die weiter
zu fördernde Flüssigkeit mit den Ventilen 8 versehen. Zwischen einem Windkessel
9 und der Flüssigkeit liegt eiri Schwimmer oder Kolben io, der sich gegen
einen
Anschlag i i stüzt. Der Anschlag r I
besteht zweckmäßig aus' nachgiebigem
Material und kann durch die Stellspindel i2 verstellt werden. Mit dem Windkessel
9 können die Hilfswindkessel 15 und 16 in Verbindung gesetzt werden, zu welchem
Zweck man nur die Hähne oder sonstigen Verschlußorgane 13 und 14 zu öffnen braucht.
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Die Zweitaktarbeitsweise ist folgende: Bei der Zündung der in, Verbrennungsraum
i verdichteten Ladung erfolgt der Vortrieb des Kolbens 2, der durch seine ihm dadurch
erteilte lebendige Kraft Arbeit leisten soll, dabei aber infolge seiner Massenträgheit
sich nicht schneller bewegen kann, als mit Rücksicht auf die Ventilgeschwindigkeit
der geförderten Flüssigkeit zulässig ist. Die durch den Kolben verdrängte Flüssigkeit
schiebt den Schwimmer ro vor sich her und drückt dadurch in j und, wenn die Hähne
13 und 14 offen sind, auch in 15 und 16 ein elastisches Luftkissen zusammen, bis
schließlich der Druck so groß wird, daß die Auslaßventile 8 sich öffnen und die
weitere Bewegung des Kolben 2 Flüssigkeit unter Druck durch 8 austreten läßt, bis
endlich der Kolben, durch den Arbeitswiderstand aufgehalten, ohne ein Sperrwerk
zum Stillstand kommt, der Druck auf die Ventile 8 aufhört und diese sich schließen.
Die nun eintretende Expansion des verdichteten Luftkissens in 9 und gegebenenfalls
auch in 15 und 16 veranlaßt den Rückhub des Kolbens z. Beim Rückhub wird frische
Ladung, die zuvor in die Kammer i eingelassen wurde, auf der Kolbenseite 3 verdichtet
und auf der Kolbenseite q. neue Flüssigkeit durch die sich öffnenden Ventile 6 eingesaugt.
Flüssigkeit kann deshalb einströmen, weil nach Entspannung des Luftkissens 9 oder
Stillsetzung des Schwimmers io durch den Anschlag ii der durch seine lebendige Kraft
weiter zurückgetriebene Kolben 2 eine Druckverminderung hinter der Kolbenseite q.
hervorruft. Bei Zündung der verdichteten Ladung wiederholt sich das Spiel. Im vorliegenden
Fall wird also vor dem Heben oder Weiterdrücken. der Flüssigkeit erst Energie aufgespeichert
durch Zusammenpressen eines elastischen Luftkissens bis zu einem bestimmten vom
Förderdruck der Flüssigkeit abhängigen Druck. Deshalb kann auch diese aufgespeicherte
Energie konstant bleiben, unabhängig von der bei der Förderung geleisteten Arbeit.
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Im Viertakt wird die Maschine etwas anders arbeiten, etwa in der Weise,
daß beim Explosionshub, wie beschrieben, Flüssigkeit durch 8 hindurch weitergedrückt
wird, aber beim Rückhub des Kolbens 2 durch die Expansion der in 9 verdichteten
Luft unter Ansaugung frischer Flüssigkeit durch 6 zunächst etwa im -Raum i ein elastisches
Kissen verdichtet wird, das- aus Spülluft oder Abgasen bestehen kann. Dessen Expansion
veranlaßt einen zweiten Vorwärtshub des Kolbens a, der dabei erneut im Windkessel
9 Energie ansammelt und gleichzeitig frische Ladung in die Kammer i einsaugt. Die
Ladung wird darauf bei der Expansion des Kissens in 9 beim zweiten Kolbenrücklauf
verdichtet, bis die Zündung erfolgt und das geschilderte Spiel sich wiederholt.
In diesem Falle können die Kolbenhübe verschieden lang sein.
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Nach Fig. -a kann die hin und her gehende Masse teils aus einem starren
Kolben 17 und teils aus der Flüssigkeit im Rohr oder Zylinder 18 bestehen. Die anderen
Teile sind. wie in Fig. i bezeichnet. Wie dort speichert der Explosionshuly zuerst
Energie durch Zusammenpressen eines elastischen Kissens auf und gibt dann Flüssigkeit
durch das Ventil 8 ab. Die übrigen Vorgänge spielen sich wie für Fig. i beschrieben
ab.
