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Vorrichtung zum Einblasen von Luft in Flüssigkeiten
Die Erfindung bezieht
sich auf eine Vorrichtung zum Einblasen von Luft in Flüssigkeiten, z. B. in das
Wasser einer Badewanne, mittels eines am Boden der Badewanne vorgesehenen Luftverteilers,
und insbesondere auf die Vorrichtung zum Fördern und Einpressen der Luft in den
Verteiler. Bei den bekannten Einrichtungen dieser Art wird der zum Einblasen der
Luft erforderliche Überdruck durch ein Kolbengebläse erzeugt, das durch einen mit
ihm gekuppelten Elektromotor angetrieben wird.
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Das Külbengebläse sowie Xder Elektromotor bedürfen zur Aufrechterhaltung
ihrer Betriebsfähigkeit einer ständigen Überwachung und Wartung.
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Das Kolbengebläse verlangt überdies eine Ö1-schmierung, die meist
eine Verunreinigung der geförderten Luft durch Öltropfen im Gefolge hat. Der elektrische
Antrieb ist wegen der in feuchten Räumen besonders leicht vorkommenden Unfälle durch
elektrische Ströme gefährlich.
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Gemäß der Erfindung werden diese Nachteile dadurch beseitigt, daß
zur Erzeugung der in den Verteiler einzublasenden Druckluft eine Membranpumpe Verwendung
findet, die unmittelbar mit einem durch Druckwasser betriebenen Motor gekuppelt
ist.
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Durch die Verwendung eines Wassermotors ist die Gefahr von Schädigungen
durch Elektrizität im feuchten Baderaum behoben, auch ist die Verunreinigung der
geförderten Luft beseitigt, da der Wassermotor nicht geschmiert zu werden braucht.
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Die Membranpumpe und der Wassermotor sind dauernd betriebssicher und
betriebsfähig, ohne daß es einer besonderen Überwachung und Wartung bedarf. Dazu
kommt, daß das gesamte Aggregat
in seinem Aufbau so einfach und
platzsparend ist, daß die Gestehungskosten wesentlich geringer sind als bei den
bekannten Gebläsen mit elektrischem Antrieb. Infolge der gedrungenen Bauform des
gesamten Aggregates sind die Aufstellungskosten wesentlich geringer, da es keiner
besonderen Unterbauten bedarf, sondern das Aggregat mit einem Halter an der Wand
oder auch unmittelbar an der Wasserleitung befestigt werden kann, ja es ist sogar
seine Aufstellung unmittelbar im Wasserbecken der Wasserleitung ohne weiteres möglich.
Auch die Betriebskosten sind erheblich geringer, da das Druckwasser in der Regel
der Hauswasserleitung entnommen werden und bei seinem Austritt aus dem Motor anderweitige
Verwendung finden kann.
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Bei Verwendung eines Membranmotors als Krafterzeuger sind die durch
eine verschiebbare Stange zur gemeinsamen Bewegung miteinander gekuppelten Membranen
der Pumpe und des Motors je in einem allseitig geschlossenen Gehäuse anzuordnen.
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Das Pumpengehäuse ist zu beiden Seiten der Membran mit Saug- und Druckventilen
versehen, während das Motorgehäuse auf beiden Seiten seiner Membran mit einem den
Druckwasserein- und -auslaß steuernden Schieber verbunden ist, der in Abhängigkeit
von der Bewegung der die beiden Membranen kuppelnden Stange verstellt wird. Um den
Wasserverbrauch der mittels eines Membranmotors angetriebenen Membranpumpe möglichst
gering zu halten, hat die Membran der Pumpe eine größere Oberfläche als die Membran
des Motors. Das Größenverhältnis kann beispielsweise 3 : 1 sein.
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Man kann dann bei einem Wasserdruck von etwa 3 atü, wie er in den
Hauswasserleitungen der Städte durchweg vorhanden ist, noch einen Luftdruck von
etwa 1 atü erreichen, der für das Einblasen von Luft in das Bad mehr als ausreichend
ist.
