Pulsometer

Pulsometer im Bergbau in Alaska um 1900

Pulsometer in Servicestellung (J.T. Williams & Sons, London).

Pulsometer mit 4 Kugelventilen nach US Patent 131519.

Kugelventil (Kugel aus Bronze) eines gusseisernen Pulsometers (Pulsometer Eng. Co. Ltd., London).

Abflusskammer eines Pulsometers mit zwei Gummiklappenventilen. Abfluss nach oben, Gummiring des rechten Ventils zur Funktionsdarstellung angeschnitten. (Pulsometer Eng. Co. Ltd., London).

Ein Pulsometer ist eine aus der Dampfpumpe von Thomas Savery abgeleitete, kolbenlose, mit Dampf betriebene Pumpe, die zum Heben von Flüssigkeiten benutzt wurde.

Ursprung

Der Amerikaner Charles Henry Hall entwickelte die Pulsometerpumpe in den 60er Jahren des 19. Jahrhunderts. Seine Ergebnisse mündeten 1872 in 29 Patenten (US.Patente 131515 ff.). Durch seine Entwicklungen wurden die Schwierigkeiten der pumpenexternen Steuerung durch eine Verlagerung ins Pumpeninnere gelöst: Die Steuerung der Pumpe war nur noch von den inneren Druckverhältnissen abhängig.

Prinzip

Der Name der Pumpe leitet sich von der pulsierenden Arbeitsweise ab. Sie besteht aus zwei Kammern, in denen der Dampf abwechselnd zur Wirkung gelangt. Die Auswahl (Steuerung) der Kammer geschieht durch ein Kugelventil: Die Kugel gibt den Dampf für eine Kammer frei, während sie die andere vakuumdicht verschließt. In der ursprünglichen Ausführung wurden auch die Saugventile (Zufluss) und das einzelne Druckventil (Abfluss) als Kugelventile, später jedoch als kreisförmige Gummiklappen ausgeführt: 2 Saugventile und 2 Druckventile (siehe Abbildung). Die gesamte Steuerung obliegt somit dem Kugelventil im Dampfeinlass. Die Position der Dampfventilkugel richtet sich einzig nach dem Druckunterschied zwischen beiden Kammern. Um die Verwirbelungen im einfließenden Dampf zu minimieren sind die Kammern trichterförmig zum Kugelventil hin gezogen. Jeweils im oberen Bereich der Trichter findet sich ein Ventil, das bei entsprechendem Unterdruck Umgebungsluft in die Kammer lässt. Zur Verringerung der Kavitation ist im Einlassbereich ein Saugwindkessel vorgesehen, der räumlich zwischen den oberen Ausläufern der Kammern positioniert ist.

Funktionsweise

Man nehme an, die zu fördernde Flüssigkeit sei Wasser und beide Kammern der Pumpe seien durch Rückfluss durch die Ventile zumindest teilweise gefüllt. Der Dampf strömt über das Kugelventil in eine der Kammern und drückt das Wasser das sich in der Kammer befindet durch das Auslassventil (Druckventil). Das Einströmen verwirbelt den Dampf, er kommt mit der Luft in der Kammer, der Kammerinnenfläche und auch der Wasseroberfläche in Kontakt, wodurch er abkühlt und kondensiert. Durch die Kondensation des Dampfes entsteht ein Unterdruck. Durch den Druckabfall ist es dem Dampf zum einen nicht mehr möglich Wasser durch das Abflussventil zu drücken, zum anderen verschließt sich dadurch über das Kugelventil die Dampfzufuhr. In der Kammer kondensiert immer mehr Dampf, der Unterdruck wird so stark dass Wasser über das Saugventil in die Kammer strömt. Dieses Wasser kühlt den Dampf weiter ab, die Kammer füllt sich weiter. Durch den Unterdruck öffnet sich auch das Unterdruckventil oben am Einlasstrichter. Die geringe Menge einströmender Luft sorgt für Verwirbelungen im Dampf, wodurch dieser schneller und vollständiger kondensiert. Hierdurch wird auch die Temperatur in der Kammer herabgesetzt. Durch den Verschluss der Dampfzufuhr bei beginnender Kondensation in der ersten Kammer wurde bereits die Dampfzufuhr in die zweite Kammer freigegeben. Die Abläufe in der zweiten Kammer sind analog zur ersten. In dem Moment, in dem der Dampf in der zweiten Kammer zu kondensieren beginnt, wird er für die erste Kammer wieder freigegeben und das Wasser aus der ersten Kammer herausgedrückt. Der Pumpzyklus der ersten Kammer beginnt von neuem.

Vorteile und Nachteile in der Anwendung

Durch den direkten Kontakt des Pumpengehäuses mit der zu fördernden Flüssigkeit und dem antreibenden Dampf wurde es für Laugen aus Gusseisen, für Säuren aus Hartblei gefertigt. Von Vorteil ist neben der einfachen Konstruktion die relative Unempfindlichkeit des Pulsometers gegenüber Verschmutzungen und hohe Temperaturen der zur fördernden Flüssigkeit. Anwendungsgebiete waren neben der Entwässerung von Lehmgruben auch die Wasserversorgung von Dampflokomotiven auf freier Strecke. Den zur Förderung benötigten Dampf entnahm man hierbei aus dem eigenen Dampfsystem der Lokomotive. Nachteilig ist der im Vergleich zu anderen Pumpen hohe Dampfverbrauch pro geförderter Menge Flüssigkeit und deren damit konstruktiv verbundene Erwärmung. In Badeanstalten, in denen Pulsometer als Wasserpumpe eingesetzt wurden, gilt diese Erwärmung wiederum als Vorteil. Aufgrund ihrer Ineffizienz bei der Umsetzung von thermischer in potentielle Energie werden Pulsometer heutzutage nur noch selten benutzt.

Literatur

• Conrad Matschoß: Die Entwicklung der Dampfmaschine, S. 355-360, Berlin: Springer 1908

• Reprint: Conrad Matschoß: Die Entwicklung der Dampfmaschine, S. 355-360, Berlin, Heidelberg, New York: Springer 1987, ISBN 318400788X

• J.A. Ewing: Encyclopaedia Britannica, 9, 22, S. 516, New York: Charles Scribner's Sons 1887