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Ventillose Kolbenpumpe. Es sind ventillose Kolbenpumpen bekannt, bei
denen ein im Pumpenzylinder eingebauter, den Kolben unmittelbar umschließender Rohrschieber
in der Zylinderwandung angeordnete Ein- und Austrittsöffnungen dadurch abwechselnd
öffnet und schließt, daß er vorn Kolben vermittels eines Anschlages, durch Reibung
u. dgl. mitgenommen oder durch besonderen Antrieb gesteuert wird: Gegenstand der
Erfindung ist eine Kolbenpumpe gleicher Art, bei welcher ein für Kolben und Schieber
gemeinschaftliches Antriebsgestänge so ausgebildet ist, daß Kolben und Schieber
einerseits die gleiche Bewegung ausführen und der Kolben anderseits noch eine zusätzliche
Bewegung zur Schieberbewegung in abwechselnd positivem und negativem Sinne erhält,
wobei die im Schieber befindlichen, mit dem Saug- bzw. Druckwindkessel in ständiger
Verbindung stehenden -Ein- und Austrittsöffnungen vom Kolben gesteuert werden. .
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Die Erfindung bezweckt schnelle Eröffnung und schnellen Abschluß der
Ein- und Austrittsöffnungen, Verringerung der Widerstände beim Ansaugen und Fortdrücken,
günstige Führung und kurze Wege der Förderflüssigkeit auf dein Wege vom Saug- zurr
Druckwindkessel, Steigerung der Leistungsfähigkeit durch höhere Umdrehungszahl und
ihre Verwendbarkeit für die Förderung dicker, heißer und mit Dämpfen gemischter
Flüssigkeiten: Durch die Eigenart der Steuerung wird zugleich allmählicher Druckwechsel
im Gestänge und stoßfreier Gang erzielt. Auf der Zeichnung -ist ein Ausführungsbeispiel
einer stehenden Pumpe dargestellt. .
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Fig. i ist ein schematischer senkrechter Schnitt durch die Pumpe mit
dem Antriebsgestänge.
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In Fig. 2 ist eine gegenüber Fig. i ab-,weichende Anordnung des Antriebsgestänges
dargestellt.
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Wie die Zeichnung erkennen läßt, wird der ringförmige Schieber a mit
beiderseits offenen Stirnseiten in dem ZZ-linder b durch die Stange c auf und ab
bewegt, die mit ihrem unteren Ende d auf dem Schieberzapfen e schwingt und mit ihrem
oberen Ende f in dein Kurbelkreis g herumläuft. Am Schieberstangenkopf - d ist senkrecht
zur Schieberstangenachse ein Hebel h- angebracht, der die Winkelbewegung der Schieberstange
um den Schieberzapfen e mitmacht und mit dem im Schieber e#ngebauten Kolben i durch
die Gelenkstange k verbunden wird. Zur Vermei-' dung einer Normalkomponente der
Kolbendruckkraft auf die Gleitbahn des Kolbens ist der Schieber in seinem oberen
Teil erweitert und der Schieberzapfen e mit der Kurbehvelle entsprechend der Länge
des Hebels h so weit seitlich der Zylinderachse angeordnet, claß die- Gelenkstange
k in die Zylinderachse fällt, aus welcher sie sich bei der Bewegung nur unwesentlich
verschiebt. Um ferner eine Diegungsbeanspruchung der Stange c durch die am Hebelarm
h wirkende Kolbendruckkraft zu vermeiden, kann nach Fig. 2 statt der Stange c in
dem von den Mittelpunkten der Zapfen e, 1, va gebildeten Dreieck die Linie
1-irt als Antriebsstange c, ausgebildet
werden. Alsdann ist ohne
Änderun,- der I',ewegrun-sverhältnisse der Kraftfaktor cles auf diese Stange il
wirksamen Biegungsinonientes auf den Druck beschränkt, der auf der dünnwandigen
Schieberfläche lastet.
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Die untere (Fig. i) und korrespondierende obere Strecklage von Kurbel
ii und Schieberstange t- tind die entsprechenden Stellungen von Schieber und Kolben
werden in der -Folge finit unterer und oberer -Nullstellung bezeichnet, da dort
der wirksame Saug- und Druckhub beginnt. Bei diesen Nullstellungen sind die über
den ganzen Unifang des Sehiebers angebrachten Ein- und Austrittsöffnungen o, und
o_, durch welche das zu fördernde 'Mittel radial nach allen Seiten in den Zylinder
b einströmen bzw. aus ihm austreten kann, von den Steuerkanten t, und p_ des Kolbens
gerade verschlossen. Da der Schieber a den Umfang des Zylinders
b besitzt. so ergeben sich für die Öffnungen o, und o_ große Querschnitte.
