DE19643038A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Pumpen von Dickstoffgemischen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfah­ ren zum Pumpen von Dickstoffgemischen der im Oberbe­ griff der Ansprüche 1 und 12 angegebenen Gattung.

Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art (DE-A 43 41 607) wird das aus körnigem Schüttgut und Wasser bestehende Dickstoffgemisch in Einzelkomponenten einem Materialaufgabebehälter zugeführt, mittels eines För­ derkolbens nach dem Stopfprinzip aus dem Materialaufga­ bebehälter in einen Förderzylinder eingeführt und von dort in eine Förderleitung verdrängt, wobei der Förder- Zylinder beim Einführen des Dickstoffgemisches zur För­ derleitung hin durch ein Sperrorgan und nach dem Ein­ führen zum Aufgabebehälter hin durch den Förderkolben verschlossen wird. Die Wasserbeigabe hat die Aufgabe, das trockene Fördergut für den Pumpvorgang zu konditio­ nieren. Besondere Vorkehrungen für die Durchmischung des Dickstoffgemisches sind nicht vorgesehen. Die be­ kannte Pumpvorrichtung weist einen durch zwei Stirnsei­ tenwände, zwei Längsseitenwände und einen Boden be­ grenzten Materialaufgabebehälter, einen mit seiner Ma­ terialeintrittsöffnung bodennah an der einen Stirnsei­ tenwand außenseitig angeschlossenen und an seiner der Austrittsöffnung gegenüberliegenden Materialaustritts- Öffnung mittels eines Absperrorgans verschließbaren Förderzylinder, einen an der anderen Stirnseitenwand außenseitig angeschlossenen Führungszylinder und einen im Führungszylinder mit einem hydraulischen Antriebsme­ chanismus von einer in den Führungszylinder zurückgezo­ genen Endstellung aus durch eine Stirnöffnung des Füh­ rungszylinders, den Materialaufgabebehälter und die Ma­ terialeintrittsöffnung hindurch in den Förderzylinder hinein verschiebbaren plungerartigen Förderkolben auf, wobei die Stirnöffnung und die Materialeintrittsöffnung durch den Förderkolben gegen Materialdurchtritt abdicht­ bar sind.

Weiter ist es in der Verfahrenstechnik an sich bekannt, das Dosieren, Mischen und Pumpen in verschiedene Ver­ fahrensschritte aufzulösen. In einem Mischer werden je nach Verfahren zwei oder mehrere Komponenten dosiert zugegeben und mit einem Rührwerk durchmischt. Das Ge­ misch wird sodann aus dem Mischer beispielsweise durch Gravitation ausgetragen. Bei mineralischen Gemischen ist häufig eine Zwangsentleerung des Mischers erforder­ lich. Dies ist besonders dann der Fall, wenn eine che­ mische Reaktion stattfindet, die zu einem Aushärten des Gemisches führt.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zu­ grunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Verpum­ pen von Dickstoffgemischen zu entwickeln, das auch bei chemisch miteinander reagierenden Komponenten eine gute Durchmischung und eine vollständige Verpumpung des Ge­ misches gewährleistet.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden die in den Ansprüchen 1 und 12 angegebenen Merkmalskombinationen vorgeschla­ gen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprü­ chen.

Die erfindungsgemäße Lösung geht vor allem von dem ver­ fahrensmäßigen Gedanken aus, daß das in den Förderzy­ linder eingeschlossene Dickstoffgemisch bei angehalte­ nem Förderkolben mit einem Mischorgan durchmischt wird und daß danach der Förderkolben bei zur Förderleitung hin geöffnetem Förderzylinder erneut in Bewegung ver­ setzt und dabei das Dickstoffgemisch in die Förderlei­ tung verdrängt wird. Das Mischorgan wird beim Mischvor­ gang zweckmäßig von einer Ausgangsposition am Förder­ kolben aus in den Förderzylinder eingeführt und dort achsparallel durch den Förderzylinder hindurch verscho­ ben und vor dem anschließenden Verdrängungsvorgang in seine Ausgangsposition zurückgeführt. Zur Verbesserung der Durchmischung kann das Mischorgan um seine Ver­ schiebeachse in Drehbewegung versetzt werden. Vorteil­ hafterweise werden die Mischungskomponenten des Dick­ stoffgemischs in den Materialaufgabebehälter eindo­ siert.

