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Die Erfindung betrifft eine Zweizylinder-Kolbenpumpe, beispielweise zum Pumpen von Dickstoffen, wie z.B. Klärschlämmen oder Beton, wie sie beispielsweise in Autobetonpumpen, stationären Betonpumpen oder Anhängerbetonpumpen verwendet werden.
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Eine Zweizylinder-Kolbenpumpe, die mit hydraulischen Antriebszylindern, die in der Regel als Differenzialzylinder ausgeführt sind, betrieben wird, kann in einer kolbenseitigen und einer stangenseitigen Betriebsart betrieben werden. Während beim kolbenseitigen Betrieb jeweils die Vollflächen der Hydraulikkolben im Hydraulikzylinder mit Hydrauliköl beaufschlagt werden, wird beim stangenseitigen Betrieb nur eine Teilfläche der Kolben beaufschlagt, weil beim stangenseitigen Antrieb die Fläche, auf der die Kolbenstange am Hydraulikkolben angebracht ist, nicht für den Hydraulikdruck wirksam ist. Dies führt dazu, dass beim stangenseitigen Betrieb die Pumpe mit höherem Fördervolumen aber niedrigem Förderdruck, beim kolbenseitigen Betrieb mit höherem Förderdruck, aber niedrigerem Fördervolumen, betrieben wird.
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Eine Umstellung der Betriebsart ist beispielsweise bei stationären Betonpumpen beim Bau eines Gebäudes sinnvoll, bei dem zu Beginn der Betonausbringung Beton mit höherer Fördermenge, aber niedrigen Förderdruck in niedriger gelegene Stockwecke ausgebracht wird. Mit zunehmendem Baufortschritt ist ab dem Erreichen einer bestimmten Bauwerkshöhe u.U. ein höherer Förderdruck notwendig um den Beton durch die Förderleitung auf eine entsprechende Bauwerkshöhe zu pumpen, wofür aber eine geringere Betonausbringung in Kauf genommen wird.
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In der Regel ist der hydraulische Antrieb von Zweizylinder-Kolbenpumpen gemäß dem Stand der Technik, wie in 1 gezeigt, in der der kolbenseitige Antrieb dargestellt ist, so aufgebaut, dass das Hydrauliköl für den Antrieb der Differentialzylinder 22, 23 der Zweizylinder-Kolbenpumpe 1 über eine (nicht dargestellte) Steuerschaltung auf den Antriebskolben 8 eines Differentialzylinders 22 geleitet wird. Über eine Brückenölleitung 13, die die zwei stangenseitigen Kammern 53, 54 der Differentialzylinder 22, 23 miteinander verbindet, wird z.B. bei dem in 1 dargestellten kolbenseitigen Antrieb der Zweizylinder-Kolbenpumpe das Hydrauliköl von der stangenseitigen Kammer 53 des ersten Differentialzylinders 22 in die stangenseitige Kammer 53 des zweiten Differentialzylinders 23 gedrückt und damit der zweite Hydraulikzylinder 23 angetrieben. Sobald der erste Förderkolben 4 seinen Endpunkt erreicht, wird das Hydrauliköl statt in die Kammer 53 in die Kammer 54 geleitet, wodurch zunächst der Kolben 9 des zweiten Differentialzylinders 23 angetrieben wird und das Hydrauliköl über die Brückenölleitung 13 von der stangenseitigen Kammer 54 des zweiten Hydraulikzylinders 23 in die stangenseitige Kammer 53 des ersten Hydraulikzylinders 22 geleitet wird.
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Es ist grundsätzlich möglich, durch den Umbau der Hydraulikleitungen die Umstellung von kolben- auf stangenseitigen Betrieb einer Zweizylinder-Kolbenpumpe vorzunehmen, dies ist aber sehr aufwändig und in der Praxis auf einer Baustelle kaum möglich, da z.B. dass Ablassen und Wiederauffüllen des Hydrauliköls notwendig ist, um die Hydraulikverschlauchung zu ändern.
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Aus der Schrift
DE 2925674 ist eine hydraulische Schaltung bekannt, die die Umschaltung zwischen einer stangen- und bodenseitigen Betriebsart ermöglicht ohne die Hydraulikleitungen umzubauen. Eine derartige, in
2 prinzipiell dargestellte Schaltung, beinhaltet einen Umschaltblock
14, der über Hydraulikleitungen
15,
16,
17,
18 mit den Kammern der Differentialzylinder
22,
23 verbunden ist. Die Pfeile in
2 zeigen den Hydraulikölfluss in der kolbenseitigen Betriebsart der Zweizylinder-Kolbenpumpe
1. Über eine geeignete Umschalteinrichtung im Umschaltblock
14 wird der Hydraulikölfluss so umgeschaltet, dass die Zweizylinder-Kolbenpumpe
1 stangenseitig betrieben wird.
