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Kolbenluftpumpe mit federbelasteten Saug- und Druckventilen. Die Erfindung
betrifft eine Kolbenpumpe, die zur Verdünnung von Luft und anderen Gasen bestimmt
ist. Bei den bisher bekannten Pumpen dieser Art wird der mit der Pumpe erreichbare
Verdünnungsgrad beträchtlich herabgesetzt, und zwar teils dadurch, daß der Pumpenkolben
eine gewisse Saugung und einen gewissen Druck erzeugen muB, um die federbelasteten
Saug- bzw. Druckventile der Pumpe zu öffnen, und teils dadurch, daß bei den bekannten
Pumpen in der Regel ein mehr oder weniger großer sogenannter schädlicher Raum vorhanden
ist.
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Die Erfindung hat den Zweck, diese übelstände zu beseitigen und eine
Kolbenpumpe zu schaffen, mittels welcher man ein sehr hohes Vakuum erreichen kann.
Um dies zu erreichen, sind die federbeiasteten Saug- und Druckventile der Pumpe
in an sich bekannter Weise mit einem oder mehreren Regelungsorganen (Kamm o. dgl.)
kombiniert worden, die mit dein Pumpenkolben bzw. mit der Antriebsv orrichtung für
diesen zusammengekuppelt und so eingerichtet sind, daß sie bei Beginn des Saughubes
des Kolbens die Federbelastung auf das Druckventil zur Wirkung bringen und das Saugventil
zwangläufig öffnen und bei Beginn des Druckhubes des Kolbens die Federbelastung
auf das Saugventil zur Wirkung bringen und schließlich 4vährend des Druckhubes das
Druckventil von dem Federdrucke entlasten. Des weiteren wird das Druckventil aus
einem Deckel für den Pumpenzylinder gebildet, welcher außerhalb des Zylinders angeordnet
und in Richtung gegen und von dem einen offenen Ende desselben beweglich ist, während
das Saugventil in der dem Pumpenkolben zugekehrten Seite des Deckels angebracht
ist. Durch diese Anordnung der zwangläufig gesteuerten und dadurch mit Sicherheit
in den richtigen Augenblicken sich schließenden und öffnenden Ventile wird es möglich,
den schädlichen Raum praktisch auf Null zu vermindern, da einerseits die beiden
einander zugekehrten Seiten des Pumpenkolbens und des Deckels solche Form erhalten
können, daß sie dicht aneinanderschließen, und anderseits keine Kanäle zwischen
dem Zylinder und den Ventilen erforderlich sind. Mit einer Kolbenpumpe dieser Art
kann man daher, wie es sich bei angestellten praktischen Versuchen herausgestellt
hat, ein sehr hohes, annähernd vollständiges Vakuum erzeugen, so daß die Pumpe die
bisher zu diesem Zwecke verwendeten, wesentlich teureren und empfindlicheren ölpumpen
und Quecksilberluftpumpen vorteilhaft ersetzen kann.
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Die Zeichnung veranschaulicht als Beispiel einige verschiedene Ausführungsformen
der Erfindung.
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Abb. i zeigt im Längsschnitt eine gemäß
der Erfindung
angeordnete Vakuumpumpe mit dem Kolben in seiner höchsten Lage, und Abb. 2 zeigt
dieselbe Pumpe mit dem Kolben in seiner niedrigsten Lage.
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Abb.3 zeigt, ebenfalls im Längsschnitt, eine zweite Ausführungsform
der Vakuumpumpe, und Abb.4 zeigt eine zu dieser Ausführungsform gehörige Einzelheit.
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Abb. 5 und 6 veranschaulichen schließlich weitere abgeänderte Ausführungsformen
der Pumpe.
