DE47845C - Pumpe mit veränderlicher Fördermenge und konstantem Hub - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Nahezu die Gesammtheit der in der Industrie angewendeten Pumpen müfste eine Wassermenge fördern können, welche sich mit Hülfe einfacher und dauerhafter Organe innerhalb weiter Grenzen schnell ändern liefse. Eine Einrichtung, welche diesen Anforderungen Genüge leistet, d. h. ermöglicht, in Saugpumpen, Druckpumpen und in Saug- und Druckpumpen eine veränderliche Fördermenge zu erhalten, bildet den Gegenstand dieser Erfindung. Pumpen, welche gemäfs der vorliegenden Erfindung eingerichtet sind, können auch dort verwendet werden, wo Luft, Gas, Dämpfe, Flüssigkeiten in veränderlichen Volumen bei allen Flüssigkeits-, Dichtigkeits- und Temperaturgraden vertheilt werden sollen.

In einem einzigen Pumpenstiefel A (s. Fig. ι und 2 der beiliegenden Zeichnung), welcher mit einem Saugventil k und einem Druckventil k¹ ausgerüstet ist, sind zwei Tauchkolben PP¹ untergebracht. Diese beiden Kolben führen eine hin- und hergehende Bewegung aus, indem jeder von ihnen durch eine Kurbelstange ρ ρ¹ mit einer Kurbel oder einem Excenter verbunden ist, die auf einer Welle B montirt sind, welche durch Vermittelung eines Riemens oder irgend eines anderen Transmissionsorganes eine continuirliche Drehbewegung empfängt.

Diese Einrichtung besteht also im wesentlichen aus einem einzigen Pumpenstiefel mit einem Saug- und einem Druckventil, zwei Tauchkolben, zwei Kurbelstangen und einer Welle, welche eine continuirliche Drehbewegung macht und zwei Kurbeln oder Excenter oder Kurbelscheiben trägt.

■ Der gesammte Apparat wird von einem Gestell C getragen.

Die eine der beiden Kurbeln ist fest, die andere verstellbar auf der Welle befestigt, so dafs der Winkel, welchen die zweite Kurbel mit der ersten bildet, jede mögliche Gröfse erhalten kann.

Ist die verstellbare Kurbel in der Lage 0 a, Fig. 3, festgestellt, d. h. direct gegenüber der festen Kurbel ob, so wird, nachdem der Apparat in Bewegung gesetzt worden ist, die Fördermenge in diesem Falle gleich Null sein, wenn die Kolben denselben Durchmesser und denselben Hub haben.

Führt man die verstellbare Kurbel in eine andere Lage, z. B. 0 a¹, so wird der in Bewegung gesetzte Apparat eine gewisse Menge fördern, d. h. ansaugen und fortdrücken; die Fördermenge wird versinnlicht durch die Differenz der Projektionen der von den beiden Kurbelzapfen durchlaufenen Wege auf die Achse. Diese Differenz der durchlaufenen Wege macht sich kenntlich durch eine Differenz der Geschwindigkeiten der beiden in einem Pumpenstiefel arbeitenden Kolben, und hierdurch wird ein gewisses Volumen Flüssigkeit, Dampf, Gas oder eines anderen Fluidums angesaugt, fortgedrückt oder angesaugt und fortgedrückt, und zwar entsprechend der jeweiligen gegenseitigen Stellung der beiden Kurbeln.

Die Fördermenge wird um so viel gröfser, je mehr die verstellbare Kurbel der festen Kurbel genähert wird; sie erreicht ihr Maximum, wenn der Radius vom Mittelpunkt der Welle nach der Warze der verstellbaren Kurbel mit dem Radius von demselben Mittelpunkt nach der Warze der festen Kurbel sich deckt, d. h. wenn der Punkt α mit dem Punkt b zusammenfällt.

Bei dieser Vorrichtung ist die Motorarbeit genau proportional der Fördermenge.

In der vorstehenden Beschreibung ist angenommen, dafs die Kolben denselben Durchmesser und denselben Hub haben; man kann aber Kolben anwenden, welche bei gleichem Hub verschiedene Durchmesser oder verschiedene Durchmesser und verschiedenen Hub haben; dies richtet sich nach dem Grad der Veränderlichkeit der Fördermenge, welchen man erhalten will; ebenso ist es bei Kolben mit gleichem Durchmesser und verschiedenen Hüben.

Die für einfach wirkende Pumpen beschriebene Einrichtung läfst sich auf doppelt wirkende Pumpen anwenden, um die Veränderlichkeit der Fördermenge zu erhalten.

