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"Dickstoffpumpe, insbesondere Betonpumpe" Die Erfindung betrifft
eine Dickstoffpumpe, insbesondere Betonpumpe mit einem zylindriSchen Gehäuse, das
mit zwei wechselseitig betätigten Schiebern radial in je einen Saugraum und einen
von diesem abgeschlossenen Druckraum unterteilt wird und init einem in dem Gehäuse
umlaufenden Verdrängerkolben mit einem dem Gehäuse anliegenden Flügel, über dessen
Rückseite das von oben dem Gehäuse aufgegebene Bördergut durch wenigstens eine Ansaugöffnung
im Kolben in den Saugraum des Gehäuses ein-tritt und iiber dessen Vorderseite das
Fördergut aus dem Druckraum des Gehäuses über eine Austrittsöffnung des Kolbens
axial in eine sich konzentrisch an den Kolben anschließende Druckleitung gelangt.
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Dickstoffe kommen in den verschiedentsten Zusammensetzungen, beispielsweise
als Fäkalien vor. Beton stellt wegen seiner Viskosität technisch ebenfalls einen
Dickstoff dar, unterscheidet sich aber in vielfacher Hinsicht von gewöhnlichen Dickstoffen
durch Eigenschaften, die das Pumpen von Beton zu einem besonderen technischen Problem
machen. Die Erfindung
wird daher trotz ihrer grundsätzlichen Anwendbarkeit
auf dickflüssige Medien anhand der bei der Betonförderung auftretenden Probleme
beschrieben.
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Beim Pumpen von Dickstoffen müssen einerseits möglichst große Durchgangsquerschnitte
für das Fördermedium geschaffen werden, um den Pumpwiderstand gering zu halten;
andererseits sollen zum gleichen Zweck die Förderwege frei von scharfen Krümmungen
sein.
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Das Pumpen von Beton muß zudem auf die Neigung des Betons zur Entmischung
spund zum Erhärten in den nicht zwangsdurchströmten Querschnitten einer Pumpe Rücksicht
nehmen. Bei Beton sind ferner die volumetrischen Änderungen zu berücksichtigen,
die beim Saugen und bei der Kompression des Mediums auftreten.
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Die eingangs beschriebene Dickstoffpumpe ist bereits bekannt (DPS
1 190 795). Ihr Gehäuse hat einen Boden, in den die Druckleitung mundet. Das Fördergut
wird von oben angesaugt und nach unten aus dem Gehäuse herausgeführt. Die Schieber
sind als Radialschieber ausgebildet. Die Ansaugöffnung des Verdrängerkolbens und
dessen Austrittsöffnungen liegen bei dieser Pumpe axial hintereinander.
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Diese Pumpe benötigt daher an Jeder Stirnseite des Kolbens eine Dichtung.
Derartige Dichtungen sind insbesondere bei der Förderung von Beton problematisch.
Abgesehen von den Dichtungsschwierigkeiten ergeben sich aber auch Nachteile, weil
der Verdrängerkolben bei dieser Pumpenbauart Kanten der Austrittsffnung überfahren
muß. Dadurch tritt hier ein Zerkleinern der im Beton enthaltenen Steine auf, was
zu hohem Verschleiß führt.
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Außerdem ist der Flügel des Verdrängerkolbens eben und erstreckt sich
radial durch den Pumpenraum des Gehäuses. Die Strömungsverhältnisse
sind
daher nicht optimal, weil sich an den Enden des flügels Wirbel bilden, in denen
Nester aus abgesetztern oder gar teilweise erhärtetem Beton entstehen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine insbesondere auf die
F@@derung von Beton eingerichtete Dickstoffpumpe zu schaffen. welche eine Verminderung
der Anzahl der Dichtungen und der von
überfahrenen Kanten erlaubt; rnd bei ihrer erfindungsgemäßen Weiterbildung eine
absolut gleiciimäßige kontinuierliche Förderung infolge zwangsdurchströmter Querschnitte,
Ausgleich des beim Pumpen auftretenden Saugverlustes bzw. der auftretenden Kompression
des Fördergutes und Vermeidung der schieberbedingten Kurzschlüsse in der Pumpe ermöglicht.
