DE69002613T2 - Verdrängerpumpe. - Google Patents

Description

• Diese Erfindung bezieht sich auf eine Verdrängerpumpe und insbesondere auf eine Verdrängerpumpe, umfassend: (I) ein versenkbares Pumpengehäuse mit einem Einlaß fuhr zu pumpende Flüssigkeit an seinem unteren Abschnitt, einem Auslaß fur gepumpte Flüssigkeit an seinem oberen Abschnitt und mit einer volumenvariablen Pumpenkammer, die mit dem Einlaß und dem Auslaß kommuniziert, (II) einen Pumpmechanismus ein schließlich eines Verdrängergliedes, das in dem Pumpengehäuse angeordnet und darin beweglich ist, und einschließlich einer Antriebseinrichtung, mittels der das Verdrängerglied betätigbar ist zum wiederholten Reduzieren des Volumens der Pumpenkammer, und die ein Hebeglied umfaßt, das mit dem Verdrängerglied verbunden ist, (III) ein Rückschlag-Einlaßventil, das zwischen dem Einlaß und der Pumpenkammer vorgesehen ist, und (IV) ein Rückschlag-Auslaßventil, das zwischen der Pumpenkammer und dem Auslaß vorgesehen ist.
• Primär ist die Pumpe gemäß der Erfindung als versenkbare Pumpe geeignet, d.h. eine Pumpe, die in die Flüssigkeitsmasse eingetaucht wird, aus der die Flüssigkeit, die zu pumpen ist, entnommen wird, und demgemäß eine Pumpe, die ohne Saugkopf arbeitet. Beispielsweise kann die Pumpe unter den Wasserspiegel in einem Brunnen abgesenkt werden, einem Teich oder einer anderen Wasserquelle, oder in einen Tank oder ein anderes Flüssigkeitsreservoir, aus dem mittels der Pumpe Wasser zu entnehmen ist.
• Ein Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung einer einfachen und kostengünstigen versenkbaren Verdrängerpumpe, deren Pumpenkammer sich sehr schnell durch schwerkraftbedingte Zuströmung aus dem umgebenden Wasservorrat füllen kann.
• Gemäß der Erfindung ist die Pumpe primär dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß mit der Pumpenkammer über einen ringförmigen Spalt zwischen dem Verdrängerglied und einer sich in Umfangsrichtung erstreckenden Pumpgehäuse-Seitenwandung kommuniziert, welche die Pumpenkammer begrenzt, und daß das Rückschlag-Einlaßventil einen flexiblen Dichtkragen umfaßt, der den ringförmigen Spalt über dessen gesamte Umfangserstreckung überbrückt, und von dem ein Umfangsende abdichtend an dem Pumpengehäuse oder dem Abdichtglied befestigt ist und das andere Umfangsende in der Pumpenkammer in Richtung auf die Pumpengehäusewandung zu bzw. von dieser weg unter dem Einfluß einer Druckdifferenz zwischen dem Einlaß und der Pumpenkammer beweglich ist.
• Die Erfindung wird in größeren Einzelheiten nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei die beiden Zeichnungsfiguren eine als Beispiel zu verstehende Ausführungsform der Pumpe gemäß der Erfindung in vertikalem Axialschnitt zeigt, wobei Fig. 1 die Pumpe während des Füllens der Pumpenkammer darstellt und Fig. 2 die Pumpe während des Ausstoßens von Wasser aus der Pumpenkammer zeigt.
• Die dargestellte Pumpe ist ausgebildet zur Verwendung als eine Brunnenpumpe und insbesondere dazu bestimmt, in eine Position unter den Wasserspiegel in einem abgeteuften Brunnen abgesenkt zu werden.
• Die Pumpe umfaßt ein Gehäuse, das im Querschnitt rund ist, und ein Basisteil 10A und ein Oberteil 10B, verbunden mit dem Basisteil, umfaßt.
• Das Basisteil 10A bildet einen generell zylindrischen Käfig, in den Wasser frei einströmen kann (ohne merkbaren Druckabfall) aus dem Wasservorrat, in den die Pumpe eingetaucht ist. Öffnungen 11, durch welche das Wasser eintritt, können mit einem Siebtuch (nicht dargestellt) versehen sein oder selbst Sieböffnungen in der Seitenwandung des Basisteils bilden.