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Bei der in Abb. i und 2 dargestellten Pumpe bezeichnet i den Zylinder
und 2 den Pumpenkolben, welcher in üblicher Weise mit in Ringnuten eingelegten federnden
Dich-, tungsringen 3 versehen ist und von einer auf der Zeichnung nicht dargestellten,
mit Kurbel, Exzenter o. dgl. versehenen Antriebswelle angetrieben wird. Auf dem
oberen, offenen Ende des Zylinders, welches die Form einer ebenen Kante hat, ist
ein hohler Zylinderdeckel 4 angebracht, welcher das Druckventil der Pumpe bildet
und zu diesem Zweck an der Oberseite mit einer zylindrischen Verlängerung 5 versehen
ist, mittels welcher der Deckel in einem Bügel 6 o. dgl., der mit dem Zylinder i
oder mit dem Pumpengestell fest verbunden ist, geführt ist, derart, daß der Deckel
in senkrechter Richtung gegen und von dem Zylinder i verschiebbar gemacht ist und
diesen an dem oberen Ende dicht schließen kann (vgl. Abb.2). In der dem Kolben 2
zugekehrten Unterseite des Dekkels 4, welche, ebenso wie die Oberseite des Kolbens
2, eben ist, ist ein Saugventil 7 angebracht, dessen Spindel 8 sich durch den Hohlraum
g des Deckels und in geeigneter Weise gedichtet durch die Verlängerung 5 hindurch
erstreckt, so daß das obere Ende derselben ein Stück oberhalb der letzteren vorragt.
In der hohlen Verlängerung 5 ist um die Spindel 8 eine Schraubenfeder io angebracht,
welche bestrebt ist, das Saugventil 7 zu schließen. Der Deckel 4 ist schließlich
mit einem Rohrstutzen i i versehen, der mit dem zu evakuierenden Gefäß in Verbindung
gesetzt werden kann.
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Oberhalb der Saugventilspindel 8 ist in dem nicht dargestellten Pumpengestell
eine Welle 12 drehbar gelagert, welche sich senkrecht zur Spindel 8 erstreckt und
mittels einer geeigneten übersetzung, wie z. B. Zahnräder, Kette und Kettenräder
o. dgl., mit der Antriebswelle der Pumpe auf solche Weise zusammengekuppelt ist,
daß sie sich mit derselben Drehzahl wie diese dreht, und zwar in der durch den Pfeil
in Abb. i angegebenen Richtung. Auf der Welle i2 ist, gerade oberhalb der Spindel
8, ein Kamm oder Nocken i3 befestigt, welcher in dem vorliegenden Falle das obenerwähnte,
mit den Saug- und Druckventilen zusammenwirkende Regelungsorgan bildet. Der Kamm
13 bewegt nämlich einerseits die Spindel 8, so daß das Saugventil 7 zu Beginn des
Saughubes des Kolbens 2 zwangläufig geöffnet wird, und anderseits den einen Arm
14 einer zweiarmigen Gabel 15, welche auf einer Schneide 16 am Ende eines am Zylinder
i befestigten Armes 17 drehbar gelagert ist und deren zweiter Arm 18 dazu dient,
auf die Verlängerung 5 des das Druckventil bildenden Deckels 4 einzuwirken. Der
Arm 18 ist mit einer Öffnung versehen, durch welche sich die Spindel 8 erstreckt
und in der sie sich frei bewegen kann. Die Gabel 15 steht unter der Einwirkung einer
kräftigen Schraubenfeder i9, welche je nach der Stellung des Kammes 13 den Arm 14
gegen den Kamm oder den Arm-i8 gegen die Verlängerung 5 und dadurch den Deckel 4
gegen den Zylinder i preßt.
