XXVI. Atmosphärische Saug- und Druckpumpen mit ununterbrochenem Strahl; von A. George, Ingenieur in Paris. Aus Armengaud's Génie industriel, Januar 1863, S. 4. Mit Abbildungen auf Tab. II. George's atmosphärische Saug- und Druckpumpen mit ununterbrochenem Strahl. Der Erfinder beabsichtigt bei diesem neuen Pumpensystem (patentirt in Frankreich am 3. December 1860) sowohl die Vortheile der bisherigen Entwässerungsmaschinen beizubehalten, als auch namentlich deren Nachtheile zu vermeiden. Bekanntlich war man bisher genöthigt die eigentliche Pumpe in geringer Höhe (weniger als 10 Meter) über der Wasserfläche anzubringen, und sie daher, wenn in großen Tiefen geschöpft werden soll, mit Transmissionsstangen von bedeutender (in Bergwerken nicht selten von 300 Met.) Länge zu versehen, welche beträchtlichen Kraftverlust verursachen. Außerdem kann man den Kolben nur einen geringen Hub geben und der Windkasten vermag seine Aufgabe bloß mangelhaft zu erfüllen. Die fortwährenden Stöße, welche die Maschinentheile erleiden, erfordern einen vermehrten Kraftaufwand und veranlassen, ebenso wie die nothwendig sehr vervielfachten Ventilbewegungen, eine rasche Abnutzung dieser Theile. Ja es kommen bei manchen Pumpen in Folge dieser Stöße sogar Röhrenbrüche vor. Fernere Ursachen der Zerstörung sind: die Schwierigkeit des Schmierens der sich reibenden Theile, ihre rasche Oxydation, und nicht selten der Sand und das Gerölle in manchen Wassern. In vielen Bergwerken gestatten die Verhältnisse die Anlage senkrechter Brunnenschachte nicht, und man ist daher genöthigt die Entwässerungsmaschinen im Inneren der Bergwerke selbst anzubringen. Endlich kann man in zahlreichen Industriezweigen die gewöhnlichen Pumpen für dicke, schleimige oder ätzende Flüssigkeiten nicht anwenden. Vortheile des neuen Systems. – Allen diesen Nachtheilen gegenüber bietet das nun zu beschreibende neue System folgende Vortheile: Die das Wasser bewegende Kraft wird durch atmosphärische Luft geliefert, wovon sich eine bestimmte Menge in geschlossenen Behältern befindet und abwechselnd ausgedehnt und comprimirt wird; durch die Ausdehnung wird das Wasser aufgesaugt, durch die Compression emporgedrückt. Die atmosphärische Luft tritt überhaupt an die Stelle der gewöhnlichen Pumpenkolben, und wirkt, wie diese, in Cylindern oder Wasserkasten mit den erforderlichen Ventilen. Es wird dadurch ebenso das Saugen und Drücken, jedoch mit folgenden Vortheilen, erreicht: 1) alle Stöße und plötzlichen Bewegungen fallen weg, und die Leitungsröhren sind dem Brechen nicht mehr ausgesetzt; 2) da keine Reibung von einiger Bedeutung stattfindet, so fällt auch die Abnutzung und mithin die Nothwendigkeit des Schmierens der betreffenden Theile weg; 3) es können beträchtliche Pressungen angewendet und fortgepflanzt werden; 4) die Pumpenkörper, worin die Bewegung ausgeübt wird, brauchen weder regelmäßig geformt noch genau gearbeitet zu seyn, und müssen nur die Bedingung vollständig hermetischen Schlusses erfüllen; 5) die Transmissionsröhren für die Luft, zwischen den Behältern und den eigentlichen Wirkungspunkten, können beliebig ausgedehnt und gekrümmt seyn; sie gestatten daher, die Kraft nach Entfernungen und Punkten zu übertragen, welche man mit den gewöhnlichen Pumpen nicht erreichen könnte; 6) diese Uebertragung der Kraft nach jeder beliebigen Entfernung und Richtung, erreicht man ohne Vermittelung eines mechanischen Organes am eigentlichen Arbeitspunkte, und es liegen daher die sämmtlichen Maschinentheile unter den Augen und im Bereiche des Maschinenwärters; 7) eine sehr einfache Vorrichtung bewirkt die Gleichzeitigkeit der aufeinander folgenden