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Kolben für Flüssigkeitspumpen mit Saugschieber Die Erfindung bezieht
sich auf eine Kolbenpumpe mit Druckventil und Saugschieber in der Achse des Kolbens,
bei der der Saugschieber nur den Beginn der Druckperiode steuert und den Saugkanal
bereits vor Beendigung des Druckhubes öffnet, wobei während des letzten Teiles des
Druckhubes der äußerste Teil der Lauffläche des Kolbens den Hubraum abdichtet. Infolgedessen
beginnt das Einströmen der Flüssigkeit in den Hubraum erst, nachdem der Kolben bereits
einen Teil des Saughubes zurückgelegt hat. Vorteilhaft ist es nun, diesen Teil möglichst
groß zu halten, denn desto früher kann der Schieber öffnen und desto kleiner wird
der Schieberhub. In der Praxis hat sich aber gezeigt, daß bei dieser Anordnung,
wenn die Eröffnung des Hubraumes durch den Kolben erst spät während des Saughubes
erfolgt, bei großen Pumpen ein Stoß der plötzlich einströmenden Wassermassen eintritt
und der Wirkungsgrad vermindert wird, weil die während des Vakuums vom Kolben geleistete
Mehrarbeit nicht völlig wiedergewonnen wird durch die Ablenkung der einströmenden
Flüssigkeit am Kolbenboden.
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Nach der vorliegenden Erfindung wird dieser Stoß und die Verminderung
des Wirkungsgrades dadurch vermieden, daß im Kolben von der Lauffläche nach dem
Kolbenboden ein gekrümmter Kanal angeordnet wird, der durch ein oder mehrere Saugventile,
die sich nach dem Kolbenboden hin öffnen, abgeschlossen wird. Durch diese Saugventile
wird zu Beginn des Saughubes, solange der Zylinderraum durch denKolben abgeschlossen
ist und kurz danach, aus dem Saugkanal Wasser angesaugt, so daß der Zylinderraum
stets mit Wasser gefüllt bleibt und kein vollständiges Vakuum mit seinen schädlichen
Folgen darin entstehen kann.
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Es sind Kolben für Kompressoren bekannt, bei denen ebenfalls ein Kanal
von der Lauffläche nach dem Kolbenboden vorhanden ist, der durch Saugventile abgeschlossen
wird. In den Kolben dieser Kompressoren sind die Saugventile entweder während des
ganzen Saughubes bis zum Beginn des Druckhubes offen und steuern allein die Saugvorgänge,
oder bei Kompressoren mit Differentialkolben wird der gekrümmte Saugkanal erst gegen
Ende des Saughubes durch die Zylinderlauffläche geöffnet, und das Saugventil läßt
dann Luft, die in einem Hilfszylinder verdichtet ist, bis zum Beginn des Druckhubes
in den Hubraum des Hauptzylinders treten, um den volumetrischen Wirkungsgrad zu
verbessern.
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Dagegen arbeitet bei der vorliegenden Erfindung das Saugventil im
Kolben zusammen mit einem Saugschieber, der einen ringförmigen Saugkanal gegen die
Saugleitung abschließt. Dieser Schieber hat zu Beginn des Saughubes den Saugkanal
schon weit geöffnet, so daß der Luftdruck eine genügend große Angriffsfläche vorfindet,
um das Wasser in dem Saugkanal so zu beschleunigen, daß es dem Kolben nachfolgen
kann. Solange der Zylinderraum zu Beginn des Saughubes durch den Kolben abgeschlossen
ist, nimmt das angesaugte Wasser den Weg durch den Kanal und das Saugventil im Kolben.
Sobald der Kolbenrand genügend Saugquerschnitt
freigegeben hat,
schließt das Saugventil im Kolben, und in der zweiten Hälfte des Saughubes ist der
Kanal im Kolben durch die Zylinderlauffläche abgeschlossen, so daß kein @'Vasser
mehr durch das Saugventil hindurchströmen kann.
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Die Abb. i, z und 3 zeigen Beispiele der vorliegenden Erfindung. i
ist der Kolben. Der Boden desselben ist in bekannter Weise so ausgebildet, daß die
gegen denselben einströmende Flüssigkeit an demselben abgelenkt wird, um möglichst
viel von seiner Strömungsenergie an den Kolben nutzbar abzugeben.
