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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein System zum Pumpen von Flüssigkeit.
Ein derartiges Pumpsystem kann zum Pumpen mit verschiedenen Flüssigkeiten
arbeiten. Eine Anwendung eines solchen Pumpsystems kann ein Werfer
von Flüssigkeit
sein, wie zum Beispiel Wasser, der eine Flüssigkeit mit einem steuerbaren
Rhythmus über
eine weite Entfernung spritzen kann, zum Beispiel zum Gießen von Anbau
oder als Wasserwerfer zur Brandbekämpfung oder zum Eindämmen von
Massenaufständen.
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Um
eine Flüssigkeit
zu spritzen, verwendet man im Allgemeinen Kreiselpumpen, die an
einen Verbrennungsmotor gekoppelt sind. Der Nachteil solcher Pumpen
besteht darin, dass sie eine relativ hohe Leistung erfordern. Eine
Kreiselpumpe, die 1300 l/Min. mit einem Druck von 12 bar abgibt, braucht
zum Beispiel eine Leistung des Verbrennungsmotors, der die Pumpe
antreibt, von 120 PS.
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Man
kennt das Dokument
NL 6 615 555 ,
das ein Pumpsystem für
eine Flüssigkeit
beschreibt. Das System besteht aus einer Kammer, in welche die Flüssigkeit
ausgehend von einer Quelle durch eine Einführöffnung eingeführt wird.
Das System umfasst auch eine Entleerungsöffnung und eine der Entleerungsöffnung zum
Einführen
von Luft unter Druck ausgehend von einem Behälter gegenüberliegende Öffnung.
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Diese Öffnungen
sind mit Ventilen versehen, die synchronisiert gesteuert werden.
Beim Füllen
des Behälters
ist das zu der Einführöffnung gehörende Ventil
offen, während
die zwei anderen Ventile geschlossen sind, so dass daher das Füllen der
Kammer erlaubt wird. Beim Austreiben ist das zur Einführöffnung gehörende Ventil
geschlossen, während
die beiden anderen Ventile offen sind, so dass das Einführen von
Gas unter Druck in die Kammer durch die Einführöffnung für Luft unter Druck erlaubt
wird, wobei daher die in der Kammer enthaltene Flüssigkeit über die
Entleerungsöffnung
ausgetrieben wird.
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Während der
Einführphase
behindert die im Behälter
enthaltene Luft das Füllen
des Behälters.
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Das
Ziel der Erfindung besteht darin, ein Flüssigkeitspumpsystem vorzuschlagen,
das die Nachteile des früheren
Stands der Technik nicht aufweist.
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Das
Ziel der Erfindung besteht darin, ein Flüssigkeitspumpsystem vorzuschlagen,
das es erlaubt, diese für
ein Spritzen der Flüssigkeit
erforderliche Leistung beachtlich zu verringern, zum Beispiel in
einem Verhältnis
von 8 zu 10, und das Füllen
des Behälters
zu verbessern.
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Dazu
ist ein erfindungsgemäßes System zum
Pumpen einer Flüssigkeit
dadurch gekennzeichnet, dass es aus einer Kammer besteht, die mit
einer Öffnung
zum Einführen
einer Flüssigkeit,
die von einer Quelle stammt, in die Kammer versehen ist, mit einer Öffnung zum
Entleeren der Flüssigkeit
aus der Kammer und einer Öffnung,
die der Entleerungsöffnung
der Flüssigkeit
für das
Einführen
von Gas unter Druck gegenüberliegt,
wobei jede Öffnung
mit einem Ventil versehen ist, wobei die Ventile synchronisiert gemäß zwei Phasen
gesteuert werden, einer ersten Phase, Füllphase genannt, in der das
Ventil, das zu der Einführöffnung gehört, offen
ist, während
die zwei anderen Ventile geschlossen sind, wobei sie daher das Füllen der
Kammer erlauben, und einer zweiten so genannten Austriebsphase,
bei der das zu der Einführöffnung gehörende Ventil
geschlossen ist, während
die zwei anderen Ventile offen sind, wobei das Einführen des
Gases unter Druck in die Kammer durch die Öffnung erlaubt wird, die der
Entleerungsöffnung
gegenüberliegt,
wobei daher die in der Kammer enthaltene Flüssigkeit durch die Entleerungsöffnung ausgetrieben
wird. Das Pumpsystem ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer
mit einer Entlüftung
versehen ist, die gegenüber
der Flüssigkeitseinführöffnung liegt,
wobei die Entlüftung
selbst mit einem Ventil versehen ist, das sich gleichzeitig mit dem
zur Flüssigkeitseinführöffnung gehörenden Ventil öffnet und
schließt.