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Nachteilig bei einer derartigen Umschalteinrichtung gemäß dem Stand der Technik ist, dass häufig Dichtigkeitsprobleme aufgrund der vielen Verbindungsstellen für die Hydraulikleitungen auftreten und hohe Druckverluste aufgrund der vielen Systemkomponenten auftreten die eine wirtschaftliche Anwendung derartiger Hydraulikschaltungen erschwert. Zudem werden viele Hydraulikleitungen benötigt, die einen hohen Montage- und Kostenaufwand verursachen und der Verschlauchungsaufwand erhöht das Risiko von Undichtigkeiten.
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Um die Umschalteinrichtung 14 möglichst ortsnah bei den Hydraulikzylindern zu positionieren, wird diese beispielsweise mittig, wie in 2 dargestellt auf den Hydraulikzylindern angebracht. Da sich die Hydraulikzylinder aber durch die hohen und wechselnden Hydraulikdrücke in den Kammern relativ zueinander bewegen können, besteht die Gefahr, dass in der Verbindungsstelle zwischen den Hydraulikzylindern und der Umschalteinrichtung Risse oder sonstige Schäden auftreten.
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Die Umschaltung der Betriebsart einer Zweizylinder-Kolbenpumpe, die auch automatisch erfolgen könnte, ist jedoch sicherheitskritisch und sollte nur erfolgen, wenn der Bediener sich über die geänderten Betriebsverhältnisse bzgl. des geänderten Förderdruckes und des gepumpten Fördervolumens bei der Umschaltung der Betriebsart im Klaren ist.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine einfache Vorrichtung zur Umschaltung zwischen der kolben- und stangenseitigen Betriebsart einer Zweizylinder-Kolbenpumpe, sowie ein Verfahren zur Umschaltung der Betriebsart bereitzustellen, die die oben genannten Nachteile des Standes der Technik lösen.
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Diese Aufgaben werden durch eine Zweizylinder-Kolbenpumpe gemäß Anspruch 1, eine Umschaltvorrichtung gemäß Anspruch 10 sowie Verfahren gemäß Ansprüchen 11 und 13 gelöst. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale auch in beliebiger und technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und somit weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen.
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Eine erfindungsgemäße, hydraulisch angetriebene Zweizylinder-Kolbenpumpe umfasst einen ersten hydraulisch betriebenen Differentialzylinder mit einer kolbenseitigen Kammer und einer stangenseitigen Kammer, der einen ersten Förderkolben über eine erste Kolbenstange antreibt; einen zweiten Differentialzylinder mit einer kolbenseitigen Kammer und einer stangenseitigen Kammer, der einen zweiten Förderkolben über eine zweite Kolbenstange antreibt, sowie eine Umschalteinrichtung, die durch Umschalten des Hydraulikölflusses zu den Kammern eine kolben- oder stangenseitige Betriebsart der Zweizylinder-Kolbenpumpe einstellt. Die Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die Umschalteinrichtung an den Böden der kolbenseitigen Kammern der Differentialzylinder als Brücke bildende Verbindung zwischen den Differentialzylindern angeordnet ist.
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Die erfindungsgemäße Zweizylinder-Kolbenpumpe weist gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil auf, dass sich eine besonders kraftschlüssige Verbindung der Bauteile untereinander ergibt, so dass nicht mit Schäden (z.B. Rissbildungen, Brüchen) an bzw. im Bereich der Verbindungspunkte zwischen den Hydraulikzylindern und der Umschalteinrichtung zu rechnen ist. Dies wird dadurch erreicht, dass die Umschalteinrichtung an den Böden der Differentialzylinder angeordnet ist. Die Umschalteinrichtung kann beispielsweise angeschraubt oder angeschweißt sein.
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In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Umschalteinrichtung Durchlasskanäle, über die die kolbenseitigen Kammern der Differentialzylinder mit der Umschalteinrichtung verbunden sind. Diese Ausführungsform hat den besonderen Vorteil, dass keine Hydraulikölleitungen notwendig sind um die Umschalteinrichtung mit den kolbenseitigen Kammern der Differentialzylinder zu verbinden. Hierdurch wird die Gefahr des Platzens von Hydraulikschläuchen stark reduziert, da Hydraulikschläuche nur noch zwischen den stangenseitigen Kammern der Differentialzylinder und dem Umschaltblock notwendig sind.
