-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Dickstoffpumpe mit den Merkmalen
des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1. Im weiteren Sinne bezieht
sie sich auch auf die Steuerung solcher Dickstoffpumpen.
-
Kolben-Dickstoffpumpen
werden insbesondere zum Fördern
von Beton auf Baustellen seit langer Zeit eingesetzt. In der Regel
sind sie als hydraulisch betriebene Kolbenpumpen, zumeist zweizylindrig,
ausgeführt,
welche den Beton durch Schläuche oder
Rohre fördern.
Im Folgenden wird vereinfacht stets von Betonförderung die Rede sein. Die
Erfindung beschränkt
sich jedoch nicht auf die Anwendung bei Betonförderpumpen, sondern kann für sämtliche ähnliche
Dickstoffpumpen verwendet werden.
-
Solche
Pumpen haben mit zwei im Wechsel gehüllten Zylindern und zugehörigen Kolben
eine einzige Förderleitung
zu speisen. Jeweils der gefüllte Zylinder
wird mit der Förderleitung über eine
schaltbare Rohrweiche verbunden. Daraufhin schiebt der Kolben den
Beton aus (Pumphub), während
der parallele Kolben zurückbewegt
wird, um den Zylinder neu mit Beton zu füllen (Saughub). Am Ende jedes Hubs
wird die Bewegungsrichtung der Zylinderkolben jeweils umgesteuert
und die Rohrweiche umgestellt, so dass Pump- und Saughübe ständig abwechseln.
Die beiden Pumpenkolben werden vorzugsweise hydraulisch und miteinander
gekoppelt angetrieben, so dass sie grundsätzlich gegenläufig arbeiten.
-
Gebräuchliche
Rohrweichen (
DE 29
33 128 C2 ) werden so angeordnet, dass sie zwischen zwei Schalt-Endstellungen
hin und her stellbar sind, in welchen sie alternierend die Verbindung
zwischen den Zylinder-Öffnungen
und der Förderleitung
einerseits und andererseits dem Vorfüllbehälter herstellen. Daraus ergibt
sich an sich eine diskontinuierliche Förderung.
-
US 3,663,129 beschreibt
eine Betonpumpe mit kontinuierlicher Förderung, bei der das Umschaltventil
bzw. dessen Rohrweiche aus einem sogenannten Rockschieber besteht.
Seine Taillenöffnung
ist als Auslass stromab ständig,
jedoch schwenkbar mit der Mündung
der Förderleitung
verbunden. Seine nierenförmige
Saumöffnung
(Einlass, stromauf) ist hinreichend lang, um die Öffnungen
beider Förderzylinder gleichzeitig
zu überdecken.
Während
des Betriebs führt
die Rohrweiche eine kontinuierlich oszillierende Schwenkbewegung
aus, deren Achse koaxial zur Mündung
der Förderleitung
liegt. Der Schwenkwinkel der Rohrweiche beträgt etwa 50° zu beiden Seiten einer Mittellage.
-
Die
Kolben der Förderzylinder
werden im Zusammenspiel mit der momentanen Stellung der Rohrweiche
so gesteuert, dass im Moment der Überdeckung beider Zylinderöffnungen
durch die Saumöffnung
der eine Zylinder gerade am Ende und der jeweils andere am Beginn
eines Pumphubs steht. Dabei geht die Förderung gleitend von dem einen
auf den anderen Zylinder über.
In der bekannten Steuerung wird für den Saughub und den Pumphub
eines jeden Kolbens die gleiche Zeitspanne angesetzt. Es gibt folglich
keine gleichzeitige Förderung
beider Zylinder.
-
Infolge
der nur einseitigen Lagerung dieser bekannten Rohrweiche auf der
Seite der Förderleitung
und der im Wesentlichen nur die Saumöffnung umschreibenden Stütz- und
Dichtungsflächen
können
die erheblichen einwirkenden Kippmomente von der bekannten Konstruktion
nicht vollständig
aufgenommen werden. Es ist nicht auszuschließen, dass dann infolge von
Spaltbildung erhebliche Leckverluste in dem Dichtbereich zwischen
der Saum öffnung der
Rohrweiche und den Förderzylindern
auftreten, die wiederum die Realisierung einer tatsächlich kontinuierlichen
Förderung
in Frage stellen.
-
Das
britische Patent 1,063,020
A beschreibt als gattungsbildender Stand der Technik eine
mehrzylindrige Dickstoff- und Betonpumpe, deren Umschaltventil in
einer Ausführung
zwei jeweils von einem eigenen Hubzylinder steuerbare Drehschieber (ebenfalls
in rockschieberartiger Form) umfasst. Deren Austrittsöffnungen
sind mit einem gemeinsamen Hosenrohr verbunden, welches seinerseits
stromab an die Förderleitung
angeschlossen ist. Jeder Drehschieber kann entweder mit einem einzelnen
oder zwei Pumpzylindern zusammen wirken. Zwar wird eine synchronisierte
Steuerung der Drehschieber angesprochen, jedoch ist mit dieser bekannten
Pumpe nebst Steuerung kontinuierliches Fördern der Förderzylinder in die gemeinsame
Förderleitung
weder beabsichtigt noch möglich.
-
Die
Druckschrift
CH 37 29
27 A offenbart einen linear beweglichen Schieber für eine einzylindrige
Kolbenpumpe zum Fördern
dickflüssiger
Massen, wobei der Schieber aus einen Körper mit zwei getrennten Durchbrechungen
gebildet ist und translatorisch mittels eines hydraulischen Zylinders
zwischen zwei Endlagen verschiebbar ist, wobei eine abgewinkelte
Durchbrechung in einer Endlage des Schiebers einen Trichter mit
dem (Kolben-)Zylinder verbindet und gleichzeitig die Verbindung
zwischen dem (Kolben-)Zylinder und einem Austrittsstutzen sperrt.
Die andere, geradlinige Durchbrechung verbindet in der anderen Endlage
des Schiebers den (Kolben-)Zylinder mit dem Austrittsstutzen und
bildet so einen geraden Leitungsabschnitt zum Verbinden des Förderzylinders
mit der Förderleitung.
Der Schieber verfügt
insofern über
einen Abschnitt mit einer Durchgangsfunktion und einen Abschnitt
mit einer Absperrfunktion.
-
DE 30 06 542 C2 beschreibt
einen Flachventilschieber für
zweizylindrige Dickstoffpumpen. Dieser umfasst eine fest mit einer
Steuerstange verbundene Schieberklappe, die innerhalb eines Führungsgehäuses oder
-gestells alternierend zwischen zwei Endstellungen hin und her schiebbar
ist. Dieses bekannte 2/2-Wege-Schieberventil kann ebenfalls zwischen
den Flanschen eines Hosenrohres und eines zu- bzw. abfördernden
Rohres eingebaut werden. Bei Betonpumpen wird es vorzugsweise zwischen
dem Boden eines Vorfüllbehälters und den
Abführungsrohren
einer Zweizylinder-Kolbenpumpe und/oder der Förderleitung und den Abführungsrohren
eingebaut.
-
Aus
der Druckschrift
DE
77 15 442 U1 ist ein Steuerschieber einer Ein- oder Zweizylinder-Kolbenpumpe zum Fördern von
Beton bekannt, der eine fest mit einer Schieberstange verbundene
Schieberplatte aufweist, die zwischen zwei Endstellungen hin und her
schiebbar ist, wobei wechselweise ein Saug- oder Druckkanal der
Förderleitung
abgeschlossen oder geöffnet
werden kann. In einem Ausführungsbeispiel
ist der Steuerschieber paarweise vorgesehen und jeweils zwischen
dem Saugstutzen und dem Boden eines Einfülltrichters und zwischen jeweils
einem der druckseitigen Kanalzweige der Förderleitung angeordnet, wobei
die Schiebeplatte jedes Steuerschiebers wechselseitig den Saugstutzen
oder den druckseitigen Kanalzweig verschließt.
-
Es
ist ferner auch bekannt, Dickstoffpumpen der hier in Rede stehenden
Art mit einer Einlegestation auszustatten, mit deren Hilfe ein Reinigungskörper zum
Entfernen von in der Förderleitung
verbliebenem, nicht verbrauchtem Dickstoff einbringbar ist. Diese
Einlegestation umfasst beispielsweise einen motorisch/hydraulisch
bewegbaren Kammerschieber mit mindestens zwei Kammern gleichen Querschnitts.
Im Ruhezustand der Einlegestation bildet die eine Kammer einen Abschnitt
der Förderleitung, während die
andere Kammer frei zugänglich
ist. In letztere kann der besagte Reinigungskörper von außen manuell eingelegt werden.