In baulicher Hinsicht wird dieses Ergebnis durch ein am Förderkolben angeordnetes und zusammen mit diesem ver­ schiebbares Rührwerk erzielt, das ein von einer End­ stellung im Bereich der Stirnfläche des Förderkolbens aus über dessen Stirnfläche hinaus hin- und herver­ schiebbares Mischorgan aufweist. Das Rührwerk umfaßt dabei einen vorzugsweise hydraulisch angetriebenen Ver­ schiebemechanismus für das Mischorgan und einen das Mischorgan um eine vorzugsweise zur Verschieberichtung parallele Drehachse antreibbaren Motor. Mit diesen Maß­ nahmen ist es möglich, das Mischorgan bei im Bereich der Materialeintrittsöffnung innerhalb des Förderzylin­ ders angehaltenem Förderkolben innerhalb des Förderzy­ linders vorzugsweise parallel zu dessen Achse hin und her zu verschieben und dabei das im Förderzylinder ein­ geschlossene Dickstoffgemisch innig zu durchmischen. Nach Fertigstellung des Gemischs kann der Förderzylin­ der über den Plungerkolben weitgehend rückstandsfrei entleert werden, so daß auch bei Dickstoffgemischen, die zum Aushärten oder zur Sedimentation neigen, ein Dauerbetrieb möglich ist.

Der Materialaufgabebehälter kann über mindestens zwei Dosiereinheiten unmittelbar mit den Mischungskomponen­ ten des zu fördernden Dickstoffgemischs beaufschlagt werden. Dabei kann mindestens eine der Dosiereinheiten eine Dosierschnecke oder Zellenradschleuse für eine körnige oder pulverförmige Mischungskomponente und ge­ gebenenfalls eine Wiegeeinrichtung aufweisen, während eine andere Dosiereinheit als Flüssigdosierer ausgebil­ det sein kann.

Zur Erhöhung des Materialdurchsatzes und zur Verbesse­ rung der Betriebssicherheit wird gemäß einer bevorzug­ ten Ausgestaltung der Erfindung eine Anlage zum Verpum­ pen von Dickstoffgemischen vorgeschlagen, die aus zwei Pumpvorrichtungen der vorstehenden Art besteht, die austrittsseitig in eine gemeinsame Förderleitung münden und im Gegentakt ansteuerbar sind.

Die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte setzen voraus, daß der Förderkolben zunächst zum Befüllen des Förder­ zylinders durch den Materialaufgabebehälter hindurch bis zum Eintritt in den Förderzylinder verschoben und dann zeitweilig angehalten wird. Nach dem Mischungsvor­ gang wird der Förderkolben erneut in Bewegung gesetzt, um das Dickstoffgemisch aus dem Förderzylinder heraus in die Förderleitung zu verdrängen. Das schrittweise Verschieben des Förderkolbens kann beispielsweise durch Endschalter oder durch ein Wegmeßsystem in Verbindung mit einer geeigneten Steuereinheit bewerkstelligt wer­ den. Bei Verwendung eines mit dem Förderkolben oder dessen Antriebsmechanismus verbundenen Wegmeßsystems ist es zusätzlich möglich, durch wiederholtes Anfahren und Anhalten des Förderkolbens das Dickstoffgemisch portionsweise aus dem Förderzylinder auszutragen.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, den Reaktionsablauf innerhalb des Dickstoff­ gemischs mit Hilfe eines Heiz- und/oder Kühlaggregats, das in thermischem Kontakt mit dem Förderzylinder steht, zu beeinflussen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher er­ läutert. Es zeigen

Fig. 1 eine redundant ausgebildete Dosier-, Misch- und Pumpeinrichtung mit nachgeordneter Produktions­ maschine für Formkörper;

Fig. 2 eine Seitenansicht (teilweise geschnitten) ei­ ner Einkolben-Dickstoffpumpe mit integriertem Mischaggregat;

Fig. 3a bis c eine Draufsicht (teilweise geschnitten) auf die Einkolben-Dickstoffpumpe nach Fig. 2 in drei Funktionsstellungen.

Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Produktionsanla­ ge für Formteile enthält zwei redundante Einkolbenpum­ pen 10, 10' mit im Förderkolben 12, 12' integriertem Rührwerk 14, 14', denen je ein Trockendosierer 16, 16' und ein Flüssigdosierer 18, 18' vorgeschaltet ist und die ausgangsseitig in eine gemeinsame Förderleitung 20 münden. Die Förderleitung 20 mündet ihrerseits in eine Dosierpumpe 22 mit einem nachgeschalteten, beispiels­ weise als Spritzgußmaschine ausgebildeten Formgebungs­ aggregat 24 zur Erzeugung von Formteilen 26 aus dem aushärtenden Dickstoffgemisch. Die Trockendosierer 16, 16' umfassen je ein Silo 28, eine motorgetriebene Do­ sierschnecke 30 und eine Wiegeeinrichtung 32, während die Flüssigdosierer 18, 18' zweckmäßig aus einem Flüs­ sigkeitsbehälter mit Dosierpumpe bestehen. Sowohl die Trockendosierer 16, 16' als auch die Flüssigdosierer 18, 18' münden in eine nach oben offenen Materialaufgabebe­ hälter 34 der zugehörigen Einkolbenpumpe 10, 10'.