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Infolge des verhältnismäßig kleinen Durchmessers der Motormembran
ist die Hubhöhe der Membran nur verhältnismäßig gering, so daß eine volle Ausnutzung
der möglichen Hubhöhe der größeren Pumpenmembran nicht erzielt werden kann. Die
Membranpumpe ist daher nicht voll ausgenutzt, so daß dieerzielbareLuftförderung
mengenmäßig nur für kleinere Anlagen, z. B. Einzelbäder, ausreicht. Soll die Membranpumpe
für größere Anlagen Verwendung finden, so empfiehlt es sich, zur vollen Ausnutzung
des Hubes der Pumpenmembran als Antriebsmotor einen Wasserkolbenmotor zu verwenden.
Die Steuerung des Druckwasseraus-und einlasses erfolgt durch einen Kolbenschieber
mit von dem Kolben in seinen beiden Endstellungen gesteuerten Vorschieber. Um einen
gleichmäßigen Druckluftstrom zu erhalten, kann ein als Speicher dienender Windkessel
in die Druckleitung eingebaut werden.
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Die neue Membranpumpe mit Druckwasserantrieb kann sowohl für Sprudelbäder
sowie für andere, vorwiegend ärztliche oder zahnärztliche Zwecke Verwendung finden,
wo es darauf ankommt, mit einfachsten Mitteln Luft mit einem gewissen Überdruck
zu fördern und wo die Anwendung von Elektrizität als Antriebskraft nicht möglich
oder wegen der damit verbundenen Gefahr unerwünscht ist. Auch für Wasserbelüftungsanlagen
größeren Ausmaßes, zur Belüftung von Aquarien kann die neue Belüftungsvorrichtung
mit Vorteil Verwendung finden; wobei noch günstig ins Gewicht fällt, daß hier das
Wasser zum Pumpenantrieb nach seiner Arbeitsleistung gleichzeitig noch zur Ergänzung
des Wasserbedarfs des Aquariums Verwendung finden kann.
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In der Zeichnung ist die Membranpumpe in Verbindung mit einem Wassermotor
dargestellt, und zwar zeigt Fig. I die Membranpumpe in Zusammenarbeit mit einem
Membranmotor in Ansicht, Fig. 2 desgleichen in Schnitt, Fig. 3 bis 5 Teile in einem
größeren Maßstabe, Fig. 6 die Membranpumpe in Verbindung mit einem Kolbenmotor,
im Längsschnitt, Fig. 7 desgleichen im Schnitt VII-VII nach Fig. 8, Fig. 8 einen
Querschnitt nach LinieVIII-VIII der Fig. 7, Fig. 9 eine Ansicht des Steuerhebels
im Kopfe 4S.
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Das in den Fig. I bis 5 veranschaulichte, aus Membranpumpe und Membranmotor
bestehende Aggregat besitzt zwei durch eine Stange I miteinander verbundene, kreisfö,rmige
Membranen 2 und 3 von unterschiedlichem Durchmesser. Die größere Membran 2 dient
als Pumpenkolben, die kleine 3 als Antriebskolben. Beide Membranen sind mit ihren
durch Blechplatten versteiften Mittelteilen an der Stange I befestigt. Für jede
der Membranen 2 und 3 ist ein abgeschlossenes Gehäuse 4 bzw. 5j vorgesehen, das
aus zwei aneinandergeflauschten schalenförmigen Hälften besteht, zwischen deren
Flanschen die Außenränder der Membranen eingeklemmt sind. Das Pumpengehäuse 4 trägt
an seinen Stirnseiten die Ventilgehäuse 6 und 7 von zylindrischer Außenform. Ventilkörper
7 stellt die Verbindung zwischen dem Pumpengehäuse und dem Motorgehäuse 5. her.
Die Stange ist dabei durch den Körper des Ventilgehäuses 7 mittels einer Stopfbüchse
hindurchgeführt. Auf der der Pumpe abgekehrten Seite des Motorgehäuses ist an diesem
ein aus den Teilen 8, 9, Io bestehendes zylindrisches Gehäuse angebaut, welches
die Motorsteuerung enthält.
