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Hochdruckpumpe Zum Spritzen von Obstbaumkulturen und in Weinbaugebieten
sind Pflanzenspritzen bekannt, bei denen die Spritzflüssigkeit mit hohem Druck aus
einer offenen Düse gefördert wird. Die hohen Drücke sind erforderlich, um eine möglichst
große Reichweite des Spritzstrahles zu erreichen bei gleichzeitiger feiner Zerreißung
des Spritzmittels. Bei geringer Reichweite ist es nicht möglich, die Obstbaumkulturen
mit ausreichend guter Wirkung zu bespritzen, und als Folge der geringen Reichweite
findet man in diesen Kulturen vielfach Obstbäume, die an der Spitze von Schädlingen
vollkommen kahl gefressen sind, während an den unteren Partien der Bäume, die in
ausreichendem Maße mit Spritzflüssigkeit bedacht wurden, ein gesunder Wuchs festzustellen
ist. Zur Erzeugung des erforderlichen Druckes sind meist kleine Kolbenpumpen in
Gebrauch, und um zu erreichen, daß der Druck möglichst gleichbleibend ist, werden
Pumpen mit zwei und drei versetzt zueinander arbeitenden Kolben angewandt. Trotzdem
ist der gewünschten Druckerhöhung durch die Anwendung der Kolbenpumpe selbst eine.empfindliche
Grenze gesetzt, denn die Kolben werden üblicherweise mit Ledermanschetten oder gummiartigen
Abdichtungen versehen, weil die Spritzflüssigkeit feste Beimengungen enthält, die
das Arbeiten mit sonst für hohen Druck gebräuchlichen geschliffenen Kolben unmöglich
machen. DieseGummidichtungen und lederartigen Manschetten bedingen außerdem eine
ganz erhebliche Reibungsleistung und infolgedessen sind sie auch einem hohen Verschleiß
unterworfen.
Man ist beispielsweise auch schon dazu übergegangen,
die Zylinder aus Porzellan herzustellen, um die geschilderten Schwierigkeiten besser
zu beherrschen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile dieser bekannten
Druckpumpen zu vermeiden und ein mit einer Zahnradpumpe arbeitendes Gerät zu schaffen,
das ganz allgemein zum Fördern von Flüssigkeiten mit mechanischen, kolloidal verteilten
oder chemisch-aggressiven Beimengungen geeignet ist.
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Die Erfindung setzt eine doppelt wirkende, indirekt fördernde Membranpumpe
als bekannt voraus, die mit einer eine Arbeitsflüssigkeit in dauernden Umlauf setzenden
Pumpe und einer selbsttätig von der Pumpenwelle aus gesteuerten hydraulischen Umschaltvorrichtung
zur wechselseitigen Füllung und Entleerung von zwei Behältern ausgerüstet ist, welche
durch je eine elastische Membran in zwei Kammern unterteilt sind, in deren eine
nur die Arbeitsflüssigkeit und in deren andere nur das zu fördernde Spritzmittel
Zugang hat. Die Erfindung besteht darin, daß zur Erzeugung des Druckes der Arbeitsflüssigkeit
eine Zahnradpumpe oder eine andere rotierende Verdrängerpumpe verwendet wird, daß
.die Membranen in den Kammern senkrecht angeordnet sind und daß die Förderkammern
mit den Arbeitsflüssigkeitskammern einen geschlossenen- Körper bilden, auf dem Leitungen
zwischen den Ventilen der Förderseite an der oberen Peripherie des geschlossenen
Körpers so liegen, daß sich die Membranpumpe durch an der höchsten Stelle angebrachte
Bohrungen selbst entlüftet.
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Für den Antrieb von indirekt fördernden Meinbranpumpen hat man sowohl
Kolbenpumpen als auch Kreiselpumpen vorgesehen. Die Verwendung von Kolbenpumpen
hat den Nachteil, daß damit kein vollkommen gleichbleibender Druck erzeugt werden;
kann. und eine Kupplung der Pumpe mit einem schnell laufenden Motor nur über ein
Getriebe möglich ist. Mit Kreiselpumpen läßt sich zwar ein gleichbleibender Druck
erzielen und eine direkte Kupplung zwischen Pumpe und schnell laufendem Motor durchführen,
jedoch sind Kreiselpumpen nur für Niederdruckanlagen zu benutzen. Für kleine Fördermengen
und hohe Drücke, wie sie bei Pflanzenspritzen auftreten, sind sie nicht zu gebrauchen.