Für einen
Reinigungsvorgang wird die Einlegestation bei stillgesetzter Dickstoffpumpe
in eine Arbeitsstellung umgeschaltet, in der nun die den Reinigungskörper enthaltende
Kammer die andere Kammer innerhalb der Förderleitung ersetzt. Sodann
kann der Reinigungskörper
mittels Druckluft durch die Förderleitung
gepresst werden, wobei er den verbleibenden Dickstoff vor sich her
schiebt. Diese bekannten Einlegestationen müssen allerdings zusätzlich zu
dem weiter oben erörterten
Umschaltventil vorgesehen werden.
-
Aus
der Druckschrift
DE
35 25 003 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Dickstoffpumpe
bekannt, die zwei Förderzylinder
mit Förderkolben
und ein Umschaltventil in der Art einer Rohrweiche mit Schwenkrohr
umfasst, wobei die Förderzylinder
jeweils abwechselnd mit einem Behälter oder einer Lieferleitung
verbunden werden können,
während
die Förderkolben
abwechselnd einen Saug- bzw. Druckhub ausführen. Dabei wird zyklisch eine
Gleichlaufphase der Förderkolben
gesteuert, indem jeweils ein Förderkolben
seinen Druckhub beginnt, bevor der Druckhub des anderen Förderkolbens
beendet ist. Während
der Gleichlaufphase der Förderkolben
im Druckhub ist zur Förderung
des Betons jeweils nur ein Förderzylinder
mit der Lieferleitung verbunden, wobei in dem anderen Förderzylinder
eine Vorkompression des Betons ausgeführt wird. Dieser Bewegungsablauf
schwächt
die Pulsationsschläge
beim Übergang
vom Druckhub des einen Förderzylinders auf
den des anderen Förderzylinders
geringfügig
ab, ein kontinuierlicher Förderstrom
des Betons ist infolge des Umschaltvorganges des Umschaltventils
dennoch nicht erzielbar.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte Dickstoffpumpe
und ein Verfahren zum Steuern einer Dickstoffpumpe mit kontinuierlichem
Förderstrom
anzugeben.
-
Diese
Aufgabe wird hinsichtlich der Dickstoffpumpe erfindungsgemäß mit den
Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst, hinsichtlich des Steuerverfahrens
mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs 18.
-
Die
Merkmale der den unabhängigen
Ansprüchen
jeweils nachgeordneten Unteransprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen
der Erfindung an.
-
Während bei
den Pumpen gemäß den vorstehend
dargelegten US- und GB-Patenten die Steuerschieber im Wesentlichen
exponiert in dem Dickstoff-Sammelbehälter angeordnet sind, kann
mit der Ausführung
des Umschaltventils mit zwei translatorisch bewegbaren, insbesondere
geradlinig geführten
Steuerschiebern eine dem Einfluss des Dickstoffs, insbesondere des
Betons für
den bevorzugten Einsatzzweck, wesentlich weniger ausgesetzte Anordnung
geschaffen werden. Dies gilt einerseits für die abrasive Beanspruchung,
aber auch für
die Beanspruchung durch den dynamischen Druck in der Förderleitung
bzw. den Förderzylindern.
Im Bereich der Steuerschieber wird der Dickstoff anders als in den bekannten
Rockschiebern nicht unter Druck umgelenkt, sondern im Wesentlichen
nur geradlinig durch Rohrabschnitte geführt. Erst im Sammelrohr (auch Hosenrohr)
werden die Betonströme
aus den Förderzylindern
zusammengeführt.
Dies trägt
wesentlich zur Druckentlastung der eigentlichen Schieber bei und
wirkt sich mindernd nicht nur auf die Lagerkräfte, sondern auch auf die Reibungskräfte beim
jeweiligen Umschalten der Steuerschieber aus. Folglich ist mit dieser
konstruktiven Lösung
auch eine merkliche Verringerung des mechanischen Verschleißes der beweglichen
und festen Bauteile des Umschaltventils erreichbar.
-
Erfindungsgemäß weisen
die Steuerschieber entlang ihres Hubweges drei voneinander verschiedene
Abschnitte auf, nämlich
den vorbeschriebenen Leitungsabschnitt zum Verbinden des dem Steuerschieber
jeweils zugeordneten Förderzylinders
mit der Förderleitung
und zwei weitere, die Verbindung sperrende Abschnitte, von denen
einer ein Einlassabschnitt ist. Als weiterer, die Verbindung sperrender
Abschnitt kann vorzugsweise ein Blockabschnitt ohne jegliche Durchflussfunktion
vorgesehen sein. Entsprechend diesem erfindungsgemäßen Aufbaus
der Steuerschieber kann jeder Steuerschieber – abschnittsweise mit dem zugeordneten Förderzylinder
korrespondierend – jeweils
drei unterschiedliche Ventil- bzw. Betriebsfunktionen übernehmen,
nämlich
eine Durchlassfunktion, eine Einlassfunktion und eine weitere Betriebsfunktion,
z.B. eine Blockfunktion. Im erfindungsgemäßen Zusammenspiel der Steuerschieber
des Umschaltventils ist eine Vielzahl von Ventilkombinationen mit
differenzierter Wirkung für
die Mehrzylinder-Dickstoffpumpe aktivierbar. In Verknüpfung mit
einer entsprechenden Ansteuerung der Förderzylinder ermöglicht dies
eine höhere
Variabilität
differenzierter Betriebsphasen für einen
weitestgehend stoßarmen
Betrieb der Mehrzylinder-Dickstoffpumpe. Die erfindungsgemäß bereitgestellten
Abschnitte des Steuerschiebers stellen somit einen wirksamen Beitrag
für die
Erzielung einer kontinuierlichen Förderung des Dickstoffmediums dar.
-
Erfindungsgemäß ist es
vorteilhaft, wenn die Steuerschieber drei unterschiedliche Stellungen
einnehmen können,
nämlich
eine Leitungsstellung, eine Blockstellung und eine Einlassstellung.
Diesen drei Stellungen entspricht ein Aufbau oder eine Unterteilung
der Steuerschieber in drei unterschiedliche Abschnitte, nämlich einen
Leitungsabschnitt, einen Blockabschnitt und einen Einlassabschnitt.
Die Namen der Abschnitte bzw. Stellungen sprechen für sich und werden
im Zusammenhang mit der Beschreibung der beigefügten Figuren erörtert.
-
Es
ist vorteilhaft möglich,
die genannten Abschnitte als Einzelmodule auszuführen/vorzufertigen und diese
in der benötigten
Anordnung zusammenzusetzen. Es entsteht insgesamt ein Steuerkasten oder
Steuergestell mit den benötigten
Ventilwegen bzw. -funktionen. Ggf. begünstigt diese Bauart den einfachen
Austausch einzelner, vorzeitig verschlissener oder beschädigter Module
oder Abschnitte, vor allem wenn man lösbare Verbindungen zwischen
diesen vorsieht.
-
Es
sei angemerkt, dass hier als bevorzugter Anwendungsfall zwar eine
Zweizylinder-Dickstoffpumpe
abgehandelt wird, dass sich aber die erfindungsgemäße Gestaltung
ohne weiteres auch auf Pumpen mit drei oder mehr Zylindern übertragen
ließe,
wobei in der Regel jedem Förderzylinder
ein Steuerschieber zuzuordnen wäre.
-
Es
ist auch nicht unbedingt erforderlich, die Steuerschieber exakt
geradlinig zu führen,
sondern man könnte
im Rahmen der Erfindung auch eine leichte Bogenform vorsehen, wobei
der Hauptanteil der Bewegung der translatorische bleibt.
-
Es
ist zwar denkbar, die parallel zueinander angeordneten Steuerschieber
an ihren zueinander gewandten Flächen
direkt aneinander abzustützen. Vorzugsweise
wird die Führungsstruktur
jedoch für jeden
Steuerschieber eine gesonderte Gleitführung umfassen, so dass größere gegenseitige
Versätze der
Steuerschieber während
ihrer Betriebszyklen möglich
sind.
-
Zur
Ausstattung des Umschaltventils (Führungsstruktur und Steuerschieber)
mit Gleitführungen,
mit reibungs- und abrasionsfesten Materialien und ggf. mit Verschleißteilen
wird man sich an sich bekannter Mittel bedienen können, so
dass hier nicht näher
darauf einzugehen ist. Gleiches gilt für die Dichtungen zwischen den
Steuerschiebern und den Öffnungen
der Förderzylinder
und des Sammelrohrs.
-
Es
versteht sich, dass man zweckmäßig die beiden
Steuerschieber unter sich baugleich ausführt; Abweichungen können sich
allerdings bauraumbedingt bei den Anlenkungen der jeweiligen Antriebe
ergeben.