und zwecks weiterer Vergrößerung der letzteren können mehrere Reihen Ein- und Austrittsöffnungen
ini Schieber a' etagenförmig übereinander mit entsprechenden Durchbrüchen bzw. Kanälen
im Kolben angeordnet werden. Die Eintrittsöffnungen o, sind durch die Zylinderöffnungen
q, mit dem Saugwindkessel r und die Austrittsöffnungen o_ durch die Zylinderöffnungen
q2 mit dem Druckwindkessel s in ständiger Verbindung. Die Windkessel @-und s sind
mit dem Pumpenzylinder organisch verbunden und als ringförmige Räume uni den Zv
linder ausgebildet, so tlaß kurze Webe für das Fördermittel erzielt werden. Im Kolben
i sind Kanäle t angeordnet, die so gestaltet sind, daß der Flüssigkeitsstrom
auf seinem Wege durch den Pumpenzylinder in günstiger Weise geführt und in allmählichem
Übergang seitlich abgelenkt wird, um durch einen Ringspalt ir am äußeren Umfange
des Kolbens während des Druckhubes in die Austrittsöffnungen o_ des Schiebers zu
münden. Infolge dieser Gestaltüng der Kolbenkanäle t werden zugleich mitangesaugte
Luft oder Dämpfe bei jedem Druckhub restlos aus dem Zylinder entfernt.
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Durch die Stimmierung aller dieser Faktoren und durch den Fortfall
jeglicher Ventile sind die Widerstände bei der Förderung der Flüssigkeit vom Saugwindkessel
r zum Druckwindkessel s beträchtlich herabgemindert und größere Saughöhen, die Förderung
dicker, heißer und mit Dämpfen gemischter Flüssigkeiten sowie höhere Umdrehungszahlen
ohne Gefährdung der ßetriehssicherlieit möglich.
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Die De-,vegungs- und Steuerungsverhältnisse gestalten sich wie foll;t:
Durch die Verbindung von Schieber und Kolben vermittels Je: Hebels !t und @ler Stan-e
k wird der Kolben i -ezwtin-en, die Rewe@@ttn @r (1e, Schiebers a, die nach
dem einiachcu I@urlicltrie#li@e:etz erfolgt, initzumachen. 7tigleich wird dadurch,
daß der 1-Iebel h mit leg St:iu#--e c um den Schieberzapfen @- eine Witikelhewegut,g
ausführt, der Kolben relativ 711111 Schieber verschoben. und zwar, wenn der hurbelzahien
t durch den Quadranten I des 1`ur belkrcises g schy: ingt, nach oben im Sinne der
Schieberbeweguiig. Hierbei gibt die Steuerkante p, die Eintrittsöffnungen o, frei.
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Bei der Bewegung ;fies Kurbelzapfens l durch den Quadranten II wird
der Kolben relativ zum Schieber im entgegengesetzten Sinne zu dessen Bewegung verschoben
und. kehrt in seine ursprüngliche relative Lage zum Schieber zurück, wodurch die
Steuerkante p, die Öffnungen o, wieder verschließt. Während dieses ganzen
Saughubes bleiben die Austrittsöffnungen o_ geschlossen, und das zu fördernde Mittel
kann durch die Eintrittsöffnungen o, aus dem Saug w indkessel r in den vom Schieber
und Kolben freigegebenen Zylinderraum einströmen. Beim -Druckhuhe, wenn der Kurbelzapfen
l also den C)uadranten III und IV durchläuft, vollzieht sich die deiche Verschiebung
des Kolbens nach unten. so daß durch die Steuerkante p_ des Kolbens die Austrittsöffnungen
o_ bei verschlossen bleibenden Eintrittsöffnungen eröfinet bzw. mit den Kolbenkanälen
t in Verbindung gebracht und wieder geschlossen werden. Das Fördermittel kann nun
auf dem Wege durch diese Kolbenkanäle unter allmählicher Ouerschnittsveren-ung aus
dem Zylinder in den Druckwindkessel s entweichen.
