Pumpen

[449] Pumpen (hierzu die Tafeln »Pumpen I-IV«), Vorrichtungen und Arbeitsmaschinen, die dazu dienen, Flüssigkeiten in Rohrleitungen zu heben oder in unter Druck stehende Räume zu fördern. Man unterscheidet Kolbenpumpen, Rotations-, Zentrifugal- und Strahlpumpen.

A. Unter den Kolbenpumpen sind die mit geradlinig bewegtem Kolben (auch schlechtweg P. genannt) weitaus die wichtigsten. Sie bestehen im wesentlichen aus einem Zylinder, in dem ein dicht anschließender oder am Zylinderende durch Stopfbüchse abgedichteter Kolben (Scheiben-, bez. Plungerkolben) hin und her bewegt wird. Vom Zylinder führt ein Rohr (Saugrohr, Einfallrohr) nach der zu hebenden Flüssigkeit, ein andres Rohr (Druckrohr, Steigrohr) nach der Stelle, zu der die Flüssigkeit gehoben oder gefördert werden soll. An der Anschlußstelle des Saugrohres an den Zylinder ist ein nach dem Zylinderinnern sich öffnendes Ventil (Saugventil) angeordnet, während das Druckrohr durch ein sich nach außen öffnendes Ventil (Druckventil) vom Zylinderinnern getrennt ist. Je nachdem das Druckventil im Kolben oder am Pumpenzylinder selbst (in einer mit ihm in Verbindung stehenden Kammer) angebracht ist, unterscheidet man Hubpumpen und Druckpumpen. Der senkrechte Abstand von der Oberfläche (dem Spiegel) der zu hebenden Flüssigkeit bis zum Pumpenmittel wird Saughöhe, der senkrechte Abstand vom Pumpenmittel bis zur Mündung des Druckrohres oder bei Förderung in unter Druck stehen de Räume die Höhe einer dem herrschenden Druck entsprechenden Wassersäule wird Druckhöhe und die Summe: Saughöhe + Druckhöhe wird Förderhöhe genannt. 1) Bei den Hubpumpen steht der Pumpenzylinder in der Regel senkrecht. Sie finden meist nur zum Fördern auf geringe Höhen Verwendung. Ihre Wirkungsweise zeigt Tafel I, Fig. 8 in einer einfachen Form (als Brunnenpumpe, Straßenpumpe). Beim Aufwärtsgang des Kolbens k im Zylinder c wird das Druckventil v1 im Kolben durch den äußern atmosphärischen Luftdruck und das über dem Kolben stehende Wasser geschlossen gehalten. Der Raum unter dem Kolben wird vergrößert, in ihm und im Saugrohr r, das in die zu hebende Flüssigkeit eintaugt, entsteht eine Luftverdünnung (Druckverminderung), und durch r und das sich nach oben öffnende Saugventil v wird durch den äußern (größern) Luftdruck Flüssigkeit in den Zylinder angesaugt. Während des Kolbenniederganges schließt sich zunächst das Saugventil v und das vorher angesaugte Wasser tritt durch das Druckventil v1 über den Kolben. Beim folgenden Kolbenaufgang wird es weiter gehoben und verläßt durch Rohr o die Pumpe, während unter dem Kolben erneut Flüssigkeit angesaugt wird. Fig. 10 zeigt im Schnitt eine Hubpumpe der Garvenswerke zu Wülfel vor Hannover. Die Flüssigkeit gelangt durch ein zweites Ventil v2, den Windkessel t und das besondere Steigrohr s zum Auslauf, während die Kolbenstange durch die Stopfbüchse b im Deckel d abgedichtet ist. Die Arbeitsverteilung ist bei den Hubpumpen sehr ungleich, da beim Kolbenniedergang nur Reibungswiderstände zu überwinden sind, während beim Kolbenaufgang außerdem die Flüssigkeit gehoben wird. Hubpumpen werden auch Saugpumpen genannt, da ihre Förderhöhe vielfach fast nur aus Saughöhe besteht. 2) Druckpumpen werden in stehender und liegender Anordnung mit Scheibenkolben und Plungerkolben (Massivkolben, Mönchskolben), erstere wohl nur doppeltwirkend, letztere einfach- und doppeltwirkend, ausgeführt. Man benutzt sie hauptsächlich für große Förderhöhen. z. B. als Kesselspeisepumpen, Wasserwerks- und Bergwerkspumpen (Wasserhaltungsmaschinen), Preßpumpen für hydraulische Pressen und Druckwasserkraft übertragungsanlagen etc. Druckpumpen mit Scheibenkolben sind in Fig. 1, liegende Anordnung der Gasmotorenfabrik Deutz, und in Fig. 5, stehende Anordnung, im Schnitte dargestellt. Druckpumpen mit Plungerkolben sind die einfachwirkende Pumpe von Bettinger u. Balcke in Frankenthal, Fig. 12, die doppeltwirkende, liegende Pumpe mit innenliegenden Stopfbüchsen der Gasmotorenfabrik Deutz. Fig. 13, und die doppeltwirkende, liegende Pumpe mit außenliegenden Stopfbüchsen und Umführungsgestänge der Maschinen- und Armaturenfabrik vorm. Klein, Schanzlin u. Becker in Frankenthal, Fig. 14. Die doppeltwirkenden Plungerpumpen können auch als eine Vereinigung zweier einfachwirkenden P. betrachtet werden, deren Stopfbüchsen b wie in Fig. 13 einander zugekehrt sind, und deren gemeinsamer Plunger k mittels der Kolbenstange t bewegt wird, oder deren Stopfbüchsen b wie in Fig. 14 nach außen gekehrt sind, und deren Plunger k, k1, durch[449] Querstücke q und seitlich liegende Stangen x so verbunden sind, daß sie gemeinschaftlich hin und her gehen. Beim Aufwärtsgang des durch die Stopfbüchse b abgedichteten Plungers k der einfachwirkenden Pumpe, Fig. 12, wird der Raum c unter dem Plunger vergrößert und in ihn sowie in die Ventilkammer a infolge der eintretenden Luftverdünnung aus der bei s anschließenden Saugleitung durch den Windkessel e und das sich nach oben öffnende Saugventil v Flüssigkeit angesaugt (Saugperiode). Beim Niedergang des Kolbens schließt sich dann das Saugventil, und die Flüssigkeit wird durch das Druckventil w und den Windkessel f in die bei d anschließende Druckleitung hinausgedrückt (Druckperiode). Bei den doppeltwirkenden P., Fig. 1, 5, 13 u. 14, findet dieser Vorgang beim Hin- und Hergang des Kolbens auf beiden Zylinderseiten statt, so daß gleichzeitig auf der einen Seite Flüssigkeit angesaugt und auf der andern Seite solche fortgedrückt wird (c, bez. c und c1 sind die Zylinder, k, bez. k und k1 die Kolben, v und v1 die Saugventile, w und w1 die Druckventile, e und f Windkessel, s ist der Saugrohr-, d der Druckrohranschluß). Die zu leistende Arbeit verteilt sich bei den doppeltwirkenden P. auf Kolbenhin- und -Rückgang gleichmäßig. Bei einfachwirkenden P. ist dies nur dann der Fall, wenn Saug- und Druckhöhe gleich sind.