-
Ein
sehr wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist die relativ einfach
umzusetzende Option, wenigstens einen, wenn nicht beide Steuerschieber
des Umschaltventils auch als Einlegestation(en) für Reinigungskörper zu
nutzen. Die kurzen Leitungsabschnitte der Steuerschieber und die
Förderleitung
müssen
während
der Betriebspausen der Pumpe gereinigt, d. h. darin verbliebene
Dickstoff- bzw. Betonreste müssen
entfernt werden.
-
Die
Erfindung sieht hierzu einen Zugang zu den Steuerschiebern vor.
Dieser kann z. B. mittels Klappen ausgeführt werden, die normalerweise
geschlossen sind, jedoch nach dem Öffnen den Zugang zu den Steuerschiebern
ermöglichen.
-
Dazu
kann eine gesonderte Reinigungs- oder Einlegestellung des oder der
Steuerschieber vorgesehen werden. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung
wird jedoch die Einlassstellung des Steuerschiebers zugleich als
Einlegestellung für
Reinigungskörper
genutzt. Dies ist möglich,
weil in dieser Einlassstellung der Leitungsquerschnitt der Steuerschieber
ohne Funktion und auch drucklos ist.
-
Mit
dem eingangs erörterten
Stand der Technik ist eine solche Kombination weder vorgesehen noch
ohne weiteres möglich.
-
Als
Antriebe der Steuerschieber kommen bevorzugt hydraulische Stellzylinder
zum Einsatz. Es können
jedoch auch andere geeignete Stellantriebe, z. B. Elektromotoren,
Zahnstangenantriebe etc. zum Einsatz kommen.
-
In
einer ersten praktischen Ausführungsform können für jeden
Schieber zwei hintereinander geschaltete (jeweils doppelt wirkende)
Hubzylinder vorgesehen werden. Der Hub jedes der Zylinder entspricht
in dieser Konfiguration dem Umschaltweg des zugeordneten Steuerschiebers
von einer in die nächste
Stellung. Sind z. B. beide Zylinder völlig eingezogen, so steht der
Steuerschieber in seiner untersten Stellung (z. B. Einlassstellung).
Wird ein Zylinder ausgefahren, so geht der Steuerschieber in seine
Mittelstellung (z. B. Blockstellung) über. Wird nun auch der zweite
Zylinder voll ausgefahren, so gelangt der Steuerschieber in seine
oberste Stellung (z. B. die Leitungsstellung).
-
Es
versteht sich, dass derselbe Effekt auch mit einem zweistufig schaltbaren
Hubzylinder (Teleskopzylinder) erreicht werden kann, wobei dessen
Mittelstellung jedoch exakt einre gelbar und fixierbar sein muss,
um definierte Schaltstellungen der Steuerschieber zu gewährleisten.
-
Neben
einer Fixierung der jeweiligen Stellungen der Steuerschieber direkt
und nur durch ihren Antrieb können
natürlich
auch gesonderte Verriegelungen vorgesehen werden, die vorzugsweise
direkt zwischen der Führungsstruktur
und den Steuerschiebern eingreifen. Diese Verriegelungen können ebenfalls
durch Fremdkraft betrieben, d. h. ein- und ausgerückt werden.
Ferner ist denkbar, solche Verriegelungen in Einrückrichtung
federnd vorzuspannen, so dass sie beim Eintritt des Steuerschiebers
in die zu fixierende Stellung selbsttätig einfallen.
-
Will
man die besagten Antriebs-Hubzylinder nicht in axialer Flucht mit
den Steuerschiebern anordnen, weil z. B. der verfügbare Bauraum
dazu nicht ausreicht, so kann man sie parallel neben den Steuerschiebern
anordnen. In diesem Fall muss eine Lasteinleitung in Querrichtung
zwischen den Steuerschiebern und den Stellgliedern der Hubzylinder
vorgesehen werden, z. B. eine Traverse oder Konsole. Dieser muss
eine entsprechende Öffnung
in der Führungsstruktur
für die
Steuerschieber zugeordnet werden, damit sie den Schiebebewegungen
der Schieber folgen kann.
-
Man
könnte
die Hubzylinder je nach Einbauverhältnissen auch winklig zu den
Steuerschiebern anordnen, wenn man ein zum Einstellen der jeweiligen
Steuerschieber-Positionen geeignetes Hebel- oder Umlenkgetriebe
einbauen könnte.
-
Weitere
Einzelheiten und Vorteile des Gegenstands der Erfindung gehen aus
der Zeichnung eines Ausführungsbeispiels
und deren sich im Folgenden anschließender eingehender Beschreibung hervor.
-
Es
zeigen in stark vereinfachter und rein schematischer Darstellung
-
1 eine
perspektivische Ansicht des Ensembles der Dickstoffpumpe nebst weiteren
Funktionsbauteilen;
-
2 eine
Seitenansicht im Schnitt der Dickstoffpumpe mit einem Mehrfach-Steuerschieber-Umschaltventil
gemäß der Erfindung;
-
3 eine
Ansicht eines Schnittes durch die Mittelachse der Förderzylinder
der Dickstoffpumpe gemäß 2 (Linie
II-II) zur Verdeutlichung der Anordnung der Förderzylinder, des Umschaltventils
und des Sammelrohres;
-
4 eine
gegenüber 2 um
90 ° geklappte
Frontansicht (Schnitt entlang Linie III-III in 1)
des Umschaltventils mit zwei parallelen Steuerschiebern;
-
5 ein
Weg-Zeit-Diagramm der phasenverschoben gesteuerten Hübe beider
Kolben der Dickstoffpumpe über
den jeweils zugeordneten Stellungen der beiden Steuerschieber;
-
6 eine
erste Antriebsvariante für
einen Steuerschieber, die zwei hydraulische Hubzylinder in Tandemanordnung
umfasst;
-
7 eine
zweite Antriebsvariante für
einen Steuerschieber, die einen zweistufig ausfahrbaren Teleskopzylinder
umfasst und
-
8 eine
dritte Antriebsvariante für
einen Steuerschieber, die einen einzigen langhubigen Hubzylinder
umfasst.
-
1 zeigt
perspektivisch in Umrissen eine Dickstoffpumpe 1 mit zwei
parallel nebeneinander liegenden Förderzylindern 3 und 5,
einem Vorfüllbehälter 7,
einem Umschaltventil 9, einem Sammel- oder Hosenrohr 19 sowie
einem kurzen Abschnitt einer Förderleitung.
Das Umschaltventil ist in einem Gehäuse bzw. einer Führungsstruktur 11 angeordnet, das/die
den Boden des Vorfüllbehälters 7 durchdringt.
Nahe dem Boden der Führungsstruktur
ist auf der den Förderzylindern 3 und 5 zugewandten
Seite eine Wartungsklappe 13 vorgesehen. Oberhalb des Vorfüllbehälters sind
in der Art einer Explosionszeichnung zwei Steuerschieber 15 und 17 gezeigt,
welche zum beweglichen Einsetzen in die gehäuseartige Führungsstruktur 11 des
Umschaltventils 9 vorgesehen sind und dessen Ventilkörper bilden.
Dies wird nachfolgend noch detailliert erörtert.
-
2 zeigt
von der Dickstoffpumpe 1 nur den in dieser Ansicht vorn
liegenden Förderzylinder 3 im
Bereich von dessen offenem (Ausstoß-)Ende. Der zugehörige Kolben
ist nicht dargestellt. Der zweite Förderzylinder 5 liegt
verdeckt in Blickrichtung hinter dem Förderzylinder 3. Er
ist in 3 wieder von oben her sichtbar. Beide Kolben der
Förderzylinder 3 und 5 sind
unabhängig
voneinander (vorzugsweise hydraulisch) angetrieben und können im
Rahmen ihrer Hübe
und ihrer Steuerung grundsätzlich
beliebige Relativstellungen und -geschwindigkeiten einnehmen. Es
ist jedoch auch möglich,
sie hydraulisch gekoppelt zu betreiben. Beide Zylinder und Kolben
haben denselben Durchmesser, z. B. 250 mm.
-
An
die offenen Enden beider Förderzylinder 3 und 5 ist
der oben offene trichterförmige
Vorfüllbehälter 7 angeflanscht,
von dem hier nur ein unterer Teil (Bodenteil) sichtbar ist. In diesen
wird der von der Dickstoffpumpe zu fördernde Dickstoff von oben
her eingeschüttet.
Die Öffnungen
beider Förderzylinder 3 und 5 münden im
unteren Bereich des Vorfüllbehälters 7 aus.
Dadurch verbleibt beim Ansaugen des Dickstoffs in die Förderzylinder
immer ein größtmöglicher
Füllstand
von Dickstoff oberhalb der Zylinderöffnungen.
