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Verfahren zur Förderung von flüssigen, gasförmigen oder pulverigen
Stoffen mittels einer aus einer selbstfedernden Leitung und einem umlaufenden Druckkörper
bestehenden Fördereinrichtung Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur
Förderung von flüssigen, gas- oder pulverförmigen Stoffen mittels einer aus einer
selbstfedernden Leitung und einem umlaufenden Druckkörper bestehenden Fördereinrichtung
.mit dem Kennzeichen, daß der Förderleitung mittels des Druckkörpers an gleichbleibender
Stelle durch abwechselndes Zusammendrücken gegen ein ebenes Widerlager und Freigeben
in Förderrichtung Impulse erteilt werden, wodurch ohne Verwendung von Ventilen eine
schlagaderarti,ge Förderwirkung erzielt und eine freie Rückbildung der zusammengedrückten,
Leitung nach dem Arbeitsvorgang ermöglicht wird.
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Soweit Fördereinrichtungen bekannt sind, bei denen federnde Hohlkörper
Verwendung finden, werden bei diesen die gasförmigen oder flüssigen Stoffe durch
fortschreitendes Zusammendrücken der Hohlkörper angesaugt und durch Weiterschieben
fortbewegt. - Ebenso ist es bekannt, durch Zusammendrücken und darauffolgendes Entlasten
federnder Hohlkörper unter Verwendung von Ventilen die Wirkung einer Membranpu:mpe
zu erzielen. Soweit ventillose Fördereinrichtungen dieser Art in Frage kommen, wird
der federnde Hohlkörper meistens so angeordnet, daß er einen vollständigen Ring
oder einen Teil eines Ringes bildet, wie die Abb. z und a zeigen. Sie arbeiten gewissermaßen
als Drebkolbenpumpen, wobei die Druckkörper c den Kolben darstellen, der gleichzeitig
als Ventil arbeitet, und zwar als Ouetschventil, das abwechselnd geöffnet und geschlossen
wird. Diese Fördereinrichtungen arbeiten also grundsätzlich so, daß der federnde
Hohlkörper auf einer gewissen Strecke fortschreitend zusammengedrückt wird und daß
auf dieser Strecke immer ein Abschluß vorhanden ist, wodurch ein Zurückfließen des
Fördergutes verhindert werden soll. Die Anordnung kann auch so getroffen sein, daß
der federnde Hohlkörper durch Druckkörperpaare fortschreitend zusammengedrückt und
abwechselnd freigegeben wird. Auch hierbei arbeitet das Druckkörperpaar als Kolben
und gleichzeitig als Ouetschventil.
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Diesen bisher bekannten Einrichtungen haften eine Reihe von Mängeln
an, so z. B. der Nachteil, daß der federnde Hohlkörper in der Fließrichtung gedehnt
wird und durch das ständige Aufliegen der Druckkörper keine Möglichkeit zur Rückbildung
hat. Wird der federnde Hohlkörper ringförmig angeordnet, dann wird er, wenn die
Einrichtung nicht untvirtschaftliche
Abmessungen annehmen soll,
durch die auftretenden Zug- und Druckbelastungen ungünstig beansprucht, die das.
Einknicken des Hohlkörpers verursachen;--: wenn dies nicht durch Einlagen oder dtircli'
Anwendung i an Unterdruck in bekannter Weise verhindert wird. Vielfach wird, uni
-dem Übel abzuhelfen, der federnde Hohlkörper überhaupt mit demWideriager fest verbunden.