Differentialpumpen finden für die gleichen Zwecke wie die doppeltwirkenden Druckpumpen Verwendung, besitzen aber nur ein Saugventil und ein Druckventil. Bezüglich der Saugwirkung sind sie einfach-, bezüglich der Druckwirkung doppeltwirkend. Die Arbeitsleistung kann auf Kolbenhin- und -Rückgang gleichmäßig verteilt werden. In Fig. 9 ist eine liegende Differential-Plungerpumpe der Gasmotorenfabrik Deutz im Längsschnitt dargestellt. Der Differentialplunger k wird durch die Stopfbüchsen b und b1 im Pumpengehäuse abgedichtet. Sein Querschnitt am rechten (dünnern) Ende beträgt die Hälfte (oder etwas mehr) seines Querschnittes am linken (dickern) Ende. Beim Rechtsgang des Plungers wird links in den Raum c so viel Flüssigkeit durch Saugrohr s, Windkessel e und Saugventil v angesaugt, als dem großen Plungerquerschnitt entspricht. Rechts wird aus dem Raum c1 so viel Flüssigkeit durch Rohr g und den Windkessel f in die Druckleitung d gefördert, als der Differenz der Plungerquerschnitte entspricht. Beim Linksgang des Plungers wird aus c die ganze vorher angesaugte Flüssigkeitsmenge durch das Druckventil w in den Windkessel f gedrückt. Aus diesem tritt von der Flüssigkeit wieder so viel durch das Rohr g in den Raum c1 zurück, als der Querschnittsdifferenz des Plungers entspricht. Der übrige Teil (etwa die Hälfte der beim Kolbenrechtsgang angesaugten Flüssigkeitsmenge) tritt in die Druckleitung d über. Bei der Differentialpumpe von Carret u. Marshall, Fig. 6, besitzt der Plungerkolben k k am untern Ende einen Ventilkolben von doppelt so großem Querschnitt als ersterer, c ist der Zylinder, r das Saugrohr, v Saugventil, s Steigrohr, w Druckventil. Beim Hinausgehen des Kolbens wirkt die Differenz der Kolbenquerschnitte auf das Fortschaffen des Wassers, während gleichzeitig das doppelte Wasserquantum unter dem Kolben angesaugt wird. Geht der Kolben abwärts, so drückt er die Hälfte des unter dem Ventilkolben befindlichen Wassers ins Steigrohr, während die andre Hälfte den ringförmigen Raum über dem Kolben füllt. – Bei der Rittingerschen Schachtpumpe für Bergwerke, Fig. 3, bildet der untere Teil des Steigrohrs s den Kolben, der in den Zylinder c mittels einer Stopfbüchse eintritt, während das Wasser durch die hohle Kolbenstange s, die am Zapfen p auf und nieder bewegt wird, in das Gehäuse g und zum Ausguß bei o gelangt. Die sonst nötigen langen und kostspieligen Gestänge kommen hier in Wegfall, die Erweiterung z bildet einen Windkessel über dem Druckventil w. – Die Californiapumpe ist wegen ihrer gedrängten Anordnung, guten Wirkung und ihrer leicht zugänglichen Ventile für Hauswasserversorgungen geeignet. – Die Schiettingersche Schieberpumpe (Latrinenpumpe, Jauchepumpe) besitzt statt der Ventile einen Schieber (Muschelschieber) und ist zum Fördern sehr stark verunreinigter Flüssigkeiten geeignet. – Zum Heben von Säuren, Laugen oder mit scharfen Teilchen (Sand etc.) versetzten Flüssigkeiten dienen Membranpumpen, bei denen durch das Hin- und Hergehen eines Kolbens in einem Zylinder mittels des darin eingeschlossenen Wassers eine Gummimembran abwechselnd nach beiden Seiten ausgebaucht wird und dadurch in einem mit Saug- und Druckventil versehenen Pumpenkörper eine ähnliche Wirkung ausübt wie ein Kolben, d. h. die zu hebende Säure abwechselnd von einer Seite ansaugt und nach der andern ausstößt.