Zu diesem Zweck sind in einem einzigen Pumpenstiefel A, Fig. 4 und 5, zwei doppeltwirkende Kolben PP¹ in zwei Cylindern I) D¹ untergebracht, welche letzteren unter sich und mit dem Pumpenstiefel A durch eine oder mehrere Scheidewände d verbunden sind, die den Raum des Pumpenstiefels in zwei nicht mit einander communicirende Abtheilungen theilen; in jeder dieser Abtheilungen ist ein Saugventil k und ein Druckventil k¹ angebracht.

Die übrige Einrichtung ist derjenigen der einfach wirkenden Pumpe ähnlich.

Sowohl bei der einfach wirkenden als auch bei der doppelt wirkenden Pumpe kann man, anstatt nur die Stellung der einen Kurbel zu verändern, gleichzeitig die Stellung der beiden Kurbeln verändern.

Diese Einrichtung kann einzeln, so wie beschrieben, oder durch Kupplung der Elemente zu Gruppen oder Batterien mehrfach, sowohl doppelt als auch einfach wirkend, ausgeführt werden.

Die unterscheidenden Kennzeichen dieser Einrichtung sind folgende:

ι. Die Verbindung eines einzigen Pumpenstiefels für einfache oder doppelte Wirkung mit zwei Kolben, deren Durchmesser und Hube gleich oder deren Durchmesser gleich und deren Hube verschieden oder deren Durchmesser verschieden und deren Hube gleich oder deren Durchmesser und Hube verschieden sind, zum Zweck, durch Verstellung der die einfach oder doppelt wirkenden Kolben antreibenden Organe, d. h. der Kurbeln, Kurbelscheiben oder Excenter in Bezug auf einander die Fördermenge gemäfs der relativen Aenderung der Lage dieser Organe zu verändern.

. 2. Als Folge dieser Verbindung die Leichtigkeit, mit welcher man diese Fördermenge von dem kleinsten bis zu dem gröfstmöglichen Grad regelmäfsig und nach Bedarf verändern kann.

Es ist klar, dafs diese Pumpe, so wie sie eben beschrieben ist, in unendlich vielen Fällen verwendet werden kann; sie läfst sich jedoch auch in vielen besonderen Fällen anwenden, wenn man unter Beibehaltung der besonderen Bedingungen der Construction und Wirkungsweise der beschriebenen Einrichtung die letztere nur in ihren Einzelheiten verändert.

Diese Pumpe kann durch einfache Umkehrung der Wirkung ihrer Organe als hydraulischer Motor benutzt werden, dessen Verbrauch und Kraft bei constantem Hub veränderlich sind.

Der Apparat kann übrigens auch derart construirt werden, dafs man ihn bald als Pumpe und bald als Motor anwenden kann, indem man die zu der betreffenden Wirkung nöthigen Theile hinzufügt und jene, welche unnöthig sind, einstweilen entfernt.

In einem Cylinder A, Fig. 6 und 7, arbeiten zwei Tauchkolben P und P¹; jeder dieser beiden Kolben ist durch eine Pleuelstange ρ bezw. p¹ mit einer auf eine Welle M aufgekeilten Kurbel oder einem Excenter verbunden. Das eine dieser Excenter ist fest, das andere verstellbar auf der W^Telle M angebracht, die beiden Ventile k k^l sind fortgelassen und das Wasser wirkt nicht mehr als Widerstand, sondern als Kraft. Es genügt hierzu, eine Steuerung vorzusehen, z. B. in folgender Weise.

Auf einer Seite des Cylinders A ist ein Schieberkasten B angebracht, welcher zwei Kolbenschieber D F enthält, von denen D den Einlafs und F den Austritt der Kraftflüssigkeit vermittelt. Diese beiden Schieber werden von Stangen H und G bewegt, welche dergestalt gekuppelt sind, dafs die Schieber in entsprechender Weise arbeiten. Die freien Enden dieser Stangen tragen Tasten K, auf welche ein Daumen L einwirkt, der an dem verstellbaren Excenter befestigt ist. Dieser Daumen bewirkt die Vertheilung für alle Grade der Einströmungsmenge und Kraft, welche man erhalten will; ein auf die Treibwelle aufgekeiltes Schwungrad V regelt die Bewegung des Apparates. Die Steuerstangen H und G sind mit Verlängerungsstücken versehen, d. h. diese Schieberstangen können nach Bedarf bezw. gemäfs dem Grade der Kraft, welchen man erhalten will, verlängert oder verkürzt werden. .

