Versuche an Pumpen-Ringventilen.Vergl. von demselben Verf. D. p. J. 1907, S. 353 und von demselben Verf. Z. d. V. d. I. 1905, S. 485, 618 u. f. Von Professor L. Klein, Hannover. Versuche an Pumpen-Ringventilen. Zur Berechnung der Ventilgröße ist notwendig die Kenntnis der Ausflußziffer μSiehe von demselben Verf. D. p. J. 1907, S. 388., unter welcher man im allgemeinen das Verhältnis versteht zwischen der wirklich austretenden Wassermenge und derjenigen, welche ohne Verengung des Strahles, ohne Wirbelung und Reibung der Wasserteilchen austreten würde: \mu=\frac{\mbox{Sekundlich ausfließende Wassermenge}\,\times\,\mbox{Zeit}}{\mbox{Austrittsspalt}\,\times\,\mbox{Austrittsgeschwindigkeit}\,\times\,\mbox{Zeit}} Hierin ist: Die Austrittsgeschwindigkeit =\sqrt{2\,g\,(h_u-h_0)}; hu– h0 in m Wassersäule der zur Geschwindigkeitserzeugung aufgewendete Druckunterschied unter- und oberhalb des Ventiles;       g = Beschleunigung der Schwere = 9,81 m/Sek.2 Der Druckunterschied hu – h0 in dem Ventil wird hervorgerufen durch das Eigengewicht des Ventils unter Wasser, vermehrt um die Ventilbelastung. Beide zusammen üben auf das Wasser einen Druck = B kg aus. Seine Größe ergibt sich für den Augenblick der Ventileröffnung, also bei noch ruhendem Wasser unter dem Ventile zu: B = f (hu – h0)γ worin f = Ventilunterfläche in qm, γ = Gewicht von 1 cbm Wasser. Bei geöffnetem Ventil, also bei strömendem Wasser unter ihm, wird der Druck auf den Ventilring ein anderer sein, denn ein Teil des ganzen im Ventil aufgewendeten Druckunterschiedes hu – h0 wird schon in Geschwindigkeit umgesetzt sein, ehe das Wasser den Ventilring erreicht, und wird in Form von Geschwindigkeit bleiben, nachdem es das Ventil verlassen hat; außerdem wird strömendes Wasser anders auf das Ventil wirken als ruhendes. Es wird sein: B=\frac{1}{x}\,f\,(h_u-h_0)\,\gammaVergl. Klein D. p. J. 1907, S. 386., worin ich x die Druckziffer nenne. Sowohl μ als auch x können nur durch Versuche bestimmt werden, und schien es mir zweckmäßig, die wenigen für Ringventile vorliegenden VersucheVergl. von demselben Verf. D. p. J. 1907, S. 353 und von demselben Verf. Z. d. V. d. I. 1905. S. 485. 618 u. f. zu ergänzen. Die nachfolgend beschriebenen Versuche habe ich im Ingenieur-Laboratorium der Kgl. Techn. Hochschule zu Hannover durchgeführt, dessen Leiter, Herrn Geheimen Regierungsrat Professor Frese ich auch an dieser Stelle für sein freundliches Entgegenkommen vielmals danke. Zunächst habe ich die Versuchseinrichtung durch Ausführung eines Differenz-Indikators vervollständigt, so daß ich den Druckunterschied an dem in der Pumpe arbeitenden Ventile direkt messen konnte. Im Gegensatz zu früherVergl. D. p. J. von demselben Verf. 1907, S. 388. war es mir nun möglich, sowohl die Ausflußziffer μ als auch die Druckziffer x unabhängig voneinander an dem arbeitenden Ventil festzustellen. Untersucht wurde erstens ein Ringventil (Fig. 1) von denselben Hauptabmessungen wie das früher benutzteD. p. J. 1907, S. 354, Fig. 2., das aber an Stelle der Hülsenführung und Gewichtsbelastung eine reibungsfrei arbeitende Führung und Federbelastung besitzt, und zweitens ein ähnlich belastetes und geführtes Ventil mit breiterem Ring und ebener Sitzfläche (Fig. 2). Hierüber soll im folgenden berichtet und der Reihe nach beschrieben werden: 1. die Ventile, 2. die Versuchseinrichtung, 3. die Federeichungen, 4. die Durchführung und 5. die Ergebnisse der Versuche. 