DE102010040971A1

DE102010040971A1 - Kolbenpumpe zum Fördern von dickstoffartigem Fördergut, insbesondere von Beton

Info

Publication number: DE102010040971A1
Application number: DE201010040971
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Schlecht Karl
Original assignee: KARL SCHLECHT FAMILIENSTIFTUNG
Current assignee: Putzmeister Engineering GmbH
Priority date: 2010-09-17
Filing date: 2010-09-17
Publication date: 2012-03-22

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kolbenpumpe zum Fördern von dickstoffartigem Fördergut, insbesondere von Beton. Die Kolbenpumpe weist mindestens einen Förderzylinder (10) mit einem in dem Förderzylinder (10) mit radialem Spiel unter Bildung eines Ringspalts (36) zentrisch angeordneten, axial beweglichen Förderkolben (21) auf. Der Förderkolben (21) ist an seiner vom Fördergut abgewandten Rückseite über eine Kolbenstange (22) mit einem Antriebsmechanismus (20, 24) verbunden. Weiter weist der Förderkolben (21) an seiner dem Fördergut zugewandten Stirnseite und an seinem rückwärtigen Teil (96) jeweils ein umlaufendes, den Ringspalt (36) überbrückendes, an der Innenfläche (42) des Förderzylinders (10) anliegendes elastisches Ringelement auf. Um auch bei hohem Förderdruck den Verschleiß des Förderzylinders (10) und des Förderkolbens (21) gering zu halten, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, dass das fördergutseitige, einen Abstreifring (38) bildende Ringelement und das rückwärtige, eine Druckdichtung (40) bildende Ringelement den Ringspalt (36) unter Bildung eines mit einer Flüssigkeit gefüllten Ringraums (44) axial begrenzen. Die in dem Ringraum (44) befindliche Flüssigkeit ist dabei stets mit dem im Bereich der Stirnseite des Förderkolbens (21) herrschenden momentanen Druck des Förderguts beaufschlagt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kolbenpumpe zum Fördern von dickstoffartigem Fördergut, insbesondere von Beton mit mindestens einem Förderzylinder, mit einem in dem Förderzylinder mit radialem Spiel unter Bildung eines Ringspalts zentrisch angeordneten, axial beweglichen Förderkolben, der an seiner dem Fördergut abgewandten Rückseite über eine Kolbenstange mit einem Antriebsmechanismus verbunden ist, wobei der Förderkolben an seiner dem Fördergut zugewandten Stirnseite und an seinem rückwärtigen Teil jeweils ein umlaufendes, den Ringspalt überbrückendes, an der Innenfläche des Förderzylinders anliegendes elastisches Ringelement aufweist.
Kolbenpumpen dieser Art werden beispielsweise zum Fördern von industriellen Dickstoffen oder Beton eingesetzt. In der Regel weisen Dickstoffpumpen zwei Förderzylinder auf, deren stirnseitige Öffnungen in einen Materialaufgabebehätter münden und abwechselnd während des Druckhubs beispielsweise über eine Rohrweiche mit einer Förderleitung verbindbar und während des Saughubs unter Ansaugen des Materials zum Materialaufgabebehälter hin offen sind. Die Kolben der Förderzylinder werden über hydraulische Antriebszylinder im Gegentakt angetrieben. Zu diesem Zweck sind die Förderkolben über eine gemeinsame Kolbenstange mit den Kolben der Antriebszylinder verbunden. Die Förderkolben stehen dabei unmittelbar mit dem Fördergut in Berührung. Dementsprechend sind die Kolbendichtungen und die Innenwandungen der Förderzylinder einer hohen Beanspruchung ausgesetzt und unterliegen einem entsprechenden Verschleiß. Zur Verschleißminderung laufen die Förderkolben meist in gehärteten oder hart verchromten verschleißfesten Förderzylindern. Außerdem wird am Umfang des aus einem Metallkörper bestehenden Förderkolbens ein Gummimantel aufvulkanisiert, der an seinem vorderen und an seinem hinteren Ende ein lippenartiges Ringelement aufweist. So ergibt sich sowohl im Saug- als auch im Druckhub eine Dichtwirkung zwischen der Fördergutseite und der Kolbenrückseite. Je höher der Förderdruck ist, umso schneller tritt am fördergutseitigen Ringelement ein Verschleiß auf. Dies kommt vor allem dadurch, dass das fördergutseitige Ringelement mit seiner Lippe die glatte Zylinderoberfläche sauber abstreift, mit der Folge, dass die elastisch angepressten Teile hinter dem fördergutseitigen Ringelement nahezu trocken an der Zylinderwand radieren und zu