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Bei der vorliegenden Erfindung wurde nun ein grundsätzlich neuer Weg
beschritten. Als Vorbild diente die Arbeitsweise der Schlagader von Lebewesen, das
heißt, es wird durch Erzeugung pulsierender Bewegungen in Fließrichtung an der gleichbleibenden
Stelle eines federnden Hohlkörpers von beliebigem Ouerschnitt ohne Verwendung von
Ventilen eine Saug- und Druckwirkung erzielt und dadurch eine fortlaufende Förderung
in einer Richtung hervorgerufen. Der grundsätzliche Erfindungsgedanke und der Vorgang
des Zustandekoinmens der pulsierenden Förderbewegung sind aus den Abb. 3 und .I
erkennbar, in denen zwei Betriebszustände dargestellt sind. Hierin ist a der pulsierende,
federnde Hohlkörper, b der Druckkörper, der diese pulsierende Bewegung erregt, d
das Widerlager, gegen das die Pressung erfolgt.
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Die bei der Schlagader auf einer ganz kurzen Wegstrecke auftretende
Verengung und gleichzeitige Dehnung des Aderschlauches in der Längsrichtung wird
bei dem vorliegenden Verfahren durch den Erreger b bewirkt. Auf der Strecke
b', b" und b"' (Abb. 3) erfolgt der Anstoß für die Bewegung der Saug-
und Drucksäule und die Einleitung der Pulsation. Die den Säulen erteilte Geschwindigkeit
wächst von Null in Stellung b' bis zum Höchstwert b" (Abb.d). Die Fördergeschwindigkeit
steht in jeder Stellung in Abhängig-],zeit von der Umfangsgeschwindigkeit des Druckkörpers
und des Ouerschnittes des Hohlkörpers. Der federnde Hohlkörper wird etwa die in
Ab#b.3 dargestellte Verformung aufweisen, entsprechend dem Unterdruck auf der Saugseite
und dein Überdruck auf der Druckseite.
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Würde der Druckkörper b plötzlich in Stellung b" (Abb. q.) zur Ruhe
gebracht werden, dann wird die in Bewegung befindliche Saugsäule, da sie den Durchflußquerschnitt
versperrt findet, nach den bekannten Gesetzen einen Druckstoß erzeugen, der sich
in einer Aufweitung des federnden Hohlkörpers bei ä (Abb. d.) auswirken wird. Die
Drucksäule wandert unter dem Einfluß der ihr erteilten Beschleunigung weiter aufwärts.
Da kein Fördergut nachströmen kann, muß demnach am unteren Säulenende ci' (Abb.4)
eine Druckverminderung eintreten, die sich wegen der Nachgiebigkeit des Hohlkörpers
in einer Ouerschtlittsverminderung auswirkt. Es wird also etwa die in Abb. q. dargestellte
Verformung des Hohlkörpers erfolgen.
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In Wirklichkeit tritt aber kein Stillstand Eies Druckkörpers b in
der Stellung b" (.Abb. 4.) ein, sondern der Ouerschnitt wird bei der Weiterbewegung
des Druckkörpers allmählich bis zur vollen Öffnung in Stellung b"' (Abb. 3) freigegeben.
Da aber die freien Querschnitte anfänglich zunächst Null und dann später noch sehr
klein- sind, werden die vorbeschriebenen Verhältnisse dennoch, wenn auch in geringerem
Maße und fortschreitend, auftreten.
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Während der Periode b" bis b"' wird einerseits der Bewegungsimpuls
auf die Drucksäule fortgesetzt und ferner eine weitere Delinung des Hohlkörpers
stattfinden, während andererseits die Rückbildung der Querschnittsaufblähung vom
Saugsäulenstoß noch einen nachträglichen Energieimpuls auf die Drucksäule in Fließrichtung
ausübt. Zu diesem Einfluß der Nachgiebigkeit der Hohlkörperwand gesellt sich noch
derjenige der sich rückbildenden Ouerverformung, ebenfalls in gleichem Sinne.
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Wenn nun der weiteren Vorstellung unterstellt wird, daß die nun allein
betrachtete Drucksäule nur eine Bewegungsenergie, herrührend von der ihr durch den
Druckkörper erteilten Beschleunigung, aufgespeichert habe, so ergibt sich, daß sich
die Drucksäule so lange aufwärts bewegen wird, bis ihre Bewegungsenergie durch die
Schwerkraft und durch die Rohrreibungsverluste aufgezehrt sein wird, und daß vorher
ein neuer Impuls erfolgen muß, um ein Zurückfließen des Fördergutes zu verhindern.