-
Im
Bodenteil des Vorfüllbehälters 7 ist
in an sich bekannter Weise ein insgesamt mit 9 bezeichnetes
Umschaltventil angeordnet. Nur über
dieses Umschaltventil 9 gelangt Dickstoff in die Förderzylinder 3 und 5,
und nur über
dieses Umschaltventil stoßen diese
Förderzylinder
den Dickstoff in die hier nicht gezeigte Förderleitung aus, wie später noch
eingehend beschrieben wird.
-
Das
Umschaltventil 9 umfasst eine unbewegliche, fest mit dem
Vorfüllbehälter 7 verbundene Führungsstruktur 11.
Sie ragt ein Stück
weit nach oben in den Vorfüllbehälter 7 hinein,
durchdringt aber auch dessen Boden nach unten hin.
-
Es
sei angemerkt, dass in diesem Beispiel nur auf eine im Wesentlichen
senkrechte Einbaulage der Führungsstruktur
abgestellt wird. Diese ist jedoch nicht zwingend erforderlich.
-
Die
Führungsstruktur 11 kann
grundsätzlich als
offenes, insbesondere rahmen- oder gestellartiges Gerüst ausgeführt werden.
Vorzugsweise wird sie jedoch als im Wesentlichen geschlossener Kasten
mit mehreren funktionsbedingten Öffnungen
gebaut, der jedoch insbesondere in seinem oberen Bereich, der sich
im Vorfüllbehälter befindet,
so weit offen gehalten ist, dass ein ungestörter Zufluss des Dickstoffs
auch unmittelbar am Boden des Vorfüllbehälters zu den Umschaltventilen
gewährleistet
ist. Dazu kann neben einer oberen Öffnung auch eine offene Seite
z. B. zu den Förderzylindern
hin vorteilhaft sein, ohne damit die exakte Führung der Steuerschieber in
diesem Bereich zu gefährden.
-
Im
unteren Bereich der Führungsstruktur 11 außerhalb
des Vorfüllbehälters 7 ist
eine im Normalzustand geschlossene Klappe 13 angeordnet.
Durch Öffnen
der Klappe 13 erhält
man Zugang zum Innenraum der im dargestellten Ausführungsbeispiel
kasten- oder gehäuseartigen
Führungsstruktur 11.
-
Letztere
bildet eine Geradführung
für die
beiden Steuerschieber 15 und 17 (letzterer ist
in 1, 3 und 4 sichtbar,
in 2 jedoch ebenso wie der Förderzylinder 5 verdeckt).
Diese vermitteln die Verbindung zwischen den Förderzylindern einerseits und
einem Sammelrohr 19 und der daran anschließenden Förderleitung
andererseits, die hier nicht gezeigt ist. Das Sammelrohr 19 und
der Anfang der Förderleitung
liegen vorteilhaft auf gleicher Höhe wie die Achse der Förderzylinder 3 und 5.
-
Da
beide Steuerschieber vorzugsweise baugleich sind, wird im Folgenden
der Steuerschieber 15 anhand der 2 stellvertretend
näher beschrieben. Dessen
jeweils mit „15" beginnende Einzelabschnitte sind
am Steuerschieber 17 in gleicher Weise vorhanden.
-
Der
Steuerschieber 15 ist innerhalb der Führungsstruktur in drei unterschiedlichen
vordefinierten Schaltstellungen bezüglich seiner Längserstreckung positionierbar;
dies geschieht mithilfe eines später noch
zu erörternden
Antriebssystems. Er umfasst auch drei verschiedene Funktionsabschnitte.
Zuoberst liegt ein Einlassabschnitt 15E. Dieser ist zum Vorfüllbehälter 7 hin,
und zum Förderzylinder 3 hin
offen, hat also eine Öffnung
in der Richtung seiner Längsachse
und eine quer dazu. Zum Umlenken des Dickstoffs um 90 ° aus dem
Vorfüllbehälter in
den Förderzylinder 3 ist
in dem Einlassabschnitt eine Schurre 15S, also ein sphärisch gekrümmter Rinnenabschnitt
eingesetzt. Dessen freier Querschnitt entspricht vorzugsweise etwa
dem Querschnitt des Förderzylinders 3 und
bildet bevorzugt einen (Umlenk-)Winkel von 90 °. Man könnte an seiner Stelle auch
ein entsprechend gewinkeltes Knierohr, ggf. mit trichterförmig erweitertem
Einlass, vorsehen und in die Struktur des Steuerschiebers integrieren.
Dieser Einlassabschnitt 15E tritt in Funktion, wenn der
Steuerschieber 15 innerhalb der Führungsstruktur 11 in seiner
untersten Stellung positioniert ist.
-
Zugleich
ist der Abschnitt 15E an seiner von dem Förderzylinder 3 weg
weisenden Flächenseite zweckmäßigerweise
so verschlossen, dass zum Sammelrohr 19 hin eine Dichtfläche 15D gebildet
ist. Dadurch wird erreicht, dass in der Einlassstellung des Steuerschiebers 15 keine
Verbindung zum Sammelrohr besteht bzw. dass dieses auch gegenüber dem
Vorfüllbehälter 7 abgeschlossen
bleibt. Wie später
noch klarer wird, ermöglicht
dies einen Förderbetrieb
des jeweils anderen Förderzylinders
während des
Nachfüllens
des einen Förderzylinders
im Sinne einer kontinuierlichen Förderung.
-
Nach
unten hin folgt auf den Einlassabschnitt 15E ein Sperr-
oder Blockabschnitt 15B des Steuerschiebers 15.
Dieser hat lediglich die Aufgabe, die Verbindung zwischen dem Förderzylinder
und dem rechts vom Umschaltventil sichtbaren Sammelrohr 19 beidseitig
abzusperren. Ist der Steuerschieber in seiner mittleren von drei
Stellungen, so liegt der Blockabschnitt 15B vor der Öffnung des
Förderzylinders. Nach
dem Füllen
mit Dickstoff kann dieser somit einen kurzen Vorverdichtungshub
fahren, um den Druck im frisch eingefüllten Dickstoff an den Druck
in der an das Sammelrohr anschließenden Förderleitung anzupassen. Zugleich
wird durch die Dichtfläche 15D zum
Sammelrohr 19 hin wiederum eine Rückwirkung auf den Druck in
der Förderleitung
vermieden.
-
Den
Blockabschnitt, der keinerlei strömungsführende Funktion hat, wird man
konstruktiv so kurz wie möglich
halten, mit der Prämisse,
dass er ein sicheres Absperren der Förderzylinder auch gegen einen
erheblichen Vorverdichtungsdruck ermöglichen muss. Eine Ausdehnung
von etwas mehr als 250 mm (also etwas größer als der Durchmesser der
Förderzylinder)
dürfte
hierzu ausreichen, genaue Positionierbarkeit des Weiteren vorausgesetzt.
-
Ganz
zuunterst liegt im Steuerschieber 15 ein Leitungsabschnitt 15L,
der ganz bevorzugt einen kurzen, beidseitig offenen insbesondere
geraden Rohrabschnitt mit demselben lichten Querschnitt wie der
Förderzylinder 3 umfasst.
Man erkennt in 2 ebenso wie in 3 (links)
gut diese Abstimmung der Form und Größe des Leitungsabschnittes 15L.
Er ist im Betrieb des Umschaltventils und der Dickstoffpumpe ständig mit
Dickstoff gefüllt.
-
Wie
schon weiter vom erwähnt,
können
die erwähnten
Abschnitte als Einzelmodule angesehen werden, die vorgefertigt und
zum Steuerschieber zusammengesetzt werden können.
-
Insgesamt
bilden die Steuerschieber jeweils ein 3/3-Wege-Ventil, mit den Einlassschurren,
den Öffnungen
der Förderzylinder
und den Öffnungen des
Sammelrohrs als Wege und mit den drei vorstehend beschriebenen Stellungen.
-
In 3 erkennt
man rechtsseitig gut die geometrische Abstimmung des Einlassabschnitts
(hier 17E) nebst Rinne (17S) des Steuerschiebers
(hier 17) auf den Förderzylinder
(hier 5), sowie auch die Position der Dichtfläche 17D vor der Öffnung des Sammelrohrs 19.
Hier kann der Dickstoff vom Vorfüllbehälter 7 her
also nur über
die Schurre 17S in die Öffnung
des Förderzylinders 5 einfließen; das
Gleiche gilt für
die entsprechende Einlassstellung des Steuerschiebers 15.
-
Man
sieht hier auch Seitenwände 15W, 17W der
Steuerschieber. Diese können
vollständig
geschlossen sein und werden vorzugsweise aus einem geeigneten Flachmaterial
herstellt. Oben und unten sowie jeweils zwischen den Abschnitten
sind Querverbindungen zwischen den Seitenwänden vorzusehen, um diese insgesamt
zu einem steifen Kasten zu vereinen, der das Gerüst für die Abschnitte und Einbauteile
der Steuerschieber bildet. Dieses Gerüst hat beispielsweise im dargestellten
Ausführungsbeispiel einen
Grundriss von etwa 300 mm auf 300 mm und ist etwa 800 bis 900 mm
hoch.