Während die Größe der Druckhöhe einer Pumpe nur durch die Festigkeit des Konstruktionsmaterials beschränkt ist, ist die Saughöhe (Wasser vorausgesetzt) von der Güte der Kolben- und Stopfbüchsenabdichtungen sowie von der Größe der Wassergeschwindigkeit im Saugrohr abhängig. Sie darf höchstens 6–8 m betragen und kann nie den theoretischen Wert von 10 m (Höhe der Wassersäule, welcher der atmosphärische Luftdruck das Gleichgewicht hält) erreichen. Bei andern Flüssigkeiten ändert sich die zulässige Saughöhe mit dem spezifischen Gewicht. Luftsäcke, d. h. Ansammlungen von Luft im Saugrohr und zwischen Saugventil und Kolben, sind schädlich und können durch richtige Anordnung des Saugrohrs (stetiges Steigen bis zum Zylinder) und der Ventile vermieden werden. Der Zylinder (Kolbenrohr, Stiefel) besteht gewöhnlich aus Gußeisen, mitunter auch aus Stahlguß, Rotguß, Bronze etc. Bei P. für Säuren etc. sind Materialien anzuwenden, die von den betreffenden Flüssigkeiten nicht angegriffen werden, wie Steinzeug, Glas, Hartgummi, Hartblei etc. Dasselbe gilt auch für die übrigen Pumpenteile sowie das Saug- und Druckrohr. Das Saugrohr erhält gewöhnlich am untern Ende ein korbartig gestaltetes Sieb (Saugkorb), das öfters mit einem sich nach der Pumpe zu öffnenden Ventil (Fußventil) vereinigt ist und das Eindringen von Fremdkörpern verhüten soll, in das Druckrohr ist mitunter noch ein sich nach außen öffnendes Ventil (Rückschlagventil) eingeschaltet.

Die Wassergeschwindigkeit im Saugrohr beträgt bis zu 1 m in der Sekunde bei geringer Länge des Saugrohres, bei größerer Länge (etwa von 50 m an) ist sie zweckmäßig nur 0,75 m in der Sekunde und weniger. Im Druckrohr beträgt die Geschwindigkeit des Wassers bei größern P. und langen Leitungen im Mittel ca. 1 m in der Sekunde, bei kleinen P. und kurzen Leitungen mitunter mehr, bis zu 1,5 oder 2 m. Die mittlere Kolbengeschwindigkeit wird in der Regel zu 0,5–1 m in der Sekunde genommen, erreicht aber auch höhere Werte (bis zu 2 m bei kurzhubigen P. mit großer Hubzahl). Der Wirkungsgrad beträgt bis zu 0,8 und mehr. Läßt man die Flüssigkeit aus dem Saugrohr direkt in den[450] Zylinderraum und die aus diesem durch den Kolben verdrängte Flüssigkeit direkt in das Druckrohr treten, so muß die ganze im Saug- und Druckrohr befindliche Flüssigkeitsmenge der Kolbenbewegung folgen, d. h. ihre Geschwindigkeit muß vom Hubwechsel bis zur Hubmitte von Null bis zu einem größten Wert zu-, von der Hubmitte bis zum nächsten Hubwechsel wieder auf Null abnehmen. Wird nun die Geschwindigkeit zu groß und sind, wie bei großen P. und langen Rohrleitungen, die abwechselnd zu beschleunigenden und verzögernden Flüssigkeitsmengen beträchtlich, so können durch Auseinanderreißen und Aufschlagen der unelastischen Flüssigkeitssäulen auseinander oder auf den Kolben starke Stöße (Wasserschläge) entstehen und die Rohrleitungen oder Pumpenteile zertrümmert werden. Zur Vermeidung solcher Stöße schaltet man in der Regel Windkessel unter den Saugventilen, e in Fig. 1, 12, 13, 14 u. 9 (Saugwindkessel), und über den Druckventilen, f in Fig. 1, 12, 13, 14 u. 9 (Druckwindkessel), ein. Dies sind geschlossene Gefäße, in deren oberem Teil Luft von solcher Spannung enthalten ist, wie sie der Saug-, vez. der Druckhöhe entspricht. Das Wasser wird ihrem untern Teil der Kolbenbewegung entsprechend (ruckweise) entnommen, bez. zugeführt, bewegt sich aber im Sang- und Druckrohr mit nahezu konstanter Geschwindigkeit, da die elastischen Luftmengen abwechselnd ausgedehnt u. zusammengedrückt werden.

Die Ventile sollen leicht und rasch zugänglich sein. Zur Verwendung kommen alle Arten von Ventilen (s. Ventil). Sofern sie selbsttätig sind, d. h. nur unter dem Überdruck der Flüssigkeit sich öffnen oder schließen, muß, damit dies im Hubwechsel rasch und sicher geschieht, ihre Hubhöhe möglichst klein gehalten werden. Bei großen P. wird dies durch Verwendung mehrsitziger und zusammengesetzter Ventile (einfache und mehrfache Ringventile) erreicht. Unter diesen haben sich die Etagenventile von Thomeczek (etagenförmig übereinander liegende Ringventile) gut bewährt. Die Riedlerschen Ventile mit Zwangsschluß (gesteuerte Ventile) sind einfache, verhältnismäßig kleine Ventile mit großem Hub, die kurz vor dem Hubwechsel durch eine besondere Vorrichtung (Steuerung) auf ihren Sitz niedergedrückt werden und sich besonders für große P. zum Fördern unreiner Flüssigkeiten (Kanalisationspumpen) eignen. Bei reinen Flüssigkeiten werden überwiegend möglichst leicht gebaute, selbsttätige Ventile mit Federbelastung und kleinem Hub verwandt. Am gebräuchlichsten sind Ventile aus Gußeisen, Rotguß, Bronze etc., die auf ebenfalls metallene Ventilsitze ausgeschliffen sind. Auch Ventile mit Gummi- oder Lederbelag finden Verwendung (besonders bei unreinen Flüssigkeiten). Kautschukventile mit gitterartigem Sitz sind nur bei geringen Druckhöhen verwendbar, da sie bei größerm Druck durch die Öffnungen im Sitz hindurchgedrückt werden und zerreißen.

