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Die Erfindung betrifft eine Dickstoffpumpe und ein Verfahren zum Fördern eines Dickstoffs.
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Dickstoffpumpen dienen zum Fördern von Dickstoffen, wie beispielsweise Frischbeton oder Mörtel. Der Dickstoff wird aus einem Vorrat heraus angesaugt und in Richtung eines Auslasses der Dickstoffpumpe gefördert. Typische Dickstoffpumpen aus dem Stand der Technik umfassen eine Mehrzahl von Förderzylindern, weswegen die Pumpen viel Raum einnehmen,
EP 3 282 124 A1 .
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dickstoffpumpe und ein zugehöriges Verfahren vorzustellen, so dass eine kompakte Gestaltung der Dickstoffpumpe ermöglicht wird. Ausgehend vom genannten Stand der Technik wird die Aufgabe gelöst mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die erfindungsgemäße Dickstoffpumpe umfasst einen Förderraum, der sich entlang einem geschlossenen Weg von einer Einlassöffnung über eine Auslassöffnung zurück zu der Einlassöffnung erstreckt. Der Förderraum bildet einen ersten Verbindungsweg und einen zweiten Verbindungsweg zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung. In dem Förderraum ist ein erster Kolben angeordnet, der dazu ausgelegt ist, eine Förderbewegung entlang dem ersten Verbindungsweg des Förderraums durchzuführen, so dass mit der Förderbewegung Dickstoff aus dem Förderraum durch die Auslassöffnung gefördert wird und Dickstoff durch die Einlassöffnung in den Förderraum eingebracht wird. In dem Förderraum ist ein Sperrelement angeordnet, das in einem ersten Zustand den zweiten Verbindungsweg sperrt und in einem zweiten Zustand den zweiten Verbindungsweg freigibt, um eine Bewegung des ersten Kolbens entlang dem zweiten Verbindungsweg zuzulassen.
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Mit der Erfindung wird eine Dickstoffpumpe vorgeschlagen, bei der ein Kolben sich in dem Förderraum entlang einem geschlossenen Weg bewegt, wobei mit der Förderbewegung Dickstoff durch die Auslassöffnung gefördert wird und zugleich weiterer Dickstoff durch die Einlassöffnung in den Förderraum eingebracht wird. Verglichen mit konventionellen Dickstoffpumpen, bei denen mehrere Kolben sich innerhalb separater Förderräume bewegen, ermöglicht dies eine kompaktere Gestaltung.
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In einer Ausführungsform ist das Sperrelement ein Sperrschieber, der in dem ersten Zustand in dem zweiten Verbindungsweg angeordnet ist und der in dem zweiten Zustand seitlich zu dem zweiten Verbindungsweg beabstandet ist, so dass der erste Kolben den zweiten Verbindungsweg passieren kann. Der Wechsel des Sperrschiebers zwischen dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand erfolgt durch eine Bewegung des Sperrschiebers in seitlicher Richtung. Als Bewegung in seitlicher Richtung wird allgemein eine Bewegung bezeichnet, die mit der Bewegungsrichtung des Kolbens entlang dem Förderraum einen Winkel einschließt, so dass der Sperrschieber sich von dem Verbindungsweg entfernt bzw. an den Verbindungsweg annähert. Die Bewegung des Sperrschiebers kann eine Bewegung in radialer Richtung sein, so dass die Bewegungsrichtung des Sperrschiebers mit der Bewegungsrichtung des Kolbens einen rechten Winkel einschließt.
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Die Dickstoffpumpe kann so eingerichtet sein, dass der zweite Verbindungsweg während der Förderbewegung des ersten Kolbens gesperrt ist und dass der zweite Verbindungsweg in einer Zwischenphase zwischen einer ersten Förderbewegung und einer zweiten Förderbewegung des ersten Kolbens freigegeben ist. Der erste Kolben kann dann eine fortlaufende Bewegung entlang dem Förderraum durchführen, wobei durch Verstellen des Sperrelements gewechselt wird zwischen Förderphasen, in denen Dickstoff gefördert wird, und Zwischenphasen, in denen kein Dickstoff gefördert wird.
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In einer alternativen Ausführungsform ist das Sperrelement ein zweiter Kolben, der ebenfalls dazu ausgelegt ist, eine Förderbewegung entlang dem ersten Verbindungsweg desselben Förderraums durchzuführen. Die Bewegungsrichtung der Förderbewegung des ersten Kolbens kann mit der Bewegungsrichtung der Förderbewegung des zweiten Kolbens übereinstimmen. Der zweite Kolben kann den zweiten Verbindungsweg während der Förderbewegung des ersten Kolbens sperren und umgekehrt. Wenn der zweite Kolben den zweiten Verbindungsweg sperrt, ist der zweite Kolben im Sinne der Erfindung ein Sperrelement im ersten Zustand. Wenn der zweite Kolben eine andere Position in dem Förderraum hat, ist der zweite Verbindungsweg frei, so dass der zweite Kolben ein Sperrelement im zweiten Zustand ist.