1. Die Ventile. Die Außendurchmesser der beiden Ventilringe mußten mit Rücksicht auf den Druckventilkasten der vorhandenen Pumpes. D. p. J. 1907, S. 353, Fig. 1., in dem sie arbeiten sollten, gleich groß = 188 mm gemacht werden. Das eine Ventil (Fig. 1 u. 3) hat ebenso wie das früher untersuchte einen mittleren Durchmesser von 166 mm, einen 16 auf 22 mm breiten Ring und Sitzflächen unter 45°; das andere (Fig. 2 und 3) hat einen mittleren Durchm. von 158 mm, einen 30 mm breiten Ring und Sitzflächen unter 90° zur Bewegungsrichtung, also ebene Sitzflächen. Bei jedem Ventil wurde, wie aus den Fig. 1 und 2 zu erkennen ist, die Führung und die Belastung durch eine Feder F bewirkt, welche aus einem Hohlzylinder doppelgängig geschnitten, oben in die Mutter und unten in den Ventilring gut eingepaßt ist. In Fig. 4 ist die Feder des Ventils 2 dargestellt. Diese Führung arbeitet reibungsfrei und hat sich im Betriebe recht gut bewährt. 2. Die Versuchseinrichtung. Bei jedem Versuch war für eine bestimmte Ventilstellung zu ermitteln: a) die aus dem Ventil fließende Wassermenge = d W, b) der Austrittsquerschnitt des Ventils = q, c) der Druckunterschied = hu – h0 in m Wassersäule und d) der Druck des Wassers auf den Ventilring. Alle vier Größen lassen sich am sichersten für die Ventilstellung messen, welche zur Zeit der Plungerhubmitte stattfindet. Textabbildung Bd. 323, S. 290 Fig. 1. Pumpenringventil mit kegelförmigem Sitz. Fig. 2. Pumpenringventil mit ebenem Sitz. a) Die aus dem Ventil strömende Wassermenge d W ist für diesen Augenblick gleich derjenigen, welche vom Plunger geliefert wird, weil das Ventil zu dieser Zeit in Ruhe bleibt, und nicht wie z.B. während des Ansteigens unter dem Ventilring Platz für einen Teil des Wassers geschaffen wird. d\,W=\frac{\pi\,\vartheta^2}{4}\,\frac{s\,\pi\,n}{60}\,d\,t. Hierin ist   ϑ = Plungerdurchm. = 0,1246 m, \frac{s\,\pi\,n}{60}= Kolbengeschwindigkeit zur Zeit der Hubmitte,    s = Kolbenhub = 0,299 m,    n = minutliche Doppelhubzahl. b) Der Austrittsquerschnitt des Ringventils = q besteht aus den beiden Austrittsspalten, deren nutzbare Höhe gleich dem Ventilhube h mal dem sinus des Abschrägwinkels β, und deren Länge gleich dem inneren, bezw. äußeren Ringumfang ist q = 2 D π h sin β. Hierin ist D = der mittlere Durchmesser des Ventilringes, D = 0,166 m bezw. 0,158 m, β = 45° bezw. 90°. Veränderlich und für jeden Versuch zu bestimmen, bleibt der Ventilhub h. Er wurde mit Hilfe der aus Fig. 3vergl. auch D. p. J. 1907, S. 354, Fig. 1. ersichtlichen Vorrichtung, bestehend aus Hartgummirollen R, den Hebeln L2 und L1 mit dem Schreibstift S, sowie der in Spitzen gelagerten Welle W, auf die Papiertrommel T eines Indikators aufgezeichnet. Um etwaigen toten Gang dieser Schreibvorrichtung unschädlich zu machen, wird der Hebel L1 durch eine schwache Feder F nach abwärts gezogen. Die Welle ist, wie in Fig. 