Diese gleichmäßige Förderung des Betons ist Voraussetzung für die berwindung großer
Förderhöhen, bzw. ermöglicht ein schwingungsfreies Arbe ten mit
| :3etonver1;eiToranlaoon . |
Erfindungsge0iiäß wird zur Lösung dieser Aufgabe vorgeschlagen, daß das Gehause
an seiner den Aufgabebehälter für das Fördergut gegenüberliegenden Seite einen den
Gehäusezylinder abschliessenden Boden aufweist, und daß die Ansaugöffnung des Verdrängerkolbens
dessen Austrittsöffnung konzentrisch umgibt, welche
in die durch ### Aufgabe geführte Druckleitung mündet.
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Bei einer solchen Pumpe befindet sich keine Offnung im Genause-@ boden,
umd die Druckleitung kann unmittelbar an den Verdrängerkolben angeschlossen werden.
Dadurch tritt die angestrebte Verminderung der Dichtungen und zu überfahrenden Öffnungen
in der Pumpe ein.
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Diese @usbildung der Pumpe ermöglicht ferner die Vermeidung von nicht
von dem Fördergut zwangsläufig durchströmten Querschnitten
in der
Pumpe. Dazu ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Vorderseite des Verdrängerkolbens
ausgehend vom Boden und von der Zylinderwand des Gehäuses in Drehrichtung gesehen
schräg nach hinten geneigt ist, und daß die Rückseite des Verdrängerkolbens eine
der Vorderseite entgegengesetzte Neigung aufweist.
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Insbesondere sollen die Vorder- und die Rückseite des Verdrängerkolbens
sphärisch gekrümmt ausgebildet werden.
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Es empfiehlt sich natürlich, bei dieser Ausbildung des Verdrängerkolbens
die rotierende Masse der Pumpe möglichst klein zu halten. Zu diesem Zweck können
erfindungsgemäß die Vorder- und die Rückwand des Verdrängerkolbens zusammen mit
einer der Sehäusewand anliegenden tangentialen Wand im Verdrängerkolben einen Hohlraum
begrenzen, der von stirnseitigen Wänden ebgeschlossen ist.
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Der sich an der Innenseite des Gehäusezylinders entlang bewegende
Flügel unterliegt jedenfalls dann besonderem Verschleiß, wenn dort Steins eingeklemmt
und zerkleinert werden können. Dann leidet die Abdichtung zweischen dem Druck- und
Saugraum. Erfindungse ,iß werden dort die Verhältnisse durch Dichtungen verbessert,
die le sich von den radial äußeren Enden der Vorder- und Rückseite des Verdrängerkolbens
erstrecken und der Innenseite der STlinderwand des Gehäuses anliegen. Diese Dichtungen
wirken als Abstreifer und sollten vorzugsweise aus Gummi bestehen. In ihnen tritt
der Verschleiß auf. Daher empfiehlt es sich, die Dichtungen auswechselbar ansuordnen.
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fler Kolben weist an der dem Aufgabebehälter zugewandten Stirnseite
eine zweiteilige Ansaugöffnung auf mit einem Ringkanal, der hinter dem Flägel in
den Saugraum mündet. Dadurch werden die gewänschten großen Durchgangsquerschnitte
verwirklicht.
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Bei Betonförderpumpen werden sowohl Flachschieber, die auch bei der
eingangs beschriebenen Dickstoffpumpe vorgesehen sind, aber auch Drehschieber verwende-t.
Bei der erfindungsgemäßen Pumpe werden solche Drehschieber benutzt, erhalten dann
aber einen einer Sichel entsprechenden Grundriß, deren Innenseite eine nach dem
Radius der Innenwand des Gehäusezylinders gekrümmte Fläche aufweist. Dadurch verschwindet
der,Schieberkörper bei offenem Drehschieber völlig hinter der Innenseite des Gehäusezylinders.
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Die innere Krümmung bildet dann einen Teil der Innenwand des Gehäuses.
Andererseits sorgt die Sichelform des Schiebers dafijr, daß bei der Schieberbewegung
weder Volumen freigegeben noch-verdrängt zu werden brauchen, weil sich der Schieber
bündig in die Gehäusewand einfügen läßt. Das hat den Vorteil, daß sich bei der Schieberbewegung
keine Veränderung in der spezifischen Fördermenge je Zeiteinheit einstellt. Dadurch
wird die Förderung absolut kontinuierlich.
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Jeder Schieber besitzt naturgemäß Drehlager, die bei einer 4usführungsform
der Erfindung außerhalb der Lauffläche des Flügels auf dem Boden und/oder im Deckel
des Gehäuses angeordnet werden, um dadurch eine Lauffläche für den Flügel su erLl
hen, die nicht durch Spalte unterbrochen ist.
