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Ventillose Pumpe Die Erfindung betrifft eine ventillose Pumpe mit
einem gebogenen, Drehschwingungen vollführenden Pumpenrohr, welches an einen Zufluß-
und einen Abflußkanal angeschlossen ist.
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Es sind bereits zahlreiche ventillose Pumpen mit einem Schwingantrieb
bekannt, bei welchen meist eine Membran oder ein Kolben rasch hin- und herbewegt
werden, damit wenigstens bei einer der Bewegungseinrichtungen dieser Teile die zu
fördernde Flüssigkeit durch ein Düsensystem gepreßt wird, welches der Flüssigkeit
eine Bewegung in einer durch die Düsen bestimmten Vorzugsrichtung erteilt. Bei einer
bekannten Pumpe dieser Art wird die Flüssigkeitsbewegung durch das Düsensystem derart
gelenkt, daß das Zuströmen der Flüssigkeit in den die Flüssigkeitssäule bildenden
Raum von seitwärts her durch eine erste Düse erfolgt, wogegen das Ausstoßen der
Flüssigkeit aus diesem Raum heraus durch die erste Düse hindurch erfolgt, die in
eine zweite, ihr gegenüberliegende Düse zielt, in welche der ausgestoßene Flüssigkeitsstrahl
eintritt und abfließt.
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Der erheblichste Nachteil aller dieser Pumpensysteme besteht darin,
daß relativ zueinander bewegte Teile erforderlich sind. Im Fall einer Schwingkolbenpumpe
muß der Kolben in einem Zylinder gleitend geführt sein und wird z. B. durch Magnetkräfte
durch die Zylinderwand hindurch angetrieben. Somit wird die Verwendung von mindestens
zwei Werkstoffen erforderlich, nämlich von magnetisierbaren in Kolben einerseits
und von nicht magnetisierbaren des Zylinders usw. andererseits. Die Anwendung verschiedener
Werkstoffe wird aber auch wegen der notwendigen Gleitlagerung erforderlich, die
erhebliche Schwierigkeiten bereitet. Es müssen daher die beiden Materialgruppen
auch im Hinblick auf die Gleitfähigkeit aufeinander abgestimmt werden.
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Somit hat man bei der Konstruktion derartiger Kolbenpumpen bezüglich
der Materialauswahl für die ineinandergleitenden Teile keine frei Hand, sondern
es steht bloß eine sehr beschränkte Anzahl von Materialien, meistens Metalle, zur
Verfügung. Es sind nun aber gerade die ineinander- bzw. aufeinandergleitende Teile
dieser Pumpensysteme der korrodierenden bzw. in anderer Weise chemisch zersetzenden
Wirkung der zu fördernden Flüssigkeit ausgesetzt.
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Man hat daher bereits versucht, sowohl den Pumpenzylinder als auch
den Kolben aus Kunststoffen zu bilden bzw. mit dünnen Schichten derselben zu umkleiden.
Diese Methode bringt jedoch ebenfalls keine voll befriedigenden Ergebnisse mit sich,
da die Herstellung derartiger z. B. umspritzter Teile mit großen Schwierigkeiten
und Kosten verbunden ist und da es praktisch nicht möglich ist, alle aus Kunststoff
bestehenden Partien dieser Teile formbeständig zu erhalten. Es verbietet sich übrigens
aus diesem zuletzt genannten Grund, z. B. den Pumpenzylinder zur Gänze aus Kunststoff
herzustellen. Außerdem bringt die genannte Lösung weiterhin die Notwendigkeit mit
sich, wegen der zu fordernden Gleiteigenschaften der beiden gegeneinander bewegten
Teile mindestens zwei verschiedene, aufeinander diesbezüglich abgestimmte Kunststoffsorten
zu verwenden. Es ist somit unmöglich, ein derartiges Pumpensystem aus einer einzigen
Kunststoffsorte aufzubauen, die z. B. hinsichtlich ihrer chemischen Resistenz auf
die chemische Aggressivität der zu fördernden Flüssigkeit jeweils abstimmbar wäre.