3 erkennbar, dadurch reibungsfrei durch die Wand des Ventilkastens hindurchgeführt, daß an Stelle der Stopfbüchse eine Gummischeibe G angebracht wurde, welche innen an der Welle, und außen am Ventilkasten festgeklemmt ist. Bei den kleinen Drehungen, welche die Welle W zu machen hat, wirkt diese Gummischeibe wie eine Torsionsfeder, sie wird Reibungsverluste nicht verursachen, wohl aber die Federbelastung des Ventils vergrößern, muß also schon bei deren Eichung eingebaut sein. Die so gewonnenen Diagramme (s. später Fig. 8 bis 28) ergeben den im Verhältnis der Hebel L1 : L2 = 263 : 55, also auf das 4,78 fache vergrößerten Ventilhub. Textabbildung Bd. 323, S. 290 Fig. 4.Feder F1 zur Führung und Belastung des Ventils nach Fig. 2. c) Der Druckunterschied hu – h0 wurde mit Hilfe eines Differenzindikators (Fig. 5) gemessen, den ich mir zu diesem Zweck aus einem gewöhnlichen Rosenkranzindikator konstruiert habe. Zwischen den Deckel und den Indikatorzylinder habe ich ein Zwischenstück Z eingeschaltet, welches gestattet auch über den Indikatorkolben Druckwasser zu bringen, und welches außerdem durch den Schlauch S mit dem Hahngehäuse unter dem Indikator verbunden wird. Bei geöffnetem oberen, und in die Stellung I gedrehtem unteren Hahn wird der über dem Pumpenventil herrschende Druck h'0 sowohl über, als auch unter den Indikatorkolben geleitet, und die dieser Pressung entsprechende Linie h'0 im Diagramm geschrieben. Wird nun der untere Hahn in die Stellung II (Fig. 5) gedreht und dadurch der Raum unter dem Indikatorkolben mit dem Raum unter dem Pumpenventil verbunden, gleichzeitig aber gegen den Umführungsschlauch S abgeschlossen, so wird unter dem Indikatorkolben derselbe Druck h'u auftreten wie unter dem Ventil, während an den Druck verhältnissen über dem Indikatorkolben nichts geändert wird. Gegenüber dem Zustand beim Schreiben der h'0-Linie wird jetzt die untere Seite des Indikatorkolbens eine Pressung h'u, in m Wassersäule gemessen, erfahren. Während der Druckperiode, also bei geöffnetem Druckventil ist h'u größer als h'0, der Schreibstift wird um den gesuchten Wert h'u – h'0 in die Höhe gehen. Während der Saugperiode, bei geschlossenem Druckventil, ist die Pressung unter diesem viel kleiner als h0; der Indikatorkolben und mit ihm der Schreibstift werden so weit nach abwärts gehen, wie der als Hubbegrenzung dienende Unterlagring A (Fig. 5) gestattet. Textabbildung Bd. 323, S. 291 Fig. 5.Differenzindikator zur Messung- won h'u – h'0. d. Der Druck des Wassers auf das Ventil. Das Ventil erleidet für die der Betrachtung zugrunde gelegte höchste Stellung nennenswerte Beschleunigungen oder Verzögerungen nichtVergl. D. p. J. von demselben Verf. 1907, S. 387, Anm. 15., so daß der auf den Ventilring nach oben wirkende Wasserdruck gleich sein wird dem nach abwärts wirkenden Ringgewicht unter Wasser, vermehrt um die Ventilbelastung, also um den Druck der Feder F1  bezw. F2. Letzterer ist abhängig von der Anfangs- und der Zusatzspannung, welche durch die Zusammendrückung um den Ventilhub hervorgerufen wird. Durch Eichung wird die Größe des um die Belastung vermehrten Eigengewichtes für die verschiedenen Ventilstellungen bestimmt, während der Ventilhub beim Versuch gemessen wird wie vorstehend unter b angegeben. 