Die Einkolbenpumpe 10, 10' besteht im wesentlichen aus dem durch zwei Stirnseitenwände 36, 38, zwei Längssei­ tenwände 40 und einen Boden 42 begrenzten Materialauf­ gabebehälter 34, einem mit seiner Eintrittsöffnung 44 bodennah an die Stirnseitenwand 38 außenseitig ange­ schlossenen und an seiner der Eintrittsöffnung gegen­ überliegenden Austrittsöffnung 46 mittels eines Ab­ sperrschiebers 48 verschließbaren Förderzylinder 50, einem im Bereich einer Stirnöffnung 52 an der anderen Stirnseitenwand 36 außenseitig angeschlossenen Führungs­ zylinder 54 sowie einem im Führungszylinder 54 mit ei­ nem hydraulischen Antriebsmechanismus 56 von einer in den Führungszylinder 54 zurückgezogenen Endstellung aus durch die Stirnöffnung 52, den Materialaufgabebehälter 54 und die Eintrittsöffnung 44 hindurch in den Förder­ zylinder 50 hinein verschiebbaren plungerartigen För­ derkolben 12. Die Stirnöffnung 52 und die Eintrittsöff­ nung 44 sind durch den Förderkolben 12 gegen Material­ durchtritt von und zum Materialaufgabebehälter 34 ab­ dichtbar. Der Materialaufgabebehälter 34 bildet eine nach oben offene Rinne, die im Bereich des Bodens 42 und der Längsseitenwände 40 der Außenkontur des Förder­ kolbens angepaßt ist und über die Stirnöffnung 52 und die Eintrittsöffnung 44 stufenfrei an den Führungszy­ linder 54 und den Förderzylinder 50 anschließt.

Der hydraulische Antriebsmechanismus 46 des Förderkol­ bens 12 umfaßt zwei parallel zum Führungszylinder 54 und zum Förderzylinder 50 ausgerichtete, in seitlichem Abstand von diesen gestellfest angeordnete hydraulische Antriebszylinder 58, 58', deren Kolbenstangen 60, 60' über eine Traverse 62 mit dem Förderkolben 12 verbunden sind. Die beiden Antriebszylinder 58, 58' werden nach Maßgabe der von dem Förderkolben auszuführenden Bewe­ gung gemeinsam und gleichsinnig mit Drucköl beauf­ schlagt.

In dem hohl ausgebildeten Förderkolben 12 befindet sich zusätzlich das Rührwerk 14, das ein von einer Enstel­ lung im Bereich der Stirnfläche 66 des Förderkolbens aus über dessen Stirnfläche hinaus hin- und herver­ schiebbares Mischorgan 68 aufweist. Die Verschiebung des Mischorgans 68 erfolgt über einen rückwärtig an der Traverse 62 angeordneten, doppelt wirkenden Hydraulik­ zylinder 70, dessen Kolbenstange 71 mit ihrem stirnsei­ tigen Ende an der Rückseite eines im Förderkolben 12 befindlichen Motorgehäuses 72 verbunden ist. Im Inneren des Motorgehäuses 62 befindet sich ein elektrisch oder hydraulisch angetriebener Drehmotor 74, auf dessen achszentral zum Plungerkolben 12 angeordneter Abtriebs­ welle 76 stirnseitig das Mischorgan 68 befestigt ist. Dadurch ist es möglich, das Mischorgan relativ zum För­ derkolben 12 zu verschieben und um seine Verschiebeach­ se in Drehung zu versetzen.

