DE242911C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Den Gegenstand vorliegender Erfindung bildet ein neues System von Vakuumpumpen, bei welchem ein stehender Zylinder'Anwendung findet, dessen Kolben sowohl beim Aufwärts-, wie beim Abwärtshub Vakuumarbeit verrichtet und hierbei die am Boden des Zylinders befindliche Dichtungsflüssigkeit, wie Quecksilber, Öl ο. dgl., derart verteilt, daß alle vorkommenden Gleitflächen einer peinliehen Dichtung unterworfen werden. Die Wirkungsweise der Pumpe ist hierbei so gestaltet, daß eine den Zylinder bis fast an den Boden durchlaufende Vakuumleitung bei unterhalb des Kolbens auftretender Saugwirkung aus dem den Boden des Zylinders bedeckenden Quecksilber selbsttätig heraustritt, bei Einleitung des Druckhubes dagegen in das Quecksilber eintaucht, so daß im ersteren Falle ein freier Zutritt der Vakuumluft ermöglicht, im letzteren Falle dagegen ein Zurückdringen der angesaugten Luft in die Vakuumluftleitung vermieden wird.

Das Prinzip der neuen Pumpe ist mitsamt allen zu seiner Durchführung notwendigen, konstruktiven Einzelheiten auf der Zeichnung an Hand zweier Ausführungsformen von Pumpen zur Veranschaulichung gekommen, und zwar bedeutet:

Fig. ι einen senkrechten Schnitt durch eine Ausführungsform der Pumpe,

Fig. 2 gleichfalls einen in einem Winkel von 90⁰ gegenüber der Fig. 1 ausgeführten senkrechten Schnitt,

Fig. 3 einen wagerechten Schnitt nach 2-2 der Fig. 2,

Fig. 4 eine Draufsicht auf den oberen Zylinderdeckel mit dem Kolbengestänge und der Mitnehmervorrichtung für die Vakuumluftzuleitung,

Fig. 5 eine Draufsicht auf den im Zylinder angeordneten Zwischendeckel bei beweglichem Vakuumluftrohr, ' '

Fig. 6 eineDraufsicht auf einen ebensolchen Deckel bei unbeweglichem Vakuumluftrohr;

Fig. 7 eine Mitnehmervorrichtung für das Vakuumluftrohr im Schnitt,

Fig. 8 eine seitliche Ansicht des Vakuumluftrohres in beweglicher Ausführung mit einigen anderen Einzelheiten,

Fig. 9 das untere Ende des Vakuumluftrohres mit einem Rückschlagventil,

Fig. 10 einen Schnitt nach 9-9 der Fig-. 9,

Fig. 11 die Einrichtung eines Rasthebels für das Vakuumluftrohr,

Fig. 12 eine andere Einrichtung des Vakuumluftrohres in fester Ausführung, ,

Fig. 13 einen Schnitt nach 12-12 der Fig. 12,

Fig. 14 eine Kupplungseinrichtung für das Vakuumluftrohr mit einem festen Standrohr, Fig. 15 einen Grundriß zur Fig. .14,

Fig. i6 einen senkrechten Schnitt durch eine veränderte Ausführungsform der Vakuumluftpumpe,

Fig. 17 eine Draufsicht auf den oberen Zylinderdeckel,

Fig. 18 eine Draufsicht auf den Zwischendeckel im Zylinder,

Fig. 19 eine Draufsicht auf den glockenartigen Kolben,

Fig. 20 endlich einen Schnitt durch den Zylinderdeckel nebst Zwischendeckel.