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Bei dieser und bei anderen DrehschieberausführunOerl kann es zweckmäßig
sein, erfindungsgemäß die Drehschieber mit einer gegenüber ihrer Innenseite abgeflachten
Außenseite zu versehen.
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Dabei ist es möglich, die beiden sich gegeniiberstehenden Seiten des
Drehschiebes nach verschieden großen Radien au krümmen.
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Bei der Drehschieberbewegung entsteht dann eine Kolbenwirkung,, d.h.
der Schieber übt auf das Medium eine Saug- oder Druckwirkung aus. Dadurch wirkt
man den volumetischen Saugverlusten und den Kompressionsverlusten bei elastischen
Medien - u.a.
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auch Beton - entgegen.
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Die Steuerung der Schieberbewegung erfolgt zwangsläufig und zwar zweckmäßig
so, daß zum Antrieb der Schieber unter dem Gehäuseboden eine mit dem Verdrängerkolben
umlaufende Steuerscheibe vorgeschen wird; diese dient zur Führung von zur Betätigung
der Schieber vorgesehenen Nocken. Die Nocken können auf Armen angeordnet werden,
dir den Drehschiebern einzeln zugeordnet sind, wobei jeder Arm an einer Betätigungswelle
für den Drehschieber angesetzt ist. Hierbei handelt es sich somit un eine rein mechanische
Betätigung der Drehschieber. Selbstverstndlich kann aber auch die Betätigung der
Drehschieber hydraulich erfolgen.
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Für die Funktion der Dickstoffpumpe insbesondere beim Pumpen von mit
Beton ist die Ausbildung der Dichtungen von esonderer Wichtigkeit. Eine besonders
günstige Anordnung und Dimensionierung der an der Drucköffnung des Verdrängerkolbens
notwendigen Dichtung ergibt sich, wenn die Drucköffnung von dem Einde eines rohrförmigen
Ansatzes des Kolbenkörpers gebildet wird, wobei erfindungsgemäß der von einem zen-trisch
in den Aufgabebehälter des Földergutes reichenden Rohr gebildete Anfang der Druckleitu-n
mit dem rohrförmigen Ansatz unterhalb des Füllstandes im Aufgabebehälter drehbar
verbunde@ ist. Da die Dichtung unterhalb des Füllstandes liegt, führen etwaige Undichtigkeiten
lediglich dazu, daß das Gu-t in den Aufgabetrichter zurückgelangt.
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Bei den Weichdichtungen an den Lagerungen bedeutet Undichtigkeit einen
Durchtritt des Wördernediums nach außen. Der endgültige Verschleiß der Dichtungen
kündigt sich über einen längeren Zeitraum durch ständig größer werdenden Durchtritt
des Fördermediums nach außen rechtzeitig an, so daß ein plötzlicher Ausfall der
Pumpe nicht zu befürchten und die Betriebssicherheit der Pumpe gewährleistet ist.
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Je nach Art des Dickstoffes, der mit der Pumpe gefördert wird, insbesondere
bei Beton ist es erwünscht oder gar notwendig, das Fördermedium vor dem Eintritt
in den Saugraum der Pumpe aufzuloekern. Zu diesem Zweck sind er@indungsgemäß auf
einer von den Ansaugöffnungen des Verdrängerkolbens durchbrochenen und dem Aufgabebehälter
f2r das Fördergut zugekehrten oberen Stirnwand des Kolbens Rührwerkzeuge für das
in der Aufgabe befindliche Fördergut vorgesehen.
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Der Boden dcs Gehäuses ist bei bestimmten Ausführungsformen der Erfindung
fiEr den urtritt einer Antriebswelle durchbrochen, die zur Betätigung des Verdrängerkolbens
benötigt wird. Deshalb sind an dieser Stelle ebenfalls gummielastische Dichtungen
notwendig. Darm empfiehlt sich eine unterhalb des Gehäusebodens angeordnete und
mit deia Verdrängerkolben umlaufende Auffangvorrichtung für das Fördergut, die von
de; oben erwähnten Steuerscheibe gebildet werden kann. Es empfiehlt sich dann allerdings,
eine Spülung der Steuerscheibe vorzusehen.