einer hohen Reibung und einem Trockenverschleiß führen. Schon nach kurzer Zeit klappt das immer dünner werdende lippenartige Ringelement unter dem Förderdruck nach hinten, so dass sandartiges Fördergut in den Ringspalt eindringen und den Kolben zerstören kann. Zur Vermeidung der Trockenreibung hinter dem vorderen Ringelement ist es bekannt, Textil- oder Kunststoffgewebe am Umfang des Ringelements einzuvulkanisieren. Dadurch kann Spülflüssigkeit aus dem Wasserkasten in den Ringspalt eindringen und die Trockenreibung mindern. Bei höheren Förderdrücken reicht diese Notschmiereigenschaft nicht mehr aus, mit der Folge, dass durch eingedrungenes abrasives Fördergut eine Beschädigung am Förderzylinder eintreten kann, die begleitet ist durch einen Anstieg der für die Bewegung erforderlichen Antriebsenergie. In allen diesen bekannten Fällen wird der Kolben auf der Rückseite mit einer Spülflüssigkeit beispielsweise aus dem Wasserkasten beaufschlagt. Die Spülflüssigkeit bewirkt außerdem das Wegspülen des durchtretenden Schlamms und hat zusätzlich eine Kühlwirkung sowohl für die Antriebshydraulik als auch für die durch Reibung zwischen dem Förderzylinder und dem Förderkolben entstandene Wärme, welche über die Zylinderwand auf das Fördergut übertragen wird.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, Vorkehrungen zu treffen, die bei einer Kolbenpumpe der eingangs angegebenen Art reibungsmindernd wirken und dadurch den Verschleiß am Förderzylinder und am Förderkolben reduzieren.
Zur Lösung dieser Aufgabe werden die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass durch geeignete konstruktive Maßnahmen die Dichtwirkung und die Abstreifwirkung des Kolbens funktional und räumlich voneinander getrennt werden. Um dies zu erreichen, wird gemäß der Erfindung vor allem vorgeschlagen, dass das fördergutseitige, einen lippenartigen Abstreifring bildende Ringelement und das rückwärtige, eine Druckdichtung bildende Ringelement einen mit einer Flüssigkeit gefüllten axialen Ringraum begrenzen, und dass die im Ringraum befindliche Flüssigkeit mit dem im Bereich der Stirnseite des Förderkolbens herrschenden momentanen Druck des Förderguts beaufschlagt ist. Der Abstreifring weist zweckmäßig eine vom stirnseitigen Kolbenende abgewandte elastische ein- oder mehrlippige Form auf, die im Folgenden als ”Lippe” bezeichnet wird. Für die Druckdichtung ist bevorzugt mindestens eine reibungsarme Mantelringdichtung beispielsweise aus Kunststoff im rückwärtigen Teil des Kolbens vorgesehen, während die Abstreifung allein durch den lippenartigen Abstreifring bewirkt wird. Dies wird dadurch erreicht, dass die im Ringraum befindliche Flüssigkeit im wesentlichen den gleichen Druck wie das Fördergut aufweist, so dass der Abstreifring allein mit seiner elastischen radialen Vorspannung gegen die Innenfläche des Förderzylinders anliegt und dabei nur die Abstreif- und Trennwirkung erfüllt. Der stirnseitig dem Fördergut und rückseitig dem Ringraum zugewandte Abstreifring ist demgemäß als Druckübertragungselement zwischen zwei verschiedenen viskosen Medien ausgebildet.
Zur Verbesserung der Führung des Förderkolbens ist vorteilhafterweise in axialem Abstand zwischen dem Abstreifring und der Druckdichtung ein den Ringspalt überbrückender Führungsring angeordnet, der mit offenen Kanälen oder Nuten für den axialen Flüssigkeitsdurchtritt versehen ist.
Um sicherzustellen, dass der Ringraum stets mit Flüssigkeit gefüllt ist, ist gemäß der Erfindung mindestens ein mit dem Ringraum zumindest zeitweilig kommunizierender, vorzugsweise einen Rückflussverhinderer enthaltender Einspeise- und/oder Verdrängungskanal für die Flüssigkeit vorgesehen. Üblicherweise wird der Förderkolben zwischen einer antriebsseitigen und einer fördergutseitigen Umschaltstelle im Förderzylinder hin- und herbewegt. Damit ist es gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung möglich, in der Nähe der antriebsseitigen Umschaltstelle des Förderzylinders einen den Zylindermantel durchdringenden und dort in den Ringraum mündenden, mit Flüssigkeit beaufschlagbaren Einspeisekanal vorzusehen, damit eventuell bei jedem Hub aus dem Ringraum durch Leckage verlorene Flüssigkeit nachgespeist werden kann.