"Die Pumpe gemäß den Fig. 1 bis 15 besteht zunächst aus einem gußeisernen Gestell 1 mit dem Zylinder 2, an welchem der Mechanismus

zum Antrieb der Pumpe angebracht ist. Derselbe besteht aus einer Welle 3, der Antriebsscheibe 4, von welcher aus mittels Kurbeln und Kurbelstangen 5 auf den Kreuzkopfbügel 6 getrieben wird, der einerseits an den Führungsstangen 7' auf und ab gleitet und andererseits mit der Kolbenstange 7 fest verbun-, den ist. Mit der Kolbenstange ist der Kolbenkörper 8 verbunden, welcher im Zylinder eine auf und nieder gehende Bewegung ausführt. In den äußeren Zylindermantel 2 ist der Arbeitszylinder 9 eingeschraubt, der aus gehärtetem Stahl oder innen zementiertem Eisen besteht, um der Kolbenreibung zu widerstehen. In dem unteren Teil des Zylinders ist eine Erweiterung 10 vorgesehen, die dazu dient, ein besseres Umspülen des Kolbens mit Quecksilber und ein bequemeres Herauspressen der unten angesammelten Vakuumluft oberhalb des Kolbens in dessen unterster Lage zu gestatten. Um dieses Ausweichen von Quecksilber und Luft noch bequemer zu gestalten, findet im Zusammenhang mit dem Kolben ein Ring 11 Anwendung, welcher auf einem unteren Flansch des Kolbens lose aufruht und sowohl in radialer wie in achsialer Richtung ein bestimmtes Spiel hat; dieses kann durch die Schraubenbolzen 12, 13 (Fig. 2 und 3) geregelt werden, wobei die Schraube 13 in der Schraube 12 befestigt ist. Die Schrauben 12 begrenzen den Ring in horizontaler Richtung, die Schrauben 13 dagegen in senkrechter Richtung. In dem Kolben befindet sich die Öffnung 14 zum Durchtritt des Vakuumluftrohres 15. Dieses durchdringt in gleicher Weise den Zwischendeckel 16 und den Deckel 17. Ersterer wird gegen die Ringstufe 18 durch die Bolzen 19 im Deckel 17 festgepreßt. In dem Zwischendeckel 16 ist an der Stelle, wo das Rohr 15 durchtritt, eine Ausnehmung 20 vorgesehen, in welcher sich ein mit dem Rohr fest verbundener Schwimmer 21 aus hartem Holz o. dgl. befindet, der in dem die obere Fläche des Zwischendeckels erfüllenden Quecksilber schwimmt und auf diese Weise den Ausgleich des auf das Rohr 15 ausgeübten äußeren Überdruckes herbeiführt.

Die in dem Zwischendeckel vorhandene Bohrung 22 wird durch eine federbelastete Ventilklappe 23 normalerweise verschlossen. Mit 24 ist der Auslaß für die durch das Ventil 23 durchgedrückte Vakuumluft bezeichnet. Um das untere Ende des Rohres 15 beim Aufwärtshub des Kolbens oberhalb des Quecksilberspiegels Hg zu erhalten, beim Abwärtshub dagegen in das Quecksilber zu tauchen, ist eine besondere Vorrichtung notwendig, welche aus den Fig. 2, 4, 8, 11, 12, 13, 14 und 15 zu ersehen ist. Hierbei sind zwei Ausführungsformen veranschaulicht, derart, daß einmal (Fig. 2, 4, 7, 8 und 11) das ganze Rohr 15 heb- und senkbar ist, während das andere Mai (Fig. 4, 7 und 12 bis 15) das Rohr 15 selbst fest und nur ein anderes, dieses umgebendes Außenrohr beweglich ist.