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Gemäß einem
weiteren Merkmal der Erfindung befindet sich das zur Einführöffnung gehörende Ventil
am Ende der Kammer, das mit der Entleerungsöffnung versehen ist, wobei
sich die Entlüftung am
anderen Ende befindet.
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Gemäß einem
weiteren Merkmal der Erfindung umfasst sie Mittel zum Erfassen von
Flüssigkeitsfüllständen in
der Kammer, deren Signale an eine Steuereinheit geliefert werden,
die vorgesehen ist, um das Öffnen
und das Schließen
der Ventile steuern zu können.
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Gemäß einem
weiteren Merkmal der Erfindung weist die Kammer auf der Seite ihrer
Entleerungsöffnung
einen kegelstumpfförmigen
Teil auf, der sich zu der Entleerungsöffnung hin verjüngt.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft auch eine Einheit von Pumpsystemen
nach einem Pumpsystem wie oben beschrieben. Erfindungsgemäß ist es dadurch
gekennzeichnet, dass jedes System so gesteuert wird, dass die Entleerungsphasen
jedes Entleerungssystems aufeinander folgen und dass, während die
Entleerungsphase eines Systems in Betrieb ist, Füllphasen in den anderen Systemen
durchgeführt
werden.
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Gemäß einem
weiteren Merkmal dieser Einheit ist die Anzahl n der Entleerungssysteme
der Einheit derart, dass n mal die Dauer der Entleerungsphase der
Dauer der Füllphase
entspricht.
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Die
oben genanten Merkmale der Erfindung sowie weitere ergeben sich
klarer bei der Lektüre
der folgenden Beschreibung einer Ausführungsform, wobei sich die
Be schreibung auf die anliegenden Zeichnungen bezieht, unter welchen:
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1 eine
Skizze ist, die eine Wasserpumpanlage zeigt, die ein erfindungsgemäßes Pumpsystem
verwendet,
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2 eine
Skizze ist, die eine Wasserpumpanlage zeigt, die ein Pumpsystem
gemäß einer
Variante der Erfindung verwendet,
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3 eine
Skizze eines Körpers
eines erfindungsgemäßen Pumpsystems
in einer besonderen Ausführungsform
zeigt,
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4 eine
Skizze einer Einheit erfindungsgemäßer Pumpsysteme ist,
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5 ein
Diagramm ist, das das Funktionieren einer Einheit gemäß der der 4 darstellt.
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Die
in 1 dargestellte Anlage besteht im Wesentlichen
aus einem erfindungsgemäßen Pumpsystem 100,
einer Quelle 20 einer Flüssigkeit und einer Verdichtungspumpe 30,
die dazu bestimmt ist, ein Gas unter relativ hohem Druck zu liefern.
Dieses Gas ist zum Beispiel Luft.
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Das
Pumpsystem 100, das in dieser 1 sichtbar
ist, besteht im Wesentlichen aus einem Körper, der in seinem Inneren
eine geschlossene Kammer 10 bildet, die zum Beispiel aber
nicht notwendigerweise zylindrisch ist. Der Körper 10 ist mit einer Öffnung 11 versehen,
die zum Einführen
der Flüssigkeit
der Quelle 20 in die Kammer des Körpers 10 bestimmt
ist, und mit einer Öffnung 12 zum
Entleeren aus der Kammer des Körpers 10 der
Flüssigkeit,
welche sie enthält.
Bei der dargestellten Ausführungsform
befinden sich die Einführöffnung 11 und
die Entleerungsöffnung 12 im
unteren Teil des Körpers 10, der
eine senkrechte Längsachse
hat.
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Dieser
Körper 10 ist
ferner mit einer Öffnung 13 versehen,
die der Entleerungsöffnung 12 der
Flüssigkeit
gegenüberliegt
und vorgesehen ist, um das Einführen
in die Kammer des Körpers 10 des
Gases unter hohem Druck zu erlauben, das von der Verdichtungspumpe 30 geliefert
wird.