Weiter ist es von Vorteil, wenn die als Mantelringdichtung ausgebildete Druckdichtung mit Radial- und Axialspiel in eine umlaufende Kolbennut eingreift und vorzugsweise zusätzlich einen O-Ring als Federelement zum Vorspannen eines den Ringspalt überbrückenden Dichtrings aufweist. In diesem Falle kann die Nachspeisung von aus dem Ringraum verdrängter Flüssigkeit gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung dadurch erfolgen, dass die Druckdichtung auf ihrer dem Ringraum abgewandten Außenseite mit Flüssigkeit beaufschlagt ist und unter Wirkung als Rückflussverhinderer mit axialem und radialem Spiel in der Kolbennut angeordnet ist. Die Einspeisung der Flüssigkeit erfolgt in diesem Falle im Zuge des Saughubs dadurch, dass sich die Druckdichtung von ihrem zur Antriebsseite weisenden Sitz abhebt, so dass Flüssigkeit von außen her um die Druckdichtung herum in den Ringraum einströmen kann. Dies wird dadurch ermöglicht, dass beim Saughub der Druck im Fördergut und damit der Druck im Ringraum unter den Atmosphärendruck absinkt, so dass die bevorzugt unter Atmosphärendruck stehende Flüssigkeit aus dem Außenraum die Druckdichtung von ihrem Sitz abhebt.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Förderkolben eine zu seiner Stirnseite hin offene zentrale Ausnehmung aufweist, und dass eine außenseitig vom Förderdruck beaufschlagte Membran vorgesehen ist, die die Ausnehmung stirnseitig übergreift. In diesem Falle kann das als Abstreifring ausgebildete Ringelement am Außenrand der Membran angeformt sein. Der Druckausgleich zwischen dem Förderdruck und dem Ringraum kann hierbei dadurch erfolgen, dass die Membran und die durch die Membran übergriffene Ausnehmung einen mit Flüssigkeit gefüllten Hubraum begrenzen, der mit dem axialen Ringraum kommuniziert. Bei dieser Ausführungsvariante kann die Mantelringdichtung axial spielfrei in der Kolbennut angeordnet werden.
Ein entsprechendes Ergebnis wird gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung dadurch erzielt, dass ein in einer Zylinderbohrung des Kolbens angeordneter Plunger vorgesehen ist, der unter der Einwirkung der Membran in der Zylinderbohrung verschiebbar ist, wobei der Plunger und der Zylinder einen Hubraum begrenzen, der mit dem axialen Ringraum kommuniziert. Vorteilhafterweise ist der Plunger mechanisch, vorzugsweise über eine Plungerplatte und/oder eine Plungerfeder mit der Membran gekoppelt. In beiden Fällen kann die Einspeisung von Flüssigkeit in den Ringraum dadurch erfolgen, dass der jeweilige Hubraum über einen Saugkanal mit einem Flüssigreservoir und über einen Druckkanal mit dem axialen Ringraum kommuniziert. Eine zuverlässige Pumpwirkung wird hierbei dadurch gewährleistet, dass im Saugkanal und/oder im Druckkanal ein Rückflussverhinderer angeordnet ist.
Um die für den Druck- und Saugbetrieb notwendigen Kanäle, Bohrungen und Nuten einfach in den Kolben einbringen zu können, wird gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, dass der Förderkolben aus mindestens zwei über eine axiale Trennstelle miteinander verbundenen Kolbenteilen zusammengesetzt ist.
Da bei der Hubbewegung des Förderkolbens eine Leckage von Flüssigkeit aus dem axialen Ringraum unvermeidlich ist, ist es von Vorteil, wenn dort ein ausreichend großes Flüssigkeitsvolumen zur Verfügung steht. Um dies zu erreichen, wird gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, dass zwischen dem gegen die Zylinderinnenfläche anliegenden Abstreifring und dem stirnseitigen Kolbenende ein mit dem Ringraum kommunizierender Pufferraum eingeschlossen ist.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einiger in der Zeichnung in schematischer Weise dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen
1 ein Schema einer Zweizylinder-Kolbenpumpe für die Förderung von Beton;
2 einen vergrößerten Ausschnitt aus dem Förderzylinder für eine erste Ausführungsvariante des Förderkolbens;
3 einen Ausschnitt entsprechend 1 für eine zweite Ausführungsvariante des Förderkolbens;
4 und 5 einen Ausschnitt aus dem Förderzylinder für eine dritte und eine vierte Ausführungsvariante des Förderkolbens jeweils in geschnittener Darstellung.
