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Als Pumpe, Motor oder Flüssigkeitsmesser zu benutzende Vorrichtung
mit zwei Kolben. Die Erfindung bezieht sich auf eine als Pumpe, Motor oder Flüssigkeitsmesser
zu benutzende Zweikolbenmaschine, und zwar insbesondere auf eine solche, bei welcher
zwischen den beiden Kolben die Steuerungsorgane und Arbeitskammern angeordnet sind.
Der Zweck der Erfindung ist, eine Vorrichtung zu schaffen, bei welcher die Flüssigkeit
möglichst unbehindert strömen kann und ihr Druck auf die sich bewegenden Schieberteile
derart ausgeglichen wird, daß eine ungleichmäßige Abnutzung verhindert wird. Erreicht
wird dies gemäß der Erfindung im wesentlichen dadurch, daß auf der die beiden j
e nur einseitig beaufschlagten Kolben starr miteinander verbindenden Kolbenstange
der Vorrichtung zentrisch ein ring- oder zylinderförmiger Schieber in einem zwischen
den Zylindern eingesetzten Gehäuse untergebracht ist, dessen zylindrische, zur Kolbenstange
konzentrische Bohrung vom Durchmesser der Zylinder unabhängig ist, und in dessen
Wendung Ein- und Auslaßkanäle ringförmig angeordnet sind.
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Der bewegliche Schieber kann für alle Zwecke eine unmittelbare Verbindung
zwischen den Auslaßkanälen und den Arbeitszylindern herstellen. Für gewisse Zwecke,
z. B. für Saugpumpen, empfiehlt es sich jedoch, Rückschlagventile vorzusehen, die
die Arbeitskammern von der Einlaßöffnung abschließen. Diese Ventile können vom Schieber
unabhängig sein, wobei letzterer nur durch seinen Sitz geführt wird, während erstere
durch Federn gegeneinandergedrückt werden und Sitze auf entgegengesetzten Seiten
des.Schiebers haben.
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Wird die Vorrichtung als Flüssigkeitsmesser benutzt, so wird der Schieber,
zwecks Vermeidens des Auftretens von Totpunkten, durch die Kolben mittels Federn
bewegt, die gegen den Druck der Flüssigkeit zusammengedrückt werden. Statt dessen
läßt sich die Bewegung der Kolben auch ausnutzen, um Flüssigkeit in jede Arbeitskammer
kurz vor Beendigung des Einwärtshubes des Kolbens gelangen zu lassen, wodurch der
Kolben gedämpft und der Schieber umgesteuert wird.
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Bei einer weiteren Ausführungsform gemäß der Erfindung wird der Schieber
durch eine Drehbewegung umgesteuert, die von einer Längsbewegung eines mit ihm verbundenen
Teiles abgeleitet wird.
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Auf den beiliegenden Zeichnungen sind mehrere Ausführungsformen des
Erfindungsgegenstandes dargestellt, und es ist Fig. z ein Längsschnitt durch eine
als Pumpe ausgebildete Vorrichtung gemäß der Erfindung, in dem der Schieber nur
zür Hälfte veranschaulicht ist, Fig. a ein Längsschnitt durch eine als Flüssigkeitsmesser
ausgebildete Vorrichtung, Fig..3 eine abgeänderte Ausführungsform einer als Flüssigkeitsmesser
dienenden Vorrichtung im Längsschnitt, Fig. a ein Querschnitt nach der Linie A-B
der Fig. 3,
Fig. 5 ein teilweiser Längsschnitt durch eine als Saug-
und Druckpumpe wirkende Vorrichtung, Fig. 6 ein Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform
einer Saug- und Druckpumpe, in dem auch nur eine Hälfte des Schiebers und der Kolben
veranschaulicht ist, Fig. 7 'ein Längsschnitt durch eine mit einem Gasverdichter
vereinigte Saug-. und Druckpumpe-Bei sämtlichen, im nachstehenden einzeln beschriebenen
Ausführungen ist zwischen den Zylindern i, 2, in denen sich die Kolben 7 bewegen,
ein Schiebergehäuse 3 mit zylindrischer Bohrung vorgesehen. Die Innenseite dieser
Bohrung enthält einen, nach dem Schieber hin offenen Ringkanal 68 (Fig. i), 71 (Fig.
2), 77 (Fig. 3), 53 (Fig. 5), 6o (Fig. 6), 63 (Fig. 7), der mit dem Einlaßstutzen
für die Flüssigkeit verbunden ist, was aus den Fig. 6 und 7 klar ersichtlich ist.