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Der
Körper 10 ist
auch mit einer Entlüftung 14 versehen,
die sich der Einführöffnung 12 gegenüberliegend
befindet.
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Das
Pumpsystem 100 umfasst ferner ein Ventil 15, das
auf der Kanalisation zwischen der Quelle 20 und der Einführöffnung 11 angeordnet
ist, ein Ventil 16, das auf der Entleerungsöffnung 12 angeordnet
ist, ein Ventil 17, das auf der Kanalisation zwischen der
Pumpe 30 und der Einführöffnung 13 angeordnet
ist, und ein Ventil 18, das auf der Entlüftung 14 angeordnet
ist. Die Ventile 15 bis 18 werden synchron mittels
einer Steuereinheit 40 gesteuert, die außerdem die
Signale einerseits von einem Detektor des unteren Füllstands 42 und
andererseits von einem Detektor des oberen Füllstands 41 erhält.
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Das
erfindungsgemäße Pumpsystem 100 funktioniert
wie folgt.
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In
einer ersten Phase, Füllphase
genannt, führt
man das Füllen
der Kammer des Körpers 10 mit einem
Volumen von Flüssigkeit
aus, das aus der Quelle 20 stammt. Dazu öffnet man
das Einführventil 15 und
das Entlüftungsventil 18,
wobei das Gaseinführventil 13 und
das Entleerungsventil 16 geschlossen sind. Die aus der
Quelle 20 stammende Flüssigkeit
tritt schwerkraftbedingt in die Kammer des Körpers 10 ein, und
zwar über
die Einführöffnung 11. Das
Füllen
erfolgt, bis die Flüssigkeit
den Füllstand des
oberen Detektors 41 erreicht, welcher der Steuereinheit 40 ein
Signal überträgt, das
das Schließen der
Ventile 15 und 18 auslöst.
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Zu
bemerken ist, dass die Entlüftung 14 zum Ableiten
der Luft dient, die aus der Kammer des Körpers 10 durch sein
Füllen
mit Flüssigkeit
ausgetrieben wird.
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Bei
einer zweiten Phase, Entleerungsphase genannt, ist das Gaseinführventil 13 offen,
ebenso das Entleerungsventil 16. Daraus ergibt sich auf
der Oberfläche
der Flüssigkeit,
die der Öffnung 12 gegenüberliegt,
die Gegenwart eines Gasdrucks, der von der Pumpe 30 gegeben
wird, der auf diese Oberfläche
drückt
und das Entleeren der Flüssigkeit
durch die Öffnung 12 erlaubt.
Die Flüssigkeit
wird ausgetrieben und in Form eines Strahls mit großer Leistung gespritzt.
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Zu
bemerken ist, dass gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
die zweite Phase unmittelbar nach dem Ende der ersten Phase beginnt.
Die Ventile 16 und 17 öffnen sich daher sofort nach
dem Schließen
der Ventile 15 und 18.
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Zu
bemerken ist, dass das Öffnen
des Ventils 16 in Bezug auf das Öffnen des Ventils 17 leicht
verzögert
sein kann.
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Wenn
das Flüssigkeitsniveau
dem des unteren Detektors 42 entspricht, wird an die Steuereinheit 40 ein
Signal übertragen,
das das Schließen
der Ventile 16 und 17 auslöst. Die Steuereinheit 40 kann
daher erneut die erste Phase des Prozesses auslösen.
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Mit
einem derartigen System lag die für sein Funktionieren erforderliche
verbrauchte Leistung in der Größenordnung
von, 11 PS, während
mit einer Kreiselpumpe zum Erreichen der gleichen Druckleistungen
und des gleichen Durchsatzes des Wasserstrahls eine Leistung von
120 PS erforderlich ist.
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In
der Ausführungsform
der 2 ist die Entlüftung 14 durch
eine Öffnung 14 ersetzt,
die über das
Ventil 18 mit einer Ansaugpumpe 50 verbunden ist.
Das Funktionieren ist ähnlich
wie das der Ausführungsform,
die in 1 darge stellt ist, außer dass das Einführen der
Flüssigkeit
der Quelle 20 nicht mehr über Schwerkraft erfolgt, sondern
durch Herstellen eines Vakuums in der Kammer des Körpers 10 mittels
der Ansaugpumpe 50.
