Titel: Rittinger's Hub- und Druckpumpen.
Autor: Rittinger, Peter
Fundstelle: 1851, Band 122, Nr. LXIX. (S. 344–351)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj122/ar122069

LXIX. Einachsige Mönchkolben-, Hub- und Druckpumpen für sandiges Wasser, insbesondere zum Abteufen von Schachten; von P. Rittinger.

Aus dem Jahrbuch der k. k. geologischen Reichsanstalt für 1850, durch die berg- und hüttenmännische Zeitung 1851 Nr. 39.

Mit Abbildungen auf Tab. V.

Die Pumpen mit Mönch- oder Bramah'schen Kolben haben unstreitig den Vorzug vor den übrigen Pumpen mit gegliederten Kolben; denn:

1) der Mönchkolben gestattet die beständige Anwendung von Schmiere, während die gegliederten Kolben meist unzugänglich sind, und wegen Mangels an Schmiere beim guten Schluß einen bedeutend größeren Reibungswiderstand verursachen, und daher auch das Kolbenrohr sehr angreifen.

2) Beim Mönchkolben bemerkt man sogleich dessen Wasserlässigkeit und kann dieselbe durch das Anziehen der Stopfbüchse bald beseitigen.

3) Dabei braucht man die Packung in der Stopfbüchse einer Mönchpumpe nur so stark zusammenzupressen, als es der wasserdichte Schluß fordert, wodurch die Mönchkolben-Liederung der hydrostatischen sich sehr nähert.

Die Ausführung der Mönchkolbenpumpe hat das Bequeme, daß es sich dabei um das genaue Abdrehen eines Cylinders handelt, was immer leichter und sicherer gelingt, als das Ausbohren eines Cylinders, wie ihn die Pumpen mit gegliederten Kolben voraussetzen.

Trotz dieser Vortheile haben doch die Mönchkolbenpumpen beim Abteufen von Schachten bisher keine Anwendung finden können, und zwar:

1) weil sie meistens schwerfällig sind, und daher sich zu den stets wiederholenden Senkungen nicht gut eignen;

2) wegen der seitwärtigen Lage des Pumpencylinders von der Achse der Steigröhre nehmen diese Pumpen auch viel Raum ein;

3) weil die Verbindung der Pumpe einerseits mit dem Schachtgestänge, andererseits mit den Steigröhren eine Genauigkeit voraussetzt, |345| zu der man beim schnellen Senken während des Abteufens nicht immer Zeit genug hat;

4) Mönchkolbenpumpen wirken größtentheils drückend, d.h. der Mönchkolben hebt das Wasser während seiner Bewegung von oben nach unten. Diese Wirkungsweise hat manche Schwierigkeiten bei Uebertragung der Bewegung von der Maschine auf die Pumpe mittelst Schachtstangen. Für diese Art Transmission paßt besser die ziehende Kraftäußerung, und weil im letzteren Falle die Stopfbüchse der Mönchkolbenpumpe am untern Ende des Pumpencylinders angebracht seyn muß, so setzt sich über derselben alsbald Sand um den Mönchkolben an, der allmählich zwischen die Packung gelangt, sodann den Mönchkolben stark angreift und darin Furchen einreißt. Dieser Uebelstand zeigt sich vorzüglich beim sandigen Wasser und namentlich beim Abteufen von Schächten in Kohlensandstein.

Die so eben berührten Hindernisse sind nun durch die in den Figuren 11 bis 17 dargestellte neue Mönchkolbenpumpe gänzlich beseitigt, und die Anwendung derselben in zwei Exemplaren seit Februar und April 1849 bei den k. k. Steinkohlenschürfungen nächst Schlan hat deren praktische Brauchbarkeit hinlänglich erprobt.

Die im größern Maaßstabe ausgeführten Zeichnungen werden nur wenige Erläuterungen brauchen, um die Construction und Wirkungsart dieser Pumpe zu begreifen.