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In Fig. 3 ist eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei
der ein starrer Kolben 17 und außerdem ein Differentialkolben 21, 22- vorgesehen
sind, dessen durch eine Stopfbüchse 23 abgedichteter Plunger 22 auf die zu hebende
oder weiterzudrückende Flüssigkeit einwirkt. Durch die starren Kolben 17 und 21
ist als Teil der hin und her gehenden Massen im Rohr 18 eine Flüssigkeitssäule eingeschlossen,
die zusamme!i mit 17 und 21 das nötige Arbeitsvermögen aufbringt. Das beim Explosionshub
zusammengepreßte, Energie aufspeichernde Luftkissen ist unterteilt, es befindet
sich einerseits in 24 bezw. 1511 und andererseits, wie vorher beschrieben, in dem
Windkessel 9. Die Unterteilung 1511 dient zur Regelung insofern, als sie und 2.a.
durch den Hahn 13 o. dgl. mit der Atmosphäre in Verbindung gebracht wird, wenn man
die ganze Energie für den Rückhub der Massen nur in 9 aufspeichern will. Der Differentialkolben
ermöglicht, eine geringere Flüssigkeitsmenge unter höherem Druck bei einer gegebenen
ATassenbewegung, oder umgekehrt eine größere Flüssigkeitsmenge unter geringerem
Druck weiterzufördern. Im letzten Fall muß der Durchmesser von 2a örößer als der
von 21 sein.
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Fig. 4. zeigt als eine weitere Ausführungsform eine Plungerverlängerung
25, die geringeren Durchmesser als 22-hat und an ihrem Ende 26 durch die unter Hochdruck
stehende Flüssigkeit beeinflußt wird. Beim Explosionshub drückt der Plunger 22 wegen
seines gegenüber 25 größeren Durchmessers Flüssigkeit durch die Ventile B. Der Kolbenrückhub
kann durch den Druck der Flüssigkeit am Ende 26 des Plungers 25 hervorgerufen werden,
«-obei frische Flüssigkeit bei 6 eingelassen
wird. Ein Luftkissen-
in 24 kann auch hier außerdem noch verwendet werden, ist aber nicht notwendig.
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In Fig. 5 sind vier z. B. durch eine gemeinsame Kolbenstange miteinander
verbundene Kolben 3o, 17, 34 und 35 vorgesehen; von diesen gehört
30 zu einer doppelt wirkenden Gaspumpe, während 17 der Arbeitskolben einer
doppelt wirkenden Explosionskraftmaschine ist. Zwischen den Kolben 34 und 35 ist
eine aus Flüssigkeit bestehende Masse im Rohr 36 eingeschlossen. Diese Flüssigkeitsmasse
macht die Kolbenhübe mit und erhält dadurch Bewegungsenergie derart, daß sie, wenn
die starren Kolben durch das Zusammenpressen der elastischen Kissen am Ende ihres
Hubes aufgehalten werden, in dem Rohr 36 ihre Bewegung fortzusetzen sucht. So wird,
wenn die Kolben ihren Hub nach rechts ausgeführt haben und die Auslaßöffnung des
Ventils 38 freigelegt ist, die noch zweiter schwingende Flüssigkeitssäule zwischen
34 und 35 Flüssigkeit durch das Ventil 37 einsaugen und durch das -Auslaßventil
38 nach außen abgeben. Beim Rückhub tritt die entgegengesetzte Wirkung ein, die
Flüssigkeit wird beim Einlaßventil 39 ein- und beim Ventil 40 austreten. - Wenn
die Kolben 34 und 3 5 nicht derart angeordnet sind, daß sie die Auslässe 38 und
4o selbsttätig schließen, müssen, wie gezeichnet, Rückschlag< entile angeordnet
sein. Energiespeicher in Gestalt von Luftkissen, durch abschaltbare Nebenräume 3a
und 33 vergrößert, befinden sich an den geschlossenen Enden des Rohres 36, in dem
die Kolben 34 und 35 hin und her laufen. Wenn, wie gezeichnet, das Rohr 36 zwischen
34 und 35 die Form eines Krümmers hat, hat man bei geringem Raumbedarf eine verhältnismäßig
große Flüssigkeitsmenge zur Verfügung und kann die Kolben 34 und 35 nahe aufeinander
rücken.
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Wenn wie in Fig. 5 zwei starr miteinander verbundene und selbst starre
Kolben einen Teil der hin und her gehenden Massen bilden, können ihre Durchmesser
verschieden sein und dementsprechend auch die Durchmesser der miteinander verbundenen
Zylinder. Im Volumen zwischen den zwei Kolben wird dann eine Änderung, d. h. eine
Verminderung eintreten, sobald sich die Kolben nach der Seite des geringeren Durchmessers
zu bewegen. Die dabei verdrängte Flüssigkeit kann in einen Windkessel und, sobald
der Förderdruck erreicht ist, durch die Auslaßventile getrieben werden. Der Kolbenrückhub
wird dann durch die Expansion des zwischen den Kolben wirksamen Puffers hervorgerufen,
und während des letzten Teiles des Rückhubes erfolgt der Einlaß frischer Flüssigkeit.