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Die beiden Ventilgehäuse 6, 7 (Fig. 2' und 6) der Pumpe enthalten
je zwei Kanäle II, I2 zum Ein-und Austritt der zu fördernden Luft. Diese Kanäle
stehen einmal mit zwei Öffnungen 13 und t j in den Wandungen des Pumpengehäuses
+ in Verbindung, während ihre anderen Enden in Stutzen 151, t6 ausmunden. An; die
zum Luftausllaß dienenden Stutzen I6 können die zum Fortleiten der geförderten Luft
dienenden Leitungen angeschlossen werden. Soll die geförderte Luft nicht unmittelbar
dem Raum entnommen werden, in dem die Pumpe aufgestellt ist, so können an die Stutzen
15 Luftansaugleitungen angeschlossen werden. Als Klappenventile ausgebildete Saug-
und Druckventile schließen die Kanäle 11, 12 gegen den Innenraum des Pumpengehäuses
4 ab. Als Ventilklappen dienenPlattenI7,I8
aus Gummi oder einem
ähnlichen elastisch biegsamen luftundurchlässigen Werkstoff. Die Klappen I7 der
beiden Saugventile sind an den Ventilgehäusekörpern 6, 7 befestigt. Sie legen sich
in der Schließstellung an die Gehäusewand an, wobei sie die Kanalmündungen 11 abdecken.
Bei ihrer Öffnungsbewegung schwingen sie in die entsprechend weit gehaltene Öffnung
13 der Wände des Pumpengehäuses 4 hinein. Dagegen sind die Klappen 18 der Druckventile
an den Wänden des Pumpengehäuses 4 befestigt. Sie legen sich in der Schließstellung
an diese Wände, die darin vorgesehenen Öffnungen 14 abdeckend, an, während sie sich
beim Öffnen in die entsprechend erweiterten Mündungen der Kanäle 12 hineinbewegen.
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In dem Teil 8 des am Motorgehäuse 5, angebauten Steuergehäuses ist
eine Kammer 19 vorgesehen, die durch eine Öffnung 20 im Motorgehäuse mit dem Raum
unter der Memban 3! in unmittelbarer Verbindung steht. Im Endteil IG ist eine Kammer
2I ausgespart, die durch ein Rohr m (vgl. Fig. I) mit einer in der oberen Hälfte
des Motorgehäuses vorgesehenen Öffnung 23 (Fig. 2) mit dem Raum über der Membran
3 verbunden ist. Der mittlere Gehäuseteil g enthält eine senkrecht zur Maschinenachse
verlaufende Bohrung 24, 25 (Fig. 2, 4 und 5) und eine diese kreuzende lotrechte
Bohrung 26. Die erstgenannte Bohrung mündet in zwei Stutzen 27, 28 an entgegengesetzten
Seiten des Gehäuseteiles 9.
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Von diesen dient der eine 27 als Druckwassereinlaß, während der andere
für den Wasserauslaß bestimmt ist. In die zweite Bohrung 26 ist eine Büchse 29 eingesetzt,
in der ein zylindrischer Steuerschieber 30 längs verschiebbar geführt ist.
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Dieser ist mit zwei hintereinanderliegenden Querbohrungen 3I, 32 und
zwei an diese anschließenden, entgegengesetzt gerichteten Längsbohrungen 33, 34
versehen. Von letzteren mündet die eine 33 in die Kammer 19 und die andere 34 in
die Bohrung 24 des Steuergehäuses. Die Querbohrungen verbinden die Längsbohrungen
zu 341 des Schiebers 30 und damit die beiden Gehäusekammern I9, 21 wechselweise
mit der als Druckwassereinlaß dienenden Bohrung 24 und der als Druckwasserauslaß
dienenden Bohrung 25. Diese Verbindung erfolgt über entsprechende Öffnungen in der
Wandung der Führunigsbüchse 29, auf welche die Schieberbohrungen 3I, 32 bei der
Verschiebung des Steuerschiebers 30 wechselweise eingestellt werden können. Je nach
der Stellung dieses Schiebers fließt das Druckwasser vom Einlaß 24 entweder über
die Bohrungen 3I, 312: und die Kammer 19 in den Raum unter der Membran 3, während
der Raum oberhalb letzterer zur Ableitung des verbrauchten Druckwassers über Rohr
22, Kammer 21 und die Schieberbohrungen 34, 32 mit den dem Druckwasseraustrittstutzen
25 verbunden wird, oder aber das Druckwasser wird über die Bohrungen 32, 34, die
Kammer 21 und das Verbindungsrohr 22 in den Raum über der Membran 3 geleitet, wohingegen
aus dem Raum unter der letzteren das verbrauchte Druckwasser durch die Kammer 19
und die Bohrungen 33, 3.I zum Auslaß fließt. Im ersteren Falle bewegt sich die Membran
3 aufwärts, im zweiten Falle abwärts.