Kraftäußerungen und, in Folge der geringen Aenderungen des Druckes der comprimirten Luft, eine regelmäßige Bewegung der aufsteigenden Flüssigkeitsmasse, und mithin einen ununterbrochenen Strahl; 8) da die Pumpenkörper sehr groß sind, so bewegen sich die Ventile nur in langen Zwischenräumen; Reparaturen werden daher fast gar nicht vorkommen. Sandiges Wasser beschädigt die Pumpen nicht und bildet kein Hinderniß für ihre regelmäßige Arbeit. Anwendbarkeit des Systems. – Das System ist nicht allein zum Entwässern der Bergwerke, zum Versorgen der Fabriken, Städte etc, mit Wasser, sondern auch zum Befördern dicker oder trüber Flüssigkeiten, z.B. der Zuckersäfte, Farbholzextracte, Maischen und überhaupt chemischer Producte anwendbar. Endlich ist hervorzuheben, daß man die Pumpenkörper, die Ventile und Steigrohre aus Glas, Sandstein oder einer anderen von Säuren nicht angreifbaren Substanz herstellen kann, und daß daher die Pumpen für alle Flüssigkeiten anwendbar sind, welche die gewöhnlichen Materialien der Pumpen zerstören würden. Der Erfinder bemerkt außerdem, daß der Nutzeffect zu der bewegenden Kraft in dem bestmöglichen Verhältniß steht. Beschreibung der Pumpe. Fig. 13 gibt einen Aufriß einer stehenden atmosphärischen Pumpe, welche an einem Brunnen mit einem Steigrohr von mehr als 1 Atmosphäre Druck arbeitet; sie wird direct durch eine Dampfmaschine bewegt. Fig. 14 stellt eine tragbare atmosphärische Pumpe dar, welche zu verschiedenen Zwecken dient und ein Steigrohr von weniger als 1 Atm. Druck besitzt; sie ist zur Handbewegung bestimmt, kann aber auch durch jeden beliebigen Motor betrieben werden. Erste Pumpe, Fig. 13. – Die Haupttheile dieses Systems sind: 1) der Dampfcylinder A mit der Kolbenstange d, deren Führung a', der Bleuelstange b, der Kurbel c und dem auf der Achse A' sitzenden Schwungrad V; 2) der Luftcylinder E, welcher gleichzeitig als Verdünnungs- und Compressionspumpe wirkt; hierzu besitzt er zwei Ventilpaare, nämlich e, e' zum Einsaugen und i, i' zum Auspressen der Luft. Sein Kolben wird direct durch die verlängerte Stange des Dampfkolbens getrieben, welche hierzu durch die Stopfbüchsen x, x', x² geht; 3) der Luftbehälter H für die in E comprimirte Luft; 4) zwei Pumpenkörper L, L' mit einfacher Wirkung, ohne Kolben und mit den doppelten Ventilen v, v', y, y'; 5) ein Umsetz- oder Steuerapparat O, welcher unten beschrieben wird und den Zweck hat, die Richtungsänderung für den Ein- und Austritt der Luft in den Pumpenkörpern zu bewerkstelligen; die Röhre I stellt die Luftverbindung zwischen den Saugventilen e, e' des Luftcylinders E und dem Steuerapparat O her; ebenso verbindet das Rohr I' die Druckventile i, i' mit dem Druckcylinder H. Das Luftventil J an dem kleinen Behälter G in dem Saugrohr läßt Luft in den Apparat treten, wenn die Verdünnung in demselben zu groß wird. Hierdurch werden die Luftverluste durch Absorption und Undichtheiten vermieden. Endlich ist auf dem Behälter H ein Sicherheitsventil K angebracht. Die beiden Pumpenkörper L, L' befinden sich im Brunnen, so daß ihre unteren Enden mit den Ventilbüchsen sich in einer geringen, der zu erzielenden Luftverdünnung entsprechenden Höhe über dem Wasser befinden. Das Wassersaugrohr N communicirt mit den Saugventilen v und y der Pumpen, während die Druckventile v' und y' durch ein Gabelrohr mit dem Steigrohr N' communiciren. Der Hahn N² im obern Theile des Steigrohrs vermittelt und regelt den Wasserausfluß. Die Verbindung für die Luft zwischen den Pumpenkörpern und dem Steuerapparat geschieht durch die beiden Röhren P, P' von so geringem Durchmesser, daß die schädlichen Räume für den Luftzutritt