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Zu
bemerken ist noch, dass man die Detektoren 41 und 42 durch
einen Druckregler ersetzen könnte,
der, wenn der Druck in dem Körper 10 einen Betrag
eines oberen Grenzwertes erreicht, das Steuern des Schließens der
Ventile 15 und 18 erlaubt, und der, wenn der Druck
in dem Körper 10 beim
Sinken einen unteren Grenzwert erreicht, das Steuern des Schließens der
Ventile 16 und 17 erlaubt.
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In 3 wurde
ein Körper 10 eines
erfindungsgemäßen Pumpsystems
mit seinen Einführöffnungen 11 und 13,
seiner Entleerungsöffnung 12 und seiner
Entlüftung
(oder Ansaugöffnung) 14 dargestellt.
Dieser Körper 10 weist
die Besonderheit auf, dass er in seinem unteren Teil einen kegelstumpfförmigen Teil 10a umfasst,
der sich zu der Entleerungsöffnung 12 hin
verjungt. Es konnte aufgezeigt werden, dass dieses Merkmal vorteilhaft
ist, um ein feines Sprühen
am Ende des Strahls aufgrund des Mischens von Wasser und Gas zu
erzielen, das am Ende des Entleerens stattfindet.
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In 4 wurde
eine Anlage mit n Pumpsystemen 101 bis 10n dargestellt,
die mit der ersten in 1 dargestellten Ausführungsform
identisch sind. Zu bemerken ist jedoch, dass diese Systeme mit der zweiten
Ausführungsform
der 2 identisch sein könnten. In dieser 4 wurden
die Ventile 15 bis 18 jedes Systems 101 bis 10n zur
besseren Klarheit der 4 nicht dargestellt.
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Die
Quelle 20 ist daher mit n Einführeingängen 11 der n Pumpsysteme 101 bis 10n verbunden, und
zwar über
n Ventile 15 (siehe 1). Ebenso
ist die Verdichtungspumpe 30 mit den n Einführeingängen für Gas unter
Druck 13 der n Pump systeme 101 bis 10n über n Ventile 17 verbunden
(siehe 1), und die n Entleerungsöffnungen 12 sind mit
einem Ausgang S verbunden. Zu bemerken sind die Entlüftungen 14,
die ebenfalls mit jeweiligen Ventilen 18 verbunden sind
(siehe 1).
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Die
Steuereinheit 40 steuert jedes System 10i (wobei
i von 1 bis n variieren kann) wie oben angegeben, das heißt gemäß zwei Phasen,
einer Füllphase
I und einer Entleerungsphase II, wobei die Phasen nach dem Empfang
der Füllstandssignale, die
von den Detektoren 41 und 42 jedes Systems 10i stammen,
ausgelöst
und unterbrochen werden. In 5 wurde
dargestellt, wie diese Phasen I und II zeitlich für jedes
Pumpsystem einer Anlage, die 3 (n = 3) Pumpsysteme umfasst, ablaufen.
Auf dieser 5 erkennt man, dass die Dauer
der Füllphase
I länger
ist als die der Entleerungsphase II.
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Im
Zeitpunkt t0 beginnt das System 101, sich zu füllen, das
System 102 entleert, und das System 103 beendet
sein Füllen.
Im Zeitpunkt t1 füllt
sich das System 101 immer noch, das System 102 hat
das Entleeren beendet und beginnt, sich zu füllen, und das System 103 beginnt
das Entleeren. Im Zeitpunkt t2 beendet das System 101 sein
Füllen
und beginnt das Entleeren, das System 102 füllt sich
noch immer, und das System 103 hat das Entleeren beendet
und beginnt sein Füllen.
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Man
stellt fest, dass die Entleerungsphasen II aufeinander folgen, und
dass, während
die Entleerungsphase eines Systems durchgeführt wird, Füllphasen in den anderen Systemen
ausgeführt
werden. Vorteilhafterweise wählt
man eine Anzahl n von Systemen so aus, dass n mal die Dauer der
Entleerungsphase II der Dauer der Füllphase I entspricht. In diesem
Fall ist nämlich
der Durchsatz am Ausgang S im Wesentlichen konstant.