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Doppeltwirkende Kolbenpumpe für Verdünnung oder Verdichtung von Luft
oder anderen Gasen Die Erfindung betrifft holbenpuinpen, insbesondere solche zur
Verdünnung oder Verdichtung von Luft oder anderen Gasen.
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Hierfür sind Kolbenpumpen bekannt, die mit dein Kolben oder seinem
Triebwerk durch ein Steuergetriebe mechanisch verbundene federbelastete Saug- und
Druckventile haben, die im Augenblicke, i,%#o sich der Kolben in oder in der Nähe
seiner Endstellungen befindet, durch das Steuergetriebe vom Drucke der Federn entlastet
werden, so daß die Ventile die Ein- und AuslaßöfFnungen im gegebenen Zeitpunkt öffnen
und schließen. Derartige Pumpen haben den Vorteil, daß der schädliche Raum im Pumpenzylinder
praktisch bis auf Null verkleinert werden kann, so daß sich mit ihnen sehr hohe
Luftleeren oder sehr hohe Drücke in einem einzigen Zylinder erreichen lassen. Ein
Nachteil bestand bei derartigen Pumpen jedoch darin, daß sie sich nicht mit Vorteil
auch doppeltwirkend bauen ließen.
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Die Hauptaufgabe der Erfindung liegt darin, die bekannten, oben beschriebenen
Kolbenpumpen so zu verbessern, daß man sie doppeltwirkend ausführen kann und dabei
den Vorteil eines sehr geringen, schädlichen Raumes an beiden Enden des Zvlinders
wahrt. Die Erfindung besteht in der Hauptsache darin, daß der Kolben hohl und mit
der Saugleitung der Pumpe durch eine hohle Kolbenstange verbunden ist, wobei die
Saugventile in den Stirnflächen des Kolbens angeordnet und die Druckventile als
die Enden des Pumpenzylinders verschließende, von den Zylinderenden fortbewegliche
Deckel ausgebildet sind.
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Eine andere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine verbesserte
Einrichtung zum Be- und Entlasten der Einlaß- und Auslaßventile der Pumpe zu schaffen,
wie im einzelnen weiter unten in der Beschreibung ausgeführt wird.
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Auf der Zeichnung ist teilweise schematisch eine Ausführungsform der
Pumpe nach der Erfindung dargestellt.
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Abb. i ist ein axialer Länässchnitt durch eine doppeltes irkende Vakuumpumpe
nach der Erfindung. Der Kolben befindet sich in einer seiner Endstellungen. Abb.
2 stellt in größerem Maßstabe einen gleichen Schnitt durch den Kolben dar, der sich
an einem Ende des Zylinders befindet. Abb.3 ist ein Ouerschnitt nach der Linie III-III
der Abb.z. Abb. 4 ist ein gleicher Schnitt wie Abb. a, der den Kolben in einer vom
rechten Ende des Zylinders entfernten Stellung zeigt.