Die in 1 dargestellte Kolbenpumpe ist zur Förderung von Dickstoffen, insbesondere von Beton bestimmt. Sie besteht im Wesentlichen aus zwei Förderzylindern 10, 10', deren stirnseitige Öffnungen 12, 12' in einen Materialaufgabebehälter 14 münden und abwechselnd während des Druckhubs D über eine Rohrweiche 16 mit einer Förderleitung 18 verbindbar und während des Saughubs S unter Ansaugen des Materials zum Materialaufgabebehälter hin offen sind. Die Förderzylinder 10, 10' werden über hydraulische Antriebszylinder 20, 20' im Gegentakt angetrieben. Zu diesem Zweck sind die Förderkolben 21, 21' über eine gemeinsame Kolbenstange 22, 22' mit den Antriebskolben 24, 24' verbunden. Im Bereich zwischen den Förderzylindern 10, 10' und den Antriebszylindern 20, 20' befindet sich ein Wasserkasten 26, durch den die Kolbenstangen 22, 22' hindurchgreifen. Die Förderzylinder 10, 10' sind zum Wasserkasten 26 hin offen. Dementsprechend werden die Förderkolben 21, 21' auf ihrer Rückseite mit der Flüssigkeit aus dem Wasserkasten 26 beaufschlagt. Damit wird sowohl der durch die Förderkolben 21, 21' zur Rückseite hindurchtretende Schlamm weggespült als auch eine Kühlwirkung erzeugt.
Die Antriebszylinder 20, 20' werden bodenseitig über Druckleitungen 28, 28' an den Anschlüssen A und B mit Hilfe einer nicht dargestellten Hydropumpe abwechselnd mit Drucköl beaufschlagt. An ihrem stangenseitigen Ende sind die Antriebszylinder 20, 20' durch eine Verbindungsleitung 30 hydraulisch miteinander gekoppelt. Zur Auslösung des Umsteuervorgangs sind in der Nähe der boden- und stangenseitigen Enden der Antriebszylinder Messsonden 32, 32', 34, 34' in der Wandung des jeweiligen Antriebszylinders 20, 20' angeordnet. Die Messsonden sprechen auf die im Zuge der Druck- und Saughubbewegungen vorbeilaufenden Antriebskolben 24, 24' an und geben im Bereich der Umschaltstellen ein digital auswertbares Endlagensignal ab.
Anstelle des vorstehend beschriebenen ölhydraulischen Antriebs, kann grundsätzlich auch ein mechanischer oder elektro-mechanischer Antriebsmechanismus für die Förderkolben verwendet werden.
Eine Besonderheit der Erfindung besteht im speziellen Aufbau der Förderkolben 21, 21', womit eine Verminderung der Reibwirkung und eine Reduzierung der Antriebskräfte im Bereich des Förderzylinders 10, 10' erzielt werden soll. Erfindungsgemäß wird dies dadurch gelöst, dass die Druck- und Dichtwirkung beim Fördervorgang getrennt wird vom Abstreifvorgang im Förderzylinder, wobei besonderer Wert auf eine reibungsarme Druckdichtung gelegt wird.
Zur sprachlichen Vereinfachung wird im Folgenden ebenso wie in den Ansprüchen jeweils im Singular von einem Förderkolben 21 und einem Förderzylinder 10 gesprochen, obwohl im Falle einer Zwei- oder Mehrzylinder-Kolbenpumpe jeweils zwei oder mehrere Exemplare vorkommen.
Der Förderkolben 21 ist mit radialem Spiel unter Bildung eines Ringspalts 36 im Förderzylinder 10 zentrisch angeordnet. An seiner dem Fördergut zugewandten Stirnseite weist der Förderkolben 21 ein als Abstreifring 38 ausgebildetes Ringelement und in seinem rückwärtigen Teil ein als Druckdichtung 40 ausgebildetes Ringelement auf, die jeweils den Ringspalt 36 überbrücken und gegen die Innenfläche 42 des Förderzylinders 10 anliegen. Dadurch wird im Ringspalt 36 durch den Abstreifring 38 und durch die Druckdichtung 40 ein Ringraum 44 axial begrenzt, der gemäß der Erfindung mit Flüssigkeit gefüllt ist und dadurch den Abstreifring 38 und die Druckdichtung 40 hydraulisch miteinander verbindet.
Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsvarianten der Erfindung beschrieben, die dafür sorgen, dass die im Ringraum 44 befindliche Flüssigkeit im Wesentlichen mit dem momentanen Druck des gegen den Förderkolben 21 einwirkenden Förderguts beaufschlagt ist. Für die eigentliche Abdichtung der vorderen und rückwärtigen Zylinderräume 45, 46 ist die als Mantelringdichtung ausgebildete Druckdichtung 40 vorgesehen, auf die der Druck des Förderguts durch die Flüssigkeit im Ringraum 44 übertragen wird. Der elastische Abstreifring 38 ist im Bereich seiner Lippe 52 stirnseitig dem Fördergut und rückseitig dem Ringraum 44 zugewandt und dient somit als Druckübertragungselement. Der Abstreifring 38 erfüllt also mit seiner elastischen radialen Vorspannung neben der Abstreiffunktion eine Trennwirkung zwischen dem Fördergut im vorderen Zylinderraum 45 und der Flüssigkeit im Ringraum 44.