• Eine Einschnürung 13 ist im oberen Abschnitt des Basisteils ausgebildet und hält in sich den unteren Abschnitt des Oberteils 10B; zu diesem Zweck ist der untere Abschnitt des Oberteils mit einer komplementären Einschnürung 14 versehen. Damit die Einschnürung 14 leicht innerhalb der Einschnürung 13 des Basisteils positioniert werden kann, ist die letztgenannte Einschnürung aufgeschnitten, so daß sie ohne weiteres expandierbar ist. Ein Haltering 15, angebracht nach Montage des Oberteils 10B, hält zuverlässig das Oberteil.
• Die Einschnürung 14 des Oberteils geht nach oben in einen Zwischenabschnitt 16 über, der sich zunächst aufweitet und dann nach oben in Richtung einer Auslaßmündung 17 verjüngt. Ein Steigrohr oder -schlauch 18 ist mit dem letzteren verbunden. Oberhalb der Einschnürung 14 begrenzt der Zwischenabschnitt 16 eine Auslaßkammer 19, welche Kammer mit dem Basisteil 10A über eine zentrale, runde Öffnung 20 kommuniziert, begrenzt von der Einschnürung 14 des Oberteils.
• Direkt unter der Öffnung 20 ist eine Pumpenkammer 21 in dem Pumpengehäuse 10A/10B vorgesehen. Seitlich oder horizontal wird die Pumpenkammer teilweise begrenzt von der Innenseite 22 des unteren Abschnitts der Einschnürung 14 und teilweise durch einen Dichtkragen 23, der einen Teil eines topfförmigen Korpus 24 aus flexiblem Material bildet und als ein Einlaßventil dient. Die Bodenwandung 25 des topfförmigen Korpus 24 ist eingetieft und begrenzt die Pumpenkammer nach unten.
• Wie aus den Zeichnungsfiguren ersichtlich, hat der rotationssymmetrische Dichtkragen 23, gesehen in diametralem Axialschnitt, eine gekrümmte, nach außen konvexe Kontur derart, daß der größte Durchmesser des Kragens sich etwa in der Mitte zwischen dem oberen freien Ende oder Kante 23A des Kragens befindet und dem unteren Ende 23B, das in die Bodenwandung 25 übergeht, und derart, daß die beiden Enden 23A, 23B von etwa gleichem Durchmesser sind. Die Form und Abmessungen des Dichtkragens 23 und die Eigenschaften des Kragenmaterials sind so gewählt und angepaßt, daß der Kragen sich einwärts von der Pumpengehäusewandung 22 wegbewegt, sobald der Druck der den Kragen umgebenden Flüssigkeit den Druck innerhalb der Pumpenkammer übersteigt, und in Abdichtanlage mit der umgebenden Pumpengehäusewandung 22 gelangt, sobald der Druck der Flüssigkeit innerhalb der Pumpenkammer den Druck außerhalb derselben übersteigt. Mit anderen Worten genügt eine sehr kleine Druckdifferenz über dem Kragen, um die Strömungspassage, gesteuert von dem Kragen, zu öffnen oder zu schließen.
• Es versteht sich, daß das Material des Kragens eine solche Festigkeit und einen solchen Grad der Undehnbarkeit aufweisen muß, daß der Kragen dem hydrostatischen Druck standhalten kann, herrührend von der Wassersäule in dem Steigschlauch. Eine gewisse Elastizität des Materials kann vorteilhaft sein, doch zumindest ist das obere oder freie Ende 23 nur in geringem Maße dehnbar.
• Der topfförmige Korpus 24, der vorzugsweise durch Blasformen aus Kunststoff hergestellt ist, durch Vakuumverformung oder irgendein anderes geeignetes Verfahren für die Herstellung dünnwandiger Kunststoffartikel, wird abgestützt von, und ist vorzugsweise befestigt an, der Oberseite eines Verdrängergliedes in Form eines relativ schweren Korpus 27, der im Basisteil 10A des Pumpengehäuses vertikal beweglich ist. Dieser Korpus dient während seiner Aufwärtsbewegung zum Kontrahieren der Pumpenkammer 21 und dadurch zum Verdrängen von Flüssigkeit darin nach oben durch die Öffnung 20 und dazu, während seiner Abwärtsbewegung die Pumpenkammer zu expandieren.