Aus diesem Grunde hat man für Pflanzenspritzen bisher nur Kolbenpumpen verwendet,
welche aber die vorgenannten Nachteile aufweisen.
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Die beim Erfindungsgegenstand Verwendung findende Zahnradpumpe oder
rotierende Verdrängerpumpe hat gegenüber den bisher bekannten Antrieben von indirekt
fördernden Membranpumpen den großen Vorteil, daß sie die Einhaltung eines hohen
gleichbleibenden Druckes gewährleistet und daß sie gleichzeitig ohne Zwischenschaltung
eines Getriebes direkt mit einem schnell laufenden Motor gekuppelt werden kann.
Gegenüber der bekannten .durch eine Kreiselpumpe angetriebenen Membranpumpe hat
der Erfindungsgegenstand den weiteren Vorteil, daß durch die senkrechte Anordnung
der Membranen eine selbsttätige Entlüftung der Membranpumpe ermöglicht ist und daß
die Membranen eine bedeutend geringere Druckbeanspruchung erfahren, weil sie nicht
zur Steuerung der Umschaltvorrichtung herangezogen werden. Außerdem wird erheblich
Platz dadurch gespart, daß bei der Erfindung die Förderkammern mit den Arbeitsflüssigkeitskammern
einen geschlossenen Körper bilden.
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Füllung und Entleerung der zwei wechselseitig zu schaltenden Behälter
wird durch einen Drehschieber bewirkt, der im willkürlich zu bestimmenden Augenblick
der Entleerung des einen Behälters eine schlagartige Umsteuerung vornimmt, um dann
in dem anderen Behälter den gleichen Vorgang auszulösen. Dabei sind die Behälter
vorzugsweise so groß dimensioniert, daß die Wechselschaltung nur jeweils in Abständen
von beispielsNveise 5 bis io Sekunden erfolgt, so daß der kurzfristige Schlag der
Umschaltung, der durch Formgebung der Füllkörper auf Bruchteile von Zehntelsekunden
zu reduzieren ist, gar nicht als Druckwechsel, wie bei Mehrzylinderkolbenpumpen,
empfunden wird.
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Die Umsteuerung verlangt deshalb sehr kurze Zeiten, damit ein periodisches
Absinken des Förderdruckes beim Umsteuervorgang vermieden wird. Da aber die Membranbewegung
nur sehr langsam erfolgen soll, beispielsweise in Abständen von jeweils 6 Sekunden,
so ergeben sich auch für den zum Umsteuern verwendeten Drehschieber nur sehr geringe
Drehzahlen von fünf pro Minute, wenn der Drehschieber beispielsweise bei einer Umdrehung
zweimal umschaltet. Um trotzdem die Steuerquerschnitte rasch freizugeben, muß der
Drehschieber im Durchmesserverhältnismäßig groß gehaltenwerden.
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Eine besondere Lösung ergibt sich, wenn der Drehschieber nicht stetig
rotiert, sondern jeweils nur beispielsweise um 30° stufenweise bewegt wird. Die
Antriebsdrehzahl des Drehschiebers kann in diesem Fall sechzig pro Minute betragen,
und die Steuergeschwindigkeit beim Überfahren der Steuerschlitze ist bei gleichem
Durchmesser des Steuerschiebers zwölfmal größer als bei stetiger Bewegung ,des Drehschiebers.
Der Drehschieber kann dementsprechend kleiner ausgeführt werden und ergibt trotzdem
noch eine höhere Steuergeschwindigkeit als ein stetig rotierender Drehschieber.
Auch verringert sich der Bauaufwand für den Steuerschieber erheblich, indem die
Untersetzung von der Pumpenwelle zur Schaltwelle bei dem Beispiel um i : 12 geringer
wird.