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Die Dickstoffpumpe kann so gestaltet sein, dass der zweite Kolben während der Förderbewegung des ersten Kolbens im Stillstand ist. Der Stillstand kann während wenigstens 60 %, vorzugsweise wenigstens 80 % der Förderbewegung des ersten Kolbens bestehen und sich weiter vorzugsweise über die gesamte Förderbewegung des ersten Kolbens erstreckt. Während der Förderbewegung des ersten Kolbens kann der zweite Kolben innerhalb des Förderraums in einer Zwischenposition zwischen der Auslassöffnung und der Einlassöffnung angeordnet sein. Indem es keine direkte Verbindung zwischen dem Einlass und dem Auslass gibt, kann in dem Förderraum der statische Druck aufrechterhalten werden, der am Auslass der Pumpe anliegt.
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Die Abläufe und Zustände, die hier im Zusammenhang der Förderbewegung des ersten Kolbens beschrieben wurden, gelten umgekehrt für die Förderbewegung des zweiten Kolbens. Der erste Kolben und der zweite Kolben sind austauschbar, was diese Abläufe anbelangt.
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Bei der erfindungsgemäßen Dickstoffpumpe kann es zwischen dem Ende der Förderbewegung des ersten Kolbens und dem Beginn der Förderbewegung des zweiten Kolbens zu einer Unterbrechung des Förderstroms kommen. Diese Unterbrechung des Förderstroms kann vermieden werden durch eine Ausführungsform der Erfindung, bei der der Förderraum eine Einlassöffnung und zwei Auslassöffnungen umfasst und bei der drei Kolben in dem Förderraum angeordnet sind. Zu der Unterbrechung des Förderstroms kommt es bei einer Dickstoffpumpe mit zwei Kolben in der Phase, in der einer der Kolben sich entlang dem zweiten Verbindungsweg von der Auslassöffnung zu der Einlassöffnung bewegt. Hat die Dickstoffpumpe einen dritten Kolben, so kann die Phase, in der ein erster Kolben sich von der Auslassöffnung zu der Einlassöffnung bewegt, überbrückt werden, indem ein zweiter Kolben den (dritten) Verbindungsweg zwischen der ersten Auslassöffnung und der zweiten Auslassöffnung blockiert und der dritte Kolben Dickstoff durch die erste Auslassöffnung fördert. Die erste Auslassöffnung und die zweite Auslassöffnung können durch ein gemeinsames Auslassrohr miteinander verbunden sein. Die Dickstoffpumpe kann eine Steuereinheit umfassen, die die Bewegung der drei Kolben in geeigneter Weise ansteuert.
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Der Förderraum kann im Querschnitt beispielsweise kreisförmig sein oder die Form eines Kreissegments haben. Der Querschnitt kann entlang der Länge des Förderraums konstant sein. Als Querschnitt wird eine Ebene bezeichnet, die mit der Bewegungsrichtung der Kolben einen rechten Winkel einschließt. Die Längsrichtung entspricht der Bewegungsrichtung der Kolben. In Längsrichtung betrachtet kann der Förderraum einen geschlossenen Weg bilden. Dadurch wird es möglich, dass die Kolben, ohne ihre Bewegungsrichtung umzukehren, sich immer wieder entlang dem Förderraum bewegen können. Die Längsrichtung des Förderraums kann eine Kreisbahn aufspannen, so dass die Kolben sich entlang eines kreisförmigen Wegs bewegen. In Kombination mit einem kreisförmigen Querschnitt ergibt sich ein Förderraum in Form eines Torus.
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Die Dickstoffpumpe kann einen Antriebsmotor umfassen, mit dem die Bewegung des ersten Kolbens entlang dem Förderraum angetrieben wird. Bei einem Förderraum, der einen Kreisweg definiert, kann eine Antriebswelle für die Förderbewegung vorgesehen sein, die koaxial zu der Zentralachse des Kreiswegs ist. Der erste Kolben kann durch ein sich in Radialrichtung erstreckendes Verbindungselement an die Antriebswelle angeschlossen sein.