Dieser Einlaßkanal wird durch einen zweiten Ringkanal von bogenförmigem Querschnitt
69, 7o (Fig. i), 72, 73 (Fig. 2), 78, 79
(Fig. 3), 51, 52 (Fig. 5), 6r, 62
(Fig. 6), 64, 65 (Fig. 7) überbrückt, der zu beiden Seiten des Einlaßkanals in den
Schieberspiegel mündet und mit dem Auslaßstutzen für die Flüssigkeit verbunden ist,
was wieder die Fig. 6 und 7 erkennen lassen. Der Einlaßkanal und die beiden Endöffnungen
des Auslaßkanals werden durch den Schieber derart gesteuert, daß die Flüssigkeit
einerseits von dem EinlaBkanal aus in denjenigen Zylinder gelangt, in welchem der
Kolben im Falle einer Pumpe von dem Schieber fortbewegt wird bzw. im Falle eines
Motors sich von dem Schieber fortbewegen soll, und daß sie andererseits währenddessen
von dem andern Zylinder aus in den Auslaßkanal zu gelangen vermag.
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Die als Pumpe mit schnellaufendem Antrieb ausgebildete Vorrichtung
gemäß Fig. i stellt die einfachste Ausführungsform der Erfindung dar und ist für
alle anderen Ausführungsformen insofern typisch, als sie aus zwei Zylindern i, 2
besteht, die durch ein die Ein- und Auslaßkanäle enthaltendes Gehäuse 3 miteinander
verbunden sind. Die Zylinder i und 2 sind mit Flanschen ausgerüstet, die unter Zwischenschaltung
von Dichtungsringen 4 aus Leder o. dgl. vermittels Bolzen an dem Gehäuse 3 befestigt
werden. Eine Kolbenstange 5 verbindet die beiden je nur einseitig beaufschlagten
Kolben 7 starr miteinander. Das konzentrisch zur Kolbenstange 5 angeordnete Gehäuse
3 besitzt eine zylindrische Bohrung und dient zur "Aufnahme eines aus einem Stück
hergestellten Schiebers 32. Die zylindrische Fläche des Gehäuses 3 bildet die Gleitbahn
für den durch die Kolben 7 auf der Kolbenstange 5 hin und her beweglichen Schieber
32. Der Schieber 32 besitzt zwei Sätze von unmittelbar in die Zylinder i und 2 einmündenden
Öffnungen 66 bzw. 67.p In der Innenwandung des Gehäuses 3 sind drei ringförmige
Kanäle angeordnet, von denen die beiden äußeren, 69, 70, mit einem Auslaß verbunden
sind, während der innere, 68, mit einem Einlaß in Verbindung steht.
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Bei der in Fig. 2 dargestellten, als Flüssigkeitsmesser dienenden
Ausführungsform wird die Flüssigkeit durch den inneren Kanal 71 des Schiebergehäuses
3 zugeführt und strömt durch die beiden äußeren Ringe von Auslaßkanälen 72, 73 ab.
Bei der veranschaulichten Stellung haben die Kolben gerade ihren Hub nach der einen
Richtung beendet. Hierbei wird eine kleine Bohrung 33 gegenüber einem eingedrehten
Teil der Kolbenstange 5 freigegeben, so daß die Flüssigkeit einströmt, um den letzten
Teil des Kolbenhubes zu dämpfen und den Schieber 76 umzusteuern. Ist der Hub beendet,
so bietet der Schieber durch die Kanäle 74 eine unmittelbare Verbindung zwischen
den Einlaßkanälen 71 und dem anderen Zylinder i, während der erste Zylinder
2 nunmehr durch die Kanäle 75 mit dem Auslaß 73 verbunden wird. Infolgedessen bewegen
sich die Kolben nach der anderen Seite, und der Schieber bleibt bis kurz vor Beendigung
des Hubes stillstehen. Wenn sich alsdann der andere Kolben gegen den Schieber 76
legt, so bewegt er ihn hinreichend, um die Auslaßöffnung 73 abzudecken. Hierauf
strömt die Flüssigkeit von dem Einlaßkanal 71 durch die Bohrurig 33 in den eingedrehten
Teil der Kolbenstange, wodurch wieder das Ende der Bewegung der Kolben gedämpft
und der Schieber umgesteuert wird.
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Wie aus Obigem hervorgeht, erfolgt die Umsteuerung des Schiebers am
Ende des Hubes und wird durch Anstoßen des Kolbens gegen den Schieber hervorgebracht,
d. h. also mit anderen Worten, durch den Druck der Flüssigkeit auf diejenige Seite,
nach welcher sich die Kolben bewegen. Infolgedessen muß die Fläche des Kolbens größer
sein als die des dem Druck der Flüssigkeit ausgesetzten Schiebers. Durch richtige
Bemessung dieser Flächen kann daher jede beliebige Kraft zum Umsteuern des Schiebers
erhalten werden.