möglichst vermindert werden. Ein Rohr Q verbindet das Luftsaugrohr I, und das Rohr R den Behälter H mit dem Steuerapparat. In dem Rohr R befindet sich der Hahn S, für den Fall daß die comprimirte Luft abgesperrt werden soll. Der auf einem besonderen Fundament aufgestellte Steuerapparat O besteht aus der geschlossenen Kammer T, worin sich eine gewöhnliche Schiebersteuerung befindet, welche abwechselnd die beiden Eintrittsöffnungen schließt und öffnet, während die mittlere Austrittsöffnung stets vom Schieber bedeckt bleibt. Der Schieber hat eine verhältnißmäßig langsame Bewegung, da die Richtungsänderungen nur im Verhältniß der Zeit zu geschehen haben, welche zum Anfüllen und Entleeren der Pumpenkörper erforderlich ist. Die Bewegung erfolgt mittelst der Zahnräder o, o', o², der Riemenscheibe U mit dem Riemen U', und der Scheibe a² an der Welle A'. Der Krummzapfen v' bewegt somit den horizontalen Schieber langsam hin und her; jede Bewegung bewirkt einen Hub der Wasserpumpe. Diese Steuerung kann natürlich durch jede andere entsprechende Vorrichtung ersetzt werden. Bei jeder Schieberbewegung hat die Eintrittsöffnung für die comprimirte Luft einen Vorsprung vor dem Austritt, so daß der Druck in dem vollen Pumpenkörper schon wirkt, ehe er in dem leeren aufhört. Es bleibt also die steigende Flüssigkeitssäule immer unter Druck, und das Wasser fließt in continuirlichem Strahl aus. Der Luftcylinder E, welcher die Luft direct aus den Pumpenkörpern saugt und in den Behälter H preßt, wirkt zum Theil als Motor, indem er die Spannkraft der Luft bei ihrer Rückkehr aus den Pumpenkörpern benutzt, nachdem dieselbe ohne Expansion oder mit schwacher Expansion auf die zu hebende Wassersäule gewirkt hat. Hieraus folgt, daß die behufs der Zusammendrückung der Luft zum Heben der Wassersäule erforderliche Arbeit dem Motor größtentheils wieder ersetzt wird. Die Kraft, welche verwendet wird, um die Luft soweit zu comprimiren, daß sie der Wassersäule das Gleichgewicht hält, ist unabhängig von der zum Heben des Wassers dienenden Kraft. Die Benützung der Expansion der aus den Pumpen kommenden Luft ist sonach von großer Wichtigkeit für die Apparate mit stark comprimirter Luft. Der Kolben des Luftcylinders E macht auf jeden Hub der Wasserpumpe eine zur Verdünnung der Luft in einem Pumpenkörper hinreichende Anzahl von Schwingungen, bei der hier beschriebenen Maschine nämlich 40 auf jeden Hub. Während der letzten 20 Schwingungen ist die Luft hinreichend verdünnt, um das Aufsaugen der Flüssigkeit zu bewirken. Pumpe mit Absätzen. – Wenn die zu hebende Flüssigkeit einen 15–20 Atmosphären übersteigenden Druck ausübt, so werden in gleichen Zwischenräumen mehrere Pumpen mit Sammelbehältern in der Höhe einer jeden Unterbrechung der Steigung aufgestellt, so daß sowohl das Saugen wie das Hinaufdrücken, in Absätzen oder Stufen geschieht; dieß vermindert den Druck der Luft auf denjenigen, welcher für einen einzelnen Absatz erforderlich ist. Einen directen Ausfluß bei großen Höhen zu erhalten, wäre zwar nicht unmöglich, aber es würde sehr schwierig seyn, die Apparate für sehr stark comprimirte Luft dicht zu erhalten. Durch die Verdichtung der Luft kann eine Erhitzung der Organe nicht hervorgebracht werden, weil immer ziemlich dieselbe Luftmasse abwechselnd verdünnt und verdichtet wird, sich also die Erhitzung und Abkühlung ausgleichen. Was die Leistungsfähigkeit der Maschine betrifft, so ist die hier beschriebene Pumpe darauf berechnet 300 Liter Wasser in der Minute 100 Meter hoch zu heben. Die wirkliche Arbeit der Dampfmaschine beträgt in der Secunde 900 Kilogramm-Met, oder 12 Pferdekräfte. Jeder Hub der