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Umfüllpumpe mit zwei oder mehreren Druckstufen Umfüllpumpen für hochgespannte
Gase werden in der Regel einstufig ausgeführt.
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Das Überwinden größerer Druckverhältnisse, die über das zulässige
Druckverhältnis hinausgehen, wird dadurch erreicht, daß nacheinander aus Gefäßen
mit verschieden hohen Drücken gepumpt wird. Steht nur ein. Vorratsgefäß zur Verfügung
und soll ein bestimmter Fülldruck erreicht werden, so kann der Gasvorrat nur bis
zu einem Druck ausgenutzt werden, der dem höchsten, mit der Pumpe zu erreichenden
Druckverhältnis entspricht. Um nun diesen Vorrat besser ausnutzen zu können, muß
die Umfüllpumpe zwei- oder mehrstufig ausgeführt werden.
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Mehrstufige Kompressoren sind bekannt. Diese arbeiten in der Regel
von einem gleichbleibenden Anfangsdruck, z. B. aus der Atmosphäre, auf einen gleichbleibenden
Enddruck, z. B. Preßluftleitung. Auf diese Weise kann von vornherein jede Stufe
des Kompressors mit gleicher Arbeitsleistung bzw. gleicher Kolben- und Triebwerksbelastung
gebaut werden. Bei mehrstufigen Umfüllpumpen, die aus einem verhältnismäßig kleinen
Behälter, z. B. in Flaschen von Atemschutzgeräten, pumpen, ändert sich sowohl der
Anfangsdruck als auch der Enddruck ständig. Daher ist eine gleichmäßige Verteilung
der Pumpenleistung auf alle Stufen nicht möglich. Auch kann man die Zylinder, besonders
deren Wandstärke, nicht auf bestimmte Druckgebiete hin bemessen wie bei normalen
Kompressoren, sondern jeder Zylinder muß für den höchsten Druck bemessen sein. Ist
der Vorratsdruck noch verhältnismäßig hoch, so arbeitet nur der Zvlinder der ersten
Pumpe. Die zweite und gegebenenfalls weitere Stufe werden nur von dem in der ersten
Stufe verdichteten Gas durchströmt, ohne daß sie irgendwelche Arbeit leisten. Die
Maschine wird also nur zu einem geringen Teil ,ausgenutzt. Wenn man die leer laufenden
Zylinder mit heranziehen könnte, würde die Maschine bei gleicher Gesamtleistung
leichter und billiger ausgeführt werden können.
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Die Erfindung betrifft nun eine Umfüllpumpe mit zwei oder mehreren
Druckstufen
und besteht darin, daß zwischen je zwei Z@T-lindern
ein Umschaltventil angeordnet ist, welches bei Betätigung die Druckseite des vorhergehenden
Zylinders entweder mit der Sangseite des folgenden oder mit der Druckseite des letzten
Zvlinders verbindet. Die Zylinder der höheren Stufen sind über je ein Rückschlagventil
finit der Saugleitung verbunden. Dabei können Steuerkolben vorgesehen sein, die
durch den Druck vor und hinter dem Zylinder beaufschlagt sind und dadurch das Umschaltventil
betätigen.
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Dadurch ist es möglich, wahlweise ent-,v eder mehrstufig zu arbeiten
oder beim Pumpen in nur einer Stufe alle Zylinder der mehrstufigen Umfüllpumpe zwar
nicht mit gleichen Leistungsanteilen, so doch aber gleichzeitig air dem Umfüllvorgang
zu beteiligen.
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Zu Beginn des Pumpvorganges sind die Drücke im Vorratsbehälter und
in der Geräteflasche einander gleich. Der Leistungsbedarf der Pumpe ist dann sehr
klein. Es sollen daher alle Zylinder an dem Pumpvorgang beteiligt werden. Das geschieht
dadurch, daß alle Zylinder parallel geschaltet werden, d. h. alle hinlaßanschlüsse
und alle Auslaßanschliisse sind zusammengeführt. Diese Schaltung kann bestehen bleiben,
bis :ich der Fülldruck so- weit erhöht hat, daß das Verhältnis Fülldruck zu Vorratsdruck
deich dein für einen Zylinder zulässigen Druckverhältnis wird. Ist dieser -Zustand
erreicht, so wird zwischen Zylinder 'i und a die Parallelschaltung in eine Reihenschaltung
umgeändert. Die Pumpe arbeitet nun zweistufig, wobei die Stufen 2 und -, parallel
als zweite Stufe arbeiten. Ist das Druckverhältnis im weiteren Verlauf des nun zweistufigen
Pumpens so groß geworden wie das für zwei Stufen zulässige Druckverhältnis, so wird
die Parallelschaltung zwischen Sttife 2 und 3 in eine Reihenschaltung geändert.