Wenn wir annehmen (Fig. 8), dafs die Kurbeln in der Verlängerung von einander liegen, d. h. in c m und c η sind, so wird keine Kraft entwickelt, wofern die Kolben denselben Durchmesser und denselben Hub haben. Führt man die verstellbare Kurbel cm z. B. in die Lage c m¹, so wird auf der Treibwelle eine Arbeit entwickelt, welche im Verhältnifs zur Längendifferenz der Hebelarme der Kraft während der Drehbewegung steht. Werden die Kurbeln cm> und c η um den Winkel y gedreht, so sieht -man, dafs die auf den einen Kolben ausgeübte Kraft als Hebelarm c r hat, während die auf

den anderen Kolben ausgeübte Kraft auf den Hebelarm c q wirkt, und da die beiden Hebelarme ungleich sind, so wird der Druck des Wassers die Welle im Sinne des Pfeiles drehen. Diese Differenz der Länge und demzufolge der Wirkung der Hebelarme wird um so viel gröfser, je mehr die Stellung der veränderlichen Kurbel sich derjenigen der festen Kurbel nähert, und folglich wird die Nutzkraft des Motors unter denselben Bedingungen wachsen. Diese Kraft erreicht ihr Maximum, wenn der Radius der Kurbel c m sich mit dem Radius der Kurbel c η deckt, d. h. wenn der Punkt m mit dem Punkt η zusammenfällt; mithin entspricht jede der Stellungen der veränderlichen Kurbel einem verschiedenen Kraftgrad des Motors und der Wasserverbrauch ändert sich genau im Verhältnifs zur erzeugten Arbeit.

Die Kolben können gleiche Durchmesser und gleiche oder verschiedene Hube, verschiedene Durchmesser und verschiedene Hube oder gleiche Hube und verschiedene Durchmesser gemäfs dem zu erlangenden Veränderlichkeitsgrade der Kraft haben.

Die Verstellung des Excenters kann durch irgend eine beliebige Vorrichtung, sei es während des Stillstandes oder während des Ganges des Motors, erzielt werden.

Der Apparat kann doppelt wirkend gemacht werden, indem man seine Construction wie folgt abändert.

In einem allseitig geschlossenen Gehäuse S, Fig. 9 und io, sind zwei Cylinder T Z¹¹ angeordnet, welche mit dem Gehäuse durch eine Scheidewand χ verbunden sind, die das Gehäuse in zwei nicht mit einander communicirende Abtheilungen theilt. In diesen beiden Cylindern bewegen sich zwei doppelt wirkende Kolben U und U¹. An der einen Seite des Gehäuses 5 sind zwei Schieberkasten X und X¹ angebracht, von denen jeder zwei Kolbenschieber Z und Z^x enthält, deren einer den Eintritt und deren anderer den Austritt der Kraftflüssigkeit vermittelt. Diese Schieber werden von Stangen W W¹ bewegt, welche dergestalt mit einander verbunden sind, dafs vorn Eintritt und gleichzeitig hinten Austritt der Flüssigkeit oder hinten Eintritt und vorn Austritt stattfindet.

Der übrige Theil der Steuerung, sowie die Einrichtung, welche die Verstellung der beiden Excenter ermöglicht, sind genau dieselben wie bei dem einfach wirkenden Motor.

Die verschiedenen Varianten desselben Systems, welche ich eben beschrieben habe, können noch auf sehr einfache und ökonomische Weise gemäfs der nachstehenden Einrichtung doppelt wirkend construirt werden.

In einem einzigen Gehäuse A, Fig. 11 bis 14, welches durch eine einzige Scheidewand χ in zwei nicht mit einander communicirende Abtheilungen getheilt ist, sind zwei Tauchkolben P P¹ untergebracht. Diese beiden Kolben wirken auf die in jeder der Abtheilungen enthaltene Flüssigkeit bei der Pumpe (Fig. 11 und 12) bezw. erleiden die Einwirkung der Kraftflüssigkeit bei dem Motor (Fig. 13 und 14) in derselben Weise wie bei der einfach wirkenden Maschine. Die Abdichtung zwischen den beiden Abtheilungen wird mittelst zweier Stopfbüchsen R R¹ bewirkt, was den Herstellungspreis des Apparates bedeutend vermindert.

Claims (2)

1. Patent-Ansprüche:

   ι . Eine Pumpe, bei welcher zum Zwecke der Veränderung der Fördermenge zwei gleich grofse oder verschieden grofse in einem einzigen Pumpenstiefel bezw. in einem durch eine mittlere Scheidewand in zwei Hälften getheilten Pumpenstiefel arbeitende Kolben ohne Aenderung ihres Hubes und ihrer Geschwindigkeit in Bezug auf einander verstellt werden, und zwar dadurch, dafs die gegenseitige Lage der auf gemeinsamer Welle sitzenden Antriebskurbeln — Kurbelscheiben — oder Excenter der beiden Kolben verändert wird.
2. 2. Die Abänderung der im Anspruch 1. gekennzeichneten Pumpe in einen hydraulischen Motor, dessen Kraft und Verbrauch bei constantem Hub veränderlich sind, dadurch, dafs an der Pumpe an Stelle der Saug- und Druckventile bekannte Vertheilungsorgane (Schieber oder Ventile) und deren Steuerung angebracht werden.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.