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Der Antrieb des Steuerschiebers besteht für die stufenweise Schaltung
beispielsweise aus einem Kettenrad mit zwölf Zähnen, die bis auf den Teilkreisdurchmesser
verkürzt sind, und aus einem treibenden Rad, das nur eine einzige Mitnehmerrolle
trägt. Zweckmäßig wird das Kettenrad nach jeder Teildrehung in seiner Stellung verriegelt,
wozu aus dem Getriebebau bekannte einfache konstruktive Lösungen dienen können.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung sind aus der nachfolgenden Beschreibung
eines Ausführungsbeispieles des Erfindungsgedankens zu entnehmen. In
Fig.
i ist schematisch der Leitungsplan der erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe dargestellt;
Fig. 2 und 3 zeigen in Draufsicht bzw. im Schnitt die Antriebsvorrichtung für die
hydraulische Umschalteinrichtung; Fig. 4 stellt die Befestigungsart der Membran
zwischen den Flanschen des Förderbehälters dar. In Fig. i ist i der Pumpenkörper,
der durch die beiden Membranen .2 und die Trennwand 3 in vier Kammern 18, i9,2o
und 2i unterteilt ist. Diebeiden inneren Kammern stehen mit dem von der Förderflüssigkeit
gebildeten Ölkreislauf in Verbindung. An der oberen Peripherie dieser Kammern sind
die 'Leitungen 5 und 6 angeordnet, die durch Saugventile 7 und Druckventile 8 die
Trennung der Räume beim Druckwechselvorgang von der Saug-bzw. Druckseite der Pumpe
bewirken. Hinter den Druckventilen münden die beiden Leitungen 23u in die gemeinsame
Spritzleitung 9.
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Zur stetigen Entlüftung der Halbkugeln dienen die Öffnungen io, zur
Entlüftung der Ölkammern bei der Füllung des Ölkreislaufes die Ventile i i. Die
Umsteuerung der Ölkammern geschieht durch das Schieberpaar 12, 13, das seinerseits
den Bewegungsimpuls vom Drehschieber 14 erhält, der durch ein in .der Fig. i nicht
dargestelltes Getriebe mit einer der Pumpendrehzahl verhältigenDrehzahl umläuft.
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Der Drehschieber kann stetig rotieren, wenn er mit Rücksicht auf die
Steuergeschwindigkeit beim Umschalten genügend groß ausgeführt wird, oder er wird
durch ein in Fig. 2 und 3 dargestelltes Getriebe nur jeweils um 3o° bei einer Umdrehung
des Antriebsrades des Getriebes bewegt. Im Ölkreislauf befindet sich noch däs Überstromv
entil 16, dessen Feder stufenweise auf höhere Spannung gebracht werden kann in bekannter
Weise, und das zur vollständigen Abdichtung gegen Lufteintritt mit einer Membran
30 versehen ist. Ferner befindet sich im Ölkreislauf das Ölfilter 17 und
der Ölkühler 23, der zweckmäßig im Gegenstrom von der Spritzflüssigkeit aus dem
Behälter 24 durchflossen wird.
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Der Ölkreislauf führt beispielsweise aus der Kammer 18 durch die Leitung
25 zum Steuerschieber 13 und weiter durch die Leitung 26, den Ölkühler 23 und die
Leitung 27 zur Saugseite der Pumpe 15. Das aus der Kammer 18 abgesaugte Öl wird
durch die Leitung 28, den Ölfilter 17 zum Schieber 12 gepumpt, von wo aus es durch
die Leitung 29 in die Kammer i9 gelangt.
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Um das wechselnde Volumen des Öles auszugleichen und um gleichzeitig
auch die Füllung des Gerätes vornehmen zu können, kann der Ölausgleichsbehälter
31 vorgesehen werden, der mit einem Überdruckventil 32 und einem Unterdruckventil,
einem sogenannten Schnüffelventil 33, mit dem Ölkreislauf in Verbindung steht.