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ist das Druckventil, 3 der rohrförmige Schieber, der durch Exzenter
angetrieben wird, und 4. das Gehäuse mit Druckventilsitz und den Saugkanälen. Von
der Lauffläche des Kolbens führt ein aus der radialen in die axiale h ichtung gekrümmter
Kanal 5 nach dem Kolbenboden, der durch einen Ventilring 6 abgeschlossen ist. Die
linke Seite der Abb. i zeigt das Ventil in geöffnetem, die rechte in geschlossenem
Zustande. Der Ventilring 6 führt sich an der Hubbegrenzung gegen die sich der Ventilring
in geöffnetem Zustande legt, und die den Ring ganz überdeckt, damit er durch die
gegen den Kolbenboden strömende Flüssigkeit nicht zugeschlagen wird. Die Außenfläche
der Hubbegrenzung 7 ist so ausgebildet, daß das an dein Kolbenboden entlang strömende
Wasser möglichst wenig Widerstand daran findet.
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Abb. z ist ein Grundriß des Kolbens.
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Das Saugventil 6 öffnet zu Beginn des Saughubes, wenn der Schieber
bereits geöffnet hat, und läßt Flüssigkeit von dem Saugkanal nach dem Hubraum der
Pumpe übertreten, so daß derselbe mit Flüssigkeit gefüllt bleibt.
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Das Ventil benötigt im allgemeinen keine Feder, da es gegen Ende des
Saughubes des Kolbens durch seine Trägheit geschlossen wird und da kein Wasser mehr
durch das Ventil tritt, sobald die radial gerichteten Eintrittsöffnungen des Kanals
3 durch die Zylinderlauffläche abgeschlossen werden. Es bietet daher der durchströmenden
Flüssigkeit wenig Widerstand. Nur bei sehr hohen Drehzahlen können Ventilfedern
erforderlich werden, um zu verhindern, daß das Ventil gegen Ende des Druckhubes
sich infolge seiner Trägheit öffnet, bevor der Schieber geöffnet hat.
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Diese Erfindung bietet eine Reihe von Vorteilen. Zunächst wird die
Entstehung eines Vakuums und dadurch bedingter Stoß und Mehrverbrauch an Arbeit
verhindert. Auch nachdem der Rand des Kolbens den Hubraum für den Wassereintritt
geöffnet hat, läßt das Ventil 6 im Kolbenboden noch Wasser in den Hubraum eintreten
und erhöht dadurch den nutzbaren Druck auf den Kolbenboden. Die durch das Ventil
6 angesaugte Flüssigkeit tritt radial in den Kolben ein und wird in die axiale Richtung
abgelenkt und dabei beschleunigt und gibt durch Ablenkung und Reaktion nutzbare
Arbeit an den Kolben ab, die zum geringen Teil aufgehoben wird durch den nach oben
wirkenden Druck des Ventilringes gegen die Hubbegrenzung 7. Von Beginn des Saughubes
ab strömt das Wasser durch den Kanal 5 und durch die Saugkanäle im Gehäuse .I. Die
Flüssigkeit in den Saugkanälen ist also schon in Bewegung, wenn der Kolben den Hubraum
eröffnet, und braucht viel weniger beschleunigt zu werden als ohne Ventil 6; hierdurch
wird die Füllung der Pumpe erleichtert und der Saugwindkessel entlastet. Das Ventil
6 stört nirgends den Wasserstrom in der Pumpe, da es in geschlossenem Zustande ganz
außerhalb des Wasserstromes liegt. Den oberen Rand der radialen Einströmöffnungen
des Kanals 5 wird man möglichst nahe am Rande des Kolbenbodens anordnen, damit möglichst
lange Wasser durch das Ventil 6 in den Hubraum einströmt. , Bei Kolben von großen
Durchmessern kann man auch mehrere konzentrische Ringe in dem Kolbenboden anordnen.
Man kann statt der großen Ventilringe auch kleine Gruppenventile anordnen.
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In Abb. 3 sind die Saugventile radial in der Lauffläche des Kolbens
angeordnet. 8 ist der Kolben, g der Ventilsitz, io das Ventil und i i eine Hubbegienzung.
Solche radial angeordneten Ventile müssen durch Federn belastet werden.