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Die
Erfindung betrifft eine Kolbenpumpe zum Fördern von Beton oder dergleichen,
mit wenigstens einem Förderzylinder
und einem in dem Förderzylinder
axial beweglichen Förderkolben,
der über
eine Kolbenstange mit einem Antrieb verbunden ist, wobei der Förderkolben
an seiner dem Beton zugewandten Vorderseite und an seiner von Wasser
umspülten Rückseite
jeweils eine umlaufende Lippe aufweist, die an der inneren Wandung
des Förderzylinders
anliegt.
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Kolbenpumpen
zum Fördern
von Beton werden auf Baustellen seit langem eingesetzt. In der Regel
sind sie als hydraulisch betriebene Kolbenpumpen, zumeist zweizylindrig,
ausgeführt,
wobei der Beton durch Schläuche
oder Rohre gefördert
wird.
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Bei üblichen
Beton-Kolbenpumpen mit zwei linearen Förderzylindern werden zu deren
Antrieb zwei hydraulische Antriebszylinder verwendet, deren Kolben über Kolbenstangen
mit den Förderkolben der
Förderzylinder – jeweils
einzeln – starr
verbunden sind. Dabei sind die Förderzylinder
der bekannten Kolbenpumpen meist im Gegentakt antreibbar, d. h., dass
ihre Förderkolben
abwechselnd Füll- und Förderhübe ausführen. Dabei
wird aus einem Beton-Aufgabebehälter
der Beton in die Pumpenkammern der Förderzylinder übernommen
und aus diesen in eine einzige Förderleitung
gefördert.
Die Förderleitung
ist über
eine Rohrweiche mit den Pumpenkammern der Förderzylinder verbunden, wobei
die Rohrweiche im Takt der Förderhübe die Förderleitung
abwechselnd mit den beiden Förderzylindern
verbindet.
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Bei
Beton-Kolbenpumpen der zuvor beschriebenen Art stehen die Förderkolben
unmittelbar mit dem zu fördernden
Beton in Berührung.
Die Kolbendichtungen haben bei Betonpumpen eine hohe Beanspruchung
auszuhalten und unterliegen einem entsprechenden Verschleiß. Um den
Verschleiß an den
Förderkolben
sowie auch den Verschleiß an
den mit den Förderkolben
in Berührung
stehenden Innenwandungen der Förderzylinder
zu reduzieren, ist bei Betonpumpen eine Wasserschmierung der Förderzylinder
hinter den Kolben bekannt. Bei den üblichen Betonpumpen ist zwischen
den Förderzylindern
und deren hydraulischen Antriebszylindern ein von den Kolbenstangen
durchsetzter Wasserkasten angeordnet, der mit beiden Förderzylindern
in Verbindung steht. Im Betrieb der Pumpe pendelt das in dem Wasserkasten
befindliche Wasser zwischen den beiden Förderzylindern hin und her.
Dabei umspült
das Wasser die Förderkolben
an der Rückseite.
Durch das Wasser wird eine Schmierung der Förderkolben und eine Kühlung der
Förderzylinder
erzielt. Durch diese Maßnahmen
wird die Lebensdauer der Förderkolben und
der Förderzylinder
wesentlich verlängert.
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Die
Förderkolben
weisen bei den bekannten Beton-Kolbenpumpen als Kolbendichtung üblicherweise
zwei umlaufende Lippen auf. Dadurch ist einerseits eine Abdichtung
gegenüber
der Betonseite und andererseits gegenüber der Wasserseite des Förderkolbens
gegeben. Die über
den Wasserkasten erfolgende Wasserspülung hat die zusätzliche
Funktion, den bei angeschädigten
Dichtlippen eventuell durchgeförderten
Beton wieder zu lösen
und abzuspülen. Der
aufgrund von letztlich unvermeidbaren Undichtigkeiten der Förderkolben übergetretene
Beton kann sich im Wasserkasten absetzen und wird aus diesem regelmäßig, beispielsweise
beim Wasserwechsel, entfernt.