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Dies ergibt sich auch aus der in den Fig. 3 und 4 dargestellten, ebenfalls
als Flüssigkeitsmesser dienenden Vorrichtung, bei welcher zwischen dem Schiebergehäuse
3 und dem Zylinder i ein Zwischenstück 34 vorgesehen ist. Dieses Zwischenstück besitzt
eine in den Schieber 35 hineinragende hülsenförmige _ Verlängerung 34a, welche einen
festen, den größeren Teil des anderweitig auf den Schieber 35 einwirkenden Flüssigkeitsdruckes
aufnehmenden Anschlag bildet. Um dies zu ermöglichen, ist die Querwand 35a des Schiebers
35 bei 35b durchbrochen. In der Nähe des oberen und unteren Kolbens 7 sind auf der
Kolbenstange.- 5 zur
Aufnahme von Schraubenfedern 36 dienende Kappen
37 befestigt, die in geeigneter Weise auch zum Halten. der gegen den Schieber 35
stoßenden, auf der Kolbenstange 5 gleitenden Hülsen 38 ausgebildet sind. Die Federn
36 stützen sich einerseits gegen die geschlossenen Enden der Kappen 37 und andererseits
gegen auf der Außenseite der Hülsen 38 vorgesehene Rippen. Die Verlängerung 34"
ist bei 39 ausgespart, um einen Teil des Schiebers 35 zwecks Dämpfens seiner Bewegung
aufzunehmen. In dem Schiebergehäuse 3 sind zwei Auslaßkanäle 78, 96 und ein Einlaßkanal77
vorgesehen, während der Schieber 35 zwei ringförmige Kanäle 8o, 81 besitzt. In der
in Fig. 3 veranschaulichten Stellung nähert sich der obere Kolben 7 dem Ende seines
Auswärtshubes, und die Hülse 38 ist gerade mit der Querwandung 35 a des Schiebers
35 in Berührung gekommen. Bei weiterer Abwärtsbewegung des oberen Kolbens 7 wird
zunächst die obere Feder 36 zusammengedrückt, ohne daß der Schieber 35 bewegt wird,
da der gegen die von der Verlängerung 34a nicht bedeckte untere Fläche des Schiebers
35 wirkende Flüssigkeitsdruck einer solchen Bewegung entgegenarbeitet. Bei einer
gewissen Spannung der Feder 36 wird der infolge des auf den unteren Kolben 7 ausgeübten
Druckes auf die Kolbenstange 5 wirkende. Zug größer als der gegen die Unterfläche
des Schiebers 35 gerichtete Aufwärtsdruck. In diesem Augenblick beginnt der Schieber
35 sich zu bewegen, bis die Verbindung zwischen dem unteren Zylinder und dem Einlaßkanal
77 unterbrochen ist, worauf durch Entspannung der Feder 36 die Abwärtsbewegung des
Schiebers 35 beendet wird. Die - beiden Kolben 7 bewegen sich alsdann aufwärts,
wobei der Schieber 35 stehenbleibt, bis die Hülse 38 am unteren Ende der Kolbenstange
5 gegen den unten am Schieber 35 vorgesehenen Ring stößt, worauf der Schieber in
der oben beschriebenen Weise nach dem Zusammendrücken der unteren Feder 36 nach
aufwärts bewegt und die so eingeleitete Bewegung schließlich durch die Entspannung
der unteren Feder 36 beendigt wird. Wenn in diesem Falle die als Anschlag dienende
Verlängerung 34.a nicht vorgesehen wäre, so würde bei der Abwärtsbewegung 'der Kolben
die Drückflüssigkeit in den unteren Zylinder strömen, und ihr Druck auf den unteren
Kolben 7 hätte das Bestreben, die Kolben abwärts zu bewegen und die Flüssigkeit
aus dem oberen Zylinder auszutreiben. Sobald der Kolben 7 gegen den Zylinder stoßen
würde, würden zwei Kräfte gleichzeitig auf letzteren einwirken, und zwar würde der
Druck auf den unteren Kolben 7 bestrebt sein, den Schieber umzusteuern, und der
aufwärts gegen die Schieberunterfläche gerichtete Druck würde diesem Bestreben entgegenarbeiten.
Da nun die Unterfläche des Schiebers größer- ist als die Oberfläche des unteren
Kolbens 7, würde der Schieber in seiner Stellung verbleiben. Durch das Zwischenstück
34- wird die Schieberfläche verringert, wodurch es ermöglicht wird, daß der Druck
auf den unteren Kolben den aufwärts gerichteten Druck überwindet.