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Bei der in Abb. i dargestellten Lage der verschiedenen Teile hat der
Pumpenkolben 2 seine höchste Lage erreicht, in welcher der das Druckventil bildende
Zylinderdeckel vom Zylinder etwas abgehoben ist und auf dem Kolben 2 aufruht, wobei
er gegen die ebene Oberseite desselben dicht anliegt. Das Saugventil 7 ist dabei
geschlossen. Wenn der Kolben 2 seine Abwärtsbewegung, d. h. den Saughub, beginnt,
so wird die Welle 12 in der Richtung des Pfeiles gedreht, wobei der Arm 14 die Stütze
,des Kammes 13 verliert. Hierdurch wird der von der Feder i9 ausgeübte Druck statt
dessen durch den Arm 18 auf den Zylinderdeckel 4 übertragen, so daß dieser dem abwärts
gehenden Kolben sofort folgt und mit einem gewissen Druck gegen das obere Ende des
Zylinders i gepreßt wird. Die Federbelastung wird somit sofort bei Beginn des Saughubes,
des Kolbens auf das Druckventil zur Wirkung gebracht, so daß das Druckventil dabei
sofort sicher geschlossen wird. Unmittelbar nach diesem Schließen des Druckventils
beginnt der Kamm 13 bei der fortgesetzten Drehung der Welle 12 die Spindel 8 zu
bewegen und sie unter Zusammendrücken der Feder io abwärts zu verschieben, so daß
das Saugventil 7 somit zwangläufig geöffnet wird, ohne daß der Kolben irgendeine
nennenswerte Saugarbeit auszuführen braucht. Die Luft kann somit jetzt während des
Saughubes in den oberen Teil des Zylinders aus dem zu evakuierenden Gefäß durch
den Rohrstutzen i i, , den Hohlraum g im Deckel 4 und durch das offene Saugventil
eingesaugt werden.
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Bei der- in Abb. z dargestellten Lage der verschiedenen Teile wird
angenommen, daß der Kolben 2 seine niedrigste Stellung- erreicht hat, in welcher
der Zylinderdeckel.
immer noch durch die Feder ig niedergepreßt
und das Saugventil durch den Kamm 13
offen gehalten wird. - Wenn der Kolben
2 seine Aufwärtsbewegung (den Druckhub) beginnt, wird die Welle 12 in der Richtung
nach links weitergedreht. Hierbei gibt der Kamm 13 die Spindel 8 frei, wobei die
Feder io sofort das Saugventil 7 schließt. Bei der fortgesetzten Aufwärtsbewegung
des Kolbens 2, bzw. bei der fortgesetzten Drehung der Welle 12, beginnt der Kamm
13 wieder den Arm 14 zu bewegen, so daß die Gabel i nach oben geschwenkt und der
Arm i8 von der Verlängerung 5 abgehoben wird. Hierdurch wird der Deckel 4 vom Druck
der Feder ig entlastet, so daß der Deckel von der inzwischen im Zylinder komprimierten
Luft leicht gehoben werden und diese letztere zwischen dem Deckel 4 und der oberen
Kante des Zylinders i frei ausströmen kann. Kurz bevor der Kolben 2 wieder seine
höchste Lage erreicht, in welcher er etwas oberhalb des oberen Endes des Zylinders
i vorragt (Abb. i), kommt die ebene Oberseite desselben zur Anlage gegen die ebenfalls
ebene Unterseite des Deckels 4, wodurch die Luft vollständig heraus-epreßt wird.
Die Pumpe hat somit praktisch keinen schädlichen Raum.