Für zwei Kunststoffe besteht indes diese Möglichkeit kaum, da bekanntlich die Kunststoffe
sich diesbezüglich sehr unterschiedlich verhalten.
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Schließlich sind durch das konstruktive Erfordernis, daß der Kolben
durch den Zylinder hindurch ausschließlich durch magnetische Kräfte bewegt werden
muß, die Stellkräfte für den Kolben begrenzt, insbesondere weil die Luftspalte -
in diesem Fall durch die Kunststoffschichten und den Zylindermantel ausgefüllt -
relativ groß gehalten werden müssen. Diese Nachteile bestehen zwar bei Membranpumpen
nur teilweise, aber es bleibt immerhin auch bei diesem Pumpensystem der Nachteil
bestehen, daß relativ zueinander bewegte Teile vorgesehen werden müssen, wobei zumindest
einer dieser Teile unter erheblichen Formveränderungen rasch hin- und herbewegt
werden muß, wobei die Stellkräfte punktuell angreifen, z. B. bei einer Membran in
deren Mitte.
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Es ist auch bekannt, durch rasche Hin- und Herbewegung eines Venturirohres,
welches in ein Pumpensystem eingeschlossen ist, eine in demselben gebildete
Flüssigkeitssäule
in Schwingungen zu versetzen und ihr in der Abf(ußrichtung eine Vorzugsbewegung
zu erteilen.
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Schließlich wurde auch eine Pumpe vorgeschlagen, bei der das Pumpenrohr
gebogen ist, wobei das gesamte Pumpensystem Drehschwingungen um die Ringachse vollführt.
Bei dieser Konstruktion ist das Pumpenrohr als offene Schlinge ausgeführt, und es
ist erforderlich, in die Saugleitung ein Klappenventil einzubauen, um der Säule
eine Vorzugsbewegung in der Abflußrichtung zu erteilen. Neben diesem Nachteil liegt
ein weiterer Mangel, welcher auch der vorangehend erwähnten bekannten Pumpe zu eigen
ist, darin, daß der schwingende Teil an die Abfluß- und an die Zuflußleitung über
ein elastisches Zwischenstück angeschlossen werden muß. Durch die Notwendigkeit
der Verwendung verschiedener Materialien für das Pumpensystem ergibt sich eine umständliche
Auswahl, um Materialien mit gleichen oder ähnlichen technologischen Eigenschaften
zu erhalten.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine Pumpe
zu schaffen, bei welcher unter Vermeidung der angeführten Nachteile die relative
Bewegung zwischen dem Zylinder und dem eigentlich fördernden Organ überhaupt entfällt.
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Zu diesem Zweck wird eine Pumpe der eingangs erwähnten Art vorgeschlagen,
bei welcher erfindungsgemäß das Pumpenrohr als geschlossener Kreisring ausgebildet
ist, in welchem unter Zwischenschaltung eines Hohlraumes einander fix gegenüberliegend
in an sich bekannter Weise eine Strahlausstoßdüse und eine Strahleintrittsdüse angeordnet
sind, wobei der Zuflußkanal in den Hohlraum mündet.
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Dieses Pumpensystem hat den Vorteil, daß es keine relativ zueinander
bewegten Teile enthält und daß der Angriff der Antriebskraft direkt auf die Außenfläche
des Pumpensystems erfolgen kann. Somit ist man völlig frei in der Werkstoffauswahl
und kann die Pumpe auf diese Weise sogar für aggressivste Säuren oder Laugen herstellen,
indem man einen einzigen geeigneten Kunststoff für das ganze Pumpensystem auswählt
oder indem man dieses ganz aus Glas bildet. Bisher war dies unmöglich, und man konnte
z. B. Chromschwefelsäure überhaupt nicht pumpen, sondern bloß in Glasröhren abfließen
lassen. Selbstverständlich ergeben sich hierfür nicht nur die gesamten funktionellen
Vorteile, sondern es läßt sich das erfindungsgemäße Pumpensystem meist in einem
einzigen Arbeitsvorgang auch viel einfacher und billiger herstellen als bisher.
