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Rohrbrunnenpumpe, bei der der Hub des Kolbens durch eine umlaufende
Welle mittels Schraubengetriebe bewirkt wird Zur Förderung von Flüssigkeiten werden
sowohl Kolben- als auch Kreiselpumpen verwendet, die, ins Bohrloch versenkt, entweder
von einem über Tage oder einem mit dem Pumpenaggregat in das Bohrloch versenkten
Elektromotor angetrieben werden. Hierbei erfolgt die Hubänderung entweder durch
Umsteuerung des Elektromotors, der mittels eines Schraubengetriebes mit dem Kolbengekuppelt
ist, durch Kontakte, welche von dem Kolben in den Endlagen umgelegt werden, oder
auf mechanische Weise durch eine umlaufende Welle mittels Schraubengetriebe und
eine in dem ständig durchlaufenden Antrieb eingeschaltete Kupplung, deren Ein- oder
Ausrücken die Bewegungsumkehr des hin und her gehenden Pumpenteils einleitet.
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Die elektrische Umstellvorrichtung hat den Nachteil, daß bei ihr leicht
KurzschluB durch Feuchtigkeit eintritt, und die mechanische Einrichtung, daß der
Kolben schon durch ganz geringe Sandkörner oder Unreinigkeiten, die sich zwischen
Kolben- und Pumpenzylinder einspielen, zum Stillstand gebracht werden kann.
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Um diesen Übelständen zu begegnen, erfolgt bei vorliegender Erfindung
der Hubwechsel des Kolbens zwangsläufig durch Umkupplung einer Kupplungswelle in
der Weise, daß beim Arbeitshub eine Spindelmutter, die direkt mit der Motorwelle
gekuppelt ist und damit der Pumpenkolben nach oben gezogen wird, während beim Leerhub
oder Niedergang die Kupplungswelle durch Umschaltung auf ein Übertragungsgetriebe
der Pumpenkolben mit größerer Geschwindigkeit, entsprechend dem jeweiligen Übersetzungsverhältnis,
nach unten drückt. Ferner ist der Pumpenkolben an einem Zylinder der Spindelmutter
angeordnet, welche gegen das ölgefüllte Getriebe hin, durch eine Stopfbuchse abgedichtet,
gleichzeitig als Verdrängerkolben dient, wodurch die Baulänge des Aggregats wesentlich
verkürzt und weiter ein gleichmäßiges Arbeiten der Pumpe auch beim Kolbenniedergang
erreicht wird.
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Die Rohrbrunnenkolbenpumpe ist beispielsweise in mehreren Ausführungsformen
auf der Zeichnung dargestellt, und zwar zeigt Abb. i und 2 einen Längs- und Querschnitt
mit Spindelantrieb und einseitig gerichtetem Gewinde, Abb. 3 und q. einen Längs-
und Querschnitt mit geteilter Klappmutter und Spindel mit Links- und Rechtsgewinde,
Abb. 5 und 6 einen Längs- und Querschnitt mit Spindelantrieb mit Rechts- und Linksgewinde
und je einer rechts- und linksgängigen Mutter, Abb. 7, 8 und 9 eine andere Ausführung
der Umsteuerung (Abb. i und 2).
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Die Rohrbrunnenkolbenpumpe nach Abb. i und 2 besteht aus dem Gehäuse
i, dem Motor 2, der Kupplungswelle 3 mit Kupplungsmuffe ¢ und Übertragungsgetriebe
5, der Spindel 6, der Spindelmutter 7, dem Pumpengestänge
8, Pumpenkolben
9 und Fußventil 10
mit Filter i i. Der Motor 2 steht auf dem Gehäusedeckel
12" in welchem die von der Motorwelle 13 angetriebene Kupplungsmuffe 4 gelagert
ist. Der Deckel 14 der Kupplungsmuffe 4 trägt den Unterlagekörper i5, auf welchem
das Übertragungsgetriebe 5 gelagert ist. Die Kupplungswelle 3 ist zentral durch
den Unterlagekörper 15 und das mittlere Zahnrad 35 hindurchgeführt und ragt in die
Kupplungsmuffe 4. mit dem oberen Ende hinein, indem sie in dieselbe so weit verschiebbar
ist, daß die Mitnehmerklaue 16 der Kupplungswelle 3 in die Mitnehmerklaue 17
der Kupplungsmuffe 4 hineingreifen kann. In der unteren Lage der Mitnehmerklaue
16 der Welle 3 greift sie in die Mitnehmerklaue 18 des mittleren Zahnrades 35 des
übertragungsgetriebes 5. Auf der Kupplungswelle 3 sitzt ein Kupplungsring 19, welcher
durch den Umkupplungshebel 2o, dessen Führungswelle 21 in einer Steuerkulisse 22
sitzt, die Kupplungswelle 3 von der Spindelmutter 7 aus betätigt. Der untere Zapfen
23 der Kupplungswelle 3 ist finit Langkeil verschiebbar in dem Spindelkopf 24 geführt,
so daß er diese drehen, sich dabei aber verschieben kann. Der Spindelkopf 20 ist
im Kugellager 25 gelagert, das im Gehäuse i befestigt ist. Die Spindelmutter 7 wird
in den Führungen 26 gegen Verdrehen, gesichert, so daß sie sich bei Drehung der
Spinde16 nach oben oder unten verschiebt. Der Unterlagekörper 15 wird durch die
Haltestange 27, die sich gegen eine doppelseitige Führung 28 legt, gegen Drehung
gesichert. An der Spindelmutter 7 sitzt der Zylinder 29 zur Aufnahme der Spinde16
bei ganz hineingeschraubter Spindel. An dem Zylinder 29, der durch Stopfbuchse 3o
im Gehäuse i abgedichtet ist, sitzt unten das Pumpengestänge 8 mit dem Pumpenkolben
9 im Pumpenrohr 3 i, das unten am Gehäuse i befestigt ist und einen Ausgußstutzen
32 hat.
