-
Flüssigkeitspumpe mit Schiebersteuerung Der Gegenstand der vorliegenden
Erfindung ist eine Schiebersteuerung von Flüssigkeitspumpen, besonders solchen mit
hohen Drehzahlen für die Förderung grob verunreinigter Flüssigkeiten, die ohne Hilfssaugventil
die Überwindung großer Saughöhen ermöglicht.
-
Es ist eine Pumpe mit Schiebersteuerung bekannt, bei der ein rohrförmiger
Schieber außen in einer Dichtung läuft, die den Druckraum vom Saugraum trennt und
dessen äußere Kanten in den beiden Totlagen des Kolbens den Saug- und Druckraum
öffnen und schließen, wobei ein Hilfssaugventil die Saugwirkung unterstützen muß,
um ein Abreißen der Saugwassersäule vom Kolben zu verhindern, da der erst bei Beginn
des Saughubes öffnende Schieber die Saugöffnung zu spät freigibt, so daß der Luftdruck
durch diese die Saugwassersäule nicht rechtzeitig beschleunigen kann. Das Hilfssaugventil
unterstützt die Saugwirkung der Pumpe bedeutend, ermöglicht aber trotzdem nur mäßige
Saughöhen, weil die im Ventil und in der Schieberöffnung zu beschleunigenden Wassersäulen
völlig getrennt sind, so daß erst die Wassersäule im Saugventil und nachträglich
die Wassersäule in der Schieberöffnung beschleunigt werden muß, wodurch Zeit verlorengeht.
Weiter beeinträchtigt das Hilfssaugventil die Verwendung der Pumpe als Schmutzwasserpumpe,
da das Ventil bei den hohen Drehzahlen nur mit kleinem Hub betrieben werden kann
und sich leicht verstopft und zu Störungen in der Pumpe Anlaß gibt.
-
Weiterhin ist eine Schiebersteuerung für Flüssigkeitspumpen mit hoher
Drehzahl bekannt, bei welcher der Schieber den Saugkanal schon vor Beginn des
Saughubes
also noch während des Druckhubes öffnet. Der Druckvorgang der Pumpe wird durch ein
Druckventil gesteuert. Bei dieser Bauart muß der Hubraum der Pumpe während des Druckhubes
kurz vor der Eröffnung durch den Schieber mittels des Kolbens gegen den Saugraum
abgesperrt werden, weil sonst das Wasser aus dem Druckraum durch das geöffnete Druckventil
zurückströmen und dieses dabei so gewaltsam zuschlagen würde, daß es schnell zerstört
würde. Damit das Wasser aus dem Saugraum zu Beginn des Saughubes dem Kolben folgen
kann, ist zwischen Schieberöffnung und Hubraum ein Hilfssaugventil vorgesehen, das
insofern günstig liegt, als die zu Beginn des Saughubes beschleunigte Wassersäule
mit der nach der Eröffnung des Hubraumes durch den Kolben zu beschleunigenden Wassersäule
zum großen Teil zusammenfällt. Diese Schiebersteuerung ermöglicht also eine große
Saughöhe, besonders wenn man auch den Kolben mit einem Hilfssaugventil ausrüstet.
Pumpen mit dieser Schiebersteuerung sind jedoch für die Förderung von Schmutzwasser
ganz ungeeignet, da bei dem Druck- und Saugventil nur kleine Hübe zulässig sind,
die bei der Förderung von Schmutzwasser dauernd Störungen verursachen würden.
-
Die vorliegende Erfindung vereinigt die Vorzüge der beiden beschriebenen
Schiebersteuerungen, so daß bei ihrer Anwendung große Saughöhe bei hoher Drehzahl
mit Unempfindlichkeit gegen groben Schmutz verbunden wird. Als Schieber wird ein
solcher verwendet, der außen in einer Dichtung zwischen Saug-und Druckraum läuft
und zugleich Ein- und Auslaß steuert, oder ein Doppelschieber, wobei Ein- und Auslaß
durch einen besonderen Schieber gesteuert wird, von dem der eine im Saugraum und
der andere im Druckraum läuft. Der bzw. die Schieber und ihr Antrieb werden so ausgebildet,
daß die Schieber in ihrer Mittelstellung auf der Saugseite eine negative Überdeckung
und auf der Druckseite eine positive Überdeckung haben, d. b. daß der Saugkanal
schon während des Druckhubes geöffnet wird und zu Beginn des Saughubes offensteht
und der Druckkanal schon während des Druckhubes geschlossen wird, ungefähr zu dem
Zeitpunkt der Eröffnung des Saugkanals. Bei dem gleichzeitigen Abschluß des Druckkanals
durch den Saugschieber ist die vorzeitige Eröffnung des Saugkanals durch den Saugschieber
während des Druckhubes zulässig, da kein Druckventil offensteht und durch zurückströmendes
Wasser in gefährlicher `reise zugeschlagen wird. Die Größe der negativen Überdeckung
der die Saugvorgänge steuernden Kante des Schiebers wird so gewählt, daß zu Beginn
des Saughubes der Schieber so weit offensteht, daß der Luftdruck imstande ist, die
Wassersäule zwischen Schieberöffnung und Kolbenboden so zu beschleunigen, daß sie
vom Kolbenboden nicht abreißt und gefährliche Stöße in der Pumpe vermieden werden.
je größer die Saughöhe ist, desto größer wird die Öffnung des Schiebers bei der
Kolbenumkehr bzw. die negative Schieberüberdeckung gewählt.