Es ist also mit dem vorliegenden Verfahren eine ventillose Förderung möglich. Sie
bedingt eine gewisse Mindestschlagzahl für die verschiedenen Verhältnisse, und es
wird dann, trotzdem der Querschnitt während der Förderung ganz frei gegeben wird,
kein Zurückfließen des Fördergutes stattfinden. Andererseits wird die Schlagzahl
auch nach oben hin begrenzt sein, da genügend Zeit zur Rückbildung der eingetretenen
Verformungen bleiben muß. Es herrscht also Übereinstimmung mit der Arbeitsweise
der Schlagader, denn sowohl bei zu niedriger als auch bei zu hoher Pulszahl wird
die Förderung aussetzen und damit z. B. der Tod des Lebewesens eintreten.
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Daraus ergibt sich die grundlegende Erkenntnis, daß es notwendig ist,
dem federnden Hohlkörper die Möglichkeit zu geben, sich in der Fließrichtung dehnen
und wieder rückbilden zu können. Wenn durch die Dehnung des Hohlkörpers in der Fließrichtung
ein Ansaugen bewirkt wird, so wird durch das Zurückschneljen eine Förderung erfolgen.
Die
vorbeschriebenen Vorgänge in Verbindung mit einem gewissen zeitlichen Unterschied
zwischen Weitung und Verengung bzw. Längung und Rückbildung des federnden Hohlkörpers
erzeugen eine Wellenbewegung und durch eine gewisse Überlagerung der Vorgänge die
Förderwirkung durch schlagaderartige Pulsation. ' Abb.5, 6 und 7, 8 zeigen beispielsweise
betriebsfähige Ausführungen von Fördereinrichtungen nach dein vorliegenden Verfahren.
An den Erregerkörpern b, die drehbar gelagert sind, sind drehbare Druckkörper oder
Walzen c vorgesehen, durch die der federnde Hohlkörper a an der immer gleichen Stelle
in zunehmendem Maße gegen das Widerlager d gepreßt und anschließend wieder allmählich
ganz freigegeben wird, wodurch die Förderwirkung durch schlagaderartige Pulsation
hervorgerufen wird. Das Widerlager d (Abb. 5,6)
kann zur Anpassung an die
Wandstärke des federnden Hohlkörpers in bekannter Weise in der Höhe und seitlich
verstellbar eingerichtet .werden. Zur Verminderung der Schleichverluste bei höheren
Drücken wird ferner das ebene Widerlager d auf einer kurzen Strecke d', d"
(Abb. j) kreisförmig ausgebildet, und zwar nur in einer solchen Länge, daß eine
freie Rückbildung des gedehnten Hohlkörpers a möglich ist. Die in Abb. 5 strichpunktiert
gezeichnete Stellung der Druckkörper.c des Erregers b zeigt, daß der Querschnitt
des Hohlkörpers vollständig freigegeben und dainit die Möglichkeit zu seiner Rückbildung
vorhanden ist.
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Es ist selbstverständlich auch möglich, lediglich einen Erregerkörper
b z. B. fliegend auf eine Motorwelle zu setzen und die Druckwalzen c ähnlich wie
das Tretpedal eines Fahrrades in bekannter Weise zu lagern.
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Abb. 7, 8 zeigen die Anordnung der Fördereinrichtung, bei der die
schlagaderartige Pulsation durch ein Erregerpaar b, b hervorgerufen wird,
derart, daß der federnde Hohlkörper von den paarweise zusammenarbeitenden Druckwalzen
c der Erregerkörper b zunehmend zusammengepreßt und wieder freigegeben wird. Diese
Anordnung wird zweckmäßig bei größeren Abmessungen des federnden Hohlkörpers Anwendung
finden. Die Lager e sind in bekannter Weise in der Höhe verstellbar eingerichtet,
um den Wandstärken des Hohlkörpers Rechnung tragen zu können. Die Zahnräder f, f
können gleichzeitig als Lagerstellen für die Druckwalzen c dienen.
