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Titel: Saugstrahlpumpe
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zum Evakuieren und Absaugen von aggressiven Medien, mit Wasserstrahlpuppen,
ohne Druckwasserbetrieb Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Absaugpumpe zur
Erzeugung eines Vakuums oder zur Absaugung von aggressiven Medien und Gasen mit
Wasserstrahlpumpen, ohne Druckaasserbetrieb und die Notwendigkeit von Dichtungen
bei rotierenden Teilen im Saugbereich.
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Die InJektorwirkung der Wasserstrahlpumpen wird durch einen Unterdruck
erzeugt, der durch ein vorgelagertes und freilaufendes Flügelrad das Treibmittel
Wasser durch die Düsen der Wasserstrahlpumpen saugt.
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Die Wasserstrahlpumpen haben keine Zuleitungen für das Wasser, weil
sie sich selbst im Wasser befinden.
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Der Wasserverbrauch wird durch das tknlaufsystem über das Flügelrad
gegen "Null" bzw. auf ein Minimum reduziert.
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Die Saugstrahlpumpe besteht bei Einsatz von aggressiven Medien vorzugsweise
aus Kunststoffen, die auch thermischen Belastungen standhalten, weil sich alle Pumpenteile
im Wasser befinden und durch einen schwachen Zulauf von Leitungswasser gekahlt werden.
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Durch den anfallenden Saugstrahl aus den Düsen wird ein Rückschlagen
des angesaugten Mediums in den Wasserstrahlpumpen verhindert, wodurch auch bei höherer
Wassertemperatur eine gute Saugleistung erreicht wird.
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Es ist bekannt, daß zur Erfüllung dieser Aufgaben insbesondere in
Laboratorien und in der Industrie Puppen mit unterschiedlichen Eigenschaften zu
Einsatz kommen.
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Folgende Hersteller entsprechender Puppen sind dem Anmelder bekannt:
1. Rudolf Brand, Postfach 310, 6980 Wertheim-Glashütte 2. Leybold-Heraeus GmbH u.
Co. KG, Bonner Str. 504, 5000 Köln 51 3. Fritz Genser, Postfach 1221, 8803 Rothenburg
o. T.
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4. Glasgerätebau Hirschmann, Hauptstraße 7 - 15, 7101 Eberstadt 5.
KNF Neuberger, 7801 Freiburg-Munzingen 6. Gerhard Stellmacher, Postfach 1201, 8501
Schwaig b. Nürnberg Folgende Absaugsysteme von Pumpen kommen zur Erzeugung von Vakuum
oder zur Absaugung von Flüssigkeiten zum Einsatz: Wasser~trahlEumpen sind zur Erzeugung
eines Vakuums oder der Absaugung von aggressiven Medien bestens geeignet. Ihre geringe
Störanfälligkeit und ihr geringer Verschleiß sind positiv zu bewerten.
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Ihr großer Nachteil liegt in ihrem hohen Wasserverbrauch (Kosten),
der Notwendigkeit von hohem Wasserdruck bei niedriger Temperatur und nicht zuletzt
darin, daß die angesaugten Medien sofort dem Abwasser zugeführt werden5 wobei nicht
gebundene Gase beim Strahlaustritt zur Belästigung oder zur Gefahr werden können.
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Der Betrieb von Wasserstrahlpumpen durch das Wasserversorgungsnetz
widerspricht sowohl beim Zulauf wie beim Ablauf in keiner Weise mehr dem heutigen
Umweltbewußtsein. Um die Vorteile der Wasserstrahlpumpe zu erhalten, ohne ihre Nachteile
zu übernehmen, sind in den letzten Jahren Konstruktionen entstanden, die Druckwasser
im Kreislaufsystem einer oder mehreren Wasserstrahlpumpen zufuuren, um vom hohen
Wasserverbrauch und der direkten Abführung ins Abwasser unabhängig zu sein.
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Das Druckwasser dieser Systeme wird entweder mit Kreiseldructpumpen
oder Druckluft, welche Wasser aus einem Zylinder drücken, erzeugt.
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Der Nachteil der Druckwassererzeugung bei Kreiselpumpen liegt in der
Notwendigkeit des Einsatzes von druck- und säurefesten Dichtungen zwischen Antriebswelle
und Pumpengehäuse oder einer aufwendigen Drehmoment-Magnetübertragung. Der anfallende
Druck stellt ebenfalls besondere Anforderungen an Materialfestigkeit, Qualität und
Verarbeitung.
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Die Druckwassererzeugung durch Druckluft setzt den Einsatz eines leistungsstarken
Kompressors voraus, ferner ein kompliziertes Ventilsteuerungssystem fUr die Umschaltung
von Druckluft u. Wasser von einem auf einen anderen Arbeitszylinder. Zusätzlich
sind schalldämpfende Maßnahinden wegen der schnell austretenden Druckluft erforderlich.
