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Kolbenpumpe Zum Heben von Flüssigkeiten aus Tiefen, die unterhalb
der ansaugbaren Tiefe liegen, werden verschiedene Hebevorrichtungen verwendet, bei
welchen meist eine besondere Energieübertragung nach der Saugstelle oder deren Nähe
notwendig ist.
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Die hierzu notwendigen Vorrichtungen sind meist umfangreich und kostspielig,
so daß sie insbesondere für kleine Mengen und für Bohrungen von geringem Durchmesser
nicht gut verwendbar sind.
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Die Verwendung des Wassers selbst zur Energieübertragung etwa durch
Betreiben eines hydraulischen Motors .ergibt ebenfalls umständliche Vorrichtungen
von unzulässig großen Abmessungen. ` Solche Übertragungen der Energie von oben her
sind mit oder ohne Verwendung der zu hebenden Flüssigkeitssäule als hydraulisches
Gestänge gemacht worden.
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Im ersteren Falle wird z. B. ein unter Tage befindlicher Förderkölben
so bewegt, daß durch einen Überdruck auf denselben eine Abwärtsbewegung und nach
Nachlassen dieses Druckes durch eine Feder oder ein Luftkissen 'eine Rückbewegung
nach oben stattfand.
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Hierbei handelte es sich im übrigen um eine vollständige Pumpe unter
Tage mit Saug- und Druckventilen, die gerade so viel förderte, als die Differenz
des beim Abwärtshub und des beim Aufwärtshub, für den ein zweiter meist größerer
Kolben vorhanden war, übrigbleibenden Volumens betrug.
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Es ist auch versucht worden, eine Vereinfachung durch Benutzung der
Massenkräfte der Flüssigkeitssäule zu erreichen, doch ist eine die oben angeführte
Aufgabe erfüllende Bauart, bei welcher die Bewegung der Flüssigkeitssäule von über
Tage aus erfolgt, nicht gefunden worden.
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Die Erfindung, die denselben Weg geht, löst die Aufgabe aber durch
eine Beschleunigungsförderung mittels einer vom oberen Niveau der Flüssigkeitssäule
-ausgehenden Inbewegungsetzung in folgender Weise: In das untere Ende der Saugleitung
wird ein Förderkolben. eingebaut, der ein nach oben öffnendes Rückschlagventil hat
und durch eine Feder an eine obere Hubbegrenzung gedrückt wird, während eine bis
über Tage reichende Wassersäule auf ihm lastet. Wird der Wassersäule nun von oben
her durch einen das Rohr oben abschließenden Druckkolben ein zusätzlicher Druck
erteilt, so wird der Kolben am Saugende gegen die Feder bewegt und diese zusätzlich
gespannt.
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Beim plötzlichen Loslassen des Druckkolbens, d. h. des oberen Kolbens,
wird der Förderkolben,, d. h. der tattere Kolben, mnt der über ihm befindlichen
Flüssigkeitssäule samt dem sie abschließenden oberen Kolben von der Feder nach oben
gedrückt, bis der untere Kölben wieder auf seiner Hubbegrenzung
aufsitzt.
Damit kommt die Flüssigkeitssäule jedoch selbst nicht zur Ruhe, sondern sie bewegt
sich mit der in ihr ausgespeicherten Massenenergie weiter nach oben, bis letztere
aufgebraucht ist. Dabei entsteht über dem unteren Kolben ein Unterdruck, und da
dort das Rückschlagventil ein Nachströmen erlaubt, so geschieht dies so lange, bis
die Flüssigkeitssäule nach dem Aufbrauchen der Massenenergie zum Stillstand gelangt.
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Wird nun der nachgeströmten Flüssigkeit Gelegenheit gegeben, unter
dem oberen Kolben, nachdem dieser seinen Druckhub rückwärts zurückgelegt hat, auszufließen,
z. B. indem dieser Druckkolben, noch etwas weiter aufwärts bewegt, die Ausströmschlitze
freigibt, so ist die so durch das untere Rückschlagventil geflossene Flüssigkeitsmenge
die bei dem Hube erreichte Förderleistung.
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In Abb. i ist eine einfache Ausführung einer solchen Pumpe dargestellt.
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A ist das Steigrohr, welches unten von dem Zylinder B, in welchem
der Förderkolben C arbeitet, abgeschlossen ist. Dieser sitzt in der Ruhelage auf
der Hubbegrenzung D. Er enthält das Rückschlagventil E, welches auch federbelastet
sein kann, und wird durch die FederF auf seineHubbegrenzungD gedrückt. Der Förderzylinder
B taucht in den Flüssigkeitsspiegel S, welcher sich um die Höhe H unter den Ausströmeschlitzen
G des Druckzylinders T am oberen Ende des Steigrohres befindet. In dem Druckzylinder
J arbeitet der Druckkolben K, welcher durch die Feder T kraftschlüssig auf die Nockenscheibe
U gedrückt wird. Diese Scheibe ist so berechnet, daß der Nocken mit entsprechender
Beschleunigung ansteigend den Druckkolben nach unten drückt und dann rasch abfallend
ihm erlaubt, durch die Wirkung der Feder T mindestens so schnell wie die Flüssigkeitssäule
aufwärts zu steigen. Nachdem dann die Ausströmungsschlitze G freigegeben sind, kann
der Druckkolben K eine Zeit, die mindestens so lang ist, als die Aufwärtsbewegung
dauert, stehenbleiben, um dann endlich wieder herabgedrückt zu werden.