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Die Wirkungsweise ist folgende: Der Motor 2 dreht mittels der Welle
13 die Kupplungsmuffe 4 und damit die Mitneh,-merklaue 17. Steht nun die Kupplungswelle
3 in ihrer oberen Lage, so daß deren Mitnehmerklaue 16 in die Klaue 17 greift, so
wird die Kupplungswelle 3 und damit durch deren unteren Zapfen 23 der Spindelkopf
24 und die Spindel 6 gedreht. Bei dieser Schaltung soll der Pumpenkolben drücken,
d. h. nach oben gehen; die Spindel muß also bei rechtsdrehendem Motor rechtsgängig,
bei linksdrehendem Motor linksgängig sein, so, daß die Spindelmutter 7 nach oben
kommt in die gezeichnete Lage. Die Spindelmutter 7 trägt an einer ihrer Führungsarme
33 eine Steuerkulisse 22, deren Schlitz 34 der Länge des Pumpenkolbenhubes entspricht.
Kommt die Spindehnutter 7 nun in ihre obere Lage, so drückt die Steuerkulisse 22
den Doppelhebel 2o und den Kupplungsring i9 in die gezeichnete Lage nach unten,
so daß mit dem Kupplungsring i 9 die Kupplungswelle 3 nach unten gleitet und die
Mitnehmerklaue 16 in die Mitnehmerklaue 18
des mittleren Zahnrades 35 des
übertragungsgetriebes 5 eingreift, so daß jetzt das Übertragungsgetriebe 5 eingeschaltet
ist. jetzt dreht der in gleicher Drehrichtung weiterlaufende Motor 2 vermittels
der Welle 13 die Kupplungsmuffe 4, welche mit ihrer Innenverzahnung die beiden kleinen
Zahnräder 36 und mittels dieser das zentrale Zahnrad 35, dieses aber infolge der
zwischengeschalteten Zahnräder 36 in umgekehrter Richtung, dreht. Das Zahnrad 3
5 nimmt nun mittels der Mitnehmerklaue 18 die Mitnehmerklaue 16 und damit die Kupplungswelle
3 mit und dreht die Spindel 6 mittels des Zapfens 23 im Spindelkopf 24 in umgekehrter
Richtung, so daB die Spindelmutter 7 und damit der Pumpenkolben 9 nach unten geht,
bis die Steuerkulisse 22 jetzt mit ihrem oberen Schlitzende den Doppelhebel 2o erfaßt
und umschaltet, so daß der Kupplungsring 19 und damit die Kupplungswelle 3 mit Mitnehmerklaue
16 nach oben schnellt und in die Mitnehmerklaue 17 der Kupplungsmuffe 4 greift,
wodurch die Umkehr des Pumpenkolbens 9 nach oben bewirkt wird und das Spiel von
neuem beginnt.
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Da das Übertragungsgetriebe 5 für Niedergang des Pumpenkolbens 9 mit
Übersetzung konstruiert werden kann, so kann man den Kolben 9 schnell bei seinem
Leerlauf nach unten bringen und bei seinem Arbeitshub nach oben langsam hochziehen.