• Das Verdrängergiied 27 seinerseits wird getragen von einem Hebeelement 28 in Form einer Stange oder eines Kabels, das sich zentral aufwärts durch das Pumpengehäuse 10A/10B, die Auslaßmündung 17 des Pumpengehäuses und den Steigschlauch 18 zu einer Antriebseinrichtung D erstreckt, die nicht im Detail dargestellt ist. Mittels der Antriebseinrichtung werden das Hebeelement 28 und mit ihm das Verdrängerglied 27 vertikal über eine bestimmte Distanz zum Betrieb der Pumpe hin und her bewegt. Anschläge (nicht dargestellt) können in dem Pumpengehäuse vorgesehen sein zum Begrenzen der Vertikalbewegung in beiden Richtungen. Während der Vertikalbewegung verändert das Verdrängerglied 27 die Höhe und dadurch den Durchströmquerschnitt des ringförmigen Spaltes 29, der begrenzt wird von dem Verdrängerglied und der Pumpengehäusewandung 22, und welcher überbrückt ist durch den Dichtkragen 23. Der Spalt 29 ist jedoch hinreichend weit, daß er das rapide Füllen der Pumpenkammer 21 im wesentlichen ohne Druckabfall selbst dann ermöglicht, wenn sich das Verdrängerglied in seiner obersten Position befindet.
• In der Auslaßkammer 19 befindet sich ein Auslaßventilglied 30, das gleitbeweglich längs des Hebeelements 28 ist und einen rohrförmigen Schaft 31 sowie eine Ventilscheibe 32 umfaßt, die integral mit dem unteren Abschnitt des Schaftes ist. Die Ventilscheibe 32 ist ausgebildet, um in Abdichtkontakt mit der Innenseite 33 des oberen Abschnitts der Einschnürung 14 des Gehäuseteils 10B unter der Wirkung des Gewichts des Ventilglieds und des hydrostatischen Drucks in der Auslaßkammer 19 zu gelangen, wenn jener Druck den Druck in der Pumpenkammer 21 übersteigt. Das Ventilglied 30 kann aus irgendeinem geeigneten Material bestehen, wie Kunststoff, mit größerer Dichte als Wasser.
• Der Betrieb der dargestellten Pumpe wird nachstehend erläutert, wobei angenommen wird, daß die Pumpe in eine Position in einigem Abstand unter dem Wasserspiegel in einem Brunnenrohr oder Brunnenloch B abgesenkt worden ist, dessen Wandung durch vertikale strichpunktierte Linien in der Zeichnung angedeutet ist. Das Pumpengehäuse wird gegen die Wandung des Rohrs oder Lochs an dem mittleren Abschnitt 16 des Oberteils 10B des Pumpengehäuses unter der Wirkung des hydrostatischen Drucks in dem Pumpengehäuse geklemmt, herrührend von der Flüssigkeitssäule in dem Steigschlauch 18. Zu diesem Zweck kann der Zwischenabschnitt 16 elastisch in Radialrichtung expandiert werden. Damit das Wasser relativ frei in die Pumpe zwischen dem Pumpengehäuse und dem Brunnenrohr oder -loch strömen kann, ist der mittlere Abschnitt 16 des Pumpengehäuses mit Vertikalnuten geformt, welche Durchtritte begrenzen, die sich zwischen dem oberen und dem unteren Ende des Zwischenabschnitts erstrecken und immer offen sind.
• Fig. 1 zeigt die Pumpe in einer Betriebsphase, in der das Hebeelement 28 und damit das Verdrängerglied 27 und der topfförmige Korpus 24 sich nahe dem Endpunkt des Abwärtshubes befinden. Demgemäß nähert sich die Pumpenkammer 21 ihrem Zustand maximalen Volumens, doch kann Wasser immer noch in die Pumpenkammer durch die Gehäuseöffnungen 11 und die ringförmige Passage 34 zwischen der Pumpengehäusewandung 22 und dem Dichtkragen 23 eindringen. Der Druck, herrührend von der überlagerten Flüssigkeitssäule, hält das Ventilglied 30 in Schließposition gegen den Ventilsitz, gebildet von der Wandung 33.
