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Kolbenpumpe. Gegenstand der Erfindung ist eine Kolbenpumpe mit einer
Hilfsvorrichtung, die während der Ventilschlußzeit den Hubraum der Pumpe um ganz
oder annähernd so viel verkleinert oder vergrößert, wie er durch die Kolbenbewegung
während der Ventilschlußzeit vergrößert oder verkleinert worden ist.
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Bekanntlich ist, auch theoretisch, nicht zu erreichen, daß Pumpenventile
sich ohne Schlag auf ihre Sitze setzen. Der Grund ist, daß die Flüssigkeitslieferung
des Kolbens im Totpunkt zwar aufhört, daß aber die Wassermenge, die sich unter dem
im Totpunkt noch offenen Ventil befindet, nicht nur durch den Ventilspalt entweicht,
wie es sein müßte, sondern bei der der Totpunktlage unmittelbar folgenden Rückbewegung
des Kolbens außer durch den Ventilspalt auch in den Raum entweicht, den der Kolben
freilegt. , Versuche haben ergeben (vgl. H. Berg, die
Kolbenpumpen,
V. Auflage, Seite 15i), daß ein, Ventil irn `Wasser sich mit beliebig großer Geschwindigkeit
gegen seinen Sitz bewegen kann, ohne zu schlagen, wenn das vom Ventil verdrängte
Wasser keinen anderen Ausweg hat als durch den Ventilspalt.
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Diese Bedingung würde erfüllt werden, wenn man den Kolben im Totpunkt
auf kurze Zeit zum Stillstand bringen könnte. Das ist aber bei dem einzigen praktisch
anwendbaren Antrieb, dem Kurbeltrieb, nicht möglich.
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Nach der Erfindung wird nach dem Saughub der Kolbenraum um so viel
vergrößert, wie er durch den vom Totpunkt zurückkehrenden Kolben verkleinert worden
ist. Umgekehrt wird nach dem Druckhub des Kolbens der Kolbenraum um so viel verkleinert,
wie er durch den vom Totpunkt zurückkehrenden Kolben vergrößert worden ist. Diese
Vorgänge vollziehen sich während der Ventilschlußzeit, die ihren Anfang nimmt, wenn
der Kolben im Totpunkt steht. Auf diese Weise wird jede Flüssigkeitsbewegung während
der Ventilschlußzeit verhindert, so daß die unter dem Ventil zurückbleibende Flüssigkeit
nur durch den Ventilspalt entweichen kann.
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Man kann diese Regelung des llubraumes durch einen mit dem Pumpenzylinder
verbundenen Hilfszylinder bewirken, dessen Kolben von der Pumpenwelle aus selb:;ttätig
so gesteuert wird, daß er zur gegebenen Zeit den Kolbenraum des Pumpenzylinders
vergrößert oder verkleinert.
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Auf diese Weise wird der Gang der Ventile stoßfrei gemacht und dadurch
ihre Lebensdauer wesentlich vergrößert. Bisher konnte man den Ventilen nur eine
sehr kleine Hubhöhe geben, um den Schlag in erträglichen Grenzen zu halten. Dann
mußte man aber den Ventildurchmesser sehr groß machen oder mit großem Ventilwiderstand
arbeiten. Solche Rücksichten brauchen bei der Vorrichtung nach der Erfindung nicht
mehr genommen zu werden. Die Ventile können viel kleiner ausgeführt werden, der
Ventilwiderstand wird geringer. Bei vorhandenen Pumpen kann man die Drehzahl und
damit die Leistung sehr steigern.
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Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
dargestellt.
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Die Pumpe i, mit Kolben 2, Saugventil 3 und Druckventil q , trägt
auf ihrer Antriebswelle 5 eine urrunde Scheibe 6 mit zwei verschiedenen Halbmessern
und Absätzen 7 und B. Die Scheibe verschiebt durch eine Rolle 9 einen Hilfskolben
io in einem Zylinder ii, der durch eine Feder 12 nach außen gedrängt wird. Eine
Leitung 13 verbindet den Hilfszylinder ii mit dem Hubraum der Pumpe.
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Die Welle 5 läuft in der Pfeilrichtung um, der Kolben steht in der
Mitte des Saughubes. Wenn der Kolben seinen Totpunkt rechts erreicht, also den Saughub
beendet hat, beginnt die Abschlußzeit des Saugventils 3. Zur selben Zeit läuft die
Rolle 9 vom höheren Teil der Scheibe 6 über den Absatz 8 auf den tieferen Teil,
der Kolben io wird von der Feder 12 nach außen getrieben und das Volumen des Kolbenraumes
dadurch um ganz oder annähernd soviel vergrößert, wie es bei dem nun beginnenden
Druckhub des Kolbens während der Ventilschlußzeit verkleinert wird. Infolge der
Volumenvergrößerung hört jede Flüssigkeitsbewegung auf, das Saugventil 3 schließt
ab und treibt das noch unter ihm stehende Wasser durch den Ventilspalt in den Zylinder.
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Wenn der Kolben seinen Druckhub l:eendet und den Totpunkt links erreicht
hat, beginnt die Schlußzeit des Druckventils q.. Zur gleichen Zeit läuft die Rolle
9 über den Absatz 7 auf den höheren Teil der Scheibe 6, der Kolben io wird in den
Hilfszylinder ii zurückgedrückt und verkleinert dadurch das Volumen des Kolbenraumes
während der Schlußzeit des Druckventils um so viel, wie es in der gleichen Zeit
durch den Rückgang des Kolbens zugenommen hat. Hierdurch wird abermals die Flüssigkeitsbewegung
zur Ruhe gebracht und das Druckventit ohne Stoß abgeschlossen.
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Die Laufflächen der Scheibe 6 können nach jeder beliebigen Kurve gekrümmt
sein. Durch entsprechende Formung der Laufflächen kann man die Flüssigkeitslieferung
auch so regeln, daß das Druckventil sanft abgehoben wird.