3. Federeichungen. a) Die Indikatorfeder wurde in kaltem Zustande auf der Federprüfvorrichtung von RosenkranzSiehe Z. d. V. d. I. 1906, S. 710. vor und nach den Versuchen innerhalb der Grenzen 0 und 0,9 at in Stufen von 0,1 at wiederholt geeicht. Der Federmaßstab erwies sich als gleichmäßig und gleichbleibend aus acht Versuchen im Mittel zu: 1 kg = 54,6 mm; 1 mm = 0,0183 at = 0,183 m Wasserläule. b) Eichung der Ventilbelastung: Das Ventil wird in den Druckventilkasten, dessen Deckel abgenommen ist. eingebaut, durch eine Druckschraube auf seinem Sitz gehalten und unter Wasser gesetzt. Durch ein Gehänge wird sodann der Ventilring mit einer Schnur verbunden, welche über eine in Kugellagern laufende Rolle – Fahrrad – gelegt und an ihrem anderen Ende mit Gewichten belastet ist. Zu jeder Belastung wird der zugehörige Ventilhub auf der Papiertrommel T (s. Fig. 3 und 6) vermerkt. Das Gehänge, welches die Schnur mit dem Ventilring verbindet, besteht der Hauptsache nach aus drei Fahrradspeichen, die unten mit ihren Köpfen in drei, in die Mittelrippe des Ventilringes in gleichen Abständen voneinander eingeschraubten Oesen eingehakt werden. Am oberen Ende sind die Fahrradspeichen nahe zusammengefaßt, und liegen mit ihren Muttern in drei gleich weit voneinander abstehenden Löchern einer kleinen Scheibe, die in der Mitte einen Haken zur Befestigung der Schnur trägt. Mit Hilfe der drei kleinen Muttern an den Fahrradspeichen wird das Gestänge und der daran hängende Ventilring so eingestellt, daß er sich beim Belasten der Schnur ganz gleichmäßig hebt. Die Ergebnisse von vier Eichungsversuchen, Fig. 6 zeigt zwei davon, sind in Fig. 7 vereinigt, indem die Belastung als Abszissen und die Summen von je vier zugehörigen Ventilerhebungen als Ordinaten aufgetragen worden sind. Bei zunehmender Belastung steht das Ventil bei dem gleichen Seilzug etwas tiefer als bei sinkender Belastung. Die Reibungswiderstände an den Rollen R am Ventil, den Lagerungen der Welle W u.a. O. (s. Fig. 3) ließen sich nicht vollständig vermeiden, doch blieben sie in mäßigen Grenzen. Am Ventil ist zu ihrer Ueberwindung eine Kraft von nur 0,05 kg notwendig, was gegenüber der Ventilbelastung von 15–20 kg weniger als 0,3 v. H. ausmacht. Textabbildung Bd. 323, S. 291 Fig. 6.Eichung der Ventilfeder F1.Schreibstifthub unter der beigeschriebenen Belastung. Textabbildung Bd. 323, S. 291 Fig. 7.Ergebnisse der Federeichung F1. B1 = 15,2 + 0,205 H ± 0,05 kg H in mm < 25; B1 = 15,2 + 0,98 h ± 0,05 kg h in mm < 5,3; Schreibstifthub = 4,78 Ventilhub. Die Eichung der um das Eigengewicht unter Wasser vermehrten Ventilbelastung ergab: für den schmaleren kegelförmigen Ventilring: B2 = 8,0 + 0,064 H  ± 0,06 kg, und für den breiteren, oberen Ventilring: B1 = 15,2 + 0,205 H ± 0,05 kg. worin „\frakfamily{H}“ der Schreibstifthub in mm, also \frac{L_1}{L_2}=\frac{263}{55}=4,78 mal so groß ist als der Ventilhub „h“. \frakfamily{h}=0,209\,\frakfamily{H}, B2 = 8,0 + 306 h ± 0,06 kg bezw. B1 =15,2 + 980 h ± 0,05 kg, worin h in m einzusetzen ist. (Fortsetzung folgt.)