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Ferner wird durch diese Maßnahme der Aufwand für die Montage und Verschraubung von den Hydraulikschläuchen stark reduziert.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Umschalteinrichtung mit Hilfe von Adapterflanschen an den Böden der Differentialzylinder befestigt. Der besondere Vorteil dieser Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass eine Modifizierung der Umschalteinrichtung entfällt, wenn die Umschalteinrichtung an Differentialzylinder mit verschiedenen Durchmessern angebracht werden soll denn über die Adapterflansche mit unterschiedlichen Durchmessern, die jeweils an den Innendurchmesser der kolbenseitigen Kammern der Differentialzylinder angepasst sind, kann die Umschalteinrichtung derselben Bauart an Differentialzylinder mit unterschiedlichen Durchmessern angepasst werden. Die Adapterflansche können in entsprechende Ausnehmungen im Umschaltblock angeordnet sein Die Ausnehmungen im Umschaltblock erhöhen die Stabilität der Anordnung und entlasten gleichzeitig die Befestigung/ Verschraubung der Adapterflansche.
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Weiterhin kann die hydraulisch angetriebene Zweizylinder-Kolbenpumpe an den Differentialzylindern angeordnete Flansche umfassen, mit denen die Differentialzylinder an der Umschalteinrichtung befestigt, bevorzugt verschraubt sind. Derartige Flansche ermöglichen eine einfache Befestigung/ Verschraubung der Differentialzylinder mit der Umschalteinrichtung. Die Flansche werden beispielweise auf die rohrförmigen Hydraulikzylinder mittels einer Schweiß- oder Schraubverbindung angebracht oder bilden bereits bei der Herstellung eine Einheit mit den Zylinderrohren.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfassen die Böden der kolbenseitigen Kammern der Differentialzylinder Passsitze, in die die Adapterflansche eingepasst sind. Durch diese Maßnahme nehmen die Adapterflansche die von den Hydraulikzylindern ausgehenden Radialkräfte optimal formschlüssig auf und vermeiden somit die Querkraftbelastung der Flanschschrauben zwischen den Differentialzylindern und dem Steuerblock. Zudem erhöhen die Adapterflansche die mechanische Belastbarkeit/Haltbarkeit der Verbindung zwischen den Hydraulikzylindern und der Umschalteinrichtung.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind an den Flanschen Dehnhülsen zur Aufnahme von Schrauben angeordnet. Hierdurch kann eine sichere Verschraubung zwischen den Flanschen und der Umschalteinrichtung gewährleistet werden. Durch die Dehnhülsen können längere Schrauben verwendet werden und die Dehnhülse nimmt einen Teil der Dehnung, z.B. durch thermische Belastungen und Druckbelastungen, im Material auf und wirkt somit wie ein Puffer, wodurch die Dichtheit der unter hohem Druck stehenden Zylinderkammern immer gewährleistet ist und hohe Sicherheitsstandards erfüllt werden.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Umschalteinrichtung einen Eingang für eine Steuerleitung für die Umschaltung der Betriebsart der Zweizylinder-Kolbenpumpe umfasst. Diese Steuerleitung kann beispielsweise hydraulisch oder elektrisch ausgeführt sein.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Betriebsart der Zweizylinder-Kolbenpumpe über ein Pilotventil umgeschaltet, das über die Steuerleitung angesteuert wird. Dieses Pilotventil wird bevorzugt durch eine Rastvorrichtung auch bei abgeschalteter Steuerleitung, bzw. bei nicht-Vorhandensein eines Signals auf der Steuerleitung, beispielsweise bei abgeschalteter Pumpe, in seiner letzten Schaltstellung gehalten. Hierdurch wird verhindert, dass z.B. bei der Wiederinbetriebnahme die Pumpe unbeabsichtigt in einer anderen Betriebsart als der zuletzt verwendeten Betriebsart gestartet wird.
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Ferner zeichnet sich die Erfindung durch ein Verfahren aus, dass die Umstellung der Betriebsart der Zweizylinder-Kolbenpumpe bei der Inbetriebnahme der Pumpe steuert. Ein weiteres Verfahren betrifft die Umstellung der Betriebsart während des laufenden Pumpvorganges.
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Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren eine besonders bevorzugte Ausführungsvariante der Erfindung zeigen. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die gezeigte Ausführungsvariante beschränkt. Insbesondere umfasst die Erfindung, soweit es technisch sinnvoll ist, beliebige Kombinationen der technischen Merkmale, die in den Ansprüchen aufgeführt oder in der Beschreibung als erfindungsrelevant beschrieben sind.