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Der Antrieb der Fördereinrichtungen kann von Hand oder mittels motorischer
Kraft durch Riemen-, Zahnrad-, Reibradantrieb oder durch unmittelbare Kupplung mit
einem Elektromotor oder einer sonstigen Kraftmaschine erfolgen. Selbstverständlich
kann der federnde Hohlkörper a auch lotrecht oder schräg angeordnet werden, um z.
B. allfällige Krümmungen in der Saug- und Druckleitung zu vermeiden.
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Die Fördereinrichtung kann sowohl als Unferdruck- als auch als Überdruckpumpe
oder als beides zugleich Verwendung finden und eignet sich auch als Verdichter.
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Bei Verwendung als Utnwälzpumpe braucht lediglich ein kurzes Stück
der Förderleitung durch einen federnden Hohlkörper ersetzt zu werden, und es wird
nach Inbetriebnahme der Erregervorrichtung eine beschleunigte Umlaufförderung erfolgen.
Durch einfache Umkehr der Drehrichtung der Erregervorrichtung fördert die Fördereinrichtung
in uingekehrteRichtung, was z. B. für solche chemische Arbeitsprozesse vorteilhaft
ist, bei denen verschiedene Arbeitsvorgänge abwechselnd unter Druck und Unterdruck
vor sich gehen. Als Kühlmittelpumpe ist sie für Vorwärts- und Rückwärtsgang verwendbar.
Durch entsprechende Wahl geeigneter Stoffe für den federnden Hohlkörper können Güter
gefördert werden, die z. B. Metalle chemisch oder mechanisch angreifen, wobei der
Wegfall von Ventilen und Stopfbüchsen ein weiterer Vorzug ist.
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Der Vergleich der nach vorliegendem Verfahren arbeitenden Fördereinrichtungen
mit den nach anderen Gesichtspunkten ähnlich gebauten Fördereinrichtungen läßt erkennen,
daß zwischen diesen ein grundlegender Unterschied in der Arbeitsweise vorhanden
ist, wie aus der vorangegangenen Erläuterung hervorgeht. Nur mittels des vorliegenden
Verfahrens, das sich eng an die bewährte Arbeitsweise der Schlagader anlehnt, ist
das einwandfreie Arbeiten der zum Vergleich stehenden Fördereinrichtungen möglich.
Die grundlegende Erkenntnis, daß dem federnden Hohlkörper die Möglichkeit gegeben
werden muß, sich frei ausdehnen und rückbilden zu können, ermöglicht es, teuere
zusätzliche Einrichtungen, wie Einlagen zur Befestigung des Hohlkörpers an das Widerlager,
oder Einrichtungen zur Schaffung eines Unterdruckes, um das Einknicken zu verhindern,
entbehrlich zu machen, ferner können bei Fördereinrichtungen nach vorliegendem Verfahren
unter Ausnützung des Vorteils umlaufender Erregervorrichtungen ebene Widerlager
verwendet -werden, wodurch die Beanspruchung des Hohlkörpers wesentlich vermindert
und dessen Lebensdauer erhöht wird. Bei Verwendung von Druckwalzenpaaren genügt
bei den Fördereinrichtungen der Erfindung ein einziges Druckwalzenpaar.
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Abgesehen davon, daß sich vorliegendes Verfahren grundsätzlich von
den bisher bekannten Förderverfahren unterscheidet und hier ein vollkommen neuer
Weg beschritten
wird, bieten die erfindungsgemäß gebauten Fördereinrichtungen
den Vorteil der größeren Einfachheit und Billigkeit mit der Gewähr für ein einwandfreies
Arbeiten gegenüber ähnlichen Einrichtungen.