Der Funktionsablauf beim Misch- und Fördervorgang ist wie folgt:
Die festen und/oder flüssigen Mischungskomponenten wer­ den bei zurückgezogenem Förderkolben 12 unmittelbar von oben her mit Hilfe eines Trockendosierers 16 oder eines Flüssigdosierers 18 in den Materialaufgabebehälter 34 der Einkolbenpumpe eindosiert (Fig. 2, 3a). Sodann wird der Förderkolben 12 mit in seine Endstellung zurückge­ zogenem Mischorgan 68 mit Hilfe der Antriebszylinder 58, 58' durch den Materialaufgabebehälter 34 aus dem Führungszylinder 54 heraus in Richtung Förderzylinder 50 verschoben und dabei das im Materialaufgabebehälter 34 befindliche Material nach dem Stopfprinzip durch die Eintrittsöffnung 44 in den Förderzylinder 50 hineinge­ schoben. Um ein frühzeitiges Verdrängen des Materials in die Förderleitung 20 zu vermeiden, ist bei diesem Vorgang das Absperrorgan 48 geschlossen. Sobald der Förderkolben 12 mit seinem stirnseitigen Ende 66 in die Eintrittsöffnung 44 eindringt, wird der Förderzylinder 50 mit dem darin befindlichen Dickstoffgemisch gegen­ über dem Materialaufgabebehälter 34 abgedichtet. In dieser Stellung wird der Förderkolben 12 angehalten und das Rührwerk 64 in Gang gesetzt (Fig. 3b). Dies erfolgt über den Hydraulikzylinder 70, mit welchem das Mischor­ gan 68 über die Kolbenstange 71, das Motorgehäuse 72 und die Abtriebswelle 76 von der Stirnfläche 66 des Förderkolbens 12 aus durch das im Förderzylinder 50 be­ findliche Dickstoffgemisch hindurchbewegt wird, wobei das Mischorgan 68 über den Drehmotor 74 um seine Ver­ schiebeachse in Drehung versetzt wird. Bei diesem Vor­ gang wird das im Förderzylinder 50 befindliche Dick­ stoffgemisch intensiv durchmischt. Nach Abschluß des Mischvorgangs wird das Mischorgan 68 über den Hydrau­ likzylinder 70 wieder in seine Ausgangsposition im Be­ reich der Stirnfläche 66 des Förderkolbens 12 zurückge­ zogen. Der Drehmotor 74 wird abgeschaltet, der aus­ trittsseitige Absperrschieber 48 des Förderzylinders 50 geöffnet und der Förderkolben 12 über den hydraulischen Antriebsmechanismus 56 durch den Förderzylinder 50 in Richtung Förderleitung unter Verdrängen des Dickstoff­ gemischs verschoben (Fig. 3c). Die Verschiebung kann auch schrittweise erfolgen, wenn eine portionsweise Ausgabe des Dickstoffgemischs gewünscht wird. Zu diesem Zweck kann der Förderkolben 12 oder dessen Antriebsme­ chanismus 56 mit einem Wegmeßsystem versehen werden, das mit einer Steuereinheit zur Ansteuerung des An­ triebsmechanismus 56 nach Maßgabe vorgebbarer Verschie­ bewege des Förderkolbens verbunden werden kann. Zur Be­ einflussung des Reaktionsablaufs innerhalb des Förder­ zylinders während des Mischvorgangs kann zusätzlich ein in thermischem Kontakt mit dem Förderzylinder befindli­ ches Heiz- und/oder Kühlaggregat vorgesehen werden.

Zusammenfassend ist folgendes festzustellen: Die Erfin­ dung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfah­ ren zum Verpumpen von Dickstoffgemischen. Die Mischungs­ komponenten des Dickstoffgemischs werden getrennt in einen Materialaufgabebehälter 34 einer Einkolbendick­ stoffpumpe eindosiert. Von dort aus wird das Dickstoff­ gemisch mittels eines Förderkolbens 12 in einen Förder­ zylinder 50 eingeführt, wobei der Förderzylinder 50 beim Einführen des Dickstoffgemischs austrittsseitig durch ein Absperrorgan 48 und nach dem Einführen des Dickstoffgemischs zum Materialaufgabebehälter 34 hin durch den Förderkolben 12 verschlossen wird. Das in dem Förderzylinder 58 eingeschlossene Dickstoffgemisch wird bei angehaltenem Förderkolben 12 mit einem im Förder­ kolben angeordneten Mischorgan 68 durchmischt. Danach wird der Förderkolben erneut in Bewegung versetzt und das Dickstoffgemisch bei geöffnetem Absperrorgan 48 in eine Förderleitung 20 verdrängt.

Claims (16)