Wasserpumpe kann 150 Liter liefern; in der Minute macht die Pumpe zwei Hübe. Da der Apparat zwei Pumpenkörper enthält, so hebt und senkt sich jedes Ventil nur einmal in der Minute. Im Luftcylinder macht der Kolben 40 Hübe auf jeden Hub der Wasserpumpe, mithin 80 Hübe in der Minute und das Schwungrad 40 Umgänge in derselben Zeit. Die Luft wird im Mittel auf 12 Atmosphären comprimirt. Die Maschine ist sehr einfach und hat weit weniger bewegliche Theile als eine gewöhnliche Pumpe für gleichen Zweck: außer dem Luftcylinder und dem Steuerapparat, welche aber nicht complicirt sind, besteht der Apparat fast nur aus Behältern und Röhren, lauter Theilen, die keinen Störungen ausgesetzt sind und keiner kostspieligen Unterhaltung bedürfen. Betrieb der Maschine. – Wenn die Maschine in Betrieb gesetzt wird, bringt die Luftpumpe eine Luftverdünnung in demjenigen Pumpenkörper hervor, dessen Luftleitung bei der betreffenden Stellung des Steuerapparates mit dem Luftcylinder verbunden ist. Die ausgepumpte Luft wird zugleich in den großen Cylinder geleitet und darin comprimirt. Sobald der Steuerschieber die Richtung der Luftströme umsetzt, geht die comprimirte Luft in den so eben durch die Luftleere mit Wasser gefüllten Pumpenkörper und drückt dieses Wasser, ihrer eigenen Spannung entsprechend, in dem Steigrohr in die Höhe. Unterdessen wird der andere Pumpenkörper mit dem Luftcylinder verbunden, sein Luftinhalt verdünnt und das Wasser in demselben aufgesaugt. Nach einer weiteren Umsteuerung der Luftleitung geht die comprimirte Luft in den letzteren Pumpenkörper, drückt das Wasser in die Höhe u.s.w. Die Spannung der Luft nimmt im Compressionscylinder in dem Maaße zu, als das Wasser in die Höhe steigt, so daß sie, wenn das Wasser am Ausflußrohr angelangt ist, das bestimmte Maximum erreicht hat; in diesem Augenblick muß sich das Sicherheitsventil heben und den Ueberschuß der eingepumpten Luft entweichen lassen. Nach diesen Erscheinungen regulirt man den Gang der Maschine. Sollte am Ausfluß das Wasser mit Luft gemengt erscheinen (was die Regelmäßigkeit des Ganges der Maschine beeinträchtigen würde), so wäre dieß ein Zeichen, daß sich die Pumpenkörper unter dem Einfluß der comprimirten Luft in kürzerer als der zu einer Bewegung des Steuerschiebers erforderlichen Zeit entleeren. Man muß alsdann die Ausflußgeschwindigkeit des Wassers durch den Hahn vermindern, bis keine Luft mehr mitkommt. Die Pumpenkörper dürfen sich nie vollständig entleeren, damit keine Luft durch das Steigrohr entweichen kann; ihr Inhalt ist deßhalb größer als das jedesmal zu bewegende Wasservolumen. Die Regulirung der Maschine einerseits mittelst der Eintritts- und Sicherheitsventile, und andererseits mittelst des Ausflußhahns, ist demnach von der größten Einfachheit. Das ganze System kann natürlich im Einzelnen, je nach Umständen, mannichfache Abänderungen erfahren. Zweite Pumpe, Fig. 14 – Bei der vorher beschriebenen Maschine sind die Wirkungen des Dampfcylinders und des Luftcylinders, einzeln betrachtet, während der Periode eines Pumpenhubes veränderlich, und zwar in Folge der allmählichen Verdünnung der aus der Pumpe kommenden Luft. Die Ausgleichung der Kräfte erfolgt nur durch die gegenseitige Wirkung zwischen dem Dampf- und dem Luftcylinder. Um die Bewegungen dieser beiden Cylinder unabhängig von einander und regelmäßig zu machen, braucht man nur die aus den Pumpenkörpern kommende Luft in einen besondern großen Behälter treten zu lassen, aus welchem der Luftcylinder verdünnte Luft von ziemlich constanter Spannung regelmäßig schöpft, um sie in den Compressionscylinder zu pumpen. Wenn die aus den Pumpenkörpern