In den Zeichnungen
bedeutet i den Zylinder der Pumpe, 2 den -Pumpenkolben, der in der üblichen Weise
Dichtungsringe 3 trägt, die in Nuten des Kolbenmantels liegen. Der Kolben 2 wird
durch die Hauptwelle 4 mittels einer Kurbelscheibe 5 getrieben, die durch eine Zugstange
6 mit einem Hebel 8 verbunden ist, der um einen festen Zapfen 7 schwingt. An seinem
freien Ende trägt der Hebel 8 einen Zahnsektor 9, der mit einer Zahnstange io in
Eingriff steht, die an einem Ende der Kolbenstange i i befestigt ist und die Fortsetzung
der letzteren bildet. Die Kolbenstange i i besteht aus zwei Teilen, von denen sich
je einer an jeder Seite des Kolbens 2 befindet. Die Kolbenstange ist hohl und steht
mit dem Inneren i2 des hohlen Kolbens an der einen Seite und mit einer Kammer
13 in einer Verlängerung 14 des Pumpengehäuses an der anderen Seite in offener
Verbindung. Die Verlängerung 14 trägt einen mit Flansch versehenen Rohrstutzen
15, der mit dem zu entleerenden tehälter verbunden werden kann. Außen auf
die offenen ebenen Enden des Zylinders i legen sich Deckel 16, die die Auslaßventile
der Pumpe bilden und daher auf die offenen Enden des Zylinders zu oder von ihnen
fortbewegt werden können. Jeder Deckel 16 hat einen hohlen Ansatz 17, der
den entsprechenden Teil der Kolbenstange i i dicht umschließt und in einer Bohrung
des Pumpengehäuses gleiten kann. Das Pumpengehäuse hat zwei Hauben 18, die je einen
der Deckel 16 überdecken und durch einen Kanal i9 miteinander verbunden sind, der
einen mit Flansch versehenen Rohrstutzen 2o trägt. Wenn die Pumpe als Vakuumpumpe
benutzt wird, mündet der Rohrstutzen 2o in die Atmosphäre, soll aber die Pumpe als
Kompressor arbeiten, dann wird der Rohrstutzen 2o mit der Druckleitung der Pumpe
verbunden. In jeder der beiden Stirnflächen des Kolbens 2 sind je zwei Einlaß- oder
Saugventile 21, 22 angeordnet. Die Ventile sind durch Federn 23, 24. belastet, die
die Ventile zu schließen versuchen. Zur Führung der Ventilschäfte dienen Bügel 23a,
24.a. Am inneren Ende tragen die Schäfte der Ventile Köpfe 25, 26.
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Die die Druckventile bildenden Zylinderdeckel 16 sind durch mit Schwinghebeln
29 verbundene Blattfedern 27 belastet. Die Schwinghebel 29 drehen sich um feste
Zapfen 28 und legen sich mit ihrem inneren gabelförmigen Ende auf die Außenseite
der Deckel 16. Die äußeren Enden der Federn 27 greifen in Vertiefungen von zwei
auf einer in Führungen 32, parallel zur Kolbenbewegung gleitenden Steuerstange 31
angeordneten einstellbaren Mitnehme= 30. Die bei der vorliegenden Ausführungsform
zum Regeln der Belastung der Druckventile 1,6 dienende Stange 31 ist durch
eine Kuppelstange 33 mit einem um einen festen Zapfen 34 drehbaren, doppelarmigen
Hebel 35 verbunden, der mittels einer Stange 36 derart an den Hebel 8 angelenkt
ist, daß sich die Stange nach rechts bewegt (Abt. i), wenn der Kolben 2 nach links
läuft und umgekehrt. Wird die Stange 31 nach rechts bewegt (Abt. i), dann drückt
die rechte Feder 27 den rechten Zylinderdeckel oder das Druckventil 16 auf seinen
Sitz, d. h. auf das rechte Ende des Zylinders i, während das linke Druckventil 16
gleichzeitig vom Druck der linken Feder 27 entlastet wird. Bewegt man die Stange
31 nach links, dann drückt die linke Feder 27 das linke Druckventil 16 gegen seinen
Sitz, während gleichzeitig das rechte Druckventil 16 vom Drucke der rechten Feder
27 entlastet wird. Durch entsprechende Einstellung der Mitnehmer 3o auf der Stange
31 und Einregelung des Drehpunktes der Stange 36 an dem Hebe18 läßt sich
erreichen, daß die Druckventile 16 im richtigen Zeitpunkt in Abhängigkeit von der
Bewegung des Kolbens 2 von ihren Drücken -entlastet werden.