In dem Kreuzkopf 6 ist ein Mitnehmerbolzen 25 (Fig. 2, 4 und 7) federnd angeordnet, dessen Ende in eine Ausnehmung 26 des Klemmstückes 27 eintreten kann. Dieses Klemmstück umgibt die mit dem Rohr 15 verbundene Hülse 28, welche durch den Deckel 17 hindurchgeht und sich gegen eine Stahlhülse im Schwimmer 21 stützt. Da das Klemmstück 27 auf der Hülse verstellt werden kann, so ergibt sich, daß der Abstand des unteren Endes des Rohres 15 vom Quecksilberspiegel sowie die Schaltbewegung des Rohres geregelt werden kann. Das Klemmstück 27 umgibt neben dem Rohr 15 auch das auf dem Deckel feststehende Rohrstück 29, derart, daß es auf dem Rohrstück gleiten kann. Bei Einleitung der Aufwärtsbewegung des Kolbens wird nun durch den Bolzen 25 eine Mitnahme des Klemmstückes 27 so lange bewirkt, bis der Anschlag 30 gegen den konischen Kopf 31 des Bolzens 25 stößt und auf diese Weise eine Lösung des mit dem Gestänge wandernden Mitnehmerbolzens 25 vom Klemmstück 27 und somit auch vom Rohr 15 bewirkt. Das Klemmstück ist aber inzwischen oberhalb der Zunge 32 des in dem Rohr 29 drehbar angeordneten Hebels 33 angelangt, so daß bei Lösung der Kupplung das Klemmstück 25 auf die Zunge 32 herabfällt. Auf diese Weise wird das unterste Ende des Rohres 15 oberhalb des Spiegels beim Aufwärtshub des Kolbens erhalten. Hat der Kolben seine höchste Stellung erreicht, dann stößt die am Gestänge angeordnete Rolle 34 gegen das andere Ende 35 des Hebels 33, derart, daß die Rast 32 im Rohr verschwindet und das Klemmstück 25 mitsamt dem Rohr 15 nach unten fallen läßt. Auf diese Weise ist beim Abwärtsgang des Kolbens das Rohr 15 in das Quecksilber eingetaucht. Das unterste Ende des Rohres weist ein Rückschlagventil 36 auf, wie es in den Fig. 9 und 10 dargestellt wurde.

In den Fig. 12 bis 15 ist eine andere Ausführungsform des Vakuumluftrohres dargestellt, wobei allerdings die Mitnehmer- und Kupplungsteile gemäß den Fig. 2, 4, 7 und 11 dieselben geblieben sind. Das Rohr 15 ist hier mit dem Standrohr 29 durch das Kupplungsstück 37 fest verbunden und kann mit Hilfe der Klemmschraube 38 höher oder niedriger gestellt werden. Die das Rohr 15 umgebende Hülse 39 wird mittels der Mitnehmerorgane in derselben Weise gehoben und gesenkt, wie es gemäß den Fig. 2 und 8 mit dem beweglichen Rohr 15 der Fall ist. Das unterste Ende des Rohres 15 ist gemäß der Fig. 12 stets oberhalb des Quecksilberspiegels, wogegen

das Rohr 39. einmal unterhalb der untersten Kante des Rohres 15 zwecks Eintauchens in das Quecksilber gesenkt wird, während beim Aufwärtshub des Kolbens die unterste Kante des Rohres 39 aus dem Quecksilber gehoben wird. Natürlicherweise muß der Zwischenraum zwischen 15 und 39 unten mittels Quecksilber gedichtet sein. Zu diesem Zwecke ist, wie die Fig. 12 und 13 zeigen, das Rohr 39 in der Höhe des Zwischendeckels 16 aufgeschlitzt und zu den Flügeln 40 erweitert, derart, daß das Quecksilber in die Ausnehmung 41 des Zwischendeckels 16 und auch zwischen die beiden Rohre 15 und 39 eintreten kann.

Der Abstand der beiden Rohre ist derart gering, daß nur ein unmerkliches Hindurchsickern des Quecksilbers eintritt.

Die Wirkungsweise der Pumpe gemäß den Fig. ι und 2 ist wie folgt. Nachdem der Bodenraum des Zylinders 9 zu einer bestimmten Hohe mit Quecksilber gefüllt wurde, wird die Pumpe in Bewegung gesetzt, wobei der Kolben beim Verlassen seiner untersten Stellung einen bestimmten Teil des Quecksilbers mit nach oben nimmt, wodurch eine Dichtung des Kolbens herbeigeführt wird. Nähert sich nun der Kolben dem Zwischendeckel 16, dann preßt er die Vakuumluft und mit ihr auch einen Teil des Quecksilbers oberhalb des Zwischendeckels 16 durch die zentrale Bohrung 22 beim Emporheben des Ventils 23 durch. Das Quecksilber, welches oberhalb des Zwischendeckels 16 etwa in der aus Fig. 1 ersieht-' liehen Höhe sich befindet, führt eine hermetische Dichtung zwischen Außenluft und dem Raum oberhalb des Kolbens herbei. Während des ganzen Aufwärtshubes des Kolbens füllt sich der untere Zylinderraum durch das Rohr 15 mit Vakuumluft, wobei das unterste Ende des Vakuumluftrohres zwecks Ansaugens der Vakuumluft oberhalb des Quecksilberspiegels sich befindet. Das Ventil 36 ist in dieser Arbeitsperiode geöffnet. Bei Erreichung der Höchststellung durch den Kolben sinkt das