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Die in Abb. 3 und 4 dargestellte Ausführungsform der Pumpe unterscheidet
sich von der oben beschriebenen und in Abb. i und ?-
dargestellten hauptsächlich
dadurch, daß der das Druckventil bildende Zylinderdeckel 4 mit der Verlängerung
5 in dem freien, als Ring ausgebildeten Ende des längeren Hebelarmes 36 eines Winkelhebels
lenkbar aufgehängt ist, welcher bei 37 mit dem am Zylinder i befestigten Arm
17 lenkbar verbunden ist und dessen anderer, kürzerer Arm 38 von der Feder
ig beeinflußt wird, die das Druckventil zu schließen strebt. Ferner ist die mit
der Antriebswelle der Pumpe zusammengekuppelte Kammwelle i2 hier tiefer an der Seite
des Pumpenzylinders i verlegt und trägt drei Kämme, von welchen der mittlere 39
unter Vermittlung einer Schubstange 40 und eines auf dem Arme 36 drehbar gelagerten
Hebels 41 die Spindel 8 des Saugventils 7 bewegt, während die beiden zu beiden Seiten
des Kammes 39 befestigten und einander gleichen Kämme 42 unter Vermittlung einer
hohlen Schubstange 43, welche die Stange 40 umschließt und in dem Arm 17 verschiebbar
gelagert ist, das gabelförmige Ende des Armes 38 zwecks Entlastens des Druckes der
Feder ig vom Zylinderdeckel 4 bewegt. Wenn die Welle 12 sich in der Richtung des
Pfeiles mit derselben Geschwindigkeit wie die Antriebswelle der Pumpe dreht, so
wird auch hier die oben beschriebene Wirkung erreicht, d. i., daß im Beginn des
Saughubes des Kolbens 2 einerseits die Stange 4.3 die Stütze der Kämme 42 verliert,
wodurch der Druck der Feder i9 unter Vermittlung des Winkelhebels 38, 36 auf den
das Druckventil bildenden Deckel 4 zur Wirkung gebracht wird, so daß dieser schnell
gegen das obere Ende des Zvlinders i gepreßt wird, und anderseits der Kamm 3 9 unter
Vermittlung der Stange 40, des Hebels 41 und der Spindel 8 das Saugventil 7 zwangläufig
öffnet, und daß bei Beginn des Druckhubes die Stange .[o die Stütze des Kammes 39
verliert, so daß das Saugventil ; von der Feder io geschlossen wird, und daß schließlich
während des Druckhubes die Kämme 42 die Stange 43 aufwärts verschieben, so daß der
Druck der Feder ig vom Zylinderdeckel 4. entlastet wird.
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Gemäß Abb. 5 ist die Kammwelle 12 in zwei Kammwellen 1:2a und 12b
geteilt, welche zu beiden Seiten des Pumpenzylinders i gelagert und beide mit der
Antriebswelle der Pumpe gekuppelt sind, so daß sie sich mit derselben Geschwindigkeit
wie diese drehen. Die Welle i2d trägt den Kamm 39, welcher, ebenso wie in Abb. 3,
unter Vermittlung der Schubstange 40 und des Hebels 41 die Spindel 8 des Saugventils
7 bewegt. Die Welle 12v trägt einen Kamm 42, welcher unter Vermittlung der Schubstange
43 den* Winkelhebel 38, 36 bewegt und dadurch den Druck der Feder ig auf
den Deckel 4 zur Wirkung bringt, bzw. den Deckel vom Drucke der Feder entlastet.
Die Wirkung der Vorrichtung wird somit auch hier dieselbe, wie sie oben in Verbindung
mit Abb.3 beschrieben worden ist.
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Die in Abb. 6 dargestellte Ausführungsform stimmt in der Hauptsache
mit derjenigen nach Abb. 3 überein, unterscheidet sich jedoch von dieser dadurch,
daß der Deckel 4 hier mit seiner Verlängerung in einem festen Bügel 6, wie nach
Abb. i, verschiebbar gelagert ist. Im Zusammenhang -hiermit ist der Winkelhebel
38, 36 in Abb. 3 durch einen einfachen Hebel .44 ersetzt, welcher von der Feder
i9 beeinflußt wird und den Druck dieser Feder auf den Zylinderdeckel überträgt.
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Die oben beschriebenen und auf den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen
sind nur als Beispiele anzusehen und können natürlich bezüglich ihrer Einzelheiten
in verschiedener Weise weiter abgeändert werden, ohne vom Grundgedanken der Erfindung
abzuweichen.