• Sobald das Hebeelement 28 angehoben wird und das Verdrängerglied 27 nach oben verlagert, so daß die Kontraktion der Pumpenkammer beginnt, wird der Dichtkragen 23 nach außen in Dichtkontakt mit der Wandung 22 des Pumpengehäuses gepreßt. Als eine Konsequenz der Aufwärtsbewegung des Verdrängergliedes 27 wird das Wasser in der Pumpenkammer 21 nach oben durch die Öffnung 20 hinter die Ventilscheibe 32 in die Auslaßkammer 19 ausgestoßen, wodurch ein entsprechendes Volumen nach oben in den Steigschlauch 18 ausgetrieben wird. Dies ist in Fig. 2 gezeigt.
• Wenn man dann dem Hebeelement 28 und Verdrängerglied 27 ermöglicht, sich nach unten zu bewegen, schließt das Ventilglied 30 wieder gegen den Sitz 33, so daß die Pumpenkammer 21 von dem hydrostatischen Druck in der Auslaßkammer 19 isoliert ist. Das Wasser rings um das Pumpengehäuse 10A/10B kann deshalb den oberen Abschnitt des Dichtkragens 23 nach innen verdrängen und durch die ringförmige Passage 34 in die Pumpenkammer 21 ohne merkbaren Druckabfall einströmen (siehe Fig. 1).
• Wegen seiner ringförmigen Konfiguration und weil die Flächengröße des Dichtkragens 23, auf die der einwärtsgerichtete Wasserdruck einwirkt, groß ist, öffnet sich die Passage 34 über einem sehr großen Durchströmungsquerschnitt. Da zusätzlich der Strömungsweg des Wassers sehr kurz ist, füllt sich die Pumpenkammer 21 sehr schnell; für praktische Zwecke kann die Füllzeit immer als gleich angesehen werden mit der Zeit, die das Verdrängerglied für seinen Abwärtshub benötigt. In der Praxis kann die Pumpe deshalb immer ohne Füllprobleme mit einer Rate arbeiten, mit der die Antriebseinrichtung in der Lage ist, das Hebeelement und das Verdrängerglied zu bewegen. Da die horizontale Querschnittsfläche der Pumpenkammer 21 nahezu ebenso groß sein kann wie die innere Querschnittsfläche des Basisteils 10A des Pumpengehäuses, kann das Hubvolumen groß sein selbst dann, wenn die Hublänge kurz ist.
• In der dargestellten Ausführungsform dient die Pumpengehäusewandung 22 als ein stationärer Ventilsitz, der mit dem hin und her beweglichen Dichtkragen 23 zusammenwirkt. Diese Anordnung ist normalerweise bevorzugt, doch liegt es im Rahmen der vorliegenden Erfindung, den Dichtkragen 23 an der Pumpengehäusewandung 22 zu befestigen und sein unteres ringförmiges Ende 23B mit dem Verdrängerglied 27 zusammenwirken zu lassen, das dann als ein beweglicher Ventilsitz dient. Natürlich können im Rahmen der Erfindung auch weitere Modifikationen vorgenommen werden.
• Während der Stillstandsperioden der Pumpe kann Wasser langsam zwischen dem Ventilglied 30 und dem Hebeelement 28 unter der Wirkung des hydrostatischen Druckes herauslecken, herrührend von der Wassersäule in dem Steigschlauch 18. Diese Leckage genügt jedoch nicht, um den Druck innerhalb der Pumpenkammer 21 zu erhöhen und dadurch zu bewirken, daß der Dichtkragen 23 in Kontakt mit der Pumpengehäusewandung 22 gelangt. Stattdessen kann das Leckwasser hinter dem Dichtkragen in den Wasservorrat rings um die Pumpe fließen. Die Wassersäule in dem Steigschlauch 18 kann deshalb langsam absinken, so daß der Druck in der Auslaßkammer 19 egalisiert wird und das Verklemmen des Zwischenabschnitts 16 gegen die Wandung des Brunnenrohrs oder Brunnenloches allmählich verschwindet.