Die Figuren sind nachstehende:

Fig. 11 Seitenansicht.

Fig. 12 Längendurchschnitt.

Fig. 13 Ventil-Kästchen.

Fig. 14 Kolbenrohr im Längen- und Querschnitt.

Fig. 15 Gestängplatte in der Längenansicht und im Querschnitt.

Fig. 16 Ventilsitz.

Fig. 17 Senkbügel.

Ihre Haupttheile sind:

1) der Pumpencylinder A mit dem Saugrohre a, dem Saugventile b und einer Stopfbüchse c am obern Ende.

2) Das unterste Steigrohrstück B, welches von außen cylindrisch abgedreht ist, und woran sich die übrigen Steigröhren nach aufwärts anschließen.

3) Das Kolbenrohr C mit einem Ventile d am untern und einer Stopfbüchse e am obern Ende; dasselbe ist gleichfalls von außen cylindrisch |346| abgedreht und bildet den beweglichen Theil der Pumpe oder den Mönch (Piston). Dieses Kolbenrohr steht mit dem Schachtgestänge D in fester Verbindung durch die Stange f; diese ist einerseits durch das Ohr g am Kolbenrohr, andererseits durch das Ohr h am Schachtgestänge durchgesteckt, und erhält ihre Unverrückbarkeit mittelst der Kränzchen i und der Schraubenmutter k. Das Kolbenrohr C bewegt sich demnach über dem untersten Steigröhrenstücke B und gleichzeitig innerhalb des Pumpencylinders A und zwar beiderseits mit wasserdichtem Schluß.

Eine genaue Betrachtung der Wirkungsart dieser Pumpe wird auf das Eigenthümliche derselben führen: daß sowohl beim Hinauf- als beim Herabgehen des Kolbenrohrs Wasser zum obersten Ende des Steigrohrs ausgeschüttet werden muß; denn befindet sich das Kolbenrohr in der tiefsten Stellung und denkt man sich die ganze Pumpe mit Wasser bereits angefüllt, so wird beim Aufsteigen des Kolbenrohrs dieses saugend, und das Wasser aus dem Sumpfe wird den vom Mönchkolben verlassenen Raum des Pumpencylinders einnehmen. Gleichzeitig aber muß beim obersten Steigrohrende Wasser austreten, weil die ganze Wassersäule, welche über dem Ventil d ruht, um die Hubhöhe verkürzt wurde.

Die ausfließende Wassermenge entspricht dem Rauminhalte eines Cylinders, welcher die äußere Lichte des Steigrohr-Endstückes B zum Durchmesser und den Kolbenlauf zur Höhe hat.

Beim Herabgehen des Kolbenrohres schließt sich das Saugventil b, dagegen öffnet sich das obere Kolbenventil d und dasjenige Wasser, welches zwischen den beiden Cylindern B und C in dem ringförmigen Raume I eingeschlossen sich befindet, und dann jenes, welches die Wände des Mönchs verdrängen, wird offenbar hinaufgedrückt.

Man sieht demnach, daß diese Pumpe hebend und zugleich drückend das Wasser auf einen höheren Horizont fördere und daß sie daher mit einem beständigen Wasserausflusse arbeite. Ebenso wird man es nicht sehr schwer finden zu bewirken, daß die in den betrachteten zwei Perioden gehobenen Wassermengen sich gleich seyen, denn zu diesem Ende braucht man bloß den Flächeninhalt des äußeren Kreises des Steigrohres B dem halben äußern Querschnitte des Kolbenrohres C gleich zu machen. Bezeichnet daher D den äußeren Durchmesser des Kolbenrohres und d den äußern Durchmesser des Steigrohrs, so muß für den gleichförmigen Ausfluß seyn:

d²π/4 = D²π/2,4 also d² = D²/2 und d = D/√2 = 0,707 D.