-
Dabei
ist eine Breite von etwa 300 mm durch den Durchmesser der Förderzylinder
von 250 mm vorgegeben. Die Höhe
wird durch die Ausführung
der Steuerschieber in drei Abschnitten bedingt. Die Tiefe (Abmessung
in Längsrichtung
der Förderzylinder
gesehen), vorstehend ebenfalls mit etwa 300 mm angegeben, kann natürlich dem
jeweiligen Bedarf entsprechend an die Einbauverhältnisse angepasst werden; um
einen möglichst
großen
Einlassquerschnitt für
die Schurren zu bieten, sollte sie allerdings nicht kleiner als
der Querschnitt der Förderzylinder
selbst sein.
-
Ferner
zeigt 3 auch einige konstruktive Details des Aufbaus
der Führungsstruktur 11,
nämlich
wiederum Seitenwände 11W und
einen Mittelsteg 11M. Diese bilden Führungsflächen oder -schienen für die Steuerschieber 15 und 17.
Die Gestaltung der Führungselemente
im Einzelnen bleibt der fachmännischen
Auswahl zweckmäßiger und
möglichst verschleißarmer Materialien
und Formgestaltungen überlassen.
-
In
dieser Schnittansicht erkennt man auch noch besser die Form und
die technische Funktion des Sammelrohres 19. Es ist in
an sich bekannter Weise als Hosenrohr ausgeführt, dessen beide Beine an
je einen Steuerschieber 15 bzw. 17 und dessen „Bund" bzw. Ausgangsflansch 20 unmittelbar
an die hier nicht näher
gezeigte Förderleitung
angeschlossen wird.
-
Der
freie Querschnitt des Hosenrohrs ist im Bundbereich geringer als
im Mündungsbereich
zu den Steuerschiebern.
-
Die
Kompaktheit des Aufbaus infolge der unmittelbar benachbarten Steuerschieber
erkennt man besonders gut in 4. In dieser
Schnittansicht der Führungsstruktur 11,
der in unterschiedlichen Höhen nebeneinander
positionierten Steuerschieber 15 und 17 und des
Vorfüllbehälters 7 wird
auch nochmals verdeutlicht, dass der Boden des letzteren von der Führungsstruktur 11 durchdrungen
ist. Deren Boden 11B liegt um zwei Drittel der Höhe der Steuerschieber
unter dem Boden des Vorfüllbehälters. Die
Wände 11W der
Führungsstruktur
sowie deren Mittelsteg sind hier in voller Ausdehnung sichtbar;
sie sind um etwa zwei Drittel länger
als die Steuerschieber 15 und 17 selbst.
-
Es
ist nicht unbedingt erforderlich, die Wände der Führungsstruktur vollständig geschlossen auszuführen, wenn
die Führungselemente
für die Steuerschieber
dies nicht verlangen. Jedoch kann es aus Sicherheitsgründen (Eindringen
von Fremdkörpern,
Verhindern unbeabsichtigten Hineingreifens und dgl. Unfallgefahren)
von Vorteil sein, sie geschlossen zu halten.
-
Auch
ein Boden 11B der Führungsstruktur
ist hier geschlossen dargestellt. Es kann aber sinnvoll sein, ihn
perforiert auszuführen
und/oder mit einer Ablassklappe zu versehen, damit durch Spalte
zwischen den Steuerschiebern und der Führungsstruktur eindringendes
Wasser ablaufen und die Bildung von bewegungshemmenden Luftpolstern
beim Abwärtslauf
der Steuerschieber vermieden wird.
-
Die
beiden Förderzylinder 3 und 5 liegen
hier verdeckt längs
in Blickrichtung hinter der Führungsstruktur 11.
Der Steuerschieber 15 steht in derselben Höhe wie in 2 und 3,
also in seiner höchstmöglichen
(Leitungs-)Stellung). Der Steuerschieber 17 ist ebenfalls entsprechend 3 in
seiner Einlassstellung gezeichnet, seiner untersten möglichen Stellung
innerhalb der Führungsstruktur 11.
-
Somit
ist momentan der Leitungsabschnitt 15L des Steuerschiebers 15 vor
der Öffnung
des (dahinter liegenden, verdeckten) Förderzylinders 3 positioniert.
Letzterer ist momentan mit dem Sammelrohr 19 und der Förderleitung
fluidisch verbunden, so dass er eingefüllten und vorverdichteten Dickstoff ausstoßen kann.
-
Dagegen
liegt vor der Öffnung
des Förderzylinders 5 der
Einlassabschnitt 17E des Steuerschiebers 17, so
dass der Förderzylinder 5 mit
dem Vorfüllbehälter 7 verbunden
ist und neu befällt
werden kann.
-
In
der später
noch zu erörternden 5 entspricht
dies der Phase 7 der Bewegungsphasen des Umschaltventils.
-
Zugleich
liegt der Leitungsabschnitt 17L des Steuerschiebers 17 in
dieser untersten Stellung in Höhe
der hier durch einen gestrichelten Kreis angedeuteten Klappe 13 (vgl. 1).
Es sei in diesem Zusammenhang angemerkt, dass Klappen 13 für jeden einzelnen
Steuerschieber 15 und 17 vorgesehen werden können, dass
die Klappe 13 aber infolge der engen Nachbarschaft beider
Steuerschieber in der Führungsstruktur
durchaus auch eine gemeinsame Wartungs- und Entleerungsklappe für beide
Steuerschieber 15 und 17 bilden könnte. Sie
müsste
dann natürlich
hinreichend breit sein, um ungehinderten Eingriff (insbesondere
das Einlegen von Reinigungskörpern)
in beide Steuerschieber (bzw. in deren Leitungsabschnitt) zu gewähren. Auf
diese Klappe(n) wird im normalen Betrieb keine Druckbelastung einwirken,
so dass sie nicht sonderlich kräftig
ausgelegt und auch nicht besonders abgedichtet werden müssen. Jedoch
sollten sie, wie schon früher
erwähnt,
jedenfalls gegen Öffnen
während
des Betriebs des Umschaltventils 9 sicher verriegelt werden
können.
-
Man
erkennt, dass mit der Anordnung der Führungsstruktur 11 in
der Höhe
bezüglich
des Bodens des Vorfüllbehälters 7 der
Vorteil berücksichtigt werden
kann, dass die jeweiligen Einlassabschnitte der Steuerschieber in
sich eine Höhendifferenz
des Dickstoffzuflusses überbrücken. Wie
in 2 deutlich erkennbar, fließt der Dickstoff hier von oben
zu und unter Schwerkrafteinfluss weiter unten, um die Höhe des Einlassabschnitts
versetzt (etwa 250 bis 300 mm) seitlich (nach einer Umlenkung von
90°) in den
Förderzylinder
wieder ab. Der eigentliche Boden des Vorfüllbehälters liegt deshalb etwas oberhalb
der Öffnungen
der Förderzylinder 3 und 5.
Hierdurch wird grundsätzlich
mit Vorteil der statische Druck im Bereich der Zylinderöffnungen
genutzt, um das Nachfüllen
oder Ansaugen zu begünstigen.
-
Die
jeweilige Mittelstellung der Steuerschieber („Blockstellung") liegt in der exakten
Mitte zwischen den in 3 gezeigten Extremstellungen
der Steuerschieber 15 und 17. Sie kann entweder
direkt durch die Antriebe eingestellt und fixiert werden, oder man
sieht zusätzliche
mechanische Verriegelungen oder Rasten zur definierten Sicherung
der Schaltstellungen vor, wie weiter oben schon erwähnt wurde. Letztere
sind hier allerdings nicht dargestellt.
-
In 4 sind
auch weiter oben schon erwähnte
Antriebsvarianten stark schematisiert angedeutet. Links, am Steuerschieber 15,
ist eine Tandem-Hubzylinder-Anordnung 21 vorgesehen. Auf
einem Festpunkt 23 ist ein erster Hubzylinder 25 aufgesetzt,
dessen Stellglied einen weiteren Hubzylinder 27 trägt. Das
Stellglied des letzteren ist über
eine nur angedeutete Konsole 29 mit dem Flachschieber 15 verbunden.
Selbstverständlich
ist in der Führungsstruktur 11 eine
längliche Öffnung vorgesehen,
in der die Konsole 29 gleitend geführt ist. Beide Hubzylinder sind
in doppelt wirkender Bauart ausgeführt. Der Hubzylinder 27 muss
mit beweglichen Zuleitungen ausgestattet werden.