Der Absperrhahn 34 wird nur bei der Füllung des Gerätes mit Öl betätigt und bleibt
im Betrieb normalerweise geschlossen. Der Absperrhahn wird auch zweckmäßig unterhalb
von dem Ölspiegel in dem Behälter selbst angebracht, um dem Ansaugen von Falschluft
vorzubeugen, ebenso wie das Überdruck- und Unterdruckventil 32 und 33.
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Wenn der Drehschieber 14, der über ein nicht dargestelltes Untersetzungsgetriebe,
das an die Welle 41 angreift, mit der Pumpe 15 gekuppelt ist, die Umschaltstellung
erreicht hat, wird die mit Leitung 37 verbundene Kammer des Drehschiebers über die
Bohrung So und über die Leitung 38 an die Druckseite der Pumpe angeschlossen, während
Leitung 36. über die Bohrung 51 durch Leitung 35 Saugleitung wird. In der gezeichneten
Stellung sind die Leitungen 36 und 37 durch die sich kreuzenden, aber in verschiedenen
Ebenen verlaufenden Bohrungen 49 mit den Leitungen So bzw. 51 verbunden. Durch diesen
Druckwechsel werden die Steuerschieber 12 und 13 umgesteuert, wodurch auch die Leitungen
25 und 29 den Druck wechseln.
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Bei Fortfall der indirekten Steuerung werden die Kammern 18 und i9
direkt an 36 und 37 angeschlossen.
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In F ig. 2 und 3 bedeutet 41 die Antriebswelle für den Drehschieber,
auf die das Zahnrad 39 fest aufgekeilt ist. In die bis auf den Teilkreisdurchmesser
abgestumpften Zähne greift eine auf Zapfen 43 laufende Rolle ein, die auf dem dem
Teilkreis des getriebenen Rades entsprechenden Kreis des treibenden Rades, das auf
Welle 44 sitzt, umläuft. Das treibende Rad 42 hat einen Kranz 42a, der so weit unterbrochen
ist, wie notwendig ist, um die Verriegelungszapfen 4o beim Schaltvorgang durchlaufen
zu lassen. Nach der Teilbewegung des Schaltrades schiebt sich der Rand 42a so zwischen
zwei benachbarte Zapfen 40, daß das Schaltrad so lange blockiert ist, bis der Zapfen
43 eine weitere volle Umdrehung vollführt hat. An Welle 44 kann ein beliebiges Untersetzungselement
von der Pumpenwelle aus angreifen.
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Ein besonders wichtiges Bauelement der Pumpe ist die Fördermembran.
Sie wird aus einem ölfesten und wegen der Biegebeanspruchung an der Einspannstelle
möglichst weichen Gummi hergestellt. Beim Zusammenschrauben der Flanschv erbindungen
des Pumpenkörpers wird der Membranflansch sehr stark zusammengedrückt, da die Flansche
wegen des hohen Druckes der Pumpe mit sehr hohem spezifischem Druck aufeinandergepreßt
werden müssen. Der Gummi beginnt zu fließen, und die Bohrungen für die Flanschbolzen
im Membranflansch können sich so weit dehnen, daß zwischen der Öl- und Wasserseite
der Pumpe Kurzschluß entstehen kann. Die Membran wird daher mit einem Ring von vorzugsweise
rechteckigem Querschnitt versehen, auf den an der Innenseite und den beiden Stirnseiten
der Gummi fest aufvulkanisiert wird. Der Außendurchmesser des Ringes ist kleiner
als der um die Bolzenstärke verringerte Teilkreisdurchmesser der Pumpenflansche,-und
die Gummistärke ist so bemessen, daß sie nur beispielsweise um ein Drittel zusammengedrückt
wird, wenn die Pumpenflansche fest ohne Zwischenlage aufeinandergepreßt werden.
Auf diese Weise wird das Einreißen der Membran an der Einspannstelle vermieden.
Fig:
4 zeigt die Einspannung der Membran im Schnitt.
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Es ist 45 der Flansch der halbkugelförmigen Förderkammer, 46 der Flansch
der Ölkammer. Der in den U-förmigen Rand 52 der Membran 2 einvulkanisierte. Ring
ist 47. -