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Zum Bewegen der Saugventile 21, 22 dienen bei der dargestellten Ausführungsform
zwei Hebel 37, die sich um zwei an im Innern des Kolbens. angeordneten Armen 39
befestigte Zapfen 38 drehen können. Die äußeren Enden der Hebel 37 sind durch zwei
Federn 4o miteinander verbunden, die wesentlich stärker sind als die Federn 23,
24 der Saugventile. Durch einen Zapfen 44 der auf einer feststehenden, durch den
hohlen Kolben 2 und die hohle Kolbenstange i i geführten und an der Außenwand 43
der Kammer 13 befestigten Stange 42 angeordnet ist, werden die Hebel 37 in
die in Abb. 2 mit ausgezogenen Linien dargestellte Lage verschoben, unmittelbar
bevor der Kolben 2 -seine rechte Endstellung erreicht. In dieser Stellung berühren
die äußeren Enden der Hebel 37 die Schaftköpfe 26 der Saugventile 22, die durch
die Wirkung der starken Federn 4o geöffnet werden, sobald der Kolben seine Bewegurig
nach links beginnt (Abb.4). Darauf werden, die Hehel37, uninittelba,r bevor der
Kolben seine linke Endstellung erreicht, durch einen Anschlag 44 auf einer in der
Wand 43 befestigten, die Stange 4.2 umgebenden Hülse 45 in die in Abb.2 gestrichelt
gezeichnete Lage gebracht. Bei diesem zweiten Umlegen kommen die äußeren Enden der
Hebel 37 mit den Schaftköpfen 25 der Saugventile 21 in Berührung und öffnen diese
durch den Zug der starken Federn 40, sobald der Kolben 2 seine Bewegung nach rechts
beginnt. Es sei darauf hingewiesen.
daß die Bewegung der Hebel 37
von der einen in die andere Endlage durch die Federn .1o unmittelbar nach ihrer
Drehung durch die Anschläge 4.1 oder 44 über ihre Mittelstellung, in der sie einander
parallel sind, hinaus zu Ende geführt wird. Die Stange _l2 und die Hülse 4.5 können
durch :Muttern 46, .17, die nach Lösen des Deckels 4.8 zugänglich sind, eingestellt
werden, wodurch sich die Bewegung der Hebel 37 so regeln läßt, daß sie in Abhängigkeit
von der Bewegung des Kolbens 2 im richtigen Zeitpunkt erfolgt.
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In der in den Abb. i und 2 gezeichneten Stellung ist der Kolben 2
in seiner rechten Endlage, wobei der rechte Zylinderdeckel oder das Druckventil
16 etwas vom rechten Ende des Zylinders angehoben ist und auf der rechten Kolbenstirnfläche
2 dicht aufliegt. Daher werden die Saugventile 22 geschlossen gehalten, obwohl die
federbelasteten Hebel 37 die Schaftköpfe 26 berühren. Beginnt der Kolben 2 nach
lbfks zu laufen,, dann wird gleichzeitig die Stange 31 nach rechts bewegt. Dabei
drückt die rechte Feder 27 (Abb. i) auf den rechten Zylinderdeckel 16, der daher
der Kolbenbewegung folgt, bis er sich unter Druck auf das rechte Ende des Zylinders
i legt. Auf diese Weise wird gleich, nachdem der Kolben nach links zu laufen beginnt,
das rechte Druckventil 16 unter Federbelastung gebracht, so daß es augenblicklich
und sicher geschlossen wird. Gleich nachdem sich der rechte Zylinderdeckel oder
das Druckventil 16 geschlossen hat, öffnen während des folgenden Teiles der Bewegung
des Kolbens 2 nach links die auf die Hebel 37 wirkenden Federn 4.o die Saugventile
22 (Abb. 4.), da die Spannung der Federn .1o stärker als die der Ventilfedern 2.1
ist. Auf diese Weise werden die Saugventile sicher geöffnet, ohne daß irgendeine
vom Kolben ausgeübte Saugwirkung hierfür erforderlich wäre. Während der weiteren
Bewegung des Kolbens 2 nach links kann. die Luft in den rechten Zylinderraum aus
dem zu entleerenden Behälter eingesaugt werden, wobei sie durch den Rohrstutzen
15, die Kammer 13, die hohle Kolbenstange i i, die Kammer 12 und durch die offenen
Saugventile 22 einströmt. Gleichzeitig wird die während des vorhergehenden Hubes
vom Kolben in den linken Zylinderraum eingesaugte Luft verdichtet und zwischen dem
linken Ende der Zylinderwand und dem linken Deckel der jetzt vom Druck der linken
Feder 27 entlastet ist, herausgedrückt und belangt durch den Kanal i g und den Stutzen
2o ins Freie.