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Die Einzelheiten und weiteren Merkmale der Erfindung ergeben sich
aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Figuren
in der Zeichnung; es zeigen Fig. 1 eille erfindungsgemäße DickstoffDuTnpe zum Fördern
von Beton im Schnitt längs der Linie A-D der Fig. 2, Fig. 2 eine Draufsicht auf
den Gegenstand nach Fig. 1 im Schnitt längs der Linie E-E der ig. 1, Fig. 3 einen
Schnitt längs der Linie L-M der Fig. 2 in abgebrochener Darstellung zur Wiedergabe
des Flügels des Verdrängerkolbens,
Fig. 4 einen senkrechten Schnitt
durch den in den Figuren 1-3 wiedergegebenen Gegenstand, Fig. 5 eine Draufsicht
auf einen Drehschieber und die daran anschließenden Gehäuseteile im Schnitt, Fig.
6 in der Figur 5 entsprechender Darstellung eine abgeänderte Ausführungsform des
Drehschiebers und Fig. 7 in der Figur 6 entsprechender Darstellung eine weiter abgeänderte
Ausführungsform eines Drehschiebers.
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Nach Fig. 1 besitzt eine zur Förderung von Beton vorgesehene Dickstoffpumpe
ein zylindrisches und allgemein mit 1 bezeichnetes Gehäuse. Die Zylinderwand 2 des
Gehäuses trügt auf ihrer oberen Stirnseite 3 einen Deckel 4 und ist mit einem einstUckigen
Boden 5 versehen. Sie hat, wie sich aus Fig. 2 ergibt, an zwei einander radial gegenüberliegenden
Stellen Vorsprünge 6 bzw. 7 zur Unterbringung von Drehschieberkbrpern 8 bzw. 9.
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Diese Drehschieber werden wechselseitig betätigt, wodurch in dem Gehäuse
jeweils ein Saugraum 11 und ein Druckraum 12 entstehen. Die Bewegungen der Schieber
sind durch Doppelpfeile 13 bzw.
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14 angegeben; die Bewegungsrichtung des Fördergutes in den Saugraum
bezeichnen Pfeile a in den Figuren 1 und 2. Dagegen ist die Bewegung des Fördergutes
aus dem Druckraum mit b bezeichnet.
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In dem Gehäuse läuft ein Verdrängerkolben um, der mit 15 in Fig. 1
bezeichnet ist und am Ende einer Welle 16 sitzt, welche von einem in Fig. 4 bei
17 angedeuteten Antrieb gedreht wird.
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Die Welle ist durch eine Ausnehmung 18 im Boden 5 des Gehäuses geführt
und mit Hilfe von Dichtungen 19 bzw. 20 abgedichtet.
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Das Fördergut wird der Pumpe über einen Trichter 21 aufgegeben, welcher
axial über dem Verdrängerkolben-15 angeordnet ist. In
dem Aufgabebehälter
befindet sich das bei 22 angedeutete Fördergut und zwar in einer bestimmten, zweckmäßig
beim Betrieb einzuhaltenden Mindesfüllhöhe 23.
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Der wesentliche Teil des Verdrängerkolbens 15 wird von einem Plügel
24 gebildet, dessen Ausbildung u.a. aus Fig. 2 und 3 ersichtlich ist. Danach hat
der Flügel eine Vorderseite 26, welche vom Boden 5, vom Deckel 4 und von der Innenseite
27 der Zylinderwand 2 des Gehäuses 1 in der durch den Pfeil c wiedergegebenen Drehrichtung
gesehen schräg nach hinten geneigt ist.
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Die Vorderseite 26 des Verdrängerkolbens ist sphärisch gekrümmt und
wirkt wie eine Schaufel. Sie hebt das in dem Druckraum 12 befindliche Fördergut
an und drückt es in Richtung der Pfeile b nach Fig. 1 und 2 bis in einen rohrförmigen
Ansatz 29 des Verdrängerkolbens, der über eine dichtende Drehverbindung 30 mit dem
rohrförmigen Anfang 31 einer Druckleitung verbunden ist.
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Die Rückseite 33 des Flügels 24 ist in der durch den Pfeil c wiedergegebenen
Drehrichtung des Verdrängerkolbens -entge engesetzt zur Vorderseite 26 geneigt und
ebenfalls sphärisch gekrümmt. Das Fördergut läuft dementsprechend in Richtung der
Pfeile a ans dem Trichter 21 durch eine oder mehrere nierenförmige Öffnungen 35
bzw. 36. Diese beiden Ansaugöffnungen 35 und 36 befinden sich in der oberen Stirnwand
37 des Verdrängerkolbens, die dem Fördergut 22 im Trichter 21 zugekehrt ist, Sie
trägt bei dem in den Fig. 1 und 2 wiedergegebenen Ausfiihrungsbeispiel Rührflügel
38, 39 für das Fördergut 22, das übrigens die dichtende Drehverbindung 30 normalerweise
abdeckt.