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Der Steuerschieber 30 wird in Abhängigkeit von der Bewegung der die
Membranen verbindenden Stange I verstellt. Seine Verschiebung erfolgt durch einen
Zwischenhebel 35, der mit seinem einen Ende bei 36 in der Kammer 19 schwenkbar gelagert
ist, während sein anderes Ende mit dem Schieber 30 durch zwei an dessem oberen,
geschlitzten Ende vorgesehene Mitnehmer 37, ;8 gekuppelt ist. Der Zwischenhebel
35 greift durch einen Schlitz des in die Kammer 19 hineinragenden unteren Endes
der Stange I hindurch und wirkt mit zwei an dieser vorgesehenen, elastischen Mitnehmern
zusammen. Diese sind von zwei die Stange 1 umgebenden schraubenförmigen Druckfedern
39, 40 gebildet, von denen eine an der unteren Versteifungsplatte der Membran 3
und die andere an einem Bund 44 des Stangenendes abgestützt ist. Der Steuerschieber
3,0 wird in seinen Endstellungen durch einen Schnäpper verrastet, der aus einem
unter dem Druck einer Feder 41 stehenden Bolzen 42 besteht und mit einer am Schieber
vorgesehenen Ringwulst 43 zusammenwirkt. Durch diese Verrastung in Verbindung mit
den federnden Mitnehmern 39, 40 wird eine augenblickliche Verstellung des Steuerschiebers
an den Hubenden der Membran 3 erzielt. Am Ende des einen oder des anderen Membranhubes
legt sich entweder die eine oder die andere Feder 39, 40 an den Hebel 35 an, ohne
diesen jedoch mitnehmen zu können, weil der Hebel infolge der Verrastung des Schiebers
30 durch diesen festgehalten wird. Es wird deshalb die Feder 39 oder 40 gespannt.
Sobald diese vollständig zusammengedrückt ist, was am Ende des Membranhubes der
Fall ist, nimmt sie iwangsläufig den Hebel 35 mit, der nun durch Druck auf den Schieber
30 dessen Verrastung löst, worauf der Schieber durch die sich spannende Feder in
seine entgegengesetzte En,dstellung bewegt wird. Solange also dem Motor Druckwasser
zugeführt wird, wird die Membran 3 durch den Wasserdruck im regelmäßigen Wechsel
auf und ab bewegt. Die Membran 3 nimmt ihrerseits über die Stange I die Membran
2 der Pumpe mit, die infolgedessen ebenfalls auf und ab bewegt wird. Dabei werden
die Räume über und unter der Membran, wechselweise vergrößert und verkleinert, so
daß die Pumpe an den Ventilen I7 und I8 Luft ansaugt und wieder wegdrückt. Die geförderte
Luft wird durch an die Stutzen I6 angeschlossene Leitungen den Verteilern am Boden
der Badewanne oder den sonstigen Verbrauchsstellen zugeführt, wo sie in Form kleiner
Blasen oder Perlen durch das Wasser nach oben entweicht.