Rohr 15 in das Quecksilber, wodurch die Verbindung zwischen dem zu evakuierenden Raum und dem unteren Zylinderraum abgesperrt wird. Der sich abwärts bewegende Kolben preßt die angesaugte Vakuumluft oberhalb der untersten Quecksilberschicht zusammen, derart, daß die Luft in den untersten •Lagen des Kolbens oberhalb desselben treten kann. Mit ihr strömt auch das unten angesammelte Quecksilber auf die Oberfläche. Das Umspülen des Kolbens wird durch die Erweiterung 10 sowie durch das Heben des Kolbenringes 11 (Fig. 1) begünstigt. Selbstverständlich sickert beim Auf- und Niedergang des Kolbens ein Teil des emporgehobenen Dichtungsquecksilbers auf den Zylinderboden herab, indessen wird die Quecksilbermenge derart bemessen, daß ein bestimmter Teil derselben ständig oberhalb des Zwischendeckels 16 und des Kolbens 8 verbleibt.

Eine modifizierte Ausführungsform der Pumpe bei Wahrung desselben Prinzips ist in den Fig. 16 bis 20 dargestellt. Hierbei ist in dem äußeren Zylinderrahmen 2 ein glockenartiger Körper 42 befestigt, derart, daß zwischen den Zylinderteilen 2 und 42 ein Zwischenraum von einigen Millimetern verbleibt. In diesem arbeitet eine Glocke 43, deren konischer Deckel 44 an der Spitze zu einer oberhalb der Einschnürung 45 befindlichen, kelchartigen Erweiterung 46 ausgebaut ist. Zwisehen der Einschnürung 45 und dem Rohr 47 verbleibt ein geringer Zwischenraum. Das Rohr 47 ist oben gleichfalls zu einem Kelch 48 ausgebildet, der gemäß Fig. 20 durch die beiden Deckel 16 und 17 hindurch mit dem Kupplungsstück 27 verbunden ist; dieses wird in genau derselben Weise, wie es bei der ersten Ausführungsform dargelegt wurde, von der Mitnehmereinrichtung zwecks zeitweiser Hebung und Senkung des Rohres 47 beeinflußt. Das Rohr 15, welches bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 zentral angeordnet ist, ist entsprechend der Ausbildung gemäß den Fig. 12 bis 14 fest, während das Rohr 47 entsprechend der Eigenart des Rohres 39 gemäß Fig. 12 und 13 heb- und senkbar ist. Auf diese Weise wird ein Eintauchen des Rohres 47 in das Quecksilber beim Abwärtshub des Kolbens und ein Emporheben beim Aufwärtshub herbeigeführt. Die sonstigen Mitnehmerorgane für das Rohr 47 können in derselben Weise ausgebildet sein, wie bereits beschrieben und wie es auch aus Fig. 17 deutlicher zu ersehen ist. Die Glocke 43 ist oben mit einem Kopfstück 48 versehen, in welchem zwei zylinderartige Bohrungen vorgesehen sind. Letztere wieder, sind mit gehärteten Büchsen 49 ausgelegt. Auf dem Grunde der zylindrischen Bohrungen sind die Kolbenstangen 7 eingeschraubt.

Den zylindrischen Ausbohrungen in dem Kopfstück 48 entsprechen zwei büchsenartige Kolben 51, welche an dem Zwischendeckel unten angeschraubt sind und beim Nähern der Glocke 43 an den Zwischendeckel 16 in den zylindrischen Bohrungen sich versenken. Die Bohrungen der Zylinder 51 sind nach oben durch die Ventile 52 abgeschlossen, welche durch die Federn 53 normalerweise in Verschlußstellung gehalten werden. Mit 54 ist ein Anschlußstutzen für die Ableitung der Vakuumluft dargestellt, welcher unmittelbar unterhalb des Deckels 16 an den Zylinder 2 angeschlossen ist.