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Die Erzeugung von Vakuum oder die Absaugung von aggressiven Gasen
oder Flüssigkeiten bei Betriebstemperaturen ist mit mechanischen Puppen, z.B.
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Kreisel- Kolben- Membran- oder Lamellenpumpen überhaupt nicht oder
nur mit großem technischem Aufwand und entspr. Werkstoffauswahl möglich.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, als Pumpeneinheit Vakuum
zu erzeugen oder aggressive Gase und Flüssigkeiten mit Wasserstrahlpumpen abzusaugen,
ohne daß diese mit Druckwasser betrieben werden. Ferner soll bei höherer Wassertemperatur
nur ein geringer Leistungsverlust auftreten.
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Die Saugstrahlpumpe soll keine dem Verschleiß unterworfenen Dichtungseleinente
im Saug- bzw. Vakuumbereich haben. Der Wasserverbrauch der Saugstrahlpumpe soll
gleich "Null" bzw. auf wenige Liter in der Stunde beschränkt sein.
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Der Saugstrahl soll durch ein elektrisch angetriebenes Schaufelrad
bewirkt werden, welches das (Treibmittel) Wasser im Kreislauf durch die Strahldüse
saugt.
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Die Saugstrahlpumpe soll durch zentrische Anordnung von Wasserstrahlpumpen
auf kleinstem Raum eine hohe Saugleistung besitzen.
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Das Reinigen einer verstopften Düse oder des Pumpenbehälters soll
ohne Demontage von Wasserstrahlpumpen erfolgen und statt dessen durch Hochheben
des Deckelflansches ermöglicht werden.
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Das (Treibmittel) Wasser soll nach seiner Anreicherung mit aggressiven
Medien separat an einem Auslauf abgelassen werden können, um es umweltfreundlich
zu entsorgen bzw. zu neutralisieren, ohne daß das (Treibmittel) Wasser in das Abwasser
gelangt.
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Der Betrieb mit zulaufendem und überlaufendem Wasser soll möglich
sein.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgeeaß dadurch gelöst, daß in einem säure-und
laugenbeständigen Behälter mehrere Wasserstrahlpumpen in einem Saugflansch zentral
angeordnet sind, die ins Zentrum einer Saugkammer strömungsgünstig einmünden.
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Ein dicht - jedoch ohne Dichtung - über der Saugkammer freilaufendes
Flügelrad erzeugt durch seine Rotation eine Saugkraft, welche das Treibmittel Wasser
mit hoher Geschwindigkeit und ohne einen Wasserdruck aufzubauen, durch die Strahldüsen
saugt.
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Da der 7niektoreffekt der Wasserstrahlpumpen nicht durch Druckwasser,
sondern durch Auftreten eines Unterdrucks in der Saugkammer entsteht, wird ein Rückscblagen
von Gasblasen in die Fangdüse der Wasserstrahlpumpe verhindert, so daß selbst bei
höherer Temperatur des Treibmittels Wasser die Saugleistung nur geniigfUgig abfällt.
Die Saugleistung des Flügellaufrades wird durch das im Drehsinn des Laufrades einströmende
Wasser aus der Strahldüse verstärkt.
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Beim Ansaugen von Gasen mittels der Saugstrahlpumpe tritt aus dem
Flügellaufrad sowohl (das Treibmittel) Wasser als auch Gas aus, das auf einen Prallring
schlägt, wodurch die Gasblasen nach oben in den Entlüftungsraum gelenkt werden,
während das Wasser im Kreislauf zurück durch die Strahldüsen fließt.
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Die injektorsaugleistung der einzelnen Wasserstrahlpumpen wird durch
eine Ringleitung kombiniert und über eine Saugleitung mit Rückschlagventil nach
außengefUhrt.
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Die hohe Saugleistung der Saugstrahlpumpe ist wesentlich darauf zurück
zuführen, daß nicht erst ein Überdruck vom (Treibmittel) Wasser von ca.
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2 - 4 bar aufgebaut werden muß, um über die Wasserstrahlpumpen einen
Unterdruck zu erzeugen, sondern die Saugstrahlpumpe entwickelt sofort nach Inbetriebnahme
einen vom Normaldruck ausgehenden Unterdruck.
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Der Deckelflansch der Saugstrahlpumpe ist leicht abnehmbar und kann
zum Zweck der Reinigung des Behälters oder der Strahldüsen neben dem Behälter abgestellt
werden.