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Mit
der fortschreitenden Entwicklung haben die Anforderungen an die
Förderleistung
von Betonpumpen stetig zugenommen. Die geforderte mittlere Fördermenge
pro Stunde hat sich in den letzten 10 Jahren um mehr als 50% erhöht. Diese
Erhöhung
der Fördergeschwindigkeit
wird vor allem durch entsprechende Erhöhung der Bewegungsgeschwindigkeit der
Förderkolben
in den Förderzylindern
erreicht. Dies hat nachteiligerweise zur Folge, dass mit steigender
Fördergeschwindigkeit
der Verschleiß an
den Förderkolben überproportional
zunimmt. Die Standzeiten der Förderkolben
werden unakzeptabel kurz. Die Förderkolben
zeigen frühzeitig
stark geschädigte Dichtlippen
sowie Riefen auf der Kolbenführungsfläche im Bereich
zwischen den beiden Dichtlippen.
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Aus
der
DE 10 2005
032 916 A1 ist ein Förderkolben
für eine
Betonpumpe bekannt, bei dem zur Verbesserung der Wasserschmierung
ein Verbindungskanal zur Zuführung
von Wasser aus dem Zylinderraum hinter dem Förderkolben in den Zwischenraum
zwischen den Dichtlippen vorgesehen ist. Der vorbekannte Förderkolben
besteht aus einem metallischen Kolbenkörper und einem den Kolbenkörper teilweise
umschließenden
Belag aus Gummi. Der zur Bewässerung
dienende Verbindungskanal ist als durchgehende Bohrung in dem Gummibelag
ausgebildet. In der Praxis hat sich der aus der genannten Druckschrift
bekannte Förderkolben
nicht bewährt. Es
hat sich herausgestellt, dass im Betrieb der Betonpumpe durch den
Verbindungskanal in dem Gummibelag des Kolbens nicht genügend Wasser
in den Zwischenraum zwischen den Dichtlippen gefördert wird. Wegen des hohen
Anspressdrucks der Außenfläche des
Förderkolbens
an die Innenwandung des Förderzylinders
wird der Querschnitt des in dem elastisch verformbaren Gummibelag
ausgebildeten Verbindungskanals verengt. Außerdem setzt sich der Verbindungskanal
leicht mit Betonrückständen zu. Dies
führt im
Ergebnis dazu, dass die Standzeit des Kolbens gegenüber herkömmlichen
Förderkolben
für Betonpumpen
nicht signifikant verbessert ist.
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Vor
diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
weiter verbesserte Kolbenpumpe zum Fördern von Beton bereitzustellen. Die
Lebensdauer des Förderkolbens
soll gegenüber den
herkömmlichen
Systemen signifikant erhöht sein.
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Diese
Aufgabe löst
die Erfindung ausgehend von einer Kolbenpumpe der eingangs genannten
Art dadurch, dass die rückseitige
Lippe an ihrem Umfangsrand wenigstens eine Ausnehmung aufweist, durch
welche Wasser von der Rückseite
des Förderkolbens
in den Zwischenraum zwischen den Lippen gelangen kann.
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Die
Erfindung basiert auf der überraschenden
Erkenntnis, dass die Standzeit des Kolbens wesentlich dadurch erhöht werden
kann, dass Ausnehmungen in der an der Rückseite des Kolbens angeordneten
Dichtlippe angebracht werden. Die umlaufenden Lippen des Kolbens
dienen, wie oben erläutert,
zum einen zur Abdichtung zwischen der dem Beton zugewandten Vorderseite
und der von Wasser umspülten
Rückseite
des Kolbens. Zum anderen dienen die Lippen dazu, Betonrückstände von
der Innenwandung des Förderzylinders
abzulösen.