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Es kann ein zweiter Antriebsmotor für die Bewegung des Sperrelements vorgesehen sein. Ist das Sperrelement ein Sperrschieber, so kann der zweite Antriebsmotor beispielsweise eine Schwenkbewegung oder eine Linearbewegung oder eine Kombination aus beidem antreiben.
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Ist das Sperrelement ein zweiter Kolben, so kann der zweite Antriebsmotor genutzt werden, um den ersten Kolben und den zweiten Kolben unabhängig voneinander anzutreiben. Dadurch wird es möglich, die Kolben mit verschiedenen Geschwindigkeiten zu bewegen oder einen Kolben zu bewegen, während der andere Kolben im Stillstand ist.
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Möglich sind auch Gestaltungen, bei denen zwei Kolben durch einen gemeinsamen Antriebsmotor angetrieben werden. Dazu kann jedem Kolben eine Kupplung zugeordnet sein, wobei die Kupplungen mit demselben Antriebsmotor gekoppelt sind. In einer Ausführungsform ist jedem Kolben eine Doppelkupplung zugeordnet, wobei in einem ersten Zustand der Doppelkupplung der Kolben mit dem Antriebsmotor gekoppelt wird und in einem zweiten Zustand der Doppelkupplung der Kolben mit einem Rahmen der Dickstoffpumpe gekoppelt wird. Der Antrieb kann so ausgelegt sein, dass er sich mit konstanter Drehzahl dreht. Die wechselweise Bewegung der Kolben kann durch geeignete Kopplung der Kolben mit der Antriebswelle erreicht werden. In allen Fällen kann die Dickstoffpumpe eine Steuereinheit umfassen, die Antriebsmotoren und/oder Kupplungen in geeigneter Weise ansteuert.
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Der erste Kolben und/oder der zweite Kolben können so gestaltet sein, dass eine Umfangsfläche des Kolbens mit der Wandfläche des Förderraums dichtet. Die dichtende Umfangsfläche kann sich, abgesehen von einem durch das Verbindungselement eingenommenen Abschnitt, über den gesamten Umfang des Kolbens erstrecken.
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Möglich ist auch, dass sich an den Kolben eine Wandschale anschließt, die gemeinsam mit dem Kolben bewegt wird. Die Wandschale kann den Förderraum begrenzen, also einen Teil der Wand des Förderraums bilden. Die Wandschale kann sich über die gesamte Länge des Förderraums erstrecken. Auf diese Weise kann der Reibungsverlust in der Dickstoffpumpe reduziert werden, denn zu einer Relativbewegung zwischen dem geförderten Dickstoff und der Wand des Förderraums kommt es nur noch in denjenigen Bereichen, die nicht durch die Wandschale abgedeckt sind.
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Die Dickstoffpumpe kann eine erste Wandschale umfassen, die mit dem ersten Kolben verbunden ist, und eine zweite Wandschale umfassen, die mit dem zweiten Kolben verbunden ist. Im Querschnitt des Förderraums betrachtet, kann die erste Wandschale sich entlang einem anderen Umfangsabschnitt erstrecken als die zweite Wandschale. Die erste Wandschale und die zweite Wandschale können in Umfangsrichtung miteinander überlappen oder frei von einer Überlappung sein.
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Der Förderraum kann im Querschnitt betrachtet einen Umfangsabschnitt aufweisen, der sowohl von der ersten Wandschale als auch von der zweiten Wandschale freigehalten wird. Dieser Umfangsabschnitt kann zu der Einlassöffnung und/oder der Auslassöffnung der Dickstoffpumpe ausgerichtet sein. Der Dickstoff kann dann ohne Beeinträchtigung durch die Wandschale in den Förderraum eintreten bzw. aus dem Förderraum austreten.
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In dem Umfangsabschnitt, der von den Wandschalen freigehalten wird, kann die Wand des Förderraums durch ein Gehäuse der Dickstoffpumpe gebildet werden. Das Gehäuse kann auf diesen Umfangsabschnitt beschränkt sein. Möglich ist auch ein Gehäuse, das mit ein oder beiden Wandschalen überlappt. Ein zwischen den Wandschalen angeordnetes Gehäuseteil kann den Förderraum im Querschnitt gradlinig begrenzen, so dass der Förderraum im Querschnitt die Form eines Kreissegments hat. Die Einlassöffnung und/oder die Auslassöffnung können in diesem Gehäuseteil ausgebildet sein.