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Auf dem Deckelflansch sind der Antriebsmotor, die elektrische Installation,
das Magnetventil fUr zulaufendes Wasser, die Entlüftung, der Sauganschluß und die
Schutzhaube montiert.
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Ein Ausrohrungsbeispiel der Erfindung ist in 3 Zeichnungen dargestellt
und wird im folgenden näher beschrieben:
1 Saugflansch mit Wasserstrahlpumpen
2 Flügellaufrad
3 Prallring
4 Verbindungselemente
5 tiberlauf
6 Geruchsverschluß
7 Entlüftung
8 Magnetventil
9 Treibmittelzulauf (Wasser)
10 Antriebsmotor
11 Sauganschluß
12 Deckelflansch
13 Entlüftungekammer
14 RAckschlagventil
15 Dichtungsscheibe
16 Antriebswelle
17 Saugstrahlpueeen-Behälter
18 Treibmittel (Wasser)
19 Zwischenring
20 Strahldüse
21 Anschluß für Ablaßhahn
22 Fangdüse
23 Saugraum
24 Saugringleitung
25 Bohrung für Verbindungselemente Die Saugstrahlpumpe besteht aus einem geschlossenen
Behälter (17), der bis zu einem Überlauf (5) mit (dem Treibmittel) Wasser (18) gefüllt
ist.
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Im (Treibmittel) Wasser läuft ein durch einen Antriebsmotor (10) angetriebenes
Flügellaufrad (2). Zentrisch unter dem Flügellaufrad angeordnet, befindet sich der
Saugflansch mit einer oder mehreren Wasserstrahlpuppen (1), deren Fangdüse (22)
und Strahldüse (20) in den Saugflansch eingearbeitet sind.
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Das Drehmoment des Antriebsmotors wird über die Antriebswelle (16)
mit aufgesetzter Dichtungsscheibe (15) auf das Flügellaufrad (2) übertragen.
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In der Mitte des Saugflansches (1) befindet sich ein Saugraum (23),
in den das (Treibmittel) Wasser (18) nach seiner Ansaugung im Drehsinn des Flügellaufrades
(2) einströmt. Das durch das Flügellaufrad (2) über die Strahldüse (20) und den
Saugraum (23) angesaugte (Treibmittel) Wasser läßt in der Fangdüse (22) einen Unterdruck
entstehen (Bernoulli-Effekt).
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Der Unterdruck zum Absaugen von Gasen und Flüssigkeiten wird über
den Sauganschluß (11) mit eingebautem Rückschlagventil (14) durch den Deckelflansch
(12) nach außen geführt.
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Das aus dem Flügellaufrad (2) geschleuderte (Treibmittel) Wasser (18)
ist beim Ansaugen von Gasen mit Gasblasen vermischt, die beim Aufprallen auf den
Prallring (3) nach oben in die Entlüftungskammer (13) abgeleitet werden, wobei das
(Treibmittel) Wasser (18) nach unten durch die Strahldüse (20) dem Kreislauf drucklos
zufließt.
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Bei der Anordnung von mehreren Wasserstrahipumpen im $aut-;flansch
(1)sind die Fangdüsen (22) mit einer Saugringleitung (24) verbunden.
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Der Saugflansch (1), mit Prallring (3) und dem Zwischenring (19) ist
mit den Verbindungselementen (4) und dem Deckelflansch (12) verbunden und bildet
beim Abheben zum Zweck der Reinigung eine Einheit.
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Das in die Entlüftungskainrner (13) steigende Gas kann durch die EntlUftung
(7) frei austreten oder über eine weiterführende Leitung abgeführt werden.
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Beim Betrieb mit ständigem Zulauf des (Treibmittels) Wasser (18) über
das Magnetventil (8) wird das Niveau im Saugstrahlpumpen-Behälter (17) durch den
überlauf (5) mit Geruchsverschluß (6) gehalten.
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An der Seitenwand des Behälters befindet sich ein Anschluß mit Ablaßhahn
(21) für das Ablassen des (Treibmittels) Wasser (18). Der Antriebsmotor (10), sowie
das Magnetventil (8) und die Elektroinstallation sind mit einer am Deckelflansch
(12) befestigten Abdeckhaube gefahrensicher abgedeckt.
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Die Zeichnung Blatt 1 zeigt die Saugstrahlpumpe im Längsschnitt mit
allen Funktionselementen.
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Die Zeichnung Blatt 2 zeigt den Querschnitt durch die Achse A - B
mit dem Flügellaufrad (2), den Saugraum (23) und den Prallring (3).
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Die Zeichnung Blatt 3 zeigt den Querschnitt durch die Achse C - D
mit der Anordnung der Saugdüsen (20) und Fangdüsen (22), sowie die Saugringleitung
(24).