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Die Vorder- und die Rückseite 26 bzw. 33 des Verdrängerkolbens sind
identisch mit den äußeren Seiten der Wände 40, 41, die zusammen mit einer der Gehäusewand
2 anliegenden tangentialen Wand 42 und zwei Stirnwänden 43, 44 einen Hohlraum 45
im Verdrängerkolben
abschließen.
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Dichtungen 46, 47 sitzen an den radial äußeren Enden der Vorder-und
Rückseite 26' bzw. 33 des Verdrängerkolbens 15 und liegen der Innenseite 27 der
Zylinderwand 2 an. Sie wirken als Abstreifer und als Abschlußorgane für die Trennung
des Druckraumes 12 vom Saugraum 11.
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In sämtlichen Ausführungsbeispielen der Erfindung werden Drehschieber
verwendet. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, sind die Schieberkörper im Grundriß sichelförmig
gestaltet. Ihre Innenseite 50 ist nach dem Radius der Innenwand 27 des Zylindergehäuses
2 gekrümmt. Die Krümmung der Außenseite 51 entspricht der des Raumes 52, in dem
die Schieberkörper bei geöffneten Schiebern in die Wand des Zylindergehäuses versenkt
sind.
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FigP 1 zeigt, daß die Schieberkörper, wie am Beispiel des Schiebers
9 gezeigt wird, eine Bodenplatte 54 besitzen, welche am oberen Ende einer Welle
55 befestigt sind, welche mit zwei Dichtungen 56 und 57 durch den Boden 5 des Gehäuses
nach außen geführt ist.
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Die Dichtungen sitzen in einem Drehlager 58, so daß die Welle 55 unten
aus dem Gehäuse herausragt. Wie Fig, 4 erkennen läßt, sind die zu den Schiebern
gehörigen Teile identisch ausgebildet. Danach sitzt auf jeder Welle 55 ein Kurbelarm
59, dessen freies Ende einen Nocken 60 trägt. Für die Nocken sind in einer Steuerscheibe
61 Steuerkurven 62 ausgebildet, so daß die Schieber iechselseitig auf- und zuge
steuert werden können.
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Die Steuerscheibe 61 ist auf die Welle 16 des Verdrängerkolbens aufgezogen,
so daß sich sich mit diesem dreht. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist außerdem
eine Auffangvorrichtung
63 unter der Pumpe vorgesehen, welche von
de entsprechend gestalteten Steuerscheibe gebildet wird. Die Auffangvorrichtung
63 dient zum Sammeln von Fördergut, das infolge von Leckagen aus dem Pumpengehäuse
austritt.
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Bei dem in den Fig. 6 und 7 wiedergegebenen husführungsbeispielen
befinden sich die Drehlager für die mit 65 bzw. 66 bezeichneten Drehschieber, welche
durch die Drehwellen 67 bzw. 68 erkennbar sind, außerhalb der kreisringförmigen
Fläche 69 des Gehäusebodens, auf dem sich der Flügel des Verdrängerkolbens bewegt.
Im übrigen sind in den Fig. 6 und 7 die in den vorausgehenden Ausführungsbeispielen
übereinstimmenden Teile mit entsprechenden Bezugszeichen beziffert.
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Die Innenseite 50 des Drehschiebers 65 ist gemäß dem Radius gekrümmt,
nach dem auch die Innenseite 27 des Zylinders 2 gekrümmt ist. Dagegen ist die Außenseite
51 abgeflacht. Beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1-4 bzw. 6 sind im übrigen
die Schieber unter sich gleich ausgebildet. Das gilt nicht für die Ausführungsbeispiele
nach Fig. 5 und 7. Dort sind Schieber 10, 66 gezeigt, deren Innenseiten 50 wiederum
entsprechend dem Krümmungsradius der Innenseite 27 der Zylinderwand 2 des Gehäuses
1 gekriimmt sind und deren Außenseiten 51, 74 und 72, 73 jeweils zwei verschiedene
auf den Schieberdrehpunkt bezogene Radien aufweisen. Dadurch wird bei Betätigung
dieser Schieber ein Saum: und Pumpeffekt erwirkt.
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Patentansprüche