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Es zeigen:
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1: eine Zweizylinder-Kolbenpumpe gemäß dem Stand der Technik ohne Umschalteinrichtung für die Betriebsart,
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2: eine Zweizylinder-Kolbenpumpe mit einer Umschalteinrichtung für die Betriebsart gemäß dem Stand der Technik,
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3: eine Zweizylinder-Kolbenpumpe gemäß der Erfindung in einer kolbenseitigen Betriebsart,
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4 eine Zweizylinder-Kolbenpumpe gemäß der Erfindung in einer stangenseitigen Betriebsart,
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5 eine perspektivische Ansicht einer Umschalteinrichtung gemäß der Erfindung,
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6 eine perspektivische Ansicht einer Umschalteinrichtung mit angeschlossenen Differentialzylindern gemäß der Erfindung,
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7 eine Schnittansicht der Verbindung zwischen dem Umschaltblock und einem Differentialzylinder gemäß der Erfindung
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8 eine Hydraulikschaltung gemäß der Erfindung,
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9 ein Ablaufdiagramm für ein Verfahren gemäß der Erfindung,
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10 ein Ablaufdiagramm für ein weiteres Verfahren gemäß der Erfindung.
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In 1 und 2 sind Zweizylinder-Kolbenpumpen 1 gemäß dem Stand der Technik dargestellt, wie sie weiter oben schon erläutert wurden. Die Zweizylinder-Kolbenpumpe 1 gemäß 1 umfasst zwei Förderzylinder 2, 3 mit Förderkolben 4, 5 die jeweils über Kolbenstangen 6, 7 von Differentialzylindern 22, 23 mit Hydraulikkolben 8, 9 angetrieben werden. Zwischen den Förderzylindern 2, 3 und den Differentialzylindern 22, 23 ist ein Wasserkasten 10 angeordnet, in dem sich Wasser befindet, das die Förderkolben 8, 9 an deren Rückseite umspült, um die Kolben zu kühlen und zu schmieren. An die kolbenseitigen Kammern 51, 52 der Differentialzylinder 22, 23 sind Hydraulikzu-/ablaufschläuche 11, 12 angeschlossen, über die das Hydrauliköl für den Antrieb der Differentialzylinder 22, 23 von einer nicht dargestellten Hydraulikpumpe eingespeist wird. Die stangenseitigen Kammern 53, 54 sind über eine Brückenölleitung 13 miteinander verbunden. Am Ende der kolbenseitigen Kammern 51, 52 befindet sich jeweils ein Zylinderboden 49, 50. Die Pfeile in 1 zeigen die Flussrichtung des Hydrauliköls für den kolbenseitigen Antrieb der Zweizylinder-Kolbenpumpe 1.
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2 zeigt eine Zweizylinder-Kolbenpumpe 1 entsprechend 1, die mit einer Umschalteinrichtung 14 zur Umschaltung zwischen stangen- und bodenseitiger Betriebsart ausgerüstet ist. Die Umschalteinrichtung 14 besteht in der Regel aus einem massiven Metallblock in dem Steuerventile und Durchlasskanäle für in der Umschalteinrichtung 14 angeordnete Hydraulikventile eingebracht sind und wird deshalb auch als Steuerblock oder Umschaltblock bezeichnet. Die Bezeichnungen Umschaltblock und Umschalteinrichtung 14 werden im folgendem synonym verwendet. Der Umschaltblock 14 beinhaltet eine hydraulische Schaltung, die geeignet ist den Hydraulikölfluss zu den Zylinderkammern 51, 52, 53, 54 so zu steuern, dass eine entsprechende Betriebsart eingestellt werden kann. Die Hydrauliköl-Zu- und Ablaufleitungen 11, 12 sind an den Umschaltblock 14 angeschlossen. Die Pfeile zeigen in 2 die Flussrichtung des Hydrauliköls und die Bewegungsrichtung der Förderkolben für einen kolbenseitigen Betrieb der Zweizylinder-Kolbenpumpe 1.
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3 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsform einer Zweizylinder-Kolbenpumpe 1, die einen ersten Differentialzylinder 22 mit einer kolbenseitigen Kammer 51 und einer stangenseitigen Kammer 53 umfasst, wobei der Differentialzylinder 22 einen ersten Förderkolben 4 über eine erste Kolbenstange 6 antreibt. Ferner umfasst die Zweizylinder-Kolbenpumpe 1 einen zweiten Differentialzylinder 23 mit einer kolbenseitigen Kammer 52 und einer stangenseitigen Kammer 54, der einen zweiten Förderkolben 5 über eine zweite Kolbenstange 7 antreibt. Die Zweizylinder-Kolbenpumpe 1 umfasst ferner eine Umschalteinrichtung 14 die durch Umschaltung des Hydraulikölflusses zu den Kammern 51, 52, 53, 54 der Differentialzylinder 22, 23 einen kolben- oder stangenseitigen Betrieb der Zweizylinder-Kolbenpumpe 22, 23 einstellt.
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Die Umschalteinrichtung 14 ist an den Böden 48, 49 der kolbenseitigen Kammern 51, 52 der Differentialzylinder 22, 23 als Brücke bildende Verbindung zwischen den Differentialzylindern 22, 23 angeordnet.