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Mißt D wie im vorliegenden Falle 12'', so ist d = 0,707 . 12 = 8,48 oder nahe 8 1/2 Zoll, als äußere Lichte des Steigrohrs. Man sieht hieraus daß diese Pumpe die Anwendung verhältnißmäßig enger Steigröhren gestattet.

Einige sonstige Eigenthümlichkeiten in der Construction dieser Pumpe dürften noch einer kurzen Erwähnung bedürfen:

Die beiden Ventile b und d sind Stengelventile mit unterlegten Lederscheiben, weil aufgeschliffene Ventile beim sandigen Wasser sich bald ausschlagen und Wasser fallen lassen.

Der untere Ventilsitz b ist mittelst zweier Schrauben an den breiten Rand des obersten Saugrohrstückes a befestigt; der obere d wird gegen den äußersten Rand des Kolbenrohres C mittelst einer durchgesteckten Schraube m angezogen, welche mit ihrem Kopfe auf dem Stege n ruht. Letzteren gießt man entweder mit dem Kolbenrohr in Einem, oder man läßt an dessen inneren Wänden Nasen, an welche sich dann ein schmiedeiserner Steg auflegt; der äußere Durchmesser der Ventile und der innere des Ventilsitzes ist so gewählt, daß sich dem durchströmenden Wasser überall gleiche Querschnitte darbieten, so daß die Aenderungen in der Geschwindigkeit auf das Minimum beschränkt bleiben.

Den Zutritt zu den beiden Ventilen gestattet das Kästchen E; dieses ist mit einer mit Rippen versehenen Deckplatte E' geschlossen, welche mit einem mit Hanf umwundenen und sodann in Theer eingetauchten viereckigen Blechring unterlegt, und sodann gegen die inneren Ränder des Kästchens mittelst vier Schrauben angezogen wird. Von außen ist die Deckplatte mit zwei Handhaben versehen. Soll das Kolbenventil d herausgenommen werden, um etwa dessen Lederscheibe auszuwechseln, so läßt man das Kolbenrohr in seine tiefste Stellung herab, und löst sodann, nachdem die Platte E abgenommen wurde, die Schraubenmutter m los. Damit dieses Ventil sich leicht abnehmen lasse, darf der Ventilsitz nicht zu streng in den Piston passen, was auch ohnedieß nicht nothwendig ist, weil der wasserdichte Schluß mit Hülfe eines zwischengelegten Kittringes hervorgebracht wird. Um früher das Wasser aus dem Kolbenrohre zu entfernen, dient der Hahn p unterhalb der obern Stopfbüchse.

Einen zweiten Hahn an dem Kästchen E, etwa bei q angebracht, öffnet man für den Fall, als man es bloß mit dem Saugventile zu thun hat. Letzteres läßt sich schnell herausnehmen, sobald man die Schraubenmutter o abschraubt.

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Der Pumpencylinder hat unterhalb der Stopfbüchse zwei Tatzen r, mit denen er auf den Tragstempeln F ruht. Durch die Rippen dieser beiden Tatzen sind Löcher gebohrt, welche dazu dienen, um dadurch die Bolzen der Senkbügel s durchzustecken. In diese Bügel werden Ketten eingehängt, welche am unteren Ende des Senkseiles befestigt sind. Das Senken erfolgt sodann einfach dadurch, daß man vorher das Steigrohr B von den übrigen Steigröhren ablöst, dann auch die Zugstange f mit dem Kolbenrohr außer Verbindung bringt, und sodann die beiden Röhren B und C perspectivartig in den Pumpencylinder A hineinsinken läßt. Ist auch das Saugrohr G abgenommen, so hebt man mittelst des Krahns, welcher entweder zu Tag steht, oder an einer schicklichen Stelle im Schacht aufgestellt ist, zuerst ein wenig die ganze Pumpe, um die Tragstempel F entfernen zu können, und schreitet sodann zum Herablassen derselben in so lange, bis der Pumpencylinder die neu aufgelegten Tragstempel mit seinen Tatzen erreicht. Das Absenkeln und Verticalstellen der ganzen zusammengeschobenen Pumpe geht dann schnell von statten, und hierauf kommt die Reihe an das Einschalten der neuen Steigröhren, an die sodann zuletzt das Steigrohr-Endstück B angeschraubt wird. Endlich schraubt man auch das Ohr h tiefer an das Schachtgestänge, und dessen Verbindung mit jenem g mittelst der Stange f beschließt die ganze Arbeit.