1. Vorrichtung zum Verpumpen von Dickstoffgemischen mit einem durch zwei Stirnseitenwände (36, 38), zwei Längsseitenwände (40) und einen Boden (42) begrenz­ ten Materialaufgabebehälter (34), mit einem mit seiner Materialeintrittsöffnung (44) an der einen Stirnseitenwand (36) außenseitig angeschlossenen und an seiner der Materialeintrittsöffnung (44) ge­ genüberliegenden Materialaustrittsöffnung (46) mit­ tels eines Absperrorgans verschließbaren Förderzy­ linder (50), mit einem mit einer Stirnöffnung (52) an der anderen Stirnseitenwand (38) außenseitig an­ geschlossenen Führungszylinder (54) und mit einem im Führungszylinder (54) mit einem vorzugsweise hy­ draulischen Antriebsmechanismus (56) von einer in den Führungszylinder (54) zurückgezogenen Enstel­ lung aus durch die Stirnöffnung (52), den Material­ aufgabebehälter (34) und die Materialeintrittsöff­ nung (44) hindurch in den Förderzylinder (50) hin­ einverschiebbaren plungerartigen Förderkolben (12, 12'), wobei die Stirnöffnung (52) und die Material­ eintrittsöffnung (44) durch den Förderkolben (12, 12') gegen Materialdurchtritt abdichtbar sind, ge­ kennzeichnet durch ein am Förderkolben angeordnetes Rührwerk (34), das ein von einer Endstellung im Be­ reich der Stirnfläche (66) des Förderkolbens (12, 12') aus über dessen Stirnfläche (66) hinaus hin- und herverschiebbares Mischorgan (68) aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Rührwerk (64) einen vorzugsweise hy­ draulisch angetriebenen Verschiebemechanismus (70) für das Mischorgan (68) aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Mischorgan (68) um eine vorzugs­ weise zur Verschieberichtung parallele Drehachse motorisch drehbar ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß das Mischorgan (68) bei durch die Materialeintrittsöffnung (44) in den För­ derzylinder (50) eingreifendem, angehaltenem För­ derkolben (12) innerhalb des Förderzylinders (50) vorzugsweise parallel zu dessen Achse hin- und her­ verschiebbar ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß der Materialaufgabebehäl­ ter (34) über mindestens zwei Dosiereinheiten (16, 16'; 18, 18') mit Mischungskomponenten des zu verpum­ penden Dickstoffgemischs beaufschlagbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß mindestens eine der Dosiereinheiten (16, 16') eine Dosierschnecke (30) oder eine Zellenrad­ schleuse für eine körnige, pulverförmige oder dick­ flüssige Mischungskomponente aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mindestens eine der Dosiereinheiten (16, 16') eine Wiegeeinrichtung (32) aufweist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Do­ siereinheiten (18, 18') als Flüssigdosierer ausge­ bildet ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, ge­ kennzeichnet durch ein in thermischem Kontakt mit dem Förderzylinder (50) befindliches Heiz- und/oder Kühlaggregat.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, ge­ gekennzeichnet durch ein mit dem Förderkolben (12) oder dessen Antriebsmechanismus (56) verbundenes Wegmeßsystem und einer mit dem Wegmeßsystem verbun­ denen Steuereinheit zur Ansteuerung des Antriebsme­ chanismus nach Maßgabe vorgebbarer Verschiebewege des Förderkolbens (12).

11. Anlage zum Verpumpen von Dickstoffgemischen, be­ stehend aus zwei gleichartigen Vorrichtungen nach einem der Ansprüche 1 bis 10, die austrittsseitig in eine gemeinsame Förderleitung (20) münden und im Gegentakt ansteuerbar sind.

12. Verfahren zum Verpumpen von Dickstoffgemischen, bei welchem das Dickstoffgemisch mittels eines Förder­ kolbens (12, 12') aus einem Materialaufgabebehälter (34) in einen Förderzylinder (50) eingeführt und von dort in eine Förderleitung (20) verdrängt wird, wobei der Förderzylinder (50) beim Einführen des Dickstoffgemischs zur Förderleitung hin mit einem Sperrorgan und nach dem Einführen des Dickstoffge­ mischs zum Materialaufgabebehälter (34) hin durch den Förderkolben (12, 12') verschlossen wird, da­ durch gekennzeichnet, daß das in den Förderzylinder (50) eingeschlossene Dickstoffgemisch bei angehal­ tenem Förderkolben (12) mit einem Mischorgan (68) durchmischt wird und daß danach der Förderkolben (12) bei zur Förderleitung (20) hin geöffnetem För­ derzylinder (50) erneut in Bewegung versetzt und dabei das Dickstoffgemisch in die Förderleitung (20) verdrängt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischorgan (68) beim Mischvorgang von einer Ausgangsposition am Förderkolben (12) aus in den Förderzylinder (50) eingeführt und vor dem an­ schließenden Verdrängungsvorgang in seine Ausgangs­ position zurückgeführt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Mischorgan (68) achsparallel durch den Förderzylinder (50) verschoben wird

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischorgan (68) um seine Verschiebeachse in Drehbewegung versetzt wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, da­ durch gekennzeichnet, daß die Mischungskomponenten des Dickstoffgemischs getrennt in den Materialauf­ gabebehälter (34) eindosiert werden.