-
Erkennbar
sind hier beide Stellglieder der Hubzylinder 25 und 27 voll
ausgefahren. Durch Zurückfahren
eines der Stellglieder kann der Steuerschieber 15 zunächst in
seine Mittelstellung (Blockstellung) gebracht werden. Wird dann
auch das zweite Stellglied zurückgezogen,
so gelangt der Steuerschieber in seine untere Stellung (Einlassstellung).
In umgekehrter Bewegungsrichtung werden dann die Stellglieder nacheinander
ausgefahren, wobei die Hublängen
der Hubzylinder 25 und 27 bei geeigneter Abstimmung
zugleich die Positionen des Flachschiebers eindeutig bestimmen.
-
Rechtsseitig
ist als Alternative der Antrieb des Flachschiebers 17 als
doppelt wirkender zweistufiger Teleskopzylinder 31 ausgeführt. Er
ist unmittelbar zwischen einem Festpunkt 33 und einer nur angedeuteten
Konsole 35 angeordnet, die wiederum fest mit dem Steuer schieber 17 verbunden
ist. Auch diese ist in der Führungsstruktur 11 über eine
längliche Öffnung verschiebbar.
Da sich der Steuerschieber 17 hier in seiner untersten
(Einlass-)Stellung befindet, ist auch der Hubzylinder 31 voll
eingefahren. Durch Ausfahren seines Stellglieds in eine erste Stufe
oder Hubstellung bringt er den Steuerschieber 17 in seine
Blockstellung, in einer zweiten Stufe durch noch weiteres Ausfahren
des Stellglieds gelangt der Steuerschieber 17 in seine
Leitungsstellung.
-
Nochmals
unter Bezug auf 2 wird im Zusammenhang mit der
Tief-Stellung des Steuerschiebers 17 in 2 deutlich,
dass nach dem Öffnen
der Klappe oder Klappen 13 noch in den Leitungsabschnitten 15L oder 17L (letzterer
gestrichelt angedeutet) befindlicher Dickstoff leicht entnommen
werden kann. Im normalen Betrieb des Umschaltventils ist dies natürlich nicht
notwendig, da diese verhältnismäßig geringe
Dickstoffmenge oder -säule
beim nächsten
Förder-
oder Ausstoßhub
des jeweiligen Förderzylinders
wieder zum Sammelrohr und zur Förderleitung
hin ausgestoßen
wird.
-
Da
der Leitungsabschnitt in dieser Stellung vollständig von der Förderleitung
abgetrennt ist, herrscht in ihm keinerlei erhöhter Druck. Abgesehen davon
wird man durch geeignete Maßnahmen
sicherstellen, dass die Klappe 13 nicht geöffnet werden kann,
wenn die Dickstoffpumpe und das Umschaltventil im Förderbetrieb
laufen, und dass das Umschaltventil nicht verstellt werden kann,
während
die Klappe geöffnet
ist.
-
Nach
dem Öffnen
der Klappe 13 kann jedenfalls auch ein (in 2 ebenfalls
gestrichelt angedeuteter) Reinigungskörper 37 in den (zuvor
von Hand geeignet entleerten) Leitungsabschnitt 15L bzw. 17L eingelegt
werden. Nach dem Schließen
der Klappe 13 kann dieser in dem Leitungsabschnitt durch
Umschalten des Steuerschiebers zwischen die Öffnungen des jeweiligen Förderzylinders
bzw. des Sammelrohrs 19 gebracht werden. Anschließend wird
er z. B. mit Druckluft, die über
eine hier nicht gezeigte Zufuhr zwischen den Förderzylinder und den Steuerschieber
geliefert wird, durch das Sammelrohr und die Förderleitung geführt werden,
um diese Leitungen von dem stehen gebliebenen Dickstoff zu befreien.
-
Durch
einen Durchlauf eines Reinigungskörpers durch beide Äste des
Sammel- oder Hosenrohrs 19 werden diese auch beide freigemacht,
wobei ggf. die Gründlichkeit
der Reinigung der Förderleitung durch
doppelten Durchlauf eines Reinigungskörpers (nacheinander durch beide Äste des
Sammelrohrs und dann durch die gemeinsame Förderleitung) erhöht werden
kann. Es versteht sich, dass für
beide Vorgänge
derselbe Reinigungskörper 37 zweimal nacheinander
oder auch unterschiedliche Reinigungskörper verwendet werden können.
-
Durch
geeignete Formgebung des Sammelrohrs im Zwickelbereich und/oder
durch gleichzeitige Druckzufuhr in beide Äste des Sammelrohres 19 kann
sichergestellt werden, dass der Reinigungskörper sich bei einem zweiten
Durchlauf nicht in dem bereits vorher freigemachten Sammelrohrast
verfängt.
-
Anhand 5,
einem Weg-Zeit-Diagramm der Förderkolben
nebst Bewegungsphasen der Steuerschieber 15 und 17 des
Umschaltventils 9 werden nun nach Einführung sämtlicher wesentlicher Bauteile
der Dickstoffpumpe und ihrer Peripherie der eigentliche Fördervorgang
und die Steuerung der erfindungsgemäßen Dickstoffpumpe und ihres
Umschaltventils dargestellt und detailliert erörtert. Die beiden Kolben der
Förderzylinder 3 und 5 sind
hier nur als Bezugszeichen K3 und K5 am Beginn der jeweiligen Diagrammlinie
repräsentiert.
Der Bewegungsablauf oder -zyklus des Kolbens K3 ist gestrichelt,
der des Kolbens K5 durchgezogen gezeichnet.
-
Besagte
Bewegungsphasen des Umschaltventils, deren verkleinerte schematische
Darstellung der Ansicht der 4 entspricht,
sind von 1 bis 8 durchnummeriert und im Diagramm nebeneinander über einer
Zeitachse aufgetragen sowie durch senkrechte Linien voneinander
abgeteilt.
-
In
Phase 1 stehen beide Steuerschieber 15 und 17 in
ihrer „Durchleitungsstellung", d. h. ihre Leitungsabschnitte 15L und 17L liegen
zeitgleich vor den Öffnungen
der Förderzylinder 3 und 5 (im
Folgenden auch Ausgangsstellung). Beide Förderzylinder 3 und 5 sind
also gleichzeitig mit dem Sammelrohr 19 und der daran anschließenden Förderleitung verbunden.
Keiner der Förderzylinder
kommuniziert mit dem Vorfüllbehälter 7.
-
Gemäß Phase
1 des Diagramms bewegt sich der Kolben K3 des Förderzylinders 3 zum
Ende eines Pumphubs, während
der Kolben K5 des (frisch gefüllten)
Zylinders 5 gerade – nach einer
Vorverdichtung – mit
seinem neuen Pumphub beginnt. Beide Kolben werden mit einer relativ
geringen Geschwindigkeit parallel und gleich gerichtet verschoben.
Dies kann als „Gleichlaufphase" bezeichnet werden.
-
Phase
2 ist ein Übergang
des Förderzylinders 3 zwischen
dem Pumphub und dem Saughub. Der Steuerschieber 15 wurde – vorzugsweise
nach Anhalten des Kolbens K3 – um
die Hälfte
seines Gesamthubs nach unten verschoben, während der Steuerschieber 17 unbewegt
blieb. Die Öffnung
des Förderzylinders 3 ist
vom Blockabschnitt 15B dicht verschlossen, sein Kolben
K3 ruht kurzzeitig vor Wechsel seiner Hubrichtung („Übergangsphase"). Der Förderzylinder 3 ist
gegenüber
dem Sammelrohr 19 vollständig abgeschlossen. Diese Zwischen-
oder Blockstellung des Steuerschiebers 15 vermeidet sicher
jeglichen fluidischen Kurzschluss zwischen dem einen pumpenden und
dem anderen saugenden Förderzylinder.
-
In
dieser zeitlich relativ kurzen Phase kann sich der Steuerschieber 15 bewegen;
ggf. kann er kurzzeitig angehalten werden, wenn der Blockabschnitt 15B,
wie schon erwähnt,
sehr kurz ausgeführt ist.
-
Währenddessen
befindet sich der Kolben K5 weiterhin im Pumphub, wie auch in der
Diagramm-Phase 2 erkennbar ist. Die Steigung seiner Bewegung ist
aber jetzt steiler, d. h. seine Vorschubgeschwindigkeit ist gegenüber der
vorhergehenden Gleichlaufphase 1 auf ein Normalmaß erhöht (z. B. verdoppelt).
Damit wird ein im Vergleich mit Phase 1 gleich bleibender Strom
des Dickstoffs in der Förderleitung
sichergestellt.
-
Phase
3 zeigt die erste extreme Relativstellung beider Steuerschieber.