Die Wirkungsweise der Pumpe gemäß den iao Fig. 16 bis 20 ist wie folgt. Auch hier wird der Boden des Pumpenzylinders mit Queck-

silber ausgefüllt, in welchem die. Glocke 43 auf und nieder bewegt wird. Bei der untersten Stellung' der Glocke 43 umspült das Quecksilber die obere Fläche des Kopfstückes 48 derart, daß sich das Gefäß 46 und auch die zylindrischen Ausnehmungen in dem Kopfstück 48 mit Quecksilber füllen. Beim Aufwärtsgang der Glocke sickert etwas Quecksilber aus dem Gefäß 46 zwischen der Einschnürung 45 und dem Rohr 47 durch, jedoch ist der Behälter 46 derart bemessen, daß bei höchster Stellung der Glocke noch Quecksilber in den Kelch 48 überfließen kann, derart, daß der Zwischenraum zwischen 15 und 47 durch Quecksilber gedichtet wird. Das Rohr 47 wird beim Aufwärtssteigen der Glocke aus dem mit Quecksilber gefüllten Gefäß 55 emporgehoben, beim Niedersteigen der Glocke dagegen in · das Gefäß versenkt. Wenn die Zylinderkolben 51 beim Nähern der Glocke 43 an den Zwischendeckel 16 in die zylindrischen Bohrungen des Kopfstückes 48 der Glocke eintreten, dann wird das in den Vertiefungen be- ■ findliche Quecksilber durch den Ringraum 56 oberhalb des Deckels 16 entgegen der Feder 53 gepreßt, um hier, durch die Kanäle 50 verteilt, die Dichtung der Gleitflächen zu verrichten. Während die Vakuumluft beim Aufwärtsgang des Kolbens durch die Rohre'15 und 47 unterhalb der Glocke angesaugt wird, um dann beim Niedergang der Glocke durch das Quecksilber in der kelchartigen Erweiterung 46 hindurch in den oberen Zylinderraum gepreßt zu werden, kann bei der in Fig. 16 gezeigten Darstellung ein Durchpressen der Luft auch oberhalb des Zwischendeckels 16 nicht erfolgen. Es wird vielmehr die oberhalb der Glocke beförderte Vakuumluft durch den Stutzen 54 und durch eine Vorpumpe abgesaugt, wie sie zwecks wirtschaftlicherer Arbeit der Hauptpumpe auch bei den ; bisherigen Pumpen stets verwendet wird. Es ist indessen klar, daß bei entsprechender Anordnung eines zentralen Ventils 23 bei der Ausführungsform gemäß Fig. 16 in derselben Weise wie bei der Pumpe gemäß Fig. 1 auch ein Durchtritt der Vakuumluft oberhalb des Zwischendeckels 16 erfolgen könnte.

Statt einer gewöhnlichen Vorpumpe hat es sich als sehr zweckmäßig erwiesen, die Ausführungsform gemäß den Fig. 1 und 2 zur 'Anwendung zu bringen, so daß dann beide beschriebenen Pumpen, d. h. die Pumpe gemäß den Fig. 1 und 2 einerseits und die Pumpe nach der Fig. 16 andererseits als ein Pumpenaggregat zusammenwirken können.

Bei dem beschriebenen Pumpensystem ist die Wahl eines entsprechenden Materials von äußerster Wichtigkeit. Dieses Material muß ein nichtoxydierendes Metall, wie Kobalt oder Nickel, sein. Es müssen nämlich auch diejenigen Teile, welche mit dem Quecksilber dauernd in Berührung kommen und mit ihm eine Dichtung abgeben sollen, aus einem solchen Material ausgebildet sein, daß ein ansteigender Meniskus sich ergibt. Diesen Bedingungen entsprechen die Verbindungen von Nickel, wie Neusilber o. dgl. Daher ist es zweckmäßig, daß alle Teile, welche mit dem Quecksilber in Berührung kommen, entweder ganz aus Neusilber 0. dgl. Nickelverbindun-. gen hergestellt sind oder aus Stahl mit einem aus diesen Metallen gebildeten Überzug. Wird Stahl selbst angewendet, dann fällt der Meniskus nach unten konvex aus (vgl. Fig. 1).