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Wird die Wand des Förderraums aus Wandschalen und Gehäuseteilen zusammengesetzt, die sich über verschiedene Umfangsabschnitte des Förderraums erstrecken, so ist es von Vorteil, wenn am Übergang zwischen einer Wandschale und einem Gehäuseteil oder am Übergang zwischen zwei Wandschalen ein Dichtelement angeordnet ist. Das Dichtelement kann als Dichtring ausgebildet sein, der sich über die gesamte Länge des Förderraums erstreckt. Im Betrieb der Dickstoffpumpe findet im Bereich der Dichtringe eine Relativbewegung zwischen benachbarten Abschnitten der Wand des Förderraums statt.
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Die Einlassöffnung und die Auslassöffnung können in Längsrichtung des Förderraums betrachtet relativ zueinander versetzt sein. Wenn der Förderraum einen geschlossenen Weg bildet, gibt es zwei Verbindungswege, entlang derer man sich in dem Förderraum von der Einlassöffnung zur Auslassöffnung bewegen kann. Die Dickstoffpumpe kann so ausgelegt sein, dass der erste Verbindungsweg zum Fördern von Dickstoff genutzt wird, während der zweite Verbindungsweg blockiert ist. Der erste Verbindungsweg kann sich über wenigstens 70 %, vorzugsweise wenigstens 80 %, weiter vorzugsweise wenigstens 90 % der Länge des Förderraums erstrecken.
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In der im Querschnitt betrachteten Umfangsposition können die Einlassöffnung und die Auslassöffnung sich überschneiden. Möglich sind auch übereinstimmende Positionen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung im Querschnitt des Förderraums betrachtet.
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Hinsichtlich der Umfangsposition der Einlassöffnung und der Auslassöffnung gibt es verschiedene Möglichkeiten. Erstreckt sich der Förderraum entlang einer Kreisbahn, so können die Einlassöffnung und/oder die Auslassöffnung sich bezogen auf eine Zentralachse der Kreisbahn in radialer Richtung erstrecken. Die Einlassöffnung und/oder die Auslassöffnung können nach innen (also in Richtung der Zentralachse) weisen. Möglich ist auch, dass die Einlassöffnung und/oder die Auslassöffnung in entgegengesetzte Richtung radial nach außen weisen. Auch andere Positionen zwischen diesen beiden an der radialen Richtung ausgerichteten Positionen sind möglich.
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Der erste Kolben kann einen Umfangsabschnitt aufweisen, der während der Förderbewegung die Auslassöffnung und/oder die Einlassöffnung überfährt. Dieser Umfangsabschnitt kann durch ein mit dem Kolben verbundenes Anschlussstück gebildet werden, wobei das Anschlussstück aus einem härteren Material ist als der Kolben. Insbesondere kann das Anschlussstück aus Hartmetall bestehen. Steine und körnige Bestandteile des Dickstoffs können zwischen dem Anschlussstück und einer Kante der überfahrenen Einlassöffnung bzw. Auslassöffnung zerkleinert werden. Der betreffende Bereich der Einlassöffnung und/oder der Auslassöffnung kann durch ein Einsatzstück gebildet werden, das ebenfalls aus einem härteren Material, beispielsweise aus Hartmetall gebildet ist.
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Um zu verhindern, dass Steine zwischen dem Anschlussstück und der Wand des Förderraums eingeklemmt werden, kann das Anschlussstück eine in Bewegungsrichtung weisende Vorderfläche aufweisen, die mit der Umfangsfläche des Kolbens einen Winkel von wenigstens 60°, vorzugsweise wenigstens 70°, weiter vorzugsweise wenigstens 80° einschließt. In einer Ausführungsform ist die Vorderfläche eine ebene Fläche, die rechtwinklig zu der Bewegungsrichtung ausgerichtet ist.
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Der erste Kolben kann einen Umfangsabschnitt aufweisen, der mit der Wand des Förderraums abdichtet, ohne die Einlassöffnung und die Auslassöffnung zu überfahren. Dieser Umfangsabschnitt des Kolbens kann mit einem Dichtungspaket versehen sein, die an der Wand des Förderraums anliegt. Die Wand des Förderraums in diesem Umfangsabschnitt kann durch die Wandschale des anderen Kolbens gebildet werden.
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Das Dichtungspaket und das Anschlussstück können als Verschleißteile gestaltet sein, die im Betrieb der Dickstoffpumpe regelmäßig ausgetauscht werden. Die Dickstoffpumpe kann so gestaltet sein, dass die Verschleißteile ohne größeres Zerlegen der Dickstoffpumpe ausgetauscht werden können. Beispielsweise kann es ausreichen, einen zwischen der Wandschale des ersten Kolbens und der Wandschale des zweiten Kolbens angeordneten Gehäuseabschnitt zu entfernen, um Zugriff auf die Verschleißteile zu erhalten. Der Kolben kann einen zwischen seiner Vorderfläche und seiner Rückfläche angeordneten Hohlraum aufweisen, innerhalb dessen die Verschleißteile montiert sind.