Claims (7)

1. Eine Verdrängerpumpe, umfassend ein versenkbares Pumpengehäuse mit einem Einlaß (11) für zu pumpende Flüssigkeit an seinem unteren Abschnitt, mit einem Auslaß (17) für gepumpte Flüssigkeit an seinem oberen Abschnitt und mit einer volumenvariablen Pumpenkammer (21), die mit dem Einlaß und dem Auslaß kommuniziert,

einen Pumpenmechanismus einschließlich eines Verdrängergliedes (27), das in dem Pumpengehäuse angeordnet ist und darin beweglich ist, und mit einer Antriebseinrichtung, mittels der das Verdrängerglied betätigbar ist zum wiederholten Reduzieren des Volumens der Pumpenkammer, welche Einrichtung ein Hebeglied (28) umfaßt, das mit dem Verdrängerglied verbunden ist,

ein Rückschlag-Einlaßventil (23) zwischen dem Einlaß (11) und der Pumpenkammer (21), und

ein Rückschlag-Auslaßventil (30) zwischen der Pumpenkammer (21) und dem Auslaß,

dadurch gekennzeichnet, daß

der Einlaß (11) mit der Pumpenkammer über einen ringförmigen Spalt (29) zwischen dem Verdrängerglied (27) und einer sich in Umfangsrichtung erstreckenden Wandung (22) des Pumpengehäuses (10A/10B) erstreckt, die das Verdrängerglied umschließt und die Pumpenkammer (21) begrenzt, und

daß das Rückschlag-Einlaßventil einen flexiblen Dichtkragen (23) umfaßt, der den ringförmigen Spalt (29) über dessen gesamte Umfangserstreckung überbrückt und von dem ein Ende (23B) abdichtend an dem Pumpengehäuse (10A/10B) oder dem verdrängerglied (27) befestigt ist und dessen anderes Ende (23A) in der Pumpenkammer (21) unter der Einwirkung eines Differenzdrucks zwischen dem Einlaß (11) und der Pumpenkammer (21) beweglich ist.

2. Eine Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnete daß die Pumpenkammer (21) nach unten durch eine Wandung (25) begrenzt ist, die von dem Verdrängerglied (27) gebildet oder an diesem befestigt ist, und mit welchem das genannte eine Ende des Dichtkragens verbunden ist, wobei vorzugsweise der Dichtkragen (23) und die Wandung (25) integral sind.

3. Eine Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtkragen (23), gesehen in Axial-Radialschnitt, eine bogenförmige, nach außen konvexe Kontur aufweist, wobei sein größter Durchmesser an einer Stelle zwischen den Umfangsenden (23A,23B) liegt.

4. Eine Pumpe nach Anspruch 2 oder Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung (22) des Pumpengehäuses eine Seitenwandung eines sich nach oben verjüngenden Raumes (21) in dem Pumpengehäuse bildet und daß der Dichtkragen (23) ausgebildet ist, um unter der Wirkung des Druckes in der Pumpenkammer (21) abdichtend sich an die Innenseite der Wandung (22) an diesem Raum zu legen.

5. Eine Pumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der sich nach oben verjüngende Raum (21) über eine runde Öffnung (20) in eine Auslaßkammer (19) übergeht, die in dem Pumpengehäuse (10A/10B) ausgebildet ist und einen Teil des Auslasses bildet, und daß das Rückschlag-Auslaßventil ein vertikalbewegliches Ventilglied (30) umfaßt, das in der Auslaßkammer angeordnet ist, sowie einen Ventilsitz (33), der an dem Übergang zwischen dem sich verjüngenden Raum und der Auslaßkammer vorgesehen ist und die Öffnung umschließt.

6. Eine Pumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied (28) gleitbeweglich auf dem Hebeglied (28) geführt ist.

7. Eine Pumpe nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßkammer (19) horizontal elastisch expandierbar ist.