kommende comprimirte Luft, nachdem sie in denselben ihre Wirkung ausgeübt hat, einen verdünnte Luft enthaltenden Behälter vorfindet, so verdünnt sie sich darin natürlich je nach Verhältniß der Räume und Spannungen. Der Inhalt dieses Behälters muß so groß seyn, daß die gespannte Luft, welche nach einem Hube in denselben gelangte, den Druck darin nicht erheblich vermehrt, der stets geringer als 1 Atmosphäre bleiben muß. Allein diese Anwendung eines Depressionsbehälters wird bei sehr großen Steighöhen des Wassers unwirksam, da die in einem freien Raum sich ausdehnende Luft darin natürlich allen Nutzeffect ihrer Expansion verliert. Fig. 14 stellt eine atmosphärische Pumpe mit Depressionsbehältern dar. Bei dieser veränderten Einrichtung sind alle Theile, Luftcylinder E' Depressionsbehälter G', Compressionsbehälter H', Steuerapparat O' und Pumpenkörper L², in einen einzigen Apparat vereinigt, so daß man diese Pumpen tragbar machen und zu den verschiedensten Zwecken, jedoch nur mit geringen Steighöhen, anwenden kann. Der Apparat wird mit der Hand bewegt und besitzt dazu ein Schwungrad X mit Kurbel. Die Welle ist gekröpft und treibt mittelst einer Bleuelstange den Kolben des Luftcylinders. Wenn man eine Rolle am Ende der Welle anbringt, kann auch jeder beliebige Motor die Maschine treiben. Der Luftcylinder E' saugt durch l² die Luft aus dem Depressionsbehälter G' und treibt sie durch l³ in den Compressionsbehälter H'. Der Luftcylinder ist doppeltwirkend und hat zwei Paar Ventile, deren eines in der Zeichnung nicht sichtbar ist. Durch den Luftcylinder wird in dem Depressionsbehälter eine constante Spannung erhalten, welche weniger als 1 Atmosphäre beträgt und der Gesammt-Saughöhe entspricht; zugleich ist in dem Compressionsbehälter die Spannung constant höher als 1 Atmosphäre und entspricht der Gesammt-Steighöhe. Diese während des Ganges der Maschine nothwendige Regelmäßigkeit der Spannungen wird erreicht: 1) mittelst des Einlaßventils J' am Depressionsbehälter, durch welches nur dann Luft eintritt, wenn die Verdünnung den gewünschten Grad übersteigt; 2) mittelst des Sicherheitsventils K' am Compressionsbehälter, durch welches Luft entweicht, wenn die Spannung den bestimmten Grad übersteigt. Der Steuerapparat O' hat einen Vertheilungsschieber, welcher durch das Excentricum V' und die Zahnräder o', o² in Bewegung gesetzt wird; die Einrichtung ist so getroffen, daß beiläufig 12 Kolbenzüge des Cylinders auf einen Pumpenhub kommen. Die beiden Pumpenkörper (von denen nur der eine L² sichtbar ist) sind mit ihren Ventilen und Verbindungsröhren auf der Fundamentplatte der Maschine aufgestellt. Das Wasser kann mittelst des Saugrohres N³ leicht aus einer Tiefe von 8–9 Met. aufgesaugt werden. Der Ausfluß geschieht durch das Steigrohr N⁴ mit dem Regulirhahn. Zur Luftleitung dienen die engen Röhren P², P³ und zur Verbindung zwischen dem Compressionsbehälter und dem Steuerapparat dient das Rohr R'. Letzterer ist mit dem Depressionsbehälter G' miteist eines Röhransatzes verbunden, welcher ihm zugleich als Stütze dient. Im Uebrigen entspricht der Gang dieser Maschine demjenigen der oben beschriebenen. Schlußbemerkungen. – Die Luft- und Wasserröhren der tragbaren Pumpen, deren Cylinder im Innern eines Brunnens oder Schachtes stehen, können aus biegsamen undurchdringlichen Stoffen hergestellt werden, damit man sie von außen hinablassen und herausziehen kann. Die Maschinen lassen sich auch mit einem einfach wirkenden Steuerapparat herstellen; da aber durch diese Anordnung ein unterbrochener Strahl entsteht, so sind solche Apparate nur für geringe Hubhöhen oder besondere Anwendungen brauchbar.