Auf den ersten Blick bewirken die erfindungsgemäßen Ausnehmungen in der rückseitigen
Lippe des Förderkolbens
eine Einschränkung
dieser Funktionen. Überraschenderweise
zeigt sich allerdings, dass aufgrund der Ausnehmungen in der Lippe
nun eine effektive Bewässerung
der Berührungsflächen zwischen
Kolben und innerer Zylinderwand erreicht wird. Bei den herkömmlichen
Beton-Kolbenpumpen
bewirkt die Dichtlippe auf der Wasserseite des Förderkolbens ein Abstreifen
des Wasserfilmes auf der inneren Förderzylinderwand und damit
eine mehr oder weniger wasserfreie, d. h. schmiermittelfreie Kolbenführung. Aufgrund
des Fehlens eines Schmiermittels im Bereich der Berührungsflächen zwischen
Förderkolben
und Förderzylinderwand
kommt es zu starken Verschleißerscheinungen,
so dass die Abdichtungs- und Reinigungsfunktion des Kolbens schnell
nicht mehr gegeben ist. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Förderkolbens
mit einer unterbrochenen Lippe an der Rückseite wird für einen
stets vorhandenen Wasserfilm im Bereich der Kolbenführungsfläche gesorgt.
Dadurch wird die Reibung zwischen dem Förderkolben und der Förderzylinderwand
signifikant verringert, und es wird eine höhere Lebensdauer der Förderkolben
und damit eine höhere
Standzeit erzielt. Der Wasserfilm sorgt zusammen mit der umlaufenden
Kolbendichtung an der Betonseite des Kolbens für eine ausreichende Abdichtung sowie
für ein
wirksames Ablösen
von Betonrückständen von
der Zylinderwand, und zwar über
eine Kolbenstandzeit, die deutlich höher ist als bei den bekannten
Systemen.
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Da
gemäß der Erfindung
der Zwischenraum zwischen den Lippen des Förderkolbens bewässert ist,
kommt es dort aufgrund der Relativbewegung zwischen Förderkolben
und Förderzylinderwand
zu wasserhydrodynamischen Effekten. Daraus resultiert eine Wasserförderwirkung,
die dafür
sorgt, dass durch die Ausnehmungen in der rückseitigen Lippe des Förderkolbens
das zur Schmierung in den Zwischenraum zugeführte Wasser während des
Betriebs der Pumpe ständig
ausgetauscht wird. Somit wird der Zwischenraum zwischen den Dichtlippen
permanent gespült,
wodurch vorteilhafterweise bewirkt wird, dass in den Zwischenraum
eventuell durchgeförderter
Beton gelöst
und abgespült
wird. Auch dadurch wird der Verschleiß vermindert und die Lebensdauer der
Förderkolben
erhöht.
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Die
erfindungsgemäße Kolbenpumpe
kann mit Vorteil in üblicher
Weise als Tandempumpe ausgestaltet sein, wobei zwei im Gegentakt
arbeitende Förderzylinder über einen
von den Kolbenstangen der beiden Förderzylinder durchsetzten Wasserkasten
miteinander verbunden sind. Das Wasser pendelt während des Betriebs der erfindungsgemäßen Pumpe
zwischen den Förderzylindern
hin und her und sorgt für
die Schmierung und Spülung
der Kolbenführungsfläche in der
oben beschriebenen Art und Weise. Als Antrieb der Pumpe dienen bei
dieser Ausgestaltung zweckmäßigerweise
zwei mit den Kolbenstangen verbundene hydraulische Antriebszylinder, die
als doppelt wirkende Differenzialzylinder ausgebildet sind und die
Kolben im Gegentakt zur abwechselnden Ausführung von Füll- und Förderhüben antreiben.
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Die
der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird weiterhin durch einen
Förderkolben
für eine Kolbenpumpe
gelöst,
der an seiner Rückseite
einen Verbindungsflansch zur Verbindung mit einer Kolbenstange aufweist.
An seiner Vorderseite und an seiner Rückseite weist der Förderkolben
jeweils eine umlaufende Lippe auf. Gemäß der Erfindung weist die rückseitige
Lippe an ihrem Umfangsrand wenigstens eine Ausnehmung auf, durch
welche Wasser von der Rückseite
des Förderkolbens
in den Zwischenraum zwischen den Lippen gelangt, um so eine verbesserte
Wasserschmierung der Kolbenführungsfläche zu erzielen.