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Da die Geschwindigkeit der Winkelbewegung der Sch#eberstange c und
des mit ihr verbundenen Hebels h in den Nullstellungen, also beim Beginn des Saulje-
und Druckhubes am größten ist, so ist auch dort die Geschwindigkeit der Verschiebung
des Kolbens relativ zum Schieber am grüßten. Die Ein- und Austrittsöffnungen o,
und o_ werden demgemäß rasch er;iffnet und äeschlossen. Ferner wird hierdurch ein
großer Teil der im Sinne der Schieberbewegung im Quadranten I und III erfolgenden
relativen Kolbenverschiebung erst am Ende der Quadranten 1I und IV ausgeglichen,
wobei der Kolben, inilein er zugleich den Schieberweg zurücklegt, über seine absolute
Lage in der oberen und unteren Nullstellung hinausschwingt. Sein Hub ist somit größer
als «cr durch den Kurbelradius ;i bedingte Schieberhub, und auch der Hubwechsel
des Kolbens erfolgt früher als der des Schiebers, so rlaß sich Schieber und Kolben
eine gewisse Strecke, und zwar von den Hubwechsein
des letzteren
bis zu rlen Hubwechseln des ersteren (Nullstellungen) entgegengesetzt bewegen. Durch
<gen Kolben wird also bereits vor Erreichung der oberen Nullstellung; Druckwirlcting
und vor Erreichung der unteren Nullstellung Saugwirkung erzeugt. Da nun die Ein-
und Austrittsöffnungen in) Schieber erst in den Nullstellungen selbst abgeschlossen
werden, so sind sie ain L:nde der Saug- bzw. Druckwirkung noch verhältnismäßig weit
geöffnet, und unter allmählichem und stoßfreiem Druckwechsel im Gestänge erfolgt
vom oberen Hubwechsel des Kolbens bis zum Abschluß der Eintrittsöffnungen o1 in
der oberen Nullstellung bei bis dahin geschlossenen Austrittsöffnungen o_ ein Zurückdrücken
des Fördermittels aus dem Zvlinder b in den Saugwindkessel r und vom unteren Hubwechsel
des Kolbens bis zum Abschlul5 der Austrittsöffnungen o. in der unteren Nullstellung
bei bis dahin geschlossenen Eintrittsöffnungen o, ein Zurückströmen des Fördermittels
aus dem Druckwindkessel s in den Zylinder b. Volumetrischer Verlust, bezogen auf
den durch den Kurbelradius ai bedingten Hub, entsteht jedoch hierdurch nicht, da
lediglich das den überschüssi gen Kolbenhub entsprechende ''olumen nicht gefördert
wird.
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Da der Kolben in den Nullstellungen ini Gegensatz zu dem einfachen
Kurbeltrieb infolge seiner Kupplung mit dein Hebel lt bereits eine gewisse Geschwindigkeit
besitzt, so können, um der Förderflüssigkeit dort bei nicht genügender Luft im Zylinder
bzw. zur Vermeidung übermäßiger Drucksteigerung in demselben bereits einen genügenden
Querschnitt zu bieten, die Austrittsöffnungen o_ so angeordnet werden, daß sie in
der oberen Nullstellung durch die Steuerkante p, teilweise bereits eröffnet sind.
Dein,-emäß beginnt also ihre Eröffnung, noch ehe die Eintrittsöffnungen ganz geschlossen
sind. Hierdurch, und da alsdann auch die Eintrittsöffnungen o, bereits eröffnet
werden, bevor die Austrittsöffnungen ganz geschlossen sind, wird lediglich der Lieferungsgrad
der Pumpe geringfügig vermindert und der Druckwechsel etwas schneller bewirkt.
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Durch entsprechende Anordnung; der Ein-und Austrittsöffnungen können
auch noch andere Steuerungsverhältnisse erzielt «erden. Beispielsweise können die
Austritt93ffnungen bereits im oberen Hubwechsel des Kolbens bei dann gleichzeitigem
Abschluß der Eintrittsöffnung;en eröffnet werden. Alsdann beginnt auch der wirksame
Druckhub dort bereits und nicht erst in der oberen Nullstellung. Oder die Austrittsöffnungen
kümien bei bereits im oberen Hubwechsel des 1`olbens erfolgender n- der Eintrittsöffnungen
erst hinter der oberen Nullstellung eröffnet werden, so rlaß, wenn größere Luft-oder
Dampfmengen (Naßluftpunipen bzw. Pumpen für die chemische Industrie) oder mir Luft.-
lizw. (fase unter geringem Überdruck gefördert @@-erden sollen, diese bei Er-Öffnung
der Austrittsöffnungen bereits verdichtet sind.
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Eiii weiterer @\-eaeiitliclier Vorteil ist bei der Pumpe dadurch erreicht,
daß auf das Gestänge die in den Totlagen (Nullstellungen) auftretenden maximalen
Beschleunigungskräfte vier Triebwerksmassen erst nach voranget;ancxenem Druckwechsel
eimvirken und somit, insbesondere bei hohen Umdrehungszahlen, ruhiges und stoßfreies
Arbeiten in erhöhtem 'Maße .gewährleistet ist.
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"Wenn aus dein Saugwindkessel Dämpfe orler Luft, die zwecks Regulierung
der volumetrischen Leistung. auch beabsichtigt eingelassen werden können, mit abgesaugt
werrlen sollen, so geschieht dies automatisch dadurch, daß sich der Wasserstand
im Saugwindkessel der eingedrungenen Luft- bzw. Dampfmenge entsprechend tief einstellt
und cjie Eintrittsöffnungen o, des Schiebers a, die sich während des Saughubes an
der Wassersäule des Saug-,vindkessels entlang nach oben bewegen, schließlich mit
dem Luft- bzw. Dampfraum des Saugwindkessels in Verbindung treten.