Bei den in 2 bis 5 gezeigten Ausführungsbeispielen ist in dem Ringraum 44 zusätzlich ein den Ringspalt 36 überbrückender Führungsring 48 angeordnet, der mit offenen Kanälen oder Nuten 50 für den axialen Flüssigkeitsdurchtritt versehen ist. Der Führungsring 48 dient zur Führung des Kolbens an der Innenfläche 42 des Förderzylinders. Die hydraulische Kopplung zwischen dem Abstreifring 38 und der Druckdichtung 40 wird durch den Führungsring 48 aufgrund der offenen Kanäle und Nuten 50 nicht gestört.
Bei den in 2, 3 und 5 gezeigten Ausführungsbeispielen ist zwischen dem mit seiner Lippe 52 gegen die Zylinderinnenfläche 42 anliegenden Abstreifring 38 und dem stirnseitigen Kolbenende zusätzlich ein mit dem Ringraum 44 kommunizierender, das eingeschlossene Flüssigkeitsvolumen vergrößernder Pufferraum 54 angeordnet. Andererseits ist bei dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel die Lippe 52 des Abstreifrings 38 mehrstufig ausgebildet.
Da im Zuge der Kolbenbewegung beim Druck- und Saughub eine Leckage der im Ringraum 44 befindlichen Flüssigkeit über die Druckdichtung 40 und den Abstreifring 38 unvermeidlich und aus Reinigungsgründen sogar erwünscht ist, muss stets dafür gesorgt werden, dass die aus dem Ringraum verdrängte Flüssigkeit durch geeignete Einspeisemaßnahmen wieder nachgefüllt wird. Um dies zu erreichen, sind in den 2 bis 5 verschiedene Ausführungsformen dargestellt, die dafür sorgen, dass der Ringraum 44 stets mit einer ausreichenden Flüssigkeitsmenge gefüllt ist.
Wie vorstehend im Zusammenhang mit den Messsonden 32, 34 bereits beschrieben, weist der Antriebskolben 24 und der über die Kolbenstange 22 mit den Antriebskolben 24 starr verbundene Förderkolben 21 sowohl eine antriebsseitige als auch eine fördergutseitige Umschaltstelle auf. Eine Besonderheit der Ausführungsvariante nach 2 besteht darin, dass der Förderzylinder 10 in der Nähe der antriebsseitigen Umschaltstelle des Förderkolbens 21 einen den Zylindermantel durchdringenden und dort in den Ringraum 44 des Förderkolbens 21 mündenden Einspeisekanal 56 aufweist, mit welchem nach jedem Saughub Flüssigkeit in den Ringraum 44 eingespeist werden kann. Da die Flüssigkeit mit einem gewissen Überdruck eingespeist wird, wird im Zuge des Einspeisevorgangs der Ringraum 44 zum Fördergut im vorderen Zylinderraum 45 hin durchgespült. Dazu wird die Lippe 52 des Abstreifrings 38 unter der Einwirkung der zugeführten Flüssigkeit geringfügig von der Zylinderwand abgehoben, um beim anschließenden Druckhub wieder gegen die Zylinderwand angelegt zu werden. Die Druckdichtung 40 ist in diesem Falle als in eine umlaufende Kolbennut 58 in axialer Richtung spielfrei eingreifende Mantelringdichtung ausgebildet, die einen O-Ring 60 als Federelement zum Vorspannen des den Ringspalt 36 überbrückenden Dichtrings 61 aufweist.
Die in 3 gezeigte Ausführungsvariante unterscheidet sich von der Ausführungsfrom nach 2 dadurch, dass die Kolbennut 58 etwas vergrößert ist, so dass die Mantelringdichtung 40 mit ihrem Dichtring 61 und ihrem O-Ring 60 mit axialem Spiel 62 und mit Radialluft 64 und Radialkanäle 72 in der Kolbennut 58 angeordnet ist. Wenn man berücksichtigt, dass der Förderkolben 21 zusammen mit der Mantelringdichtung 40 vom rückwärtigen Zylinderraum 46 her mit Flüssigkeit unter Atmosphärendruck aus dem Wasserkasten 26 beaufschlagt ist, bildet die Mantelringdichtung 40 im Falle der 3 eine Art Rückflussverhinderer, der im Zuge des Saughubs, bei welchem der Fördergutdruck und damit der Druck im Ringraum 4 unter den Atmosphärendruck abfällt, vom antriebsseitigen Sitz 65 axial abhoben wird, so dass die Flüssigkeit über den durch die Mantelringdichtung 40 frei gegebenen Spalt und die Kolbennut 58 und Radialkanäle 72 in den Ringraum 44 einströmen kann. Auch hierbei kann es durch den Ringraum 44 hindurch über die sich von der Zylinderinnenfläche 42 abhebende Lippe 52 zur Fördergutseite im vorderen Zylinderraum 45 zu einer Durchspülung kommen. Die Einspeisebohrung 56 in der Zylinderwand gemäß 2 ist dadurch entbehrlich.