Der Antrieb der Kolbenpumpen ist ebenso wie ihre Verwendung sehr verschiedenartig. Für den Betrieb von Hand eingerichtet, sind sie entweder Krückenpumpen, deren oberes Kolbenstangenende wie in Fig. 11 einfach mit einem Handgriff zum Anfassen versehen ist, oder Hebelpumpen (Schwengel-, Balancierpumpen), deren Kolbenstangen und Kolben mittels Hebel in Bewegung gesetzt werben (s. die Hubpumpen, Brunnenpumpen, Fig. 8 und 10, mit Schwengel, die zweistiefelige Baupumpe, Fig. 2, mit Balancier, und die freistehende Speisepumpe, Fig. 4, mit Hebel), oder Kurbelpumpen, bei denen wie in Fig. 7 der Kolben mittels Kurbel- oder Exzentergetriebes von einer von Hand in Drehung versetzten Welle aus bewegt wird.

Bei den P. für Kraftbetrieb erfolgt die Bewegung des Kolbens meist mit Hilfe eines Kurbelgetriebes, vielfach aber auch direkt durch die Kolbenstangen von Kraftmaschinen mit hin und her gehender Bewegung (Dampf- oder Gasmaschinen). Transmissionspumpen sind P., die mittels Riemen, Zahnräder, Seile etc. von einer Wellenleitung (Transmission) oder Kraftmaschine angetrieben werden. Solche P. (mit Riemenantrieb) sind die doppeltwirkende Druckpumpe (Tafel I, Fig. 1), die einfach wirkende Plungerpumpe (Wandpumpe) Fig. 12, die doppeltwirkende Plungerpumpe Fig. 13, die Differentialpumpe Fig. 9 und die stehende doppeltwirkende Plungerpumpe, Tafel II, Fig. 9. Dampfpumpen werden von einer Dampfmaschine direkt angetrieben; dabei unterscheidet man Dampfpumpen mit Hilfsrotation, bei denen die Steuerung des Dampfzylinders von einer rotierenden Schwungradwelle aus bewirkt wird, und solche ohne Hilfsrotation, auch wohl direkt wirkende Dampfpumpen genannt, bei denen die Bewegung der Steuerung ohne Einschaltung einer Schwungradwelle vom Dampfkolben oder von der Kolbenstange abgeleitet wird. Tafel II, Fig. 4, zeigt eine kleine, an der Wand zu befestigende Pumpe mit Hilfsrotation (Wanddampfpumpe). Die Kolbenstange des oben angebrachten Dampfzylinders bildet in ihrer Verlängerung den Pumpenkolben und bewegt mittels einer den Pumpenkörper rahmenartig umfassenden Schubstange die Schwungradwelle, an deren Ende ein Exzenter zur Bewegung des Dampfverteilungsschiebers sitzt. Derartige P. werden auch vielfach als Kesselspeisepumpen benutzt. Tafel II, Fig. 1, zeigt eine größere liegende Dampfpumpe mit Hilfsrotation von Koch, Bantelmann u. Paasch, Magdeburg-Buckau (für Wasserversorgungszwecke). Hier ist a der Dampfzylinder, b das Schwungrad, c die Kurbel, d, d sind Pumpenzylinder, e, e Saugventilgehäuse, k, f Druckventilgehäuse und g, g Druckwindkessel. Eine außergewöhnlich große Dampfpumpe (Wasserhaltungsmaschine) von Haniel u. Lueg, Düsseldorf-Grafenberg, mit Dreifachexpansions-Dampfmaschine in Zwillingsanordnung, ist in Fig. 10 der Tafel II dargestellt.

Unter den direkt wirkenden Dampfpumpen erfreut sich die sogen. Duplex-Pumpe nach Worthingtons System (Worthington-Pumpe) einer großen Verbreitung. Sie besteht aus zwei nebeneinander angeordneten Dampfpumpen (Tafel II, Fig. 5 u. 6), die in der Weise gesteuert werden, daß die die Dampfkolben a und Pumpenkolben c verbindende Kolbenstange b der einen Pumpe (I) durch den in der Mitte des Maschinengestelles i angebrachten Hebelmechanismus den Dampfverteilungsschieber m der andern (II) bewegt und umgekehrt die Kolbenstange von II den Schieber von I; n p und q sind Dampfkanäle, s sind die Saugventile, d die Druckventile der Pumpe. Die gegenseitige Steuerung der beiden P. bewirkt, daß die Kolbenbewegungen sich ungefähr in derselben Weise folgen wie bei einer Zwillingspumpe mit Rotation, deren Kurbeln um 90° versetzt sind. Die eine Pumpe beginnt die Bewegung, wenn die andre sie endigen will. Während in den Vereinigten Staaten nahezu die Hälfte der Wasserversorgungsanlagen mit direkt wirkenden Dampfpumpen ausgerüstet ist, haben diese in Europa erst in den letzten Jahren für genannten Zweck mehr[451] Anklang gefunden. Die größern und größten direkt wirkenden Dampfpumpen werden meist mit zweistufiger und dreistufiger Expansion des Dampfes ausgeführt (Verbunddampfpumpen, Dreifachexpansionsdampfpumpen). Tafel III, Fig. 5, zeigt eine solche stehende Verbunddampfpumpe für Schiffszwecke, Fig. 6 eine solche Dreifachexpansionspumpmaschine für Wasserversorgungs- oder Wasserhaltungszwecke, beide ausgeführt von Otto Schwade u. Komp. in Erfurt.

Zu den direkt wirkenden Dampfpumpen zählen unter anderm auch die Simplexpumpen von L. Becker in Offenbach a. M., die schwungradlose Dampfpumpe Patent Von, beide nur einfach (mit einem Dampfzylinder und einem Pumpenzylinder) ausgeführt. Ferner gehören hierher die Kataraktmaschinen, große Wasserhaltungsmaschinen, deren unter Tag aufgestellte P. mittels Gestänge von einem über Tag stehenden Dampfzylinder mit Kataraktsteuerung aus angetrieben werden (s. Tafel »Dampfmaschinen III«, S. II). Die Steuerung kann bei diesen P. so eingestellt werden, daß in der Bewegung des Kolbens je nach der zu fördernden Wassermenge am Hubende immer eine mehr oder weniger lange Pause (Hubpause) eintritt. Hydraulisch (durch Druckwasser) angetriebene P. finden ebenfalls als Wasserhaltungsmaschinen Verwendung. Sie werden jetzt stets mit selbsttätiger Steuerung des Antriebszylinders nach Art der direkt wirkenden Dampfpumpen oder mit Hilfsrotation ausgeführt. Früher verband man beide Zylinderseiten einer über Tag stehenden doppeltwirkenden Pumpe durch je eine mit Wasser gefüllte Rohrleitung mit beiden Seiten des gleichgroßen, unter Tag stehenden Antriebszylinders ohne Steuerung. Die Wassersäulen in den Rohrleitungen übertrugen wie ein Gestänge die hin und her gehende Bewegung des obern, durch eine Dampfmaschine etc. angetriebenen Pumpenkolbens auf den untern Antriebskolben, durch den der Förderkolben bewegt wurde (hydraulisches Gestänge).

Bei den elektrisch angetriebenen Kolbenpumpen ergaben die meist langsam oder nur mäßig rasch laufenden P. und die mit hoher Tourenzahl arbeitenden Elektromotoren ein sehr großes Übersetzungsverhältnis, und die P. konnten deshalb nicht durch eine einfache Riemen- oder Zahnradübersetzung vom Motor angetrieben werden. Es waren vielmehr bei Riemenbetrieb mindestens ein Zwischenvorgelege, bei Zahnradbetrieb aber zwei oder drei Vorgelege nötig. Derart angetriebene P. beanspruchten aber unverhältnismäßig viel Raum und waren teuer, die Vorgelege verzehrten viel Kraft und waren wenig betriebssicher. Gegenwärtig werden deshalb raschlaufende Kolbenpumpen gebaut, die bei mäßigen Leistungen und Antrieb durch normale raschlaufende Elektromotoren nur eine einfache Riemen- oder Zahnradübersetzung nötig machen, bei großen Leistungen (für Wasserversorgungs- und Wasserhaltungszwecke) mit mäßig raschlaufenden Elektromotoren (auch raschlaufenden Dampfmaschinen, Gasmotoren, Turbinen) direkt gekuppelt werden können. Solche P. werden als einfach- oder doppeltwirkende kurzhubige Plungerpumpen mit Tourenzahlen bis etwa 300 in der Minute in Zwillings- oder Drillingsanordnung ausgeführt und als Expreßpumpen bezeichnet. Von den reichlich bemessenen Ventilen mit kleinem Hub sind entweder die Saugventile gesteuert und die Druckventile selbsttätig oder beide selbsttätig. Die Saugwindkessel sind möglichst hoch gelegt, um die abwechselnd zu beschleunigende und verzögernde Wassermasse zwischen Kolben und Saugwindkessel möglichst klein zu halten. Die ersten Konstruktionen solcher P. stammen von Riedler. Tafel II, Fig. 2 u. 3, ist ein Längsschnitt durch eine Einheit einer dieser in Drillingsanordnung mit einfachwirkenden Plungern ausgeführten P. Die dreifach gekröpfte Welle a mit um 120° versetzten Kurbeln läuft in dem Öltrog b und ist direkt mit dem Motor gekuppelt. Der Kreuzkopf c jeder der drei P. bewegt sich als Kolben in einem einseitig geschlossenen Zylinder e und wirkt in diesem beim Druckhub als Lustpufferkolben, so daß gegen Ende des Druckhubes die Luft im Pufferzylinder verdichtet wird und verzögernd auf die bewegten Gestängemassen wirkt, während beim Saughub die erzeugte Druckluft beschleunigend auf die Massen einwirkt. Die Wirkung des Luftpuffers kann durch Veränderung des abgeschlossenen Raumes vor dem Kolben (des schädlichen Raumes) mittels eines von Hand einstellbaren Hilfskolbens d beliebig geregelt, auch durch Öffnung des Zylinders ganz beseitigt werden. Die Saugleitung f mündet in den allen drei P. gemeinsamen Saugraum g, der die Führung des Kolbens k umgibt und mit den Saugwindkesseln l in Verbindung steht. Diese sind so angebracht, daß der Saugwasserspiegel stets höher liegt als die Saugventile. Über dem Raum n befinden sich die Druckventile o (federbelastete Gruppenventile) und der Druckwindkessel p, an den die Druckleitung anschließt. s ist ein Schmiergefäß.

Das von Stumpf herrührende Saugventil zeigt Tafel II, Fig. 3. Der Pumpenzylinder a, in den der Kolben c taucht, ist von einem ringförmigen Raum b umgeben, in den das Saugrohr mündet. Der Raum b verengert sich zu einem Ringschlitz d, gegen den das ringförmige Ventil e anliegt. Eine ringförmige Erhöhung desselben stößt beim Öffnen gegen den Ventilfänger f Der Ventilfänger bildet zugleich die Führung für das Ventil, das in der Pumpe so angebracht ist, daß seine Sitzfläche in der senkrechten Ebene liegt. Der Pumpenkolben c trägt an einer Verlängerung g einen Steuerkopf h mit Gummifeder, die am Ende jedes Saughubes das geöffnete Ventil mitnimmt und auf den Ventilsitz drückt.

Tafel II, Fig. 8, zeigt eine Motorpumpe neuer Riedlerscher Bauart. Sie wird durch Riemen von dem auf ihr stehenden Elektromotor m angetrieben, kann aber auch direkt gekuppelt werden. Die selbsttätigen Saugventile a sind um den Kolben gruppiert, die Druckventile b im Deckel d angeordnet. c ist der Saugwindkessel, f der Druckwindkessel. Die Expreßpumpe »Schleifmühle« von Ehrhardt u. Sehmer, Saarbrücken, ist eine doppeltwirkende Plungerpumpe mit außenliegenden Stopfbüchsen und selbsttätigen Ventilen nach Art der Fig. 14 auf Tafel I. Auf Tafel III, Fig. 1 u. 2, ist eine raschlaufende Drillingspumpe mit einfachwirkenden Plungerkolben von Bopp u. Reuther, Mannheim, in Längsschnitt und Grundriß dargestellt, die für Wasserversorgungszwecke geeignet ist und selbsttätige federbelastete Ventile besitzt (a Kurbelwelle, b Schubstange, c Kolben, d Saugventil, e Druckventil, f Saugwindkessel, g Druckwindkessel, h Saugrohr, i Druckrohr). Eine elektrisch, mittels Zahnradgetriebes bewegte stehende Speisepumpe (mit drei Plungern) zeigt Tafel III, Fig. 8.

Die Firma Ortenbach u. Vogel in Bitterfeld baut neuerdings auch ventillose Schnellpumpen in Zwillingsanordnung, deren um 90° gegeneinander versetzte Kolben sich gegenseitig steuern. Die P. mit[452] um eine Achse schwingendem Kolben (Flügelpumpen), die einfach- oder mehrfachwirkend ausgeführt werden und im wesentlichen aus einem zylindrischen Gehäuse mit radialer Scheidewand und einem oder mehreren um eine zentrale Achse schwingenden Kolben sowie den erforderlichen Saug- und Druckventilen bestehen, sind für viele untergeordnete Zwecke gut verwendbar. Bei der in Tafel III, Fig. 4, dargestellten Konstruktion von G. Allweiler in Radolfzell (a Gehäuse, b Flügel oder Kolben, c Scheidewand, d Saugventile, e Druckventile) spielen sich beim Hin- und Herschwingen des Flügels ähnliche Vorgänge wie in einer Hubpumpe ab.

B. Rotationspumpen (Kapselpumpen, Kapselwerke, Walzenpumpen, Würgelpumpen, Kreis- oder Drehkolbenpumpen) bestehen aus einem Gehäuse (der Kapsel) mit Saug- und Druckrohranschluß, in dem sich mehrere, in der Regel zwei, geeignet gestaltete Körper (Flügel, Verdränger, Walzen. Kolben) um parallele, außerhalb des Gehäuses gelagerte und durch Zahnräder in Verbindung stehende Achsen drehen. Ventile besitzen die Rotationspumpen nicht, die Abdichtung zwischen Saug- und Druckraum wird durch die umlaufenden Kolben selbst herbeigeführt. Bei den ältern Systemen berührten sich die Flügel oder Kolben gegenseitig und auch das Gehäuse nur in einer Linie. Die Abdichtung zwischen Saug- und Druckraum war daher mangelhaft und der Wirkungsgrad dieser P. schlecht, selbst dann, wenn die Flügel gegeneinander keine schleifende, sondern eine abwälzende Bewegung ausführten. Bei den neuern Konstruktionen sind an den Berührungsstellen der Flügel mit dem Gehäuse größere Dichtungsflächen geschaffen, während eine Berührung der Flügel unter sich vielfach überhaupt nicht mehr stattfindet. Bekannte Konstruktionen sind die von Jäger, Enke, Lehmann, Libus etc. Tafel II, Fig. 7, zeigt einen Querschnitt durch eine Kreiskolbenpumpe von C. H. Jäger u. Komp. in Leipzig-Plagwitz. Die drei Kolben k, die an einer kreisrunden Scheibe befestigt sind, drehen sich in der Pfeilrichtung in dem ringförmigen Zylinderraum c, dessen Innenwand durch die an den Gehäusedeckeln befestigten Innenzylinder i gebildet wird. Um die untere Achse dreht sich der Steuerzylinder w mit vier Kammern h, der die Zylinder i bei o-p schneidet. Die Kolben k saugen aus dem Saugrohr s jeweils so lange Flüssigkeit in den Raum c ein, bis der nachfolgende Kolben die Kante d passiert. Die dann zwischen zwei Kolben ein geschlossene Flüssigkeit wird von diesen nach rechts geschoben und in das Druckrohr d ausgestoßen. Die Kolben k treten darauf, da die obere Achse mit der untern durch Zahnräder mit dem Übersetzungsverhältnis 4:3 in Verbindung steht, jeweils in die Kammern h mit großem Spielraum ein and werden durch diese wieder nach der Saugseite (links) zurückgebracht. Der Steuerzylinder w dichtet dabei stets, selbst in der gezeichneten Stellung bei o-p, den Druckraum gegen den Saugraum ab.

Auf Tafel IV, Fig. 1, ist eine Jägersche Pumpe für Riemenantrieb in äußerer Ansicht dargestellt (a Antriebsriemenscheibe, b Zahnrädergetriebe, c Pumpengehäuse, d Lager). Die Rotationspumpen können auch durch direkt gekuppelte Dampfmaschinen, Gasmotoren etc. oder mittels Zahnradgetriebes von Elektromotoren angetrieben werden. Sie eignen sich nur für mäßige Förderhöhen und finden auch für breiige und dicke Flüssigkeiten Verwendung. Rotationspumpen mit einer Drehachse (Kurbelkapselwerke) haben nur untergeordnete Bedeutung.

C. Die Zentrifugalpumpen (Kreiselpumpen, Schleuderpumpen) lassen sich in zwei Gruppen: Niederdruckzentrifugalpumpen und Hochdruckzentrifugal- oder Turbinenpumpen, trennen. Die Niederdruckzentrifugalpumpen bilden die einfachste Form und bestehen im wesentlichen aus einem in einem Gehäuse mit Saug- und Druckrohranschluß rasch umlaufenden Schaufelrad (Laufrad) mit horizontaler oder vertikaler Achse. Ventile besitzen diese P. nicht. In Tafel III, Fig. 3 u. 7, ist eine solche Pumpe von Klein, Schanzlin u. Becker in Frankenthal in Längs- und Querschnitt dargestellt. Die durch das Saugrohr s eintretende Flüssigkeit verteilt sich in die beiden Saugräume a und tritt aus diesen achsial in das auf der Welle b sitzende Laufrad c. Die Welle b ist bei d und e gelagert, bei f in einer Stopfbüchse abgedichtet und mit einer Riemenscheibe g versehen. Im Schaufelrad c wird die Flüssigkeit durch die Wirkung der Zentrifugalkraft nach außen geschleudert und tritt mit großer Geschwindigkeit aus diesem in den Raum h über. Ein Teil dieser Geschwindigkeit setzt sich hier in Druck um, ein andrer Teil geht durch Wirbelbildung infolge des unmittelbaren Übertritts verloren. Der Wirkungsgrad wird dadurch sehr ungünstig beeinflußt. Aus dem Raum h tritt die Flüssigkeit bei i in das Druckrohr.

Die Niederdruckzentrifugalpumpen sind für mittlere und große Fördermengen (z. B. als Schiffs- und Dockpumpen, zum Ent- und Bewässern von Ländereien etc.) und auch zum Fördern unreiner, sandiger und schlammiger Flüssigkeiten (z. B. zum Auspumpen von Bau- und Tongruben etc.) sehr geeignet. Sie finden aber zweckmäßig nur für Förderhöhen bis etwa 20 oder 25 m Verwendung, da größere Förderhöhen sehr große Umfangsgeschwindigkeit des Laufrades und sehr große Geschwindigkeit des Wassers beim Austritt aus dem Laufrad verlangen und durch die bei diesen großen Geschwindigkeiten verhältnismäßig sehr bedeutenden Verluste der ohnehin nicht sehr günstige Wirkungsgrad (0,35–0,65) noch weiter herabgezogen würde. Die Anschaffungs- und Unterhaltungskosten sind verhältnismäßig gering. Der Antrieb kann sowohl durch direkt angekuppelte Elektromotoren, raschlaufende Dampfmaschinen, Turbinen, Gasmaschinen etc. als auch von diesen Maschinen oder einer Transmission aus durch Riemen etc. erfolgen. In Tafel IV, Fig. 2, ist eine solche Pumpe für mittlere Leistung mit direktem elektrischen Antrieb von Bopp u. Reuther, Mannheim-Waldhof, dargestellt (a Pumpe, b Elektromotor, c Kuppelung), während Fig. 3 eine größere Pumpe mit Riemenantrieb von derselben Firma zeigt.