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Weitere Details der im Rahmen der Erfindung möglichen Ausführungsformen
von Pumpen gehen aus der folgenden Beschreibung sowie aus den Zeichnungen hervor.
Es zeigt F i g.1 die schematische Darstellung einer Pumpe im Schnitt entlang der
Systemachse, wobei das Rohr ringförmig in sich geschlossen ist und das Düsensystem
enthält und die Pumpe Drehschwingungen um die Ringachse vollführt, F i g. 2 die
Hintereinanderschaltung von zwei Pumpensystemen, wobei in dem in sich geschlossenen
Pumpenrohr od. dgl. zwei im Gegentakt arbeitende Düsensysteme untergebracht sind,
F i g. 3 die praktische Ausbildung einer Stufenpumpe, bei der die einzelnen Pumpenelemente
durch ineinandergreifende Ringe gebildet sind, im Schnitt entlang der Ringachse,
F i g. 4 die gleiche Bauart im Schnitt entlang der Systemachse, wobei nur die die
Düsen enthaltenden Ringteile gezeichnet sind, F i g. 5 ein Detail in der gleichen
Ansicht wie F i g. 3, welches die Ausbildung der überleitkanäle in das jeweils nächste
Pumpenelement zeigt.
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In F i g. 1 ist das Pumpenrohr od. dgl. mit 10 bezeichnet und
zu einem völlig in sich geschlossenen Kreisring gekrümmt. Es enthält eine Strahlausstoßdüse
11, die in einen Hohlraum 12 mündet. Auf der der Mündung der Düse gegenüberliegenden
Seite des Hohlraumes 12 liegt eine Strahleintrittsdüse 14, welche in einen durch
ein weiteres Rohr gebildeten Abflußkana115 mündet. Die Düsen liegen symmetrisch
zur Systemachse 16. Der Flüssigkeitszutritt erfolgt durch eine Zuflußöffnung 18,
an die sich ein Zuflußkana119 anschließt. Das Pumpensystem vollführt um seine Ringachse
23 Drehschwingungen. Zu diesem Zweck ist der an die Strahleintrittsdüse 14 anschließende
Abflußkanal 15 zur Ringachse 23 hin abgebogen und tritt ebenso wie der Kanal 19
durch das Rohr 10 hindurch. Beide Kanäle 15 und 19, welche z. B. aus Rohren gebildet
sind, sind vorzugsweise zur Ringachse 23 hingeführt und dort nach je einer Seite
in die Richtung dieser Achse 23 abgebogen. Die Länge dieser abgebogenen Rohrschenkel,
deren Achsen mit der Ringachse 23 zusammenfallen, ist so bemessen, daß die Rohrschenkel
an ihren Enden fest eingespannt werden können und um die Winkelbeträge verdrehbar
sind, welche für die Drehschwingungen des Systems als Drehwinkel in Frage kommen;
hierbei können die elastischen Kräfte dieser Rohrschenkel eventuell auch teilweise
als Rückstellkräfte für das Antriebssystem verwendet werden. Ebenso können aber
die Rohrschenkel bloß zu kurz sein, daß sie für die Einsparung in Drehlager geeignet
sind, wobei die Torsion oder Verschiebung erst in den nachfolgenden Anschlußschläuchen
od. dgl. erfolgt, oder es kann eine andere Art der Drehlagerung des Systems angewendet
werden, wobei die Kanäle 15 bzw.19 keine Funktion bei der Lagerung des Systems haben.