Die Ermittelung der richtigen Stelle für die neuen Tragstempel und für das Zugrohr am Gestänge muß mit Genauigkeit vorgenommen werden, damit sodann Alles gut zusammenpaßt. Weil die Pumpe mit den obern fixen Steigröhren in verschieblicher Verbindung steht, so kann auch zwischen beiden keine Spannung eintreten.

Der empfindlichste Theil der ganzen Verbindung ist das Rohr h, welches an der Gestängplatte H angegossen ist. Es ist nothwendig, dieser Platte eine gehörige Stärke zu geben, und sie überdieß noch mit Rippen zu versehen.

Weil es zu umständlich wäre, diese Platte durch Schrauben zu befestigen, welche durch die Schachtstangen gehen, so ist es zweckmäßiger, der Platte nach außen die Vorsprünge t zu geben, und durch diese die Befestigungsschrauben durchgehen zu lassen, die sodann das Schachtgestänge umgeben. An der Gegenseite werden diese Schrauben durch schmiedeiserne Unterlagplatten u durchgesteckt, gegen welche sich die Schraubenmuttern stemmen. Damit die Platte H nicht leicht verschoben werde, bekommt sie an ihrer inneren Seite zwei dreikantige nur wenig vorspringende Rippen, denen sodann ähnliche Einschnitte in der Schachtstange entsprechen.

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Das unterste Steigrohr B wie das Kolbenrohr C müssen stets in guter Schmiere gehalten werden. Ein Gemenge aus zwei Theilen Unschlitt und drei Theilen Rüböl leistet gute Dienste. Bei einem zwölfzölligen Piston mit 3 Fuß Hub (nach Zeichnung) beträgt der Verbrauch an Schmiere zu einer Pumpe binnen 24 Stunden circa 20 Loth. Um nicht öfter die Schmiere auftragen zu müssen, legt man in die rinnenförmigen Vertiefungen der Stopfbüchsenränder wulstförmige Leinwandlappen, auf welche diese Schmiere aufgetragen wird. Es ist sorgfältig zu vermeiden, daß die Pumpe längere Zeit ungeschmiert umgehe; denn dann steigert sich die Reibung ungemein, und kann einen so hohen Grad erreichen, daß sie selbst Brüche nach sich zieht. In solchen Fällen zittert die ganze Pumpe und es bricht meistens die Gestängplatte H, oder aber es reißt die Zugstange f. So lange noch wenige Steigröhren in Anwendung stehen, muß man dafür Sorge tragen, daß die Pumpe nicht gehoben werde, was gleichfalls in Folge des unterlassenen Schmierens geschehen kann. Zu diesem Ende thut man gut, die Pumpe nach abwärts abzuspreizen.

Zur Packung der Stopfbüchsen wird in Fett getränkter Hanf angewendet. Es ist vortheilhaft beim Einbauen einer neuen Pumpe die Packung über Tage vorzunehmen, und sodann einen jeden Cylinder mit der daran geschobenen und gepackten Stopfbüchse einzeln einzulassen. Die Packung muß öfters erneuert werden; in der Regel hält eine ungefähr 4–5 Wochen aus. Ein noch so sandiges Wasser greift die Cylinder gar nicht an; wenigstens ist an den beiden Pumpen, die schon über acht Monate ununterbrochen arbeiten, nicht die geringste Abnützung der Cylinder zu bemerken. Der Grund hiervon liegt darin, daß die Stopfbüchsen nach oben gekehrt sind, und daher keine Ansammlung von Sand über denselben zulassen.