Bei der Ausführungsvariante nach 4 weist der Förderkolben 21 zusätzlich eine zur Stirnseite hin offene zentrale Ausnehmung 66 auf, die außenseitig von einer mit dem Fördergut beaufschlagten Membran 68 aus elastomerem Material übergriffen ist. Bei dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel steht der durch die Membran 68 abgeschlossene Hubraum 70 über Axial- und Radialkanäle 72 mit dem Ringraum 44 und mit der Kolbennut 58 in Verbindung. Die Mantelringdichtung 40 ist bei diesem Ausführungsbeispiel wieder mit axialem Spiel 62 und Radialluft 64 und Radialkanälen 72 in der Kolbennut 58 angeordnet. Dies bedeutet, dass beim Druckhub über die Membran 68 im Ringraum 44 der momentane Druck des Förderguts eingestellt und die Mantelringdichtung 40 zum rückwärtigen Zylinderraum 46 hin abgedichtet wird, während im Zuge des Saughubs über die Membran 68 im Ringraum 44 ein Unterdruck erzeugt und Flüssigkeit über die sich von ihrem Sitz 65 axial abhebende Mantelringdichtung 40 eingespeist wird. Die während des Saughubs beim Auswölben in der Membran erzeugte Vorspannung sorgt dafür, dass beim anschließenden Druckhub überschüssige Flüssigkeit aus dem Ringraum 44 zum Zwecke der Spülung über die Lippe 52 des Abstreifrings in den vorderen Zylinderraum 45 verdrängt werden kann.
Das Ausführungsbeispiel nach 5 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel nach 4 dadurch, dass in dem Förderkolben 21 zusätzlich ein in einer Zylinderbohrung 74 des Förderkolbens angeordneter Plunger 76 vorgesehen ist, der unter der Einwirkung der Membran 68 im Zuge des Druckhubs und des Saughubs in der Zylinderbohrung 74 verschiebbar ist. Zu diesem Zweck ist der Plunger 76 mechanisch über eine Plungerplatte 78 und eine Plungerfeder 80 mit der Membran 68 gekoppelt. Die Zylinderbohrung 74 und der Plunger 76 begrenzen einen Hubraum 82, der über einen Druckkanal 84 mit dem Ringraum 44 und über einen Saugkanal 86 mit einem Flüssigkeitsreservoir kommuniziert. Im Druckkanal 84 und im Saugkanal 86 befindet sich jeweils ein Rückflussverhinderer 88, 90, die dafür sorgen, dass beim Druckhub keine Flüssigkeit zum Flüssigkeitsreservoir gefördert und beim Saughub keine Flüssigkeit aus dem Ringraum 44 angesaugt wird. Außerdem ist hier ein durchgehender Kanal 92 zwischen der durch die Membran 68 übergriffenen Ausnehmung 66 und der vom Wasser aus dem Wasserkasten umspülten Rückseite des Förderkolbens 21 vorgesehen. Mit diesen Maßnahmen wird erreicht, dass der Ringraum 44 beim Druckhub mit Wasser beaufschlagt wird, das zu Beginn des Druckhubs zu einer Durchspülung des Ringraums 44 führt. Im übrigen wird der Druck im Ringraum 44 sowohl beim Druckhub als auch beim Saughub auf dem Niveau des Fördergutdrucks gehalten, während der Hubraum 82 im Förderzylinder 10 nach Maßgabe der an der Membran 68 angreifenden Druckdifferenz unter Verdrängung oder Einspeisung von Flüssigkeit über den Druckkanal 84 oder den Saugkanal 86 verändert wird. Durch diese Pumpwirkung für die Spülflüssigkeit wird eine weitere Verbesserung der erfindungsgemäßen Funktion erzielt. Insbesondere wird die durch Verschleiß gefährdete Lippe 52 des Abstreifrings 38 an ihrem Umfang axial mit Spülflüssigkeit durchströmt und von Schmutzablagerungen gereinigt. Ein dabei auftretender Verbrauch von Spülflüssigkeit ist tolerierbar und sogar erwünscht. Allerdings ist dafür zu sorgen, dass die Flüssigkeitsleckage im Bereich der Mantelringdichtung 40 geringer ist als die eindosierte, zum Fördergut hin verdrängte Flüssigkeitsmenge. Wenn dazuhin die Mantelringdichtung 40 mit axialem Spiel 62 in der Kolbennut 58 angeordnet ist, kann auch beim Anfahren der Kolbenpumpe eine schnelle Entlüftung und zusätzliche Befüllung des Ringraums 44 durch eine Entlüftungs- und Ventilwirkung erzielt werden.