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Fig. 6 und 7 beziehen sich auf Pumpen, bei denen der schwere Kolben
aus einer zwischen einem starren Kolben 17 und' einem Windkessel 45 eingeschlossenen
Flüssigkeitssäule besteht und an den Kolben 17 ein besonderer Pumpenkolben 51 angesaugt
ist, der der Förderflüssigkeit eine solche Geschwindigkeit erteilt, daß ein kontinuierlicher
Flüssigkeitsstrom in einer Richtung erzeugt wird, wobei die lebendige Kraft der
sich bewegenden Flüssigkeitssäule genügt, um ihre Bewegung zwischen den einzelnen
Förderhüben fortzusetzen und die Massenträgheit des Kolbens Rücksicht auf die Ventilgeschwindigkeit
der geförderten Flüssigkeit nimmt.
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In Fig. 6 ist i wieder die . Verbrennungskammer, in der im Zweitakt
gearbeitet werden kann. Der starre Kolben 17 trennt die Abgase von der im Rohr
44 hin und her laufenden Flüssigkeit. Der Rohrschenkel 45 steht senkrecht
und ist an seinem Ende geschlossen, um so einen Luftpuffer zu bilden. Beim Explosionshub
wird Energie teils durch Heben von Flüssigkeit in 45 und teils durch Verdichten
des Puffers am Ende von 45 angesammelt. Diese aufgespeicherte Energie veranlaßt
den Kolbenrückhub, der die Abgase aus der Kammer i austreibt und frische Ladung
verdichtet. An dem oberen Ende der Kammer i ist ein Ausblasventil46 und ein Rückschlagventil.47
angeordnet. Das Ventil 46 öffnet sich unter seinem eigenen Gewicht und wird durch
den hochgehenden Kolben 17 entgegen der Feder 48 geschlossen. Die Ventile 49 und
50, die in geeigneter Höhe rund an der Verbrennungskammer angeordnet sind, lassen
Gas und Luft ein, in diesem Falle durch Ansaugen, nachdem die Expansion Atmosphärendruck
erreicht hat und der Kolben 17 die Ventile freigegeben hat. Bei dem infolge
der in dem senkrechten Rohr 45 aufgespeicherten Energie eintretenden Kolbenrückhub
bewegt sich das brennbare Gemisch mit dem Kolben 17 aufwärts, die heißen Auspuffgase
vor sich hertreibend und durch die Ventile 46 und 47 herausdrückend, bis der gegen
die Feder 48 anstoßende Kolben 17 das Ventil 46 schließt. Die brennbare Ladung
wird darauf in der Kammer i verdichtet und gezündet, was einen neuen Arbeitshub
veranlaßt. Außerdem ,wird noch durch das Kolbenspiel eines Kolbens 51 Arbeit geleistet,
der an der Stange 52 des Kolbens 17 sitzt. Wenn der Kolben 5, in seinem Zylinder
53 hin und her läuft, schließt er beim Abwärtshub die Flüssigkeitseinlaßventile
54 und setzt die Flüssigkeitssäule im Rohr 55 in Bewegung. Bei dem Aufwärtshub des
Kolbens 51 tritt Flüssigkeit durch die Ventile 54 ein und fließt teilweise dem Kolben
51 und teilweise der Flüssigkeit nach, die sich im Rohr 55 bewegt, so daß in diesem
ein ununterbrochener Strom aufrechterhalten wird.
Soll im Viertakt
gearbeitet werden, ' dann wird die Verbrennungskammer i gemäß Fig. 7 mit Ventilen
5.4 für das brennbare Gemisch und mit Ventilen 54" für Spülluft ausgestattet. In
diesem Falle sind die Ventile 54 am Endc des Expansionshubes geschlossen und die
Ventile 54d geöffnet, um Spülluft einzulassen. Beim ersten Kolbenrückhub «erden
zunächst die Auspuffgase durch die Ventile 46 und 47 abgeblasen und nach Schließen
des Auspuifventiles 46 ein Pufferaus Sgülluft verdichtet. Die Expansion dieses Puffers
v eranlaßt den -zweiten Vorwärtshub des Kolbens 17, bei dem die Ventile 54 geöffnet
werden und frische Ladung einlassen, während .die Ventile 54a geschlossen sind.
Bei dem zweiten Kolbenrückhub wird die frische Ladung verdichtet, worauf deren Zündung
einen neuen Arbeitshub veranlaßt.