Man kann aber auch einen Ausgleich in der Belastung der beiden Kolbenseiten dadurch
bekommen, daß man den Durchmesser des Zylinders 29, der an der Spindelmutter 7 sitzt,
in ein bestimmtes Verhältnis zum Durchmesser des Pumpenkolbens 9 bringt, so daß
sich die Querschnittsfl.ächen z. B. wie i : 2 verhalten. In diesem Falle fördert
der Pumpenkolben 9 beim Hochgang 1/g seiner Leistung durch den Stutzen 32, während
die andere Hälfte dazu dient, den Raum des nach oben entweichenden Zylinders 29
zu füllen. Beim Niedergang leistet der Pumpenkolben 9 gar keine Förderleistung;
dagegen drückt jetzt der Zylinder 29 die vorher geförderte andere Hälfte der Kolbenleistung
durch den Stutzen 32 nach oben, so daß man hierdurch gewissermaßen eine doppeltwirkende
Pumpe erhält.
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Der Doppelhebel 2o wird mit seiner Führungsrolle 21 in der Steuerkulisse
22 geführt. Um die bei der Geradführung der Steuerkulisse 22 entstehende Verkürzung
und Verlängerung des HebeIs 2o auszugleichen, wird die Rolle 21 durch Federdruck
der Feder 37
gegen die Kulisse 22 gedrückt. Hierdurch wird noch
bewirkt, daß der Hebel 2o bei Umsteuerung, sobald die Rolle 21 über die Normale
zur Steuerkulisse 22 gedrückt worden ist, jetzt durch Federdruck in die Endlage
gestoßen wird, so daß die Umkupplung stets mit Energie erfolgt.
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Damit jedoch die Umkupplung nicht ruckartig erfolgt, ist es ratsam,
das Kupplungs; organ zwischen Motor und dem Umschaltgetriebe elastisch auszubilden
und unter dem Kolbenventil eine Lüftungsfeder einzubauen, wodurch beim Anhub eine
Verzögerung des Ventilschlusses und dadurch ein weiches Arbeiten des Getriebes herbeigeführt
wird. Um weiter einen ruhigen Gang zu erzielen, ist der Getrieberaum voll öl gefüllt.
Es sei ferner noch darauf hingewiesen, daß die Förderflüssigkeit statt durch den
seitlichen Aus: gangsstutzen 32 auch durch ein Umgehungs rohr oder doppelten Mantel
nach oben abgeleitet werden kann, wodurch gleichzeitig die Möglichkeit gegeben ist,
die Rohrbrunnenkolbenpumpe nicht nur über Tage, sondern auch unter Tage einzubauen.
Es ist selbstverständlich, daß man auch an Stelle des Kolbens den Pumpenzylinder
beweglich ausgestalten und denselben Vorgang der Umschaltung auch durch ein Differentiahvendegetriebe
bewerkstelligen kann.
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Abb.3 und 4 zeigt eine Ausführung mit geteilter Spindelmutter 7. Die
Spindelmutter 7 besteht aus zwei in der Längsrichtung geteilten Muttern 39 und 4o,
von denen je eine Hälfte 39 mit einer Hälfte 4o aus einem Stück hergestellt sind,
die am Drehpunkt 5o mit einem solchen Winkel aneinandergesetzt sind, daß die beiden
Hälften 40 z. B. nicht in die Spindel 6 eingreifen, solange die beiden Hälften 39
mit der Spindel 6 verbunden sind. Hierbei haben z. B. die Hälften der Mutter 39
ein zusammenhängendes Linksgewinde und die beiden Hälften der Mutter 40 ein zusammenhängendes
Rechtsgewinde, es ist daher notwendig, daß die Spindel 6 sowohl mit Rechtsgewinde
für die geteilte Mutter 4o als auch mit Linksgewinde für die geteilte Mutter 39
versehen ist. Diese Muttern werden durch ein Hülsenstück 49 derart gesteuert, daß
z. B. beim Niedergang die Hülse 49 gegen die Feder 43 drückt und dann gegen einen
Anschlagring 46 stößt, wodurch die Hülse 49 von der Mutter 4e abgestreift und nach
oben über die Mutter 39 übergestreift wird, so daß nunmehr an Stelle der Mutter
4o die Mutter 39 in Eingriff kommt und die beiden Hälften der Mutter 40 (Abb.3)
auseinanderklappen. Um die hierfür erforderliche Nachgiebigkeit der Hülse 49 sicherzustellen,
sind in der Mitte Segmente, 51 vorgesehen, welche durch ringförmig umgelegte Spiralfedern
52 fest gegen die geteilte Mutter 39 bzw. 40 gepreßt werden, so daß beim L"bergang
der Hülse 49 von der geteilten Mutter 4o z. B. auf die geteilte Mutter 39 die Segmente
5z, soweit erforderlich, nachgeben können. Der Motor 2 behält dabei immer dieselbe
Drehrichtung bei, während durch das Einschalten der Mutter 39 bzw. 40 die Spindel
6 einmal beim Hochgang desi Pumpenkolbens 9 mit dem Linksgewinde, beim Niedergang
des Pumpenkolbens 9 mit dem Rechtsgewinde im Eingriff ist.