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Dasselbe Spiel kann bei Handbetrieb der Pumpe durch einfaches Herabdrücken
des Kolbens mittels eines gewöhnlichen Pumpenschwengels und entsprechendes Einhalten
der Pause geschehen. DasVentilchenL verhindert die Bildung eines Vakuums im Steigrohr
A.
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Abb.2 zeigt eine Vereinfachung des unteren Teils des Steigrohres derart,
daß statt des Förderzylinders B mit Förderkolben C in Abb. r hier ein dickwandiger
Gummischlauch K verwendet ist, der auf das Steigrohr A bei D aufgezogen
ist und am unteren Ende das selbsttätige Einströmventil E in einem Käfig C enthält.
Dieser Käfig legt sich in der Ruhelage bei Di gegen das Steigrohr A.
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Der Schlauch K kann sich außer der Dehnung in der Längsrichtung auch
im Durchmesser durch den Druck der Flüssigkeit erweitern, wobei er sich gegen den
durchlöcherten Käfig legt, sobald die Ruhelage eintritt.
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In Abb.3 ist eine Ausführungsforen gezeigt, bei welcher die Beschleunigung
der Flüssigkeitssäule beim Aufwärtshub durch den Zug eines von oben her betätigten
Zugseiles geschieht. Hier ist nur die kurze Bewegung des Druckkolbens K über die
Ausströmschlitze hinaus eine Feder eingeschaltet, während die Hauptbewegung des
Förderkolbens B durch den Draht E und den Druckkolben K vermittelt wird. Dieser
wird durch Verbindungsstange L, Hebel M und Rolle R mittels der Nockenscheibe W
bewegt. Diese, in der Richtung des Pfeiles drehend, hat gerade den Druckkolben,
an welchem die Säule auf dem Förderkolben B ruht, in die Höhe gedrückt und hält
sie über etwa 2oo° der Nockenscheibendrehung fest in der Ruhelage, um ihn dann nach
unten fallen zu lassen und sofort wieder samt der hierbei beschleunigten Flüssigkeitssäule
zu heben. Zum Ausgleich des Gewichtes der Säule können auch Federn angebracht werden.
Die Kolbensteuerung kann hier durch ein Rückschlagventil ersetzt werden.
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Noch besser aber wird die Arbeit auf den Abwärts- und Aufwärtshub
verteilt, indem der obere Kolben K bei größerem Durch messer als der untere B einen
kleineren Hub erhält und nun eine größere, einen Teil der Arbeit aufnehmende Feder
zwischen die Verbindung beider Kolben geschaltet wird. Da der untere Kolben das
vom oberen verdrängte Volumen aufnehmen muß, so wird sein Hub länger und .die Verbindungszugorgane
entsprechend gespannt werden. Die durch das Spannen der Feder beim Abwärtshub geleistete
Arbeit ergibt während des Aufwärtshubes einen Teil der Beschleunigungsarbeit unter
Entspannung der Zugorgane. Der andere Teil wird durch die Aufwärtsbewegung von deren
Aufhängungspunkt am oberen Kolben bewirkt.
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Bei der zuletzt beschriebenen Ausführung wird im ganzen Vorgang am
meisten Beschleunigung an die Flüssigkeitssäule abgegeben. Dies bedeutet, daß sich
auf diese Weise die Zeit eines Spiels am meisten abkürzen läßt, was für die zeitliche
Leistung bei gegebener Bohrung entscheidend wichtig ist.
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Ist der Hub des oberen Kolbens halb so groß und hat dementsprechend
die Feder bei gleicher Stärke nur die halbe Wendungszahl, so wird beim Aufwärtshub
durch ihre
Spannung die halbe Arbeit geleistet. Der Aufwärtshub
kann nun so geschehen, daß die Maximalspannung der Feder bis zum Ende des Hubes
vom unteren Kolben gleichbleibt, indem der obere durch Öffnen der Schlitze einen
entsprechend hohen Leerhub macht.
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Wird nun noch der Rückweg des oberen Kolbens so gesteuert, daß er
noch während des Ausfließens der Flüssigkeit beginnt und beim Ende desselben die
Schlitze abschließt, so kann die Zeit eines Spiels auf ein Minimum gebracht werden.