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Der Umschaltblock 14 umfasst zwei Durchlasskanäle 28, 29 (siehe auch 6), über die die kolbenseitigen Kammern 51, 52 der Hydraulikzylinder 22, 23 mit der Umschalteinrichtung direkt 14 verbunden sind. Über die Durchlasskanäle 28, 29 wird das Hydrauliköl direkt von der Umschalteinrichtung 14 zu den kolbenseitigen Kammern 51, 52 der Differentialzylinder 22, 23 geleitet, wodurch sich eine fehleranfällige Hydraulikverschlauchung nach dem Stand der Technik zwischen dem Umschaltblock 14 und den kolbenseitigen Kammern 51, 52 vermeiden lässt.
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Zwischen der Umschalteinrichtung 14 und den Böden 49, 50 der Differentialzylinder 22, 23 sind Adapterflansche 20, 21 angeordnet, die eine individuelle Anpassung des Umschaltblocks 14 an die Differentialzylinder 22, 23 mit verschiedenen Durchmessern ermöglichen.
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Der in 3 mit Pfeilen dargestellte Hydraulikölfluss zeigt die kolbenseitige Betriebsart der Zweizylinder-Kolbenpumpe 1. D.h. das Hydrauliköl, das von einer nicht dargestellten Hydraulikpumpe mit hohem Druck über die Hydraulikölleitung 11 in den Umschaltblock 14 geführt wird, wird vom Umschaltblock 14 in die kolbenseitige Kammer 51 des Differentialzylinders 22 geleitet. In der Kammer 51 bewirkt das größere Volumen in Verbindung mit der größeren Kolbenfläche als beim stangenseitigen Antrieb (siehe 4), dass der Förderkolben 4 mit hoher Kraft, aber vergleichsweise langsam im ersten Förderzylinder 2 nach links geschoben wird. Das Hydrauliköl in der stangenseitigen Kammer 53 wird im Verlauf der Bewegung über die Hydraulikleitung 16, den Umschaltblock 14 und die Hydraulikleitung 18 in die stangenseitige Kammer 54 des Differentialzylinders 23 befördert und bewirkt, dass der Hydraulikkolben 9 nach rechts geschoben wird. Das Hydrauliköl wird dabei aus der kolbenseitigen Kammer 52 des Differentialzylinders 23 über den Umschaltblock 14 und die Hydraulikleitung 12 abgeführt. Der Förderzylinder 2 befindet sich in 3 im Pumpmodus, während der Förderzylinder 3 im Ansaugmodus ist.
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Sobald die Förderkolben 4, 5 bzw. die Hydraulikkolben 8, 9 ihre Endposition erreicht haben, was z.B. durch geeignete Endlagenschalter oder -detektoren detektiert wird, wird der Hydraulikölfluss umgeschaltet und das Hydrauliköl fliest von der Hydraulikpumpe durch die Leitung 12 in den Umschaltblock 14 und treibt zunächst den Hydraulikkolben 9 über die kolbenseitige Kammer an. Dieser nicht dargestellte Modus bewirkt, dass jetzt der Förderzylinder 3 im Pumpmodus arbeitet, während der Förderzylinder 2 im Ansaugmodus arbeitet.
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In 4 ist die Zweizylinder-Kolbenpumpe 1 aus 3 dargestellt, bei der der Umschaltblock 14 über die Steuerleitung 19 von der kolbenseitigen Betriebsart in die stangenseitige Betriebsart der Zweizylinder-Kolbenpumpe 1 umgestellt ist. D.h. das in 4 von der Hydraulikzuleitung 11 kommende Hydrauliköl wird zunächst über den Umschaltblock 14 in die stangenseitige Kammer 53 des Differentialzylinders 22 geführt, wodurch sich der Förderzylinder 2 mit dem Förderkolben 4 mit vergleichsweise hoher Geschwindigkeit, aber geringerer Kraft, im Ansaugmodus befindet. Dabei wird das Hydrauliköl von der kolbenseitigen Kammer 51 des Differentialzylinders 22 über den Umschaltblock 14 in die kolbenseitige Kammer 52 des Differentialzylinders 23 geführt und treibt den Hydraulikkolben 9 bzw. den Förderkolben 5 im Pumpmodus an. Nach Umschaltung des Hydraulikölflusses kehrt sich die Pumprichtung der Förderkolben der Zweizylinder-Kolbenpumpe 1 um, wobei der stangenseitige Antrieb erhalten bleibt, solange der Umschaltblock 14 nicht über die Steuerleitung 19 in die kolbenseitige Betriebsart umgeschaltet wird.