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Abb. 5 und 6 zeigt eine Ausführung mit ungeteilten Spindelmuttern
39 und 40, von denen die Mutter 39 z. B. Linksgewinde und die Mutter 4o Rechtsgewinde
hat. Diese Muttern sind mit Spiel in die Hülse 49 eingesetzt, derart, daß einmal
die Mutter 39 vermittels der Zahnung 41 mit der Hülse 49 in Eingriff kommt, das
andere Mal die Mutter 40 vermittels der Zahnung 45. Diese Muttern werden so gesteuert,
daß beim Niedergang die Hülse 49 am Ende des Hubes mit dem Anschlagring 47 gegen
die Pufferfeder 43 und dann. gegen den Anschlagring 46 stößt, wodurch die Hülse
49 über die Muttern 39 und 4o so gleitet, daß sie mittels der Zahnung 45 mit der
Mutter 40 in Eingriff kommt, während die Mutter 39 gleichzeitig den Eingriff mit
der Zahnung 41 löst und daher beim Aufwärtsgang leer läuft. Beim Hochgang stößt
die Hülse 45 mit dem Anschlagring 48 zunächst gegen die Pufferfeder 42 und dann
gegen den Anschlagring 44, worauf sich die Hülse 49 über die Muttern, hinweg ,nach
unten bewegt, wodurch die Mutter 39 vermittels der Zahnung 41 mit der Hülse 49 in
Eingriff kommt, während sich die Mutter 4o aus der Verzahnung 45 löst und leer läuft.
,Die Federn 42 und 43 sollen nicht nur den Stoß auffangen, sondern beim Umsteuern
so viel Kraft aufspeichern, daß die Umsteuerung über den Totpunkt hinüber mit Sicherheit
erfolgt. An der Hülse 49 befindet sich die Führung 33 und der Verdrängerkolben 29,
an dessen unterem Ende die Pumpenkolbenstange 8 befestigt ist, so daß mit dem Hoch-
und Niedergang der Hülse 49 die Pumparbeit geleistet wird. Inwendig in der Mitte
der Hülse 49 befindet sich der Teilungs- oder Anschlagring 38, der die leer laufende
Mutter mitnimmt. Im übrigen bleibt die Arbeitsweise der Pumpe dieselbe wie bei der
Ausführung (Abb. z bis 4).
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Abb. 7, 8, 9 zeigt eine andere Ausfühführungsform der Umsteuerung.
Bei dieser Ausführung wird ebenfalls der Doppelhebel 2o durch die Steuerkulisse
22 mitgenommen. In der Steuerkulisse 22 befindet sich oben die Pufferfeder 42 und
unten die Pufferfeder 43, welche den Doppelhebe12o vermittels der in
denselben
beim Zusammendrücken aufgespeicherten Kraft über den Totpunkt der Steuerung hinüberbringen
sollen. Auf der anderen Seite des Doppelhebels 20 ist im Drehpunkt 53 eine Schnalle
54 befestigt, welche den Doppelhebel 55 betätigt, so daß derselbe je nach Lage des
Doppelhebels 2o nach rechts oder links ausschwingt und hierbei in den äußersten
Lagen durch die Feder 37 festgehalten wird. Hierdurch soll bewirkt werden, daß die
Kupplungswelle 3 stets während der Dauer des Hubes gekuppelt bleibt. Die Arbeitsweise
ist im übrigen genau dieselbe wie bei der Ausführungsform in Abb. i und 2.
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Um die Länge der Steuerkulisse 2o bei sehr großem Hub der Pumpe zu
verkleinern, läßt sich diese Steuerkulisse auch rohrförmig undhierbei teleskopartig
ineinander verschiebbar ausführen.
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Es sind selbstverständlich noch andereAusführungsformen der Umsteuerung
möglich, z. B. durch Elektromagnete oder auf hydraulischem oder pneumatischem Wege.
Auch läßt sich der Pumpenantrieb vermittels Zahnstange und Zahnrad bewirken, wobei
die Umsteuerung so erfolgt, daß zwei konische Zahriräder je nach der Hubrichtung
abwechselnd mit dem Antriebsrad in Verbindung gebracht werden. Der Motor wird hierbei
vorteilhafterweise liegend angeordnet.