Claims (7)

Patent-An sprüche:

1. Vakuumkolbenpumpe mit Quecksilberdichtung, bei welcher die Absaugung mittels eines den Kolben durchdringenden Saugrohres stattfindet, dadurch gekennzeichnet, daß das Saugrohr unabhängig vom Kolben derart beweglich angeordnet ist, daß sein unteres Ende aus dem am Boden des Zylinders befindlichen Quecksilber beim Saughub des Kolbens emporgehoben wird, beim Druckhub dagegen in das Quecksilber eintaucht, wobei die Vakuumluft unterhalb des Kolbens mit Leichtigkeit angesaugt und bei gesperrtem Saugrohr oberhalb des Kolbens gedrückt wird,' um von hier entweder durch eine an sich bekannte Zwischenwand in den oberen Zylinderraum gepreßt oder unterhalb der Zwischenwand durch eine Vorpumpe abgesaugt zu werden.

2. Vakuumkolbenpumpe nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß um' den Kolben herum ein in radialer und achsialer Richtung auf eine kurze Strecke beweglicher Ring angeordnet ist, welcher in Verbindung mit einer Erweiterung der Zylinderbohrung am unteren Ende des Zylinders ein Ausweichen der Vakuumluft und des Quecksilbers in der tiefsten Stellung des Kolbens erleichtert und dann auch ein leichtes Gleiten des Kolbens bedingt.

3. Vakuumkolbenpumpe nach An-110 Spruch ι und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das den Kolben durchdringende Vakuumluftrohr durch einen federnden Mitnehmerbolzen mit dem Kolbengestänge zwecks zeitweisen Hochhebens gekuppelt und durch einen festen Anschlagnocken wieder entkuppelt wird, um durch einen Rasthebel oberhalb des Quecksilberspie^ gels im unteren Zylinderraum erhalten zu werden, während bei Erreichung der Höchststellung durch den Kolben der Rasthebel zurückgezogen und so das Va-

kuumluftrohr in das Quecksilber eingetaucht wird.

4. Abänderungsform der Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei feststehendem Vakuumluftrohr eine den unteren Teil desselben umgebende Hülse auf und nieder bewegt wird, welche gegenüber dem Vakuumluftrohr durch das oberhalb des Zwischendeckels beförderte Quecksilber abgedichtet wird.

5. Ausführungsform der Vakuumkolbenpumpe nach Anspruch 1, bei welcher ein glockenartiger Kolben mit entsprechendem haubenartigen Zylinderboden Anwendung findet, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenglocke, welche aus dünnem Blech hergestellt ist, ein oberes massives Kopfstück besitzt, welches außer einem zentralen, kelchartigen, mit Durchgangsöffnungen für das Saugrohr versehenen und die Dichtungsflüssigkeit für letzteres aufnehmenden Gefäß zylindrische Bohrungen aufweist, in welchen sich Quecksilber bei der tiefsten Stellung der Glocke ansammelt, um bei der höchsten Stellung der Glocke durch am Zwischendeckel befestigte Kolben oberhalb des Zwischendeckels gepreßt zu werden.

6. Verfahren zur Erzeugung von Vakuum unter gemeinsamer Anwendung der beiden Pumpenausführungen nach den Ansprüchen ι und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe nach den Ansprüchen 1 bis 4 als Vorpumpe zur Hauptpumpe nach Anspruch 5 verwendet wird, wobei der Abluftstutzen der ersteren Pumpe oberhalb des Zwischendeckels im oberen Zylinderraum, der Abluftstutzen der zweiten Pumpe dagegen unterhalb des Zwischendeckels sich befindet. '

7. Vakuumpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenglocke aus einer Nickelverbindung, wie Neusilber ο. dgl., besteht, so daß ein ansteigender Dichtungsmeniskus erzielt wird.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen.