Pumpenzylinder

Pumpenzylinder sind, je nach der Bauart der Pumpen, entweder ausgebohrte Zylinder für Scheiben- oder Ventilkolben oder zylinderähnliche Gefäße mit Stopfbüchse für Tauchkolben, je mit weiten Uebergängen zu den Ventilen.

Als Beispiel großer Pumpenzylinder für Bergwerke, nach Ausführung der »Gutehoffnungshütte« A.-G. in Oberhausen, zeigt Fig. 1 eine Druckpumpe von 570 mm Kolbendurchmesser und 3800 mm Hub für 100 m Druckhöhe mit Ventilen und Rohren in einer zweiten Achse, Fig. 2 Ansicht und Schnitt der einachsigen Rittinger-Pumpe von 1000 mm Durchmesser und 2825 mm Hub für 40 m Druckhöhe. Fig. 3 zeigt als Gegenstück den Zylinder einer Riedlerschen Expreßpumpe [2] von 700 mm Länge für 180/150 mm Kolbendurchmesser und 150 mm Hub bei 200 m Druckhöhe mit 300 Umdrehungen pro Minute, darüber den Druckventilkasten. Pumpen für Flüssigkeiten erhalten, im Gegensatz zu Dampf- und Luftzylindern, große »schädliche Räume«, die hier nicht schaden, solange die Pumpe nicht etwa Luft enthält. Um so mehr achtet man darauf, daß sich kein Luftsack über dem Saugventil, im Zylinder oder unter dem Druckventil bildet, was den Lieferungsgrad und das Spiel der Ventile ungünstig beeinflussen würde. Die Wandstärke δ ausgebohrter Zylinder vom Durchmesser D beträgt (wie bei Dampfzylindern) δ = 0,02 D + 1,5 cm; für nichtgebohrte, also auch nicht nachzubohrende Zylinder genügt 0,02 D + 1,0 cm; Preßpumpenzylinder für hohen Druck sind besonders zu berechnen (s. Preßzylinder). Die seitlichen Uebergänge zu den Ventilen sind mit reichlichen Abrundungen anzuschließen, um die Strömungsverluste zu mindern; dabei ist zu beachten, daß das Wasser genügenden Strömungsquerschnitt im Zylinder bis zum Kolbenboden findet, etwa so bemessen, daß die Zylinderweite gleich der Summe aus Kolbendurchmesser und Stutzenweite wird, falls die Stutzen nicht am Ende des Zylinders sitzen.

Ueberall, wo eine zylindrische Rohr- oder Gefäßwand durch eine Seitenöffnung unterbrochen wird, hört die tangentiale Kraftübertragung auf [3], auch wenn die Zylinderwand (wie an dem Domanschluß von Dampfkesseln [1]) mit einer oder mehreren kleinen Oeffnungen durchgeführt ist. An Pumpenzylindern können sogar sichtbare Formänderungen jedesmal beim Druckwechsel[295] auftreten. Nur eine geradlinig durchgehende Verankerung würde die Durchdringung entladen. Meist begnügt man sich damit, die Wandstärke reichlich zu nehmen, und spannt in besonderen Fällen (Fig. 3) Schrauben seitlich der Durchdringung in Augen des Gußstückes fest ein. Am zweckmäßigsten wählt man Kugelform, besonders für Ventilgehäuse, sowie an Kreuzstücken von Rohren für hohen Druck.

In Ermanglung von Untersuchungen über die Fertigkeit von Durchdringungsformen sei hier zur Beurteilung der Spannungen bei innerem Druck die Berechnung eines elliptischen Ringes (Fig. 4) als Durchdringung zweier gleichweiter Zylinder durchgeführt. Für ein Element (Fig. 5) von der Länge d l = ρ d τ und der Breite 1 gelten die Gleichgewichtsbedingungen: in radialer Richtung p d l + d V = 2 S sin d τ/2; tangential d S + V sin d τ = O; drehend d M = V d l. Die resultierende Gleichung p d M + S d S + V d V = 0 läßt sich vom Endpunkt der großen und kleinen Halbachse aus integrieren, wobei zu setzen ist: S_a = a p, S_b = b p, V_a = V_b = 0 und S² + V² = c² p² = (x² + y²) p. Man erhält (M – M_a) 2/p = a² – x² – y² und (M – M_b) 2/p = b² – x² – y². Um die Lösung der Aufgabe zu ermöglichen, sei angenommen, daß der Ort für M = 0 für eine Schar konfokaler Ellipsen eine Hyperbel sei, die eine große Ellipse dieser Art in der Mitte des Quadranten trifft und eine flache (Fig. 4) im Abstande e/√3 wie bei einem geraden Träger. Die Gleichung dieser Linie x₀² – y₀² = (a² – b²)/3 gilt gleichzeitig mit der Ellipsengleichung für M = 0. Hiermit folgt M_a = – p (2 a² + b²) (a² – b²)/6 (a² + b²) und M_b = p (a² + 2 b²) (a² – b²)/6 (a² + b²). Ist nun für ein Rohr von d cm Weite a = 0,7 d und b = 0,5 d, so wird M_a = – p d²/14,4 und M_b = p d²/18.

Die Biegungsspannungen in dem Ringe von der Breite 1 und der Stärke δ cm addieren sich in jedem Falle mit den Zugspannungen σ_a = a p/δ, bezw. σ_b = b p/δ, wobei die Gesamtspannungen bei normalen Rohrstücken mit p = 10 Atmosphären über 1000 kg/qcm steigen. – Wenn aber in der Durchdringung auch die axialen Rohrspannungen wirksam auftreten, streben sie, entgegen zur Wirkung des Flüssigkeitsdruckes, dahin, die große Achse zu strecken, die kleine zu verkürzen. Ein entsprechend durchgeführter Berechnungsgang liefert M_a = p d³/63 und M_b = – p d³/29. Jedenfalls werden sich die Biegungsmomente auf eine gewisse Breite seitwärts der Durchdringungslinie verteilen, auch wenn die Kanten nicht abgerundet sind.[296] Daher können sich diese Momente mit den vorigen einigermaßen ausgleichen, so daß nur Zugspannungen verbleiben, die rund anderthalb- bezw. zweimal so hoch sind wie im geraden Rohr. Literatur: [1] Zeitschr. d. Ver. deutsch. Ing. 1894, S. 868. – [2] Ebend. 1901, S. 1445. – [3] Ebend. 1907, S. 994.

Lindner.

Fig. 1., Fig. 2.

Fig. 3.

Fig. 4.

Fig. 5.