Vorzugsweise weist die rückseitige
Lippe des erfindungsgemäßen Förderkolbens
an ihrem Umfangsrand zwei oder mehr in Umfangsrichtung gleichmäßig voneinander
beabstandete Ausnehmungen auf. Auf diese Weise wird für eine gleichmäßige Bewässerung
der Kolbenführungsfläche über den gesamten
Umfang gesorgt. Besonders bewährt
hat sich eine symmetrische Ausgestaltung mit vier Ausnehmungen im
Winkelabstand von 90°.
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Ein
solcher Förderkolben
kann vorteilhafterweise zur Nachrüstung von bereits vorhandenen
Beton-Kolbenpumpen genutzt werden. Hierzu müssen lediglich die konventionellen
Förderkolben
gegen erfindungsgemäße Förderkolben
ausgetauscht werden. Dies ist problemlos möglich, da der Förderkolben
einen mit einer Kolbenstange lösbar
verbindbaren Verbindungsflansch aufweist.
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Besonders
bewährt
hat sich eine Ausgestaltung des Förderkolbens, bei der der Förderkolben aus
einem metallischen Kolbenkörper
und einem den Kolbenkörper
zumindest teilweise umgebenden Förderkolbenbelag
aus Gummi besteht, wobei die Lippen an den Förderkolbenbelag angeformt sind.
Der metallische Kolbenkörper
ist integral mit dem Verbindungsflansch zur Verbindung mit der Kolbenstange ausgebildet.
Das Gummimaterial des Förderkolbenbelags
bewirkt gute Eigenschaften der Kolbendichtung hinsichtlich Abdichtung
und Verschleiß.
Auch bei dem Förderkolben
gemäß der Erfindung
kann ein Verschleiß selbstverständlich nicht
vollständig
ausgeschlossen werden. Die elastischen Eigenschaften des Gummimaterials
des Förderkolbenbelags
sorgen dafür,
dass bei fortschreitendem Verschleiß die Kolbendichtung möglichst
lange funktioniert.
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Gemäß einer
besonders praktikablen Variante der Erfindung ist die wenigstens
eine Ausnehmung als im Wesentlichen kreisbogenförmiger Ausschnitt im Förderkolbenbelag
im Bereich der rückseitigen Lippe
ausgebildet ist. Solche Ausnehmungen lassen sich mit geringem Aufwand
und damit kostengünstig anbringen.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 Seitenansicht
einer erfindungsgemäßen Kolbenpumpe;
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2 Schnitt
A-A durch einen Teil der in der 1 dargestellten
Pumpe;
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3 detaillierte
Darstellung eines Ausschnitts aus 2;
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4 dreidimensionale
Ansichten eines Förderkolbens
gemäß der Erfindung.
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Die 1 bis 3 zeigen
eine zweizylindrige Beton-Kolbenpumpe mit zwei im Gegentakt arbeitenden
Förderzylindern 1,
die über
einen Wasserkasten 2 miteinander verbunden sind. In jedem
der Förderzylinder 1 ist
ein Förderkolben 3 axial
beweglich geführt.
Die Förderkolben 3 sind über Kolbenstangen 4 mit
hydraulischen Antriebszylindern 5 verbunden. Die Kolbenstangen 4 durchsetzen
den Wasserkasten 3. Die nach vorne offenen Förderzylinder 1 münden in
einem Betonaufgabebehälter 6. Über eine nicht
näher dargestellte
steuerbare Rohrweiche werden die Pumpenkammern der Förderzylinder 1 abwechselnd
mit einer ebenfalls nicht näher
dargestellten Förderleitung
verbunden.