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5 zeigt eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Umschaltblocks 14 mit montierten Adapterflanschen 20, 21 mit den Durchlasskanälen 28, 29. Die Adapterflansche 20, 21 sind in entsprechende Ausnehmungen im Umschaltblock 14 eingesetzt und bevorzugt mit jeweils sechs Schrauben mit dem Umschaltblock verschraubt. Die Adapterflansche 20, 21 könnten auch ohne die Ausnehmungen im Umschaltblock 14 auf den Umschaltblock 14 geschraubt werden. Die Ausnehmungen im Umschaltblock 14 erhöhen die Stabilität der Anordnung und entlasten gleichzeitig die Verschraubung der Adapterflansche 20, 21. An den Seiten des Umschaltblocks 14 sind Ein-/Auslasskanäle 26 für die Hydraulikleitungen dargestellt. Oben auf dem Umschaltblock 14 ist das Gehäuse eines Pilotventil 33 (siehe auch 8) angeordnet, das von der Steuerleitung 19 elektronisch mit dem Steuersignal für die Betriebsarteinstellung beaufschlagt wird.
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6 zeigt den Umschaltblock 14 zusammen mit den Differentialzylindern 22, 23, die über Flansche 24, die bevorzugt mittels Schweißverbindungen 26 mit den Differentialzylindern 22, 23 verbunden sind, an den Umschaltblock 14 befestigt, bevorzugt angeschraubt sind. Die Verschraubung der Flansche 24 mit dem Umschaltblock 14 ist in dieser Zeichnung nicht dargestellt, es sind lediglich die Bohrlöcher 25 für die Verschraubung sichtbar. Die Flansche 24 können beispielsweise auch mit den Zylinderrohren verschraubt oder einstückig hergestellt sein.
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7 zeigt in einem perspektivischen Querschnitt die Verbindung des Differentialzylinders 22 über den Adapterflansch 20 mit dem Umschaltblock 14. Am Boden 49 des Differentialzylinders 22 ist ein Passsitz 55 vorgesehen, so dass der Adapterflansch 20 formschlüssig in den Differentialzylinder 22 eingepasst ist. Für die leckagefreie Abdichtung zwischen dem Adapterflansch 20, dem Umschaltblock 14 und dem Differentialzylinder 22 sind zwei Dichtungsringe 30 in Nuten in den Adapterflansch 20 eingelegt.
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Der Adapterflansch 20 hat auf der dem Umschaltblock 14 zugewandten Seite einen Außendurchmesser d1, der in eine vorbereitete Aussparung im Umschaltblock 14 passt. Auf der dem Hydraulikzylinder 22 zugewandten Seite hat der Adapterflansch 20 den Durchmesser d2, der an den Innendurchmesser des Passsitzes 55 des Differentialzylinders 22 angepasst ist. Der Umschaltblock 14 ist vorzugsweise auch mit Passungen/ Passitzen mit dem Durchmesser d1 zur Aufnahme der Adapterflansche 20, 21 in den hierfür vorgesehenen Ausnehmungen ausgestattet. In dem Adapterflansch 20 ist mittig eine Bohrung angeordnet, durch die das Hydrauliköl vom Durchlass 28 des Umschaltblockes 14 in die kolbenseitige Kammer 51 des Differentialzylinders 22 strömt. Durch Verwendung von Adapterflanschen 20, 21 mit unterschiedlichen Durchmessern d2, aber identischen Durchmessern d1, kann der Umschaltblock 14 zusammen mit Differentialzylindern 22, 23 mit unterschiedlichen Durchmessern betrieben werden. Bei Betonpumpen sind z.B. Durchmesser der Differentialzylinder von 20–25 cm üblich, wobei der Mittelpunkt der Differentialzylinder zueinander oftmals gleich ist, so dass ein Umschaltblock 14 der gleichen Bauart an verschiedene Differentialzylinder 22, 23 angeschlossen werden kann.
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Der Differentialzylinder 22 ist über den angeschweißten Flansch 24 mit dem Umschaltblock 14 mit Schrauben 27 verschraubt. Die Schraubverbindungen weisen Dehnhülsen 36 auf, die die Sicherheit der Verschraubung auch unter hohem Druck und starken thermischen Belastungen erhöhen, denn der Hydraulikdruck kann bei Betonpumpen bis zu über 400 bar betragen.
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In 8 ist eine mögliche, im Umschaltblock 14 angeordnete, Hydraulikschaltung dargestellt, die geeignet ist, die Umschaltung der Betriebsart der Zweizylinder-Kolbenpumpe 1 vorzunehmen. Die Hydraulikschaltung umfasst hauptsächlich sechs Cartridge-Ventile 41–46, die von einem elektromagnetisch gesteuerten Pilotventil 33 gesteuert werden. Über den mit einem Rückschlagventil 34 abgesicherten Steueröleingang 35 wird Hydrauliköl zum Pilotventil 33 zum Steuern der Cartridge-Ventile 41–46 geführt. Über die Hydraulikölein-/ausgänge 47 und 48 wird das für den Betrieb der Differentialzylinder 22, 23 notwendige Hydrauliköl dem Umschaltblock 14 zu- bzw. abgeführt.