Der dreistu-fige Betrieb ist erreicht.
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Auf der Zeichnung sind einige Ausführungsformen der neuen Umfüllpumpe
dargestellt, dabei zeigt Abb. i einen dreistufigen Umfüllkomprcssor schematisch;
Abb. a zeigt einen zweistufigen Uinfü llkompressor und Abb. 3 ein automatisches
Ventil.
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a ist der Zylinder der ersten Stufe, 77 der Zylinder
der zweiten und c der dritten Stufe, d ist die Leitung vom Vorratsbehälter, e ein
U msclialtventil oder Umschalthahn, der das von der ersten Stufe geförderte Gas
wahlweise in die zweite Stufe oder in die Druckleitung r zur Füllflasche leitet.
g ist ebenfalls ein L'insclialtveittil, welches das von der zweiten Stufe geförderte
Gas wahlweise in die dritte Stufe oder in die Druckleitung i leitet. f ist ein Rückschlagventil,
welches automatisch arbeitet und nur von der Vorratsleitung d in die Saugleitung
der zweiten Stufe öffnet, wenn der Druck in dieser Stufe etwas geringer ist als
in der Leitung d; Ir, ist ein gleiches Rückschlagventil, welches von der
Saugleitung der zweiten Stufe in die Saugleitung der dritten Stufe öffnet, wenn
in letzterer der Druck etwas geringer ist als in der ersten. Durch die Anordnung
der Rückschlagventile ist es möglich, durch Bedienen zweier Ventile den Kompressor
einstufig, zweistufig oder dreistufig arbeiten zu lassen. Kommt nur ein ein- und
dreistufiger Betrieb in Frage, so können e und b durch ein Gelenk verbunden werden,
oder e und ä können zu einem Ventilkörper zusammengesetzt werden. Ähnlich ist auch,
wie Abb.2 zeigt, das Umschalten bei einem zweistufigen Kompressor von einstufigem
zum zweistufigen Betrieb mit nur einem Ventil möglich. Die Bedieming der N"entile
kann durch ein automatisch arbeitendes Ventil entbehrlich gemacht werden, wie Abb.
3 zeigt, wobei das Druckverhältnis zwischen Druck- und Saugleitung die Umschaltung
bewirkt. h ist ein Kolben, der in einem Gehäuse in gasdicht hin und-her bewegt wird,
das durch die Öffnung n mit dem Druckstutzen der ersten Stufe verbunden ist. Die
Kolbenfläche o, die um das zulässige DruckverhUtnis einer Pumpenstufe größer ist
als die des Kolbens 1" wird durch die Bohrung p mit dem Druck des Saugstutzens beaufschlagt.
Diese Kolben betätigen das Umschaltventil, welches als Schieberventil mit dem Kolben
und deren Gehäuse vereinigt ist. Das Schieberventil hat einen Zulaufstutzen q und
zwei Ablaufstutzen r und s. r ist mit dein Sau;-stutzen der nächsten Stufe und s
mit der Druckleitung des Kompressors verbunden. Wenn die Pumpe anläuft, ist der
Druck in den Leitungen bei i7 und p gleich. Der Kolben 7, wird daher infolge seiner
größeren Fläche o nach rechts gedrückt, und (las Umschaltventil verbindet die Anschlüsse
q und s,
so daß das geförderte Gas unmittelbar iii die Druckleitung
entweicht. Übersteigt nach einer gewissen Pumpzeit das erreichte Pumpverhältnis
das zulässige, so wird die Kraft auf dein Kolben h größer als auf der Fläche o.
und er wird nach links bewegt. Dadurch wird die Verbindung q und s unterbrochen
und zwischen q und r- hergestellt. Jetzt wird das Gas in die Saugleitung
der zweiten Stufe geleitet, und der zweistufige Betrieb ist erreicht. Damit von
den beiden bei dreistufigen Kompressoren erforderlichen Umschaltventilen erst das
erste und dann das zweite Ventil umschaltet, wird das Flächenverhältnis der Steuerkolben
beim zweiten Ventil
etwas größer gewählt. Dadurch ist die Geiv ähr
gegeben; daß das erste Ventil stets zuerst öffnet.