-
Das Hilfssaugventil wird dadurch entbehrlich und die Pumpe für die
Schmutzwasserförderung viel geeigneter gemacht. Da die zu Beginn des Saughubes beschleunigte
Wassersäule zusammenfällt mit der während des ganzen Saughubes dem Kolben nachfolgenden
Wassersäule, so werden doppelte Beschleunigungen vermieden und größte Saughöhen
erzielt.
-
Der Schieberantrieb wird so gewählt, daß der Saugkanal im Augenblick
der Beendigung des Saughubes und des Beginns des Druckhubes geschlossen wird.
-
Bei dieser Wirkungsweise des Schiebers wird nicht der ganze Druckhub
für die Förderung ausgenutzt, sondern nur ein Teil, d. h. der volumetrische Wirkungsgrad
der Pumpe wird verschlechtert. Diese Verschlechterung ist aber nur gering, da bei
der Eröffnung des Saugschiebers die maximale Kolbengeschwindigkeit schon stark abgenommen,
der Schieber aber seine höchste Geschwindigkeit hat. Es wird also nur während eines
kleinen Teils des Druckhubes nicht gefördert. Diese Verschlechterung des volumetrischen
Wirkungsgrades hat auf den Gesamtwirkungsgrad nur einen unbedeutenden Einfluß, besonders
bei großen Förderhöhen, da auf die nach dem Öffnen des Saugschiebers durch die Schieberöffnung
zurückströmende und für die Förderung verlorengehende Wassermenge nicht die Druckarbeit,
sondern nur die Saugarbeit übertragen wird. Die Verschlechterung des volumetrischen
Wirkungsgrads kann entweder durch die Vergrößerung des Kolbenhubes oder des Kolbendurchmessers
oder am einfachsten der Drehzahl ausgeglichen werden. Da die Pumpe nach der Erfindung
ohne jedes Saugventil und mit guter Saugwirkung arbeitet, kann sie mit höherer Drehzahl
als eine solche mit Hilfssaugventil betrieben werden.
-
Die Größe der positiven Überdeckung der die Druckvorgänge steuernden
Schieberkante wird ungefähr gleich der negativen Überdeckung der Saugseite ausgeführt,
da der Druckkanal ungefähr gleichzeitig mit der Eröffnung des Saugkanals abgeschlossen
und mit dem Abschluß desselben geöffnet werden muß. ' In der den Hubraum begrenzenden
Wandung muß ein übermäßige Druckschwellungen im Hubraum verhinderndes Ventil vorgesehen
werden, das immer dann in Tätigkeit tritt, wenn während des Druckhubes der Schieber
den Druckkanal abschließt, ohne daß der Saugkanal geöffnet ist, was durch verschiedene
Ursachen herbeigeführt werden kann. In diesem Falle öffnet und schließt das Ventil
bei jeder Umdrehung der Pumpe ein- oder zweimal, arbeitet also dauernd mit und ist
dann ein sehr wichtiges Glied der Pumpe. Bisher mußte das Ventil zwischen Hub- und
Druckraum untergebracht werden, weil die ganze Wandung zwischen Hub- und Saugraum
durch das Hilfssaugventil in Anspruch genommen war. Es ist ein großer Vprzug der
Pumpe nach der vorliegenden Erfindung, daß das oder die Ventile in der Wandung zwischen
Hub- und Saugraum angeordnet werden können aus folgenden Gründen: Das Ventil soll
öffnen, sobald ein Druck im Hubraum auftritt, der wenig höher ist als der des Druckraumes.
Das Ventil zwischen Hub- und Druckraum verträgt nur eine viel schwächere Belastungsfeder
als das zwischen Hub- und Saugraum, da auf dem ersteren außen noch die Spannung
des Druckraumes lastet, auf dem letzteren aber nur die Saugspannung. Beim Öffnen
des Ventils tritt daher in dem nach dem Druckraum öffnenden eine viel niedrigere
Spaltgeschwindigkeit
auf als in dem nach dem Saugraum öffnenden. Das letztere benötigt also einen weit
kleineren Durchgangsquerschnitt und kleineren Ventilhub für die gleiche Wirkung
und arbeitet daher mit weniger Geräusch und Abnutzung. Weiter strömt bei verspätetem
Ventilschluß und geöffnetem Saugkanal durch das offene Ventil zwischen Hub- und
Druckraum das Wasser unter dem Einfluß der Druckdifferenz zwischen Druck- und Saugraum
mit großer Geschwindigkeit zurück und schlägt das Ventil zu, was für die Haltbarkeit
desselben äußerst ungünstig ist. Das Ventil zwischen Hub- und Saugraum schließt
dagegen entweder gegen den Wasserstrom oder in ruhendem Wasser, also unter günstigen
Bedingungen und wird auch aus diesem Grunde viel weniger beansprucht und verursacht
weniger Geräusch und läßt höhere Drehzahlen zu. Ferner setzt das Ventil zwischen
Hub- und Saugraum das stets außerhalb der Pumpe am Druckstutzen angebrachte Ventil,
das durch herausspritzendes Wasser, besonders Schmutzwasser, sehr lästig ist, weitgehend
außer Tätigkeit.