Steuerschieber 15 wurde nun um seinen Gesamthub (z. B.
um insgesamt etwas mehr als 500 mm) nach unten verschoben. Er steht
nun in seiner Einlassstellung; seine Schurre 15S liegt
vor der Öffnung
des Förderzylinders 3.
Zugleich steht der Steuerschieber 17 immer noch in seiner „Leitungsstellung", was immer noch
eine Förderung
aus dem Förderzylinder 5 in
die Förderleitung zulässt.
-
Das
Diagramm lässt
in Phase 3 erkennen, dass der Kolben K5 weiterhin mit voller Geschwindigkeit
bzw. in voller Pumpleistung läuft,
während
der Kolben K3 einen Saughub, vorzugsweise mit sanftem An- und Auslauf,
jedoch insgesamt mit höherer Geschwindigkeit
als im Pumphub ausführt
(„Saugphase"). Infolge des regelmäßig anstehenden
(Gewichts-) Drucks des im Vorfüllbehälter befindlichen Dickstoffs
und dessen strömungsgünstigen
Führung auf
der Schurre 15S wird der Förderzylinder 3 optimal gefüllt.
-
Auch
in dieser Phase kann ein vorübergehendes
Anhalten der oszillierenden Bewegung des Steuerschiebers 15 von
Vorteil sein, damit der gesamte Saughub bei voller Öffnung des
Förderzylinders 3 ablaufen
kann.
-
Die
Position des Umschaltventils 9 in Phase 4 der 5 entspricht
der Phase 2. Der Steuerschieber 15 wurde aus der Einlassstellung
nun wieder um die erste Hälfte
seines Hubes angehoben. Nun kann, wie sich aus dem Diagramm ergibt,
der Kolben K3 des (vom Blockabschnitt 15B des Steuerschiebers 15 wieder
verschlossenen) Förderzylinders 3 den
soeben angesaugten Dickstoff mit geringer Geschwindigkeit über einen
sehr kurzen Hub vorverdichten, vorzugsweise auf den in der Förderleitung
herrschenden Betriebsdruck („Vorverdichtungsphase"). Dies ist im Hinblick
auf mit dem Dickstoff angesaugte Gase (Luftblasen) und auf den vom
Sammelrohr 19 und der Förderleitung
her anstehenden Gegendruck zu empfehlen, um Stöße im System zu vermeiden, wenn
die Zylinderöffnung
in der Folgephase von dem Leitungsabschnitt 15L wieder
an den Förderstrom angeschlossen
wird. Auch hier kann der Steuerschieber 15 kurzzeitig angehalten
oder jedenfalls abgebremst werden.
-
Der
Kolben K5 läuft
gerade in die Endphase seines Pumphubs ein, immer noch mit voller
Geschwindigkeit.
-
Phase
5 entspricht hinsichtlich der Stellung des Umschaltventils 7 exakt
der Phase 1 (Ausgangsstellung, „Gleichlaufphase"). Auch das Diagramm lässt in Phase
5 erkennen, dass nun die Kolben K3 und K5 mit vertauschten Rollen
(bezogen auf Phase 1) ihr phasenverschobenes Spiel von neuem mit
einer gleichzeitigen Pumpförderung
bei reduzierter Geschwindigkeit beginnen. Nun beginnt der Bewegungszyklus
des Steuerschiebers 17.
-
Phase
6 ist spiegelbildlich zur Phase 2; nun pumpt allein der Kolben K3
mit voller Geschwindigkeit, während
der Blockabschnitt 17B des Steuerschiebers 17 den
Förderzylinder 5 dicht
verschließt und
dessen Kolben K5 gemäß Diagramm-Phase
6 ruht. Der Steuerschieber 17 ist um die Hälfte seines Gesamthubs
nach unten verschoben.
-
Phase
7 entspricht spiegelbildlich der Phase 3. Wie schon weiter vorn
erwähnt,
zeigt auch die 4 diese Phase. Der Steuerschieber 17 hat
seine unterste Stellung erreicht. Der Förderzylinder 5 wird neu
gefüllt.
Sein Kolben K5 läuft
gemäß Diagramm-Phase 7 zurück in seine
Ausgangsstellung, und über
die Schurre 17S fließt
Dickstoff in den Förderzylinder 5 nach.
Zugleich ist der Förderzylinder 3 in
voller Pumpleistung, sein Kolben K5 in voller Vorschub geschwindigkeit.
-
Mit
der spiegelbildlich der Phase 4 entsprechenden Phase 8 verdichtet
der Kolben K5 wieder den neu eingefüllten Dickstoff vor, während der
Kolben K3 in die Endphase seines Pumphubs einläuft. Im Diagramm ist nun ein
voller Betriebszyklus der Zweizylinder-Dickstoffpumpe abgeschlossen, der weitere
Ablauf beginnt wieder mit Phase 1.
-
Zur
Verdeutlichung der im Betrieb der Dickstoffpumpe bei kontinuierlicher
Förderung
anfallenden Geschwindigkeiten, Drücke und Kräfte sei erwähnt, dass der gesamte Ablauf
der Phasen 1 bis 8 sich innerhalb von nur 6 Sekunden vollzieht,
wie dies durch die beschriftete Zeitachse unterhalb des Diagramms
angedeutet ist. Dabei haben die Kolben der Förderzylinder Hübe von ca.
1 m Länge
zu durchlaufen, während
die Gesamthübe
der Steuerschieber in einem Bereich von etwa 500 bis 600 mm liegen.
-
Zur
weiteren Interpretation des Diagramms der 5 sei zunächst wiederholt,
dass in den Phasen 1 und 5 beide Kolben gleichzeitig Dickstoff in
das Sammelrohr 19 und in die Förderleitung pumpen. Während dieser
Phasen sind ihre Geschwindigkeiten so aufeinander abgestimmt, dass
ihre Gesamtfördermenge
derjenigen eines Kolbens allein bei dessen normaler Vorschubgeschwindigkeit
entspricht. Damit wird, zusammen mit der Phase der Vorverdichtung des
neu anlaufenden Kolbens, eine praktisch stoßfrei konstante Fördermenge
der Dickstoffpumpe erzielt.
-
In
allen anderen Phasen ist jeweils nur einer der Kolben im Pumpbetrieb,
und er läuft
dann vorzugsweise mit konstanter Geschwindigkeit. Der statische
Druck in dem jeweils still lie genden Ast des Sammelrohrs 19 entspricht
dann dem Druck in der Förderleitung.
Er wird von den Dichtflächen 15D bzw. 17D des
jeweils in Block- und/oder Einlassstellung befindlichen Steuerschiebers
sicher abgefangen.
-
Die
erfindungsgemäße Gestaltung
des Umschaltventils und eine gezielte Vorschubsteuerung der Förderkolben
ermöglichen
es, in den Phasen der gemeinsamen Pumphübe einen gegenüber der
Einzelpumpleistung eines Kolbens gleich bleibenden Ausstoß der Dickstoffpumpe
zu erzielen, und so die Pulsation des Dickstoffstroms in der Förderleitung praktisch
zu eliminieren. Diesem kommt insbesondere die Vorverdichtung des
Dickstoffs in den Phasen 4 und 8 zugute, durch die vermieden wird,
dass mit dem Öffnen
des jeweils frisch gefüllten
Förderzylinders 3 oder 5 ein
druckloser „Pufferraum" mit der Förderleitung
verbunden wird. Das Volumen des jeweils in dem wieder „aktivierten" Leitungsabschnitt 15L oder 17L befindlichen
Dickstoffes ist hinsichtlich einer solchen Pufferwirkung sicherlich
vernachlässigbar
gering.
-
Zwar
werden durch die Vorverdichtungsschritte (Phasen 4 und 8) auf die
Steuerschieber 15 und 17 erhebliche Kräfte ausgeübt, die
jedoch durch deren robuste und doch verhältnismäßig einfache geradlinige Gleitlagerung
innerhalb der Führungsstruktur 11 sicher
aufgefangen und abgetragen werden. Hier kommt auch wieder der Vorteil
einer reinen oder im Wesentlichen translatorischen (Schiebe-)Lagerung
zum Tragen, sowie der Vorteil der ständigen Verbindung des stromab
gelegenen Endes des Sammelrohres 19 mit der Förderleitung.
-
Vorteilhaft
kann die Gewichtskraft des Dickstoffs dessen schnelle Zufuhr über die
Schurre des Steuerschiebers zur einzuspeisenden Zylinderöffnung unterstützen.