Das Volumen der im Rohr 10 befindlichen Flüssigkeitssäule 17, welche quasi als schwingender
Kolben wirkt, wird gemäß F i g. 1 von der Zulaufseite laufend ergänzt, andererseits
wird ein Teil des Volumens dieser Säule 17 durch die beiden Düsen 11 und 14 und
den Hohlraum 12 hindurch in der Förderrichtung ausgestoßen, wobei die Förderwirkung
durch die dargestellte Formgebung dieser Düsen entsteht.
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Die Pumpe nach F i g. 2 ist so wie jene nach F i g.1 aufgebaut. Allerdings
ist noch je eine zweite Düse 11,
ein zweiter Hohlraum 12 und eine zweite
Düse 14
vorhanden, wodurch die beiden dadurch gebildeten Düsensysteme in Serie
geschaltet sind, wobei ein höherer Druck erzielt werden kann, als bei einem Nur-Düsensystem.
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In F i g. 3 ist ein aus Einzelelementen gebildetes Seriensystem gezeigt.
Aus Paßringen 24, in welchen die Rohre 10 als Ringkanäle von etwa rechteckigem
Querschnitt ausgebildet sind, kann eine beliebige Anzahl von Pumpenelementen zusammengestellt
werden, wobei sich der Druck pro Element entsprechend erhöht. Die z. B. in Spritzgußtechnik
aus Kunststoff hergestellten Paßringe 24 greifen dicht ineinander und enthalten
auch die schlitzförmig ausgebildeten Düsen 11 bzw.14, wobei jeweils der folgende
Paßring den Deckel für den darunterliegenden Ringkanal bildet.
Aus
der F i g. 4 bzw. 5 ist ersichtlich, wie die Düsen 11 und 14 gebildet sind und wie
die Kanäle verlaufen, welche die einzelnen Ringkanäle 10 verbinden.
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Hierbei sind die schräg nach oben verlaufenden Kanäle 15 und 19 identisch,
weil der Abflußkanal des einen Systems zugleich den Zuflußkanal für das darüberliegende
System bildet. Um den in die jeweilige Strahleintrittsdüse 14 eintretenden
Strahl nämlich nicht rechtwinklig ablenken zu müssen, wobei höhere Fließwiderstände
auftreten, empfiehlt es sich, die Kanäle 15 bis 19 schräg durch die Bodenteile der
Paßringe 24 verlaufen zu lassen. Hierdurch wiederum müssen die einzelnen Paßringe
24 etwas gegeneinander verdreht zusammengesetzt werden, wobei der Verdrehwinkel
durch die Projektion der schräg verlaufenden Kanäle bedingt ist. Ebensogut können
aber die Ringe unverdreht zusammengesetzt werden, wenn auf diese Abschrägung der
Kanäle verzichtet wird. Der letzte Ring 24 wird mittels eines Deckelteils 25 dicht
abgeschlossen und das Ringpaket wird z. B. verschraubt. Der Deckel 25 sowie ein
nicht dargestellter weiterer Teil enthalten den Abflußkanal 15 bzw. den Zuflußkanal
19, welche Kanäle zur Ringachse 23 geführt sind und dort, wie vorher beschrieben,
in dieser Achse verlaufen.
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Als Schwingungsantriebe kommen alle motorisch bewegten Schwingtriebe
sowie in der Amplitude regelbare elektromagnetische Triebe in Frage, welche mit
der Netzfrequenz gespeist werden ünd je nach ihrer Ausbildung 50- bzw. 100-Hz-Schwingungen
liefern.
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Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die oben angeführten
Beispiele beschränkt. Es können vielmehr, ohne daß der Rahmen der Erfindung verlassen
wird, auch andere Pumpenformen sowie Materialien für die Herstellung der Pumpen
verwendet werden, sofern nur das gesamte Pumpensystem prinzipiell in der geschilderten
Weise ausgebildet und in rasche Schwingungen versetzt wird.