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Bei der in Fig. 5 dargestellten, wieder als Pumpe dienenden Ausführungsform
ragt die die Kolben 7, von denen nur einer veranschaulicht ist, miteinander verbindende
Kolbenstange 5 aus dem Zylinder i heraus und ist durch eine Lasche 8 mit einem Handhebel
9 verbunden, dessen eines Ende drehbar an dem Schiebergehäuse 3 befestigt ist. Der
Schieber gemäß Fig. 5 besteht aus einem Gußstück =i mit einem in die Bohrung des
Schiebergehäuses 3 passenden zylindrischen Mantel sowie aus einer inneren zylindrischen
Buchse, die auf der Kolbenstange 5 sitzt. Eine einzige Reihe von Öffnungen 54 in
dem Mäntel des Schiebers =i steht stets den Einlaßkanälen 53 des Schiebergehäuses
3 gegenüber, und Kanäle im Innern des Schiebers =i verbinden die mittleren Öffnungen
mit seitlich in die beiden Zylinder mündenden Öffnungen 55, 56. Letztere werden
gewöhnlich durch Ventile 12 geschlossen gehalten, die durch Federn 13 auf ihre Sitze
gedrückt werden. Die Federn liegen zwischen den Ventilen und auf den Enden der der
inneren Buchse aufgeschraubten Ringe. Der Mantel des Schiebers =i ist so lang, daß
er einen der äußeren Ringe von Kanälen 51, 52 in dem Schiebergehäuse 3 vollkommen
freigibt, wenn der andere abgedeckt ist.
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Fig. 5 zeigt die Stellung der Kolben, welche sie am Anfang ihrer Bewegung
nach dem Handhebel 9 hin einnehmen. Da die Flüssigkeit aus dem Zylinder 2 nicht
entweichen kann, übt sie infolge jener Bewegung einen Druck auf den Schieber =r
aus und bringt ihn in seine andere Endlage, so daß nunmehr der Zylinder 2 durch
die Öffnung 52 mit dem Auslaß verbunden wird. In dem Zylinder i wird unterhalb des
Kolbens 7 ein Vakuum erzeugt, wodurch das zugehörige Ventil 12 geöffnet. wird, so
daß die Flüssigkeit durch dieses Ventil in den Zylinder i einströmen kann. Es sei
darauf hingewiesen, daß das Ventil 12 die Verbindung des Zylinders mit der Einlaßöffnung-
54 sofort bei Beendigung der Bewegung der Kolben absperrt und nicht erst dann, wenn
die Bewegung der Kolben umgekehrt wird. Infolgedessen kann die Pumpe Flüssigkeit
aus sehr beträchtlichen Tiefen ansaugen oder mit gutem Erfolge zum Ansaugen von
Gasen benutzt werden.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 6 besteht der Schieber aus drei
Teilen. Die Rückschlagventile werden durch Flansche 23 der auf der ' Kolbenstange
5 sitzenden Buchsen gebildet. Die Flansche haben einen ringförmigen Sitz
an
dem in der zylindrischen Bohrung des Schiebergehäuses 3 gleitenden und nur durch
letzteres geführten Tei124. Dis Sitze der Ventile 23 können durch Ringe 25 aus Dermatine,
Leder, Gummi o. dgl. abgedichtet sein, die in die Teile 23 oder 24 eingesetzt sind.
Ähnliche Einsätze können auch bei 26 in den einander gegenüberstehenden Enden der
Zylinder 1, 2 vorgesehen werden, um eine Dämpfung und Abdichtung des Schiebers 24
herbeizuführen. Die Einlaß- und Auslaßkanäle sind mit 6o bzw. 61 und 62 bezeichnet.
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Gemäß der in Fig. 7 dargestellten Ausführungsform gleitet der Teil
27 des Schiebers auf den Teil 28 des Schiebers. Beide Teile werden durch eine einzige
Feder 29 gegeneinander und auf ihre Sitze gedrückt. Die Einlaßöffnungen sind mit
63 und die Auslaßöffnungen mit 64, 65 bezeichnet. Aus dieser Figur ist die Vereinigung
einer Saug- und Druckpumpe mit einem Gasverdichter ersichtlich, um eine Mischung
beispielsweise von Luft und Wasser zu erzeugen, in der die beiden Bestandteile in
einem bestimmten Verhältnisse vorhanden sind.. Zu diesem Zweck ist das untere Ende
des Zylinders i gasdicht verschlossen, so daß der untere Kolben 7 nicht nur als
Kolben der Wasserpumpe, sondern auch als Kolben einer Luftpumpe dient, indem er
Luft durch das Rückschlagventil3o ansaugt und durch ein zweites Rückschlagventil
31 herausdrückt. Der untere Teil des Zylinders = kann erforderlichenfalls einen
anderen Durchmesser aufweisen und einen derart ausgebildeten Kolben enthalten, daß
jedes gewünschte Mischungsverhältnis zwischen Wasser und Luft erzielt werden kann.
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Es sei bemerkt, daß die beschriebenen Ausführungsformen nur beispielsweise
gewählt worden sind und viele Abänderungen in der Bauart getroffen werden können,
ohne von dem Wesen der Erfindung abzuweichen.