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Findet an Steile eines Membranwassermotofs ein Kolbenmotor Verwendung,
so bleibt die Ausbildung der Membranpumpe einschließlich der Luftansaug- und Blasleitungen
die gleiche. An das untere Ventilgehäuse 7 schließt sich in diesem Falle nach unten
das aus den Teilen 48, 49 5;0 bestehende zylindrische Motorgehäuse an, dessen mittlerer
Teil 49 neben dem Zylinder 52 (Fig. 7 und s) für
den Pumpenkolben
5,1 noch Bohrungen für Büchsen 54 und 515 vorgesehen sind, in denen der Kolbensteuerschieber
56 bzw. der Vorsteuerschieber 53 geführt ist. Die Teile 48 und 50 bilden einmal
den beiderseitigen Abschluß für die Bohrung 551 des Kolbensteuerschiebers 56, und
zum anderen enthalten sie Kammern 42 und 63, in denen die Getriebe für die Umsteuerung
des Vorsteuerschiebers untergebracht sind. Diese bestehen im wesentlichen aus zweiarmigen,
um die Zapfen 43 schwenkbaren Hebeln 44, 415 (Fig. 9) von rahmenartiger Form, deren
Hebelarme 4 nach der Zylindermitte abgekröpft sind, so daß sie mit ihren Enden in
den Zylinderraum oberhalb bzw. unterhalb des Pumpenkolbens 5.I hineinragen. Die
anderen Enden 4l5 dieser rahmenartigen Hebel liegen gegen die Stirnseiten des Vorsteuerschiebers
53 an. Dieser Vorsteuerschieber wird von zwei längeren zylindrischen Endteilen 5r3=
einem kürzeren Mittelteil 513(' und einer diese drei Teile verbindenden dünnen Kolbenstange
gebildet. Seine Gesamtlänge ist derart bemessen, daß jeweils eines der beiden Endteile
513' aus dem mittleren Gehäuseteil 4;9 in eine der Kammern 42 bzw. 63 hineinragt,
wenn das andere Endteil mit dem entgegengesetzten Rand der Bohrung 5!8 des Mittelteiles
49. abschneidet. In der Büchse 54 sind Ringnuten 518 vorgesehen. Diese stehen über
Kanäle 59 in der Büchse 515; mit den Räumen 57 oberhalb bzw. unterhalb des Steuerkolbens
56 in Verbindung. Des weiteren sind diese Ringnuten 518 je durch einen Längskanal
60 mit einer radialen Bohrung 61 in der Wandung der Büchse 54, und durch diese mit
den Räumen 62 zwischen den äußeren Vorsteuerschieberkolben 53' und dem mittleren
Vorsteuerschieberkolben 53'. verbunden, so daß je nach der Stellung des Vorsteuerschiebers
53 zu der Einmündungsöffnung 63 der Druckwasserleitung 64 der Druckwasserstrom entweder
in die obere Ringnut oder in die untere Ringnut 58 geleitet wird, so daß er über
die entsprechende Bohrung 6;I, den Kanal 601 und die Ringnut 58 von oben oder von
unten auf die wirksame Kolbenfläche des Hauptsteuerschiebers 5,6 zur Einwirkung
gelangt. Dieser wird dadurch entweder nach unten oder nach oben bewegt. Der Hauptsteuerschieber
56 ist ähnlich wie der Vorsteuerschieber 5,3 von drei Kolbenteilen 5;6', 56" gebildet,
von denen die beiden äußeren 56' verhältnismäßig lang sind und zur Steuerung der
Wasserauslaßkanäle 65 dienen, während der mittlere, schmälere Kolbenteil 56" die
Druckwasserzuflußleitung 63 mit Bohrungen 66 oberhalb und unterhalb dieses Kolbenteiles
verbindet, die durch Kanäle in der Büchsenwandung 5l5 und den Gehäuseteilen 48 und
50 mit den Arbeitsräumen oberhalb bzw. unterhalb des Arbeitskolbens 5.1 in Verbindung
stehen. Die drei Hauptsteuerkolben 56' und 56H sind durch eine Kolbenstange starr
miteinander verbunden.
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Die Arbeitsweise dieser Steuereinrichtung ist die folgende: In Fig
6 ist angenommen, daß der Arbeitskolben 5lI in seiner untersten Stellung angekommen
ist. In dieser Stellung hat er über den unteren Doppelhebel 44, 45 den Vorsteuerschieber
53 in die in Fig. 6 dargestellte Hochlage geschoben.