Wie aus den 4 und 5 zu ersehen ist, ist der Förderkolben 21 aus zwei über eine axiale Trennstelle 94 miteinander verbundenen Kolbenteilen 96, 98 zusammengesetzt. Mit dieser Maßnahme wird erreicht, dass die für den Druck- und Saugbetrieb notwendigen Kanäle, Druckdichtung 40, Bohrungen und Nuten, die sich überwiegend im Inneren des Förderkolbens 21 befinden, einfach eingebracht werden können. Die Verbindung zwischen den Kolbenteilen 96, 98 erfolgt mittels mehrerer Spannschrauben 99, über die auch die Membran mit dem angeformten Abstreifring 38 an der Stirnseite des Förderkolbens angeklemmt ist.
Grundsätzlich kann anstelle von Wasser auch eine organische Flüssigkeit, wie Altöl, als Spülflüssigkeit verwendet werden. Wenn das Fördergut anschließend in einen Verbrennungsofen gefördert wird, ist hierdurch eine kostensparende Entsorgung der Abfallprodukte möglich. Das Altöl führt außerdem zu einer verbesserten Schmierung der Dichtlippen und dadurch zu einer verringerten Reibung. Öl anstelle von Spülwasser bewirkt darüber hinaus, dass die Innenfläche 42 des Förderzylinders 10 mit einem Ölfilm überzogen wird. Dieser verhindert, dass das in der Regel wasserhaltige Beton- oder Mörtelgemisch von der Zylinderwand abgehalten wird und dadurch weniger abrasiv wirkt.
Zusammenfassend ist folgendes festzuhalten: Die Erfindung bezieht sich auf eine Kolbenpumpe zum Fördern von dickstoffartigem Fördergut. Die mechanisch oder hydraulisch angetriebene Kolbenpumpe weist mindestens einen Förderzylinder 10 mit einem in dem Förderzylinder 10 mit radialem Spiel unter Bildung eines Ringspalts 36 zentrisch angeordneten, axial beweglichen Förderkolben 21 auf. Der Förderkolben 21 ist an seiner vom Fördergut abgewandten Rückseite über eine Kolbenstange 22 mit einem Antriebsmechanismus 20, 24 verbunden. Weiter weist der Förderkolben 21 an seiner dem Fördergut zugewandten Stirnseite und an seinem rückwärtigen Teil 96 jeweils ein umlaufendes, den Ringspalt 36 überbrückendes, an der Innenfläche 42 des Förderzylinders 10 anliegendes elastisches Ringelement auf. Um auch bei hohem Förderdruck den Verschleiß des Förderzylinders 10 und des Förderkolbens 21 gering zu halten, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, dass das fördergutseitige, einen Abstreifring 38 bildende Ringelement und das rückwärtige, eine Druckdichtung 40 bildende Ringelement den Ringspalt 36 unter Bildung eines mit einer Flüssigkeit gefüllten Ringraums 44 axial begrenzen. Die in dem Ringraum 44 befindliche Flüssigkeit ist dabei stets mit dem im Bereich der Stirnseite des Förderkolbens 21 herrschenden momentanen Druck des Förderguts beaufschlagt.
Bezugszeichenliste

10, 10': Förderzylinder
12, 12': stirnseitige Öffnungen
14: Materialaufgabebehälter
16: Rohrweiche
18: Förderleitung
20, 20': Antriebszylinder
21, 21': Förderkolben
22, 22': gemeinsame Kolbenstange
24, 24': Antriebskolben
26: Wasserkasten
28, 28': Druckleitungen
30: Verbindungsleitung
32, 32', 34, 34': Messsonden
36: Ringspalt
38: Abstreifring
40: Druckdichtung
42: Innenfläche
44: Ringraum
45, 46: Zylinderräume
48: Führungsring
50: Nuten
52: Lippe
54: Pufferraum
56: Einspeisekanal
58: Kolbennut
60: O-Ring
61: Dichtring
62: axiales Spiel
64: Radialluft
65: Sitz
66: Ausnehmung
68: Membran
70, 82: Hubräume
72: Radialkanäle
74: Zylinderbohrung
76: Plunger
78: Plungerplatte
80: Plungerfeder
84: Druckkanal
86: Saugkanal
88, 90: Rückflussverhinderer
92: durchgehender Kanal
94: axiale Trennstelle
96, 98: Kolbenteile
99: Spannschrauben

Claims

Kolbenpumpe zum Fördern von dickstoffartigem Fördergut, insbesondere von Beton, mit mindestens einem Förderzylinder (10), mit einem in dem Förderzylinder (10) mit radialem Spiel unter Bildung eines Ringspalts (36) zentrisch angeordneten, axial beweglichen Förderkolben (21), der an seiner dem Fördergut abgewandten Rückseite über eine Kolbenstange (22) mit einem Antriebsmechanismus (20, 24) verbunden ist, wobei der Förderkolben (21) an seiner dem Fördergut zugewandten Stirnseite und an seinem rückwärtigen Teil jeweils ein umlaufendes, den Ringspalt (36) überbrückendes, an der Innenfläche (42) des Förderzylinders (10) anliegendes elastisches Ringelement aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das fördergutseitige, einen Abstreifring (38) bildende Ringelement und das rückwärtige, eine Druckdichtung (40) bildende Ringelement den Ringspalt (36) unter Bildung eines mit einer Flüssigkeit gefüllten Ringraums (44) axial begrenzen, und dass die im Ringraum (44) befindliche Flüssigkeit mit dem im Bereich der Stirnseite des Förderkolbens herrschenden momentanen Druck des Förderguts beaufschlagt ist.
Kolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in axialem Abstand zwischen dem Abstreifring (38) und der Druckdichtung (40) ein den Ringspalt (36) überbrückender Führungsring (48) angeordnet ist, der mit offenen Kanälen oder Nuten (50) für den axialen Flüssigkeitsdurchtritt versehen ist.
Kolbenpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstreifring (38) eine stirnseitig dem Fördergut und rückseitig dem Ringraum (44) zugewandte, als Druckübertragungselement ausgebildete, elastische Lippe (52) aufweist.
Kolbenpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem mit seiner Lippe (52) gegen die Zylinderinnenfläche (42) anliegenden Abstreifring (38) und dem stirnseitigen Kolbenende ein mit dem Ringraum (44) kommunizierender Pufferrraum (54) angeordnet ist.
Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch mindestens einen mit dem Ringraum (44) zumindest zeitweilig kommunizierenden, vorzugsweise einen Rückflussverhinderer (88, 90) enthaltenden Einspeise- und/oder Verdrängungskanal (56, 84, 86) für die Flüssigkeit.
Kolbenpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Förderkolben (21) zwischen einer antriebsseitigen und einer fördergutseifigen Umschaltstelle im Förderzylinder (10) hin- und herbewegbar ist, und dass in der Nähe der antriebsseitigen Umschaltstelle des Förderzylinders (10) ein den Zylindermantel durchdringender und dort in den Ringraum (44) mündender, mit Flüssigkeit beaufschlagbarer Einspeisekanal (56) angeordnet ist.
Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckdichtung (40) als in eine umlaufende Kolbennut (50) eingreifende Mantelringdichtung ausgebildet ist, die einen O-Ring (60) als Federelement zum Vorspannen eines den Ringspalt (36) überbrückenden Dichtrings (61) aufweist.
Kolbenpumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckdichtung (40) auf ihrer dem Ringraum (44) axial abgewandten Außenseite mit Flüssigkeit beaufschlagbar und unter Bildung eines Einspeisekanals mit Rückflussverhinderer mit axialem Spiel (62) in der Kolbennut (58) angeordnet ist.
Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Förderkolben (21) eine zu seiner Stirnseite hin offene zentrale Ausnehmung (66) aufweist, und dass eine außenseitig vom Fördergut beaufschlagte Membran (68) vorgesehen ist, die die Ausnehmung (66) stirnseitig übergreift.
Kolbenpumpe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstreifring (38) am Außenrand der Membran (68) angeformt ist.
Kolbenpumpe nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (68) und die durch die Membran übergriffene Ausnehmung (66) einen mit Flüssigkeit gefüllten Hubraum (70) begrenzen, der mit dem axialen Ringraum (44) kommuniziert.
Kolbenpumpe nach Anspruch 9 oder 10, gekennzeichnet durch einen in einer Zylinderbohrung (74) des Kolbens angeordneten Plunger (76), der unter der Einwirkung der Membran (68) in der Zylinderbohrung (74) verschiebbar ist, wobei die Zylinderbohrung (74) und der Plunger (76) einen Hubraum (82) begrenzen, der mit dem axialen Ringraum (44) kommuniziert.
Kolbenpumpe nach Anspruch 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Hubraum (70, 82) über einen Saugkanal (86) mit einem Flüssigkeitsreservoir und über einen Druckkanal (84) mit dem axialen Ringraum (44) kommuniziert.
Kolbenpumpe nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass im Saugkanal (86) und/oder im Druckkanal (84) ein Rückflussverhinderer (88, 90) angeordnet ist.
Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Plunger (76) mechanisch, vorzugsweise über eine Plungerplatte (78) und/oder eine Plungerfeder (80) mit der Membran (68) gekoppelt ist.
Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Förderkolben (21) aus zwei über eine axiale Trennstelle miteinander verbundenen Kolbenteilen zusammengesetzt ist.
Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (22) vom Förderkolben (21) aus über einen als Flüssigkeitsreservoir ausgebildeten Wasserkasten (26) zum Antriebsmechanismus (20, 24) hindurchgreift.
Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmechanismus (20, 24) mindestens einen doppelt wirkenden Hydrozylinder aufweist.