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Die Cartridge-Ventile 41–45 steuern den Hydraulikölfluss zu den kolben-/ stangenseitigen Kammern der Differentialzylinder in der jeweils eingestellten Betriebsart. Das Cartridge-Ventil 46 ist etwas größer dimensioniert als die anderen Cartridge-Ventile 41–45. Das Ventil 46 öffnet bzw. schließt die Verbindung zwischen den beiden kolbenseitigen Kammern 51, 52 der Differentialzylinder 22, 23 über die in 8 schematisch dargestellten Durchlasskanäle 28, 29.
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Das Pilotventil 33 ist in 8 so eingestellt, dass die Cartridge-Ventile 41, 45 und 44 durch den Steueröldruck über die Steuerleitung 32 geschlossen sind und die Cartridge-Ventile 42, 43 und 46 federkraftbeaufschlagt geöffnet sind. Durch diese Ventilstellung wird die stangenseitige Betriebsart der Zweizylinder-Kolbenpumpe 1 eingestellt.
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Über die elektrische Steuerleitung 19 wird das Pilotventil 33 mittels zweier Elektromagnete, die sich seitlich am Ventilkörper befinden, in bekannter Weise umgesteuert. Eine mechanische Rastvorrichtung 56 stellt sicher, dass das Pilotventil 33 auch bei abgeschalteter Steuerleitung 19 (z.B. nach Abschaltung der gesamten Maschine) in der zuletzt eingestellten Position stehen bleibt.
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Bei der stangenseitigen Betriebsart bewegen sich, wie weiter oben erwähnt, die Kolben 8, 9 schneller als in der kolbenseitigen Betriebsart, weshalb die durch das Cartridge-Ventil 46 durchzuleitende Hydraulikölmenge zwischen den kolbenseitigen Kammern besonders groß ist, was eine größere Dimensionierung dieses Ventils erfordert.
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Die Hydraulikleitungen 16, 18 sowie die Hydraulikanschlüsse 47, 48 sind hier doppelt dargestellt, weil die Menge des durchzuleitenden Hydrauliköls so groß ist, dass eine einfache Verschlauchung mit dickeren Hydraulikleitungen nicht praktikabel wäre, so dass eine parallele Verschlauchung mit dünneren Hydraulikleitungen vorgesehen ist.
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Die 9 und 10 zeigen Ablaufdiagramme für Verfahren zur Steuerung einer Zweizylinder-Kolbenpumpe 1, die den Umschaltvorgang zwischen der stangenseitigen und der kolbenseitigen Betriebsart betrifft.
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In 9 wird durch einen Bediener die Inbetriebnahme der Pumpe 1 im Schritt 100 angefordert. Bevor die Pumpe startet, wird zunächst, z.B. anhand eines Speichereintrages, die beim letzten Betrieb der Pumpe 1 eingestellte Betriebsart im Schritt 101 ermittelt. Im Schritt 102 wird der Bediener, beispielsweise über ein Display an der Steuerung der Maschine oder auf einer Fernsteuerung, gefragt, ob die Pumpe in der zuletzt eingestellten Betriebsart, die auch angezeigt wird, wieder beim Start verwendet werden soll. Wenn die Betriebsart beibehalten werden soll wird über Schritt 103 die Pumpe im Schritt 105 in dieser Betriebsart gestartet. Falls die Betriebsart geändert werden soll, weil sich die Pumpbedingungen geändert haben (z.B. höher oder tiefer liegender Betonausbringungsort bei der erneuten Inbetriebnahme) wird im Schritt 104, durch Umschalten des Pilotventils 33, die Betriebsart umgeschaltet und erst dann die Pumpe im Schritt 105 gestartet.
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Der Ablauf könnte auch so gestaltet werden, dass der Bediener der Pumpe im Schritt 102 die Beibehaltung der Betriebsart relativ einfach quittieren kann, während die Umschaltung der Betriebsart eine gesonderte Quittierung erfordert, die den Bediener auf das geänderte Pumpverhalten ausdrücklich hinweist. Denkbar ist auch, dass die Betriebsart in Schritt 102 nach einer gewissen Wartezeit (beispielsweise 5 oder 10 Sekunden) beibehalten und die Pumpe automatisch in Schritt 105 gestartet wird, wenn der Bediener innerhalb der Wartezeit keine Eingabe macht.