-
Die Anordnung des Ventils in der Wandung zwischen Hub- und Saugraum,
die mit der vorliegenden Erfindung verbunden ist, ist also eine wichtige Verbesserung
der Pumpe und beseitigt die Gefahr der Druckstöße im Hubraum, die beim Abschluß
des Druckkanals durch den Schieber schon während des Druckhubes auftreten können.
-
Die Abbildung zeigt ein Beispiel der Erfindung an einer einfach wirkenden
Kolbenpumpe stehender Bauart mit einem Schieber für Steuerung der Saug- und Druckwirkung.
Die Pumpe ist im Längsschnitt dargestellt. Der Schieber ist in der Mittelstellung
gezeichnet, die er kurz vor Beendigung des Druckhubes einnimmt, wobei ca die negative
Überdeckung auf der Saugseite und b die positive Überdeckung auf der Druckseite
ist, die ungefähr gleich sein müssen.
-
I) bezeichnet den Druckraum, S den Saugraum, L den Saugwindkessel,
K den Kolbenhub und W den Wasserspiegel.
-
In der Abbildung bedeutet i den Kolben, der durch einen nicht gezeichneten
Kurbelantrieb bewegt wird. 2 ist das Schiebergehäuse, dessen M'andungen den Hubraum
begrenzen und an den sich die Kolbenführung 3 anschließt. .4 ist ein rohrförmiger
Schieber, der den Kolben und das Schiebergehäuse zentrisch umgibt und mittels der
beiden Schieberstangen 5 durch Kurbeln, Exzenter, unrunde Scheiben od. dgl. hin
und her bewegt wird. Der Schieber 4 hat eine innere Lauffläche, mit der er auf dem
Schiebergehäuse 2 läuft und den Hubraum abwechselnd gegen den Saugraum bzw. Druckraum
öffnet bzw. abschließt, und eine äußere Lauffläche, die ständig in der Dichtung
6 läuft, die in der `'Wandung zwischen Saug- und Druckraum liegt und den Saugraum
gegen den Druckraum abdichtet. Die Abmessungen des Schiebers 4 und der Schieberantrieb
werden so gewählt, daß der Saugkanal schon vor Beendigung des Druckhubes geöffnet
und etwa gleichzeitig der Druckkanal geschlossen wird, damit bei Beginn des Saughubes
der Saugkanal schon so weit geöffnet ist, daß der Luftdruck die Wassersäule zwischen
Saugkanal und Kolbenboden so zu beschleunigen vermag, daß sie vom Kolbenboden nicht
abreißt, weil sonst bei jedem Hub beim Wiederauftreffen der Wassersäule auf den
Kolbenboden ein heftiger Stoß stattfinden würde. Das gleichzeitige Abschließen des
Druckkanals durch den Schieber verhindert, daß das Wasser bei der Eröffnung des
Saugkanals durch den Druckkanal zurückströmt. Der Wasserspiegel im Saugwindkessel
muß oberhalb des höchsten Punktes des Hubraumes gehalten werden, damit bei der Eröffnung
des Saugkanals sich der Hubraum nicht teilweise entleert. Der Schieberantrieb wird
weiter so gewählt, daß der Saugkanal genau zu Beginn des Druckhubes, d. h. bei der
unteren Totlage des Kolbens abschließt.
-
Die Wandung des Schiebergehäuses 2 zwischen Hub-und Saugraum hat Öffnungen,
die durch Ventile 7 abgeschlossen werden. Die Ventile 7 werden durch Federn 8 so
stark gegen ihren Sitz gepreßt, daß sie erst durch eine etwas über der des Druckraumes
liegende Pressung geöffnet werden.
-
In grundsätzlich gleicher Weise ist die Erfindung auf Pumpen mit Doppelschieber
anzuwenden, von denen der eine im Saugraum und der andere im Druckraum läuft. Auch
ist die Erfindung auf doppelt wir= kende Pumpen anzuwenden, wobei zwei Pumpen nach
der Abbildung hintereinander mit gemeinsamer Achse und gemeinsamen Kolben angeordnet
und durch einen Schieber mit vier steuernden Kanten gesteuert werden.