Während des Senkens kann das betreffende Schachtgestänge ungehindert umgehen, und die tiefer oder höher aufgestellten Pumpen bewegen. Dieß ist auch in dem Falle zulässig, wenn im Schachte 2 sich das Gleichgewicht haltende Schachtgestänge eingehängt sind, wie dieß bei rotirenden Motoren zu geschehen pflegt; denn eine Ungleichheit der Belastung kann hier nicht eintreten, weil jedes Schachtgestänge sowohl beim Hinauf- als beim Hinabgehen zufolge der Construction der neuen Pumpe eine gleiche Arbeit verrichtet. Nur in dem Augenblicke, wo die bereits aufgestellte Pumpe mit dem Schachtgestänge in Verbindung gesetzt werden soll, muß das Schachtgestänge auf kurze Zeit zum Stillstand gebracht werden. In diesem Falle läßt man das Schachtgestänge |350| die tiefste Stellung einnehmen und preßt sodann an dasselbe die Gestängplatte mit den vier Schrauben an.

Das Senken der beschriebenen einachsigen Pumpe von ihrem Einstellen auf ihrem alten Platze bis zum Wiederanlassen in der um drei Klafter tieferen Stellung dauert 6–7 Stunden, was immerhin als ein sehr kurzer Zeitraum bezeichnet werden muß.

Bei größerem Wasserandrang wäre man trotzdem nicht im Stande, diese Pumpe im Sumpfe aufzustellen ohne ausgetränkt zu werden. Es ist daher nothwendig, mindestens zwei derlei Pumpen im Sumpfe disponibel zu haben, von denen die eine in etwas schärferen Umgang gesetzt wird, während man mit dem Senken der andern beschäftigt ist. Sonst können auch beide zugleich beim langsamen Umgang des Gestänges arbeiten. Zwei Pumpen im Sumpfe sind schon ohnehin aus dem Grunde nothwendig, um mit der Wasserhebung nicht in Verlegenheit zu kommen, wenn an einer Pumpe etwas mangelhaft wird.

Die beiden ausgeführten Exemplare der einachsigen Pumpe mit zwölfzölligen Pistons machen 6–7 dreischuhige Doppelhube per Minute und jede hebt während dieser Zeit ungefähr 14 Kubikfuß Wasser. Die Förderhöhe derselben wurde allmählich mit dem Abteufen gesteigert, und es hat sich gezeigt, daß bei 16 Klaftern die Pumpe noch sehr leicht und gut arbeitet, und daß man selbst bis 20 Klafter damit die Wasserhebung ohne Anstand vornehmen könne. Wollte man das Wasser mit einer Pumpe noch höher heben, so müßten mehrere Bestandtheile derselben unter den bestehenden Verhältnissen stärker gemacht werden; namentlich wäre dieß bei der Gestängplatte und der Zugstange nothwendig.

Der Umstand, daß diese Pumpe so selten einer Nachbesserung bedarf, also ununterbrochen fortarbeiten kann, dann daß der große und kostspielige Lederverbrauch bei Scheibenkolben, die fast ausschließend zum Abteufen angewendet werden, ganz wegfällt; daß ferner ein noch so sandiges Wasser ihr gar nichts schadet; endlich daß sie vermöge ihres einachsigen Baues einen engen Raum einnimmt, daß sie sich sehr leicht handhaben läßt, und daß die Steigröhren in einer beliebigen Richtung geleitet werden können, und dazu verhältnißmäßig einen geringen Durchmesser haben, empfiehlt sie insbesondere zum Gebrauche beim Abteufen von Schachten.

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Aus diesem Grunde wurden in einem zweiten Schachte bei Kladno neuerdings zwei neue derlei Pumpen mit zwölfzölligen Pistons und mit 4 Fuß Hubhöhe eingebaut und befinden sich auch bereits im Umtriebe. Auch bei den Nachbargewerken findet diese neue Pumpe Nachahmung.

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