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10 zeigt ein Verfahren zum Umschalten der Betriebsart der Pumpe 1 im laufenden Betrieb, bei der der Druck des gepumpten Mediums oder der Hydraulikdruck des Hydrauliköls an einer geeigneten Stelle, z.B. in einem oder beiden Förderzylindern 2, 3 in einem oder beiden Hydraulikzylindern 22, 23 oder im Umschaltblock 14 gemessen wird, um die Pumpe in eine geeigneten Betriebsart umzuschalten.
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Im Schritt 110 befindet sich die Pumpe 1 im normalen Pumpbetrieb. In regelmäßigen Abständen oder auch kontinuierlich wird der Pumpdruck im Schritt 111 abgefragt und im Schritt 113, basierend auf der eingestellten Betriebsart 112, überprüft, ob der Pumpdruck innerhalb eines Toleranzbereiches für die Betriebsart liegt. Beim stangenseitigen Antrieb, der für zügigeres Pumpen bei niedrigerem Druck besser geeignet ist, sollte der Pumpdruck beispielsweise eine gewisse Toleranzgrenze nicht überschreiten, weil ab dieser Grenze u.U. der kolbenseitige Betrieb geeigneter ist, um das Hydrauliksystem nicht zu überlasten. Da aber vielfältige Gründe für den höheren Pumpdruck vorliegen können, z.B. auch eine Verstopfung der Rohrleitung, wird im Schritt 114 zunächst der Bediener gefragt, ob die Betriebsart beibehalten werden soll. Wenn dies der Fall ist, läuft der Pumpbetrieb im Schritt 110 normal weiter. Wenn vom Bediener die Änderung der Betriebsart im Schritt 115 angefordert wird, wird das Pilotventil 33 umgeschaltet und der Pumpbetrieb im Schritt 117 mit geänderter Betriebsart fortgesetzt.
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Es wäre auch eine automatische Umschaltung von der kolbenseitigen Betriebsart zur stangenseitigen Betriebsart (und umgekehrt) denkbar, wenn der Pumpdruck eine gewisse Toleranzgrenze unterschreitet, um die Pumpleistung zu erhöhen. Da aber die spontane Änderung der Betriebsart auf der Baustelle auch Probleme mit sich bringen kann, ist eine manuelle Umschaltung mit Abfrage zu bevorzugen. Umgekehrt könnte z.B. auch eine automatische Umstellung auf die kolbenseitige Betriebsart unerwünscht sein, weil das an die Pumpe angeschlossene Rohrleitungssystem nicht für hohe Pumpdrück ausgelegt ist und Rohre oder Schläuche bersten könnten.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Zweizylinder Kolbenpumpe
- 2
- erster Förderzylinder
- 3
- zweiter Förderzylinder
- 4
- erster Förderkolben
- 5
- zweiter Förderkolben
- 6
- erste Kolbenstange
- 7
- zweite Kolbenstange
- 8
- erster Hydraulikkolben
- 9
- zweiter Hydraulikkolben
- 10
- Wasserkasten
- 11
- Hydraulik-Zuleitung
- 12
- Hydraulik Ablaufleitung
- 13
- Brückenölleitung
- 14
- Umschalteinrichtung/Umschaltblock
- 15
- erste Hydraulikleitung
- 16
- zweite Hydraulikleitung
- 17
- dritte Hydraulikleitung
- 18
- vierte Hydraulikleitung
- 19
- Steuerleitung
- 20
- erster Adapterflansch
- 21
- zweiter Adapterflansch
- 22
- erster Hydraulikzylinder
- 23
- zweiter Hydraulikzylinder
- 24
- Flansch
- 25
- Bohrungen
- 26
- Schweißnaht
- 27
- Schrauben
- 28
- Durchlasskanal
- 29
- Durchlasskanal
- 30
- Dichtungen
- 31
- erste hydraulische Steuerleitung
- 32
- zweite hydraulische Steuerleitung
- 33
- Pilotventil
- 34
- Rückschlagventil
- 35
- Anschluss Steuerhydrauliköl
- 36
- Dehnhülsen
- 41–45
- Cartridge-Ventile für Umschaltung
- 46
- Cartridge-Ventil Verbindung Kolbenkammern
- 47
- Hydraulikölzu-/ablauf
- 48
- Hydraulikölzu-/ablauf
- 49
- Boden Differentialzylinder 22
- 50
- Boden Differentialzylinder 23
- 51
- kolbenseitige Kammer Diff.-Zyl. 22
- 52
- kolbenseitige Kammer Diff.-Zyl. 23
- 53
- stangenseitige Kammer Diff.-Zyl. 22
- 54
- stangenseitige Kammer Diff.-Zyl. 23
- 55
- Passsitz
- 56
- Rastvorrichtung Pilotventil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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