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Unmittelbar bevor der Kolben die linke Endstellung erreicht, treffen
die Hebel 37 auf den Anschlag 4.1, der sie im Verein mit den Federn .1o in die in
Abb. 2 gestrichelt gezeichnete Lage bringt, in der die Hebel 37 die Schaftköpfe
25 der Saugventile 21 berühren. Trotzdem werden diese Saugventile nicht sofort durch
die Federn 40 geöffnet, da sie bereits vor dem Umlegen der Hebel 37 mit dem linken
Zylinderdeckel 16 in Berührung gekommen sind. Wenn der Pumpenkolben .2 am Ende seines
Hubes seine linke Endstellung erreicht, hat er den linken Zylinderdeckel 16 etwas
vom linken Ende der Zylinderwand abgehoben. Dann liegt der linke Deckel 16 in derselben
Weise wie oben (Abb. 2) der rechte Deckel an der Stirnfläche des Kolbens 2 an. Sobald
der Kolben 2 dann seinen Hub nach rechts beginnt, wird gleichzeitig die Stange 31
nach links bewegt, so daß die linken Federn 27 (Abb. i) auf den linken Zylinderdeckel
16 einen Druck ausüben und dieser daher dem Kolben folgt, bis sich der Deckel auf
das linke Ende des Zylinders i auflegt. Natürlich beginnt die Feder den linken Zylinderdeckel
16 im selben Augenblick zu belasten, wie sich der Kolben nach rechts bewegt, weshalb
dieses Ventil augenblicklich geschlossen wird. Gleich darauf öffnen die Federn qo
mittels der Hebel 37 die Saugventile 21, ohne daß hierfür irgendeine Saugwirkung
des Kolbens erforderlich wäre. Während der nach rechts gerichteten Bewegung des
Kolbens wird Luft durch den Stutzen 15, die Kammer 13, die hohle Kolbenstange i
i, die Kolbenkammer 12 und die offenen Saugventile 21 in die linke Zylinderkammer
eingesogen. Gleichzeitig wird die sich im rechten Zylinderraum befindende Luft zwischen
dem rechten Ende der Zylinderwand und dem rechten Zylinderdeckel 16, der jetzt vom
Federdruck entlastet ist, herausgeschoben, worauf die Luft durch den Kanal i g und
den Rohrstutzen 2o ins Freie entweicht. Die beschriebene Pumpe ist naturgemäß doppeltwirkend
und hat den Vorteil, daß sie praktisch ohne schädlichen Raum im Zylinder arbeitet.
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Die oben beschriebene und gezeichnete Ausführungsform ist aber nur
ein Beispiel, das natürlich, ohne aus dein Rahmen der Erfindung zu fallen, in verschiedener
Beziehung abgeändert werden kann. Die für die Bewegun- des Kolbens angegebenen Mittel
sind für die Erfindung nicht wesentlich. An Stelle des Zahnsektors g und der Zahnstange
io können andere gleichwertige Mittel, z. B. ein Stahlband, welches die Kolbenstange
i i mit einem ungezahnten glatten Treibbogen verbindet, Anwendung finden. Soll die
Pumpe als Kompressor arbeiten, dann wird der Stutzen 2o mit dem Druckkessel verbunden.
In diesem Falle ist es naturgemäß erforderlich, die Hauben 18 an den Lagerzapfen
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abzudichten,' damit das Gas hier nicht entweichen kann.