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Die 3 zeigt
den durch einen Kreis in der 2 markierten
Ausschnitt vergrößert. In
der 3 ist zu erkennen, dass der Förderkolben 3 an seiner Vorderseite,
d. h. an der Betonseite 7 und an seiner Rückseite,
d. h. an der Wasserseite 8 jeweils eine umlaufende Lippe 9 bzw. 10 aufweist.
Die Lippen 9 und 10 liegen an der inneren Wandung
des Förderzylinders 1 an.
Gemäß der Erfindung
weist die rückseitige
Lippe 10 an ihrem Umfangsrand Ausnehmungen 11 auf,
durch welche Wasser von der Rückseite
des Förderkolbens,
d. h. aus dem Zylinderraum 8 hinter dem Förderkolben 3 in
den Zwischenraum 12 zwischen den Lippen 9 und 10 gelangt.
Die vorderseitige Lippe 9 ist demgegenüber durchgehend ausgebildet. Durch
die Ausnehmungen 11 wird der Zwischenraum 12 in
der oben beschriebenen Art und Weise mit Wasser versorgt, so dass
dort ein gleichmäßiger Wasserfilm
entsteht. Dadurch wird die Reibung zwischen Förderkolben 3 und Zylinderwand 1 verringert, und
der Verschleiß des
Förderkolbens 3 wird
reduziert. Aufgrund der Bewegung des Kolbens 3 in dem Zylinder 1 kommt
es in dem mit Wasser gefüllten
Zwischenraum 12 zu hydrodynamischen Effekten, die dafür sorgen,
dass das Schmierwasser ständig
ausgetauscht und der Zwischenraum 12 ständig mit Wasser gespült wird.
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Die 4 zeigt
einen Förderkolben
gemäß der Erfindung
in dreidimensionaler Ansicht. Die Ausnehmungen 11 in der
Lippe 10 an der Rückseite
des Kolbens 3 sind in der 4 gut zu
erkennen. Der dargestellte Kolben 3 besteht aus einem metallischen Kolbenkörper 13,
an den ein Verbindungsflansch 14 zur Verbindung mit der
Kolbenstange 4 angeformt ist. Der Kolben 3 ist,
wie in der 2 dargestellt, über den
Verbindungsflansch 14 mit einem Zwischenstück 15 verschraubt.
Das Zwischenstück 15 ist
wiederum mit der Kolbenstange 4 verbunden. Zum Auswechseln
des Kolbens wird die Schraubverbindung des Zwischenstücks 15 mit
dem Kolben 3 und der Kolbenstange 4 gelöst. Danach
können
das Zwischenstück 15 und
der Kolben 3 über
den Wasserkasten 3 entnommen werden. Der Kolbenkörper 13 des
Förderkolbens
ist teilweise von einem Förderkolbenbelag 16 aus
Gummi umgeben. Die Lippen 9 und 10 sind, wie in
der 3 erkennbar ist, an den Förderkolbenbelag 16 angeformt.
Als Material für
den Förderkolbenbelag 16 hat
sich sogenanntes Perbunan-Gummimaterial mit einer Härte von
70–80 Shore-A
bewährt.
Wie die 3 zeigt, sind erfindungsgemäß vier Ausnehmungen 11 unter
einem Winkelabstand von 90° zur
Bewässerung
des Zwischenraums 12 in dem Gummikörper des Förderkolbenbelags 16 ausgebildet.
Auf diese Weise wird ein gleichmäßiger Wasserschmierfilm
im Bereich der Kolbenführungsfläche erzeugt.
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- 1
- Förderzylinder
- 2
- Wasserkasten
- 3
- Förderkolben
- 4
- Kolbenstange
- 5
- Antriebszylinder
- 6
- Betonaufgabebehälter
- 7
- Betonseite
= Vorderseite des Förderkolbens
- 8
- Wasserseite
= Rückseite
des Förderkolbens
- 9
- vorderseitige
Lippe
- 10
- rückseitige
Lippe
- 11
- Ausnehmung
- 12
- Zwischenraum
- 13
- Kolbenkörper
- 14
- Verbindungsflansch
- 15
- Zwischenstück
- 16
- Förderkolbenbelag