-
Die
Momentan-Stellungen der Kolben K3 und K5 und der Steuerschieber 15 und 17 können mit geeigneten
Sensoren (Wegaufnehmer, Stellungsschalter, Drucksensoren etc.),
ggf. direkt an den jeweiligen Antrieben erfasst werden. Diese Sensoren führen ihre
Stellungssignale einer vorzugsweise zentralen Steuereinheit der
Dickstoffpumpe zu, die ihrerseits die Antriebe der Förderkolben
K3 und K5 und des Umschaltventils 9 beherrscht.
-
Insbesondere
steuert sie in den Momenten gleichzeitigen Förderns beider Förderzylinder
eine Reduzierung von deren Vorschubgeschwindigkeiten ein. Es müssen nicht
unbedingt beide Kolben auf halbe Geschwindigkeit gesteuert werden,
sondern man könnte
grundsätzlich
auch den einen Kolben z. B. auf 1/3 der vollen Geschwindigkeit und
den anderen auf 2/3 der vollen Geschwindigkeit einsteuern (gleiche Durchmesser
und Gesamthübe
vorausgesetzt). Das Ziel bleibt ein möglichst konstanter Förderstrom
des Dickstoffs in der Förderleitung.
-
Des
Weiteren hat die Steuereinheit während der
Zeitspanne, in der der frisch gefüllte Förderzylinder von dem Blockabschnitt
des zugeordneten Steuerschiebers 15 oder 17 verschlossen
ist, einerseits das Umschaltventil vorübergehend anzuhalten oder auf
langsamen Lauf zu schalten, andererseits den Vorverdichtungshub
des zugehörigen
Kolbens zu steuern. Dies erfordert ggf. noch einen Drucksensor, der
im Zylinder, im Kolben, oder auch in dem mit dem Druck belasteten
Ast des Sammelrohrs 19 angeordnet werden kann. Ein Blockieren
der Steuerschieber 15 und 17 durch überhöhten Druck
bei der Vorverdichtung ist selbstverständlich sicher durch Druckbegrenzer
oder dgl. auszuschließen.
-
Auch
in anderen Phasen, z. B. den Gleichlaufphasen, der Übergangsphase
und der Einlass- oder
Saugphase, kann ein verlangsamter Lauf der Steuerschieber 15/17 oder
gar vorübergehender Stillstand
auch zwischen den Umkehrpunkten von Vorteil sein. Man wird insgesamt
sorgfältig
zwischen Stillstandszeiten und Verschiebezeiten der Steuerschieber
abwägen
müssen,
damit einerseits die verfügbaren
Strömungsquerschnitte
durch Überschneidungen
der Blockabschnitte mit den Öffnungen
der Förderzylinder
nicht zu stark verringert, andererseits keine überhöhten Schiebergeschwindigkeiten
notwendig werden.
-
Für die kontinuierliche
Arbeitsweise der Dickstoffpumpe kann es aber auch zweckmäßig sein, die
verschiedenen Schieberstellungen mit gleichmäßigem Tempo zu durchlaufen,
ohne zu verzögern oder
auch anzuhalten.
-
6 geht
noch einmal detaillierter auf den in 4 links
angedeuteten Steuerschieber-Antrieb 21 mit Tandem-Hubzylindern
ein. Man erkennt wieder den gelenkigen Festpunkt 23 (vorzugsweise
am Gehäuse
des Umschaltventils 9) und die beiden übereinander in Reihe angeordneten
Hubzylinder 25 und 27 sowie die Konsole 29 zum
hier nicht gezeigten Steuerschieber. Die Hubzylinder 25 und 27 sind hier
schematisch aufgeschnitten gezeigt, so dass man von rechts nach
links drei Bewegungsphasen dieses Antriebskonzeptes erkennt: ganz
links sind beide Hubzylinder stangenseitig beaufschlagt und befinden
sich in ihrer jeweiligen untersten Position. Entsprechend ist der
Steuerschieber in Einlassstellung. In der mittleren Phase ist der
untere Hubzylinder 25 kolbenseitig beaufschlagt und befindet
sich in seiner oberen Position, während der mitgeführte obere
Hubzylinder 27 noch stangenseitig beaufschlagt ist (Blockstellung
des Steuerschiebers). Die dritte Phase zeigt beide Hubzylinder in
kolbenseitig beaufschlagter, voll ausgefahrener Position (Leitungsstellung
des Steuerschiebers). Zum Absenken des letzteren werden die Phasen
in umgekehrter Reihenfolge durchlaufen. Unter Bezug auf die jeweiligen,
vorstehend erörterten
Stellungen der Steuerkörper
in den früheren
Figuren sind die drei Phasen in 6 bis 8 jeweils
mit den Buchstaben E (Einlassstellung), B (Blockstellung) und L
(Leitungsstellung) gekennzeichnet.
-
7 stellt
den gleichen Vorgang mit einem zweistufig verfahrbaren Teleskopzylinder 31 dar,
wie er in 3 auf der rechten Seite angedeutet
ist. Der gelenkig mit dem Gehäuse
des Umschaltventils 9 verbundene Festpunkt 33 trägt wieder
diesen stangenseitig über
eine Konsole 35 an einem Steuerschieber angelenkten Hubzylinder.
Wieder sind drei Arbeitsstellungen des Hubzylinders 31 vorgesehen, wobei
für die
mittlere Stellung ein zusätzlicher
Anschlag- oder Sperrmechanismus vorgesehen wird, damit diese Stellung
definiert anfahrbar ist. Eine hydraulische Verriegelung dieser Mittelstellung
direkt im Hubzylinder 31 wäre wohl auch realisierbar,
jedoch möglicherweise
im harten Dauerbetrieb nicht exakt genug einstellbar. Konkret hat
man hier einen weiteren kleinen Hubzylinder 39 vorgesehen,
der fest mit dem Gehäuse
des Umschaltventils -ggf. über eine
weitere feste Konsole- verbunden ist und dessen Stellglied in den
Hubweg des Teleskopzylinders 31 einfahrbar ist.
-
In 7 erkennt
man wieder von links nach rechts, analog zu 6, drei
Bewegungsphasen bzw. Stellungen E, B und L. Ganz links ist der Teleskopzylinder
stangenseitig beaufschlagt und steht in seiner untersten Stellung.
Der Sperrzylinder 39 ist eingefahren. In der Mitte ist
der Teleskopzylinder halb ausgefahren; sein Stellglied läuft gegen
das zwischenzeitlich ebenfalls ausgefahrene Stellglied des Sperrzylinders 39 an,
so dass hier die Zwischenstellung (Blockstellung) erreicht ist.
In der rechten Phase ist der Sperrzylinder 39 wieder eingezogen, so
dass der Weg für
das Stellglied des Teleskopzylinders 31 in die oberste,
voll ausgefahrene (Anschlag-)Stellung frei ist. Entsprechend steht
nun auch der über
die Konsole angelenkte Steuerschieber (nicht dargestellt) in seiner
obersten (Leitungs-)Stellung L.
-
8 zeigt
ein Äquivalent
zur 7, nämlich
einen zweistufig steuerbaren langhubigen einzelnen Hubzylinder 41,
dem wiederum ein Sperrzylinder 43 zugeordnet ist. Festpunkt 33 und
Konsole 35 stimmen mit 6 und 7 überein.
Wieder ist ganz links der langhubige Hubzylinder 41 stangenseitig beaufschlagt
in seiner untersten möglichen
Stellung E. Der Sperrzylinder 43 ist eingefahren. Während des Übergangs
des (nunmehr kolbenseitig beaufschlagten) Hubzylinders 41 in
seine mittlere Stellung (B) wird auch der Sperrzylinder 43 ausgefahren,
so dass sein Stellglied in den Weg des Stellglieds des Hubzylinders 41 eintritt
und dieses in der mittleren Stellung blockiert. Ganz rechts in 8 ist
der Sperrzylinder 43 wieder eingefahren, und das Stellglied
des Hubzylinders 41 kann in seine oberste mögliche Stellung
(L) weiter gefahren werden.
-
Auch
in den Konfigurationen gemäß 7 und 8 ist
selbstverständlich
zum Abwärts-Bewegen
des zugeordneten Steuerschiebers der umgekehrte Ablauf der vorstehend
erörterten
Bewegungsphasen bzw. Positionen erforderlich, was jeweils durch
stangenseitige Druckbeaufschlagung der Hubzylinder gesteuert wird.
-
Es
versteht sich, dass die Sperrzylinder 39 und 43 mit
den jeweiligen Hubzylindern bzw. Stellgliedern auf jeden Fall so
abzustimmen sind, dass auch beim Abwärtshub der Hubzylinder die
mittlere Stellung exakt einstellbar ist. Die hier gezeigten schematisch
vereinfachten Anordnungen dienen nur dem besseren Verständnis des
Arbeitsprinzips dieser Antriebe, können aber die realen Einbauverhältnisse und
das Zusammenwirken zwischen Hub- und Sperrzylindern nur bedingt
wiedergeben.