Bei den Hochdruckzentrifugalpumpen (Turbinenpumpen) ist das Laufrad (ähnlich wie bei den Turbinen) von einem stillstehenden Leitapparat (Leitrad) umgeben, in dessen sich stetig erweiternden Zellen die Austrittsgeschwindigkeit des Wassers aus dem Laufrad allmählich (ohne Wirbelbildung) reduziert und so möglichst vollständig in Druck umgewandelt wird. Dadurch wird eine Vergrößerung der Förderhöhe und des Wirkungsgrades (bis zu 0,8 und mehr) erzielt. Tafel IV, Fig. 4 zeigt einen Längsschnitt, Fig. 5 einen Querschnitt durch eine derartige Pumpe von Gebr. Sulzer in Winterthur und Ludwigshafen für Förderhöhen von 25–30 m ab. In dem Gehäuse a mit seitlichem Saughals s und oberm Druckhals k befindet sich ein symmetrisch gebautes Laufrad b fest auf die Welle c gekeilt. Konzentrisch zu demselben angeordnet ist der Leitapparat d, der durch den Deckel e festgehalten wird. Im Gehäuse a und im Deckel e[453] befinden sich konzentrische Saugräume f u. f, die unter sich durch Öffnungen g im Leitrad d in Verbindung stehen, so daß die angesaugte Flüssigkeit beiderseitig in das symmetrische Laufrad eintreten kann. Im Leitrad befinden sich die nach außen zu sich erweiternden Leitkanäle h, die den Austritt der Flüssigkeit aus dem Laufrad in den Druckraum i vermitteln. Die zu pumpende Flüssigkeit tritt durch den Saugstutzen s in die Pumpe, verteilt sich in die beiden Saugräume f u. f durchfließt vom Pumpenzentrum aus das Laufrad b, die Kanäle h des Leitrades d, gelangt nach dem Druckraum i und von dort durch den Druckstutzen k in die Förderleitung. Durch Hintereinanderschaltung mehrerer solcher P. oder durch Anordnung mehrerer Laufräder mit zugehörigen Leiträdern auf einer Welle und in einem gemeinsamen Gehäuse können Förderhöhen bis zu mehreren hundert Metern erreicht werden. In Fig. 6 der Tafel IV ist eine solche Turbinenpumpe von C. H. Jäger u. Komp. in Leipzig-Plagwitz dargestellt. Sie ist vierstufig, d. h. auf der Welle w sind vier Laufräder b aufgeteilt, die von vier Leiträdern c umgeben sind. Die Flüssigkeit tritt durch das Saugrohr a in das erste Schaufelrad b, erhält in diesem eine der Umdrehungszahl des Rades entsprechende Geschwindigkeit, die im Leitrade c in entsprechenden Druck umgewandelt wird. Durch den Kanal d gelangt sie alsdann in das zweite Laufrad und verläßt nach erfolgter abermaliger Beschleunigung und Umsetzung der Geschwindigkeit in Druck das zweite Leitrad mit dem doppelten Druck. Dieser Vorgang wiederholt sich weiter für das dritte und vierte Leitrad, so daß die Flüssigkeit beim Austritt aus dem vierten Leitrad in den Sammelraum e und das Druckrohr f das Vierfache des Druckes besitzt, der einem einfachen Laufrad entspricht. Der Antrieb der Hochdruckzentrifugalpumpen erfolgt vorwiegend durch direkt gekuppelte Elektromotoren, kann aber auch in gleicher Weise durch raschlaufende Dampfmaschinen, Turbinen etc. oder mittels Riemen oder Seil geschehen. Sie finden Verwendung für Wasserhaltungsanlagen in Bergwerken, Wasserversorgungsanlagen für Städte etc., große Be- und Entwässerungsanlagen, hydraulische Zwecke aller Art, Feuerlöschzwecke etc. Tafel IV, Fig. 7, zeigt die äußere Ansicht einer Pumpe von Gebr. Sulzer, Winterthur, die mit Elektromotor direkt gekuppelt ist (a Pumpe, b Motor), während Fig. 8 eine ebenfalls elektrisch angetriebene Senk- oder Abteufpumpe derselben Firma darstellt, wie sie zum Auspumpen neu herzustellender Schächte benutzt werden. Pumpe (a) und Motor (b), beide mit vertikaler Welle, sind in einem Gestell eingebaut, das an einem Seile hängt und, dem Fortgang der Abteufungsarbeit folgend, immer tiefer gesenkt wird, damit die Saughöhe die zulässige Grenze nicht überschreitet.

D. Über die Strahlpumpen, die einen Wasser-, Luft- oder Dampfstrahl, der in geeigneter Weise mittels einer Düse in ein Gehäuse eingeleitet wird, zum Fortreißen und Fördern der Flüssigkeit benutzen, s. Injektor und Strahlapparate. – Mit dem Namen P. werden auch Vorrichtungen bezeichnet, bei denen das Kraftmittel (Dampf oder Druckluft) direkt auf die Förderflüssigkeit wirkt, und zwar als Dampfdruckpumpen die Pulsometer (s. d.) und als Luftdruckpumpen die Luftdruckwasserheber (s. d.), zu denen die Mammutpumpe gehört. Über die Geschichte der P. s. Wasserhebemaschinen. Vgl. Jeep, Der Bau der P. und Spritzen (2. Aufl., Leipz. 1890); Colyer, Pumps and pumping machinery (2. Aufl., Lond. 1892–1900, 2 Tle.); Poillon, Traité des pompes et machines à élever les eaux (Par. 1883–87, 2 Bde.); Hartmann und Knoke, Die P. (3. Aufl., Berl. 1906); Baum, Die neueste Entwickelung der Wasserhaltung (das. 1905); v. Grünebaum, Zur Theorie der Zentrifugalpumpen (das. 1905); Riedler, Schnellbetrieb (Berl. u. Münch. 1899), daraus: Expreßpumpen mit unmittelbarem elektrischen Antrieb (Münch. 1899) und Neuere Wasserwerkspumpmaschinen (das. 1900); Herrmann, Die graphische Theorie der Turbinen und Kreiselpumpen (2. Aufl., Berl. 1900); Häder, P. und Kompressoren (2. Aufl., Duisb. 1903); Dreyer, Die Kolbenpumpen und deren Details (Ilmenau 1900); König, Die P. (Berl. 1902); Masse, Les pompes (Par. 1903); Davey, Principles, construction, and application of pumping machinery (2. Aufl., Lond. 1905); F. Neumann, Die Zentrifugalpumpen, mit besonderer Berücksichtigung der Schaufelschnitte (Berl. 1906).

Quelle:
Meyers Großes Konversations-Lexikon, Band 16. Leipzig 1908, S. 449-454.
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