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Hierdurch wird, wie Fig.7 erkennen läßt, das Druckwasser aus der Zuleitung
64 durch die Bohrund 63, den Raum 62, die untere Bohrung 61 in die Büchse 54, die
Längsbohrung 6a und die untere Ringnut 58 sowie den Kanal 59 unter den Hauptsteuerkolben
56' geleitet und schiebt diesen in die gezeichnete obere Stellung. In dieser gibt
der mittlere Kolben 56" einerseits die Druckwasserzuleitungsöffnung 63 und andererseits
die untere der beiden Bohrungen 66 frei, so daß das Druckwasser durch diese hindurch
unter den Arbeitskolben 51 treten und diesen anheben kann. Sobald dieser sich unter
der Wirkung des Druckwassers nun nach oben bewegt und hierbei seinem oberen Hubende
nähert, stößt er gegen das Ende 44 des oberen Steuerhebels 44, 4j5, schwenkt diesen
derart aus, daß dieser über sein Hebelende den Vorsteuerschieber 53 nach unten bewegt,
und das Spiel wiederholt sich nun in umgekehrter Richtung. Das im vorangehenden
Hub ausgenutzte Druckwasser fließt dabei jeweils nach Freigabe einer der Ausflußöffnungen
65! durch- die beiden Endkolben « des Hauptsteuerschiebers 56 und den Ausflußstutzen
67 ab.
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Durch dieses Wechselspiel des Arbeitskolbens 51, des Vorsteuerschiebers
53 und des Hauptsteuerschiebers 5G wird der Druckwasserstrom in ständigem Wechsel
derart geleitet, daß der Arbeitskolben 5.I eine ständige Auf- und Abwärtsbewegung
ausführt. Diese Bewegung wird durch die Kolbenstange 41 auf die Pumpenmembran 2
übertragen, wodurch in gleicher Weise wie beim Antrieb mittels Membranmotors die
Luft angesaugt und in die Druckleitung gefördert wird. Dadurch, daß der Kolbenhub
dem maximalen Arbeitshub der Pumpenmembran angepaßt werden kann, kann diese eine
verhältnismäßig große Luftmenge fördern, ohne das der Druckwasserverbrauch wesentlich
größer ausfällt.
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Infolge der kleinen Abmessungen des Pumpenaggregates kann dieses
bei beiden Antriebsarten beispielsweise an der Wand befestigt und unter Zwischenschaltung
eines Absperrhahnes mit einer festliegenden Wasserleitung verbunden werden.
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Am einfachsten wird es aber durch einen Schlauch mit einem in der
Nähe liegenden Zapfhahn der Wasserleitung verbunden. Die Pumpe selbst vird durch
ein oder zwei Schläuche oder ortsfeste Leitungen mit dem Luftverteiler verbunden.
Durch Öffnung des Wasserhahnes kann die Pumpe beliebig in Gang gebracht und wieder
stillgesetzt werden.
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Im Rahmen der Erfindung sind mancherlei Abänderungen des dargestellten
Beispiels sowie andere Ausführungen und Anwendungen möglich, So kann die beschriebene
Membranpumpe mit Wassermotor, wie schon eingangs erwähnt, außer zur Erzeugung von
Sprudelbädern mit Vorteil auch für andere Zwecke, wie zur Belüftung von Aquarien,
zum Durchlüften von Kulturen, ferner zur Erzeugung von Druckluft z. B. in zahnärztlichen
Behandlungsräumen sowie in Laboratorien der ver-
schiedensten Art
Verwendung finden. Auch kann sie statt als Druckpumpe als Saugpumpe verwendet und
z. B. in Operationszimmern zum Absaugen von Eiter und anderen flüssigen Absonderungen
benutzt werden. In vielen Fällen, z. B. wenn die Vorrichtung in ärztlichen oder
zahnärztlichen Behandlungsräumen oder Laboratorien zur Erzeugunz, von Druckluft
verwendet werden soll, kann der die Membranpumpe antreibende Wassermotor vor dem
z. B. über einem Spül- oder Waschbecken angeordneten Zapfhahn in die Gebrauchswasserleitung
eingeschaltet werden, derart, daß jedesmal bei Entnahme von Gebrauchswasser, etwa
zum Händewaschen oder zum Spülen von Geräten oder Gefäßen ein Antrieb der Pumpe
stattfindet. Jeder Wasserverbrauch wird so selbsttätig zur Erzeugung von Druckluft
nutzbar gemacht, die in einem der Pumpe zugeordnetenWindkessel aufgespeichert wird,
so daß einerseits ständig Druckluft zur Verfügung steht, während andererseits die
Erzeugung der Druckluft keinen eigenen Wasserverbrauch bedingt.