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An die Einlassöffnung der Dickstoffpumpe kann ein Vorfüllbehälter angeschlossen sein. In den Vorfüllbehälter kann im Betrieb der Pumpe laufend so viel Dickstoff nachgefüllt werden, wie mit der Dickstoffpumpe durch die Auslassöffnung gefördert wird. An die Auslassöffnung der Dickstoffpumpe kann eine Förderleitung angeschlossen sein, entlang derer der Dickstoff zu einem gewünschten Ausbringort gefördert wird.
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Bei einer Dickstoffpumpe mit zwei Kolben kann es zu einer Unterbrechung des Förderstroms kommen, wenn der erste Kolben und der zweite Kolben gemeinsam bewegt werden. Um die Unterbrechung des Förderstroms zu überbrücken, kann die Dickstoffpumpe mit einem Zusatz-Förderzylinder ausgestattet sein. Der Zusatz-Förderzylinder kann mit dem Auslass-ende der Dickstoffpumpe gekoppelt sein, beispielsweise durch ein Verbindungsrohr, das sich zwischen der Auslassöffnung und dem Zusatz-Förderzylinder oder zwischen der Förderleitung und dem Zusatz-Förderzylinder erstreckt.
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Der Zusatz-Förderzylinder kann so eingerichtet sein, dass er eine Vorwärts-Bewegung durchführt, während die Kolben der Dickstoffpumpe gemeinsam bewegt werden. Der Förderzylinder kann so eingerichtet sein, dass er eine Rückwärts-Bewegung durchführt, wenn einer der Kolben der Dickstoffpumpe Dickstoff durch die Auslassöffnung fördert. Mit der Vorwärts-Bewegung kann Dickstoff aus dem Innenraum des Förderzylinders entlang der Förderleitung gefördert werden. Mit der Rückwärts-Bewegung kann Dickstoff in den Innenraum des Förderzylinders eingeholt werden. Für die Vorwärts-Bewegung des in dem Förderzylinder angeordneten Kolbens kann ein aktiver Antrieb vorgesehen sein, beispielsweise in Form eines Hydraulikantriebs. Die Rückwärts-Bewegung des Kolbens kann ebenfalls durch den aktiven Antrieb erfolgen. Möglich ist auch, dass der Kolben passiv zurück bewegt wird durch den Druck des geförderten Dickstoffs.
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Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Fördern von Dickstoff. Ein erster Kolben wird in einem Förderraum bewegt, der sich entlang einem geschlossenen Weg von einer Einlassöffnung über eine Auslassöffnung zurück zu der Einlassöffnung erstreckt, so dass der Förderraum einen ersten Verbindungsweg und einen zweiten Verbindungsweg zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung bildet, wobei in einer ersten Phase der erste Kolben entlang dem ersten Verbindungsweg von der Einlassöffnung in Richtung der Auslassöffnung bewegt wird, um Dickstoff durch die Auslassöffnung zu fördern und Dickstoff durch die Einlassöffnung in den Förderraum einzubringen, während der zweite Verbindungsweg gesperrt ist, und wobei in einer zweiten Phase der erste Kolben entlang dem zweiten Verbindungsweg bewegt wird.
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Der Ablauf beim Fördern von Dickstoff kann ein oder mehrere der nachfolgenden Schritte umfassen. Der erste Kolben kann zu Beginn der Förderbewegung die Einlassöffnung überfahren. Der erste Kolben kann am Ende der Förderbewegung die Auslassöffnung überfahren. Es kann eine Zwischenphase geben, in der erste Kolben sich entlang dem zweiten Verbindungsweg bewegt und in der kein Dickstoff gefördert wird. Die Zwischenphase kann zwischen dem Ende einer ersten Förderbewegung und dem Beginn einer zweiten Förderbewegung liegen.
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Zu Beginn der Förderbewegung des ersten Kolbens kann der zwischen dem ersten Kolben und der Auslassöffnung liegende Teil des Förderraums mit Dickstoff gefüllt sein. Mit der weiteren Förderbewegung des ersten Kolbens wird das Volumen in diesem Abschnitt des Förderraums kleiner und Dickstoff verlässt den Förderraum durch die Auslassöffnung. Gleichzeitig vergrößert sich das Volumen in dem zwischen dem ersten Kolben und dem Sperrelement eingeschlossenen Abschnitt des Förderraums. Dieser Abschnitt ist über die Einlassöffnung zugänglich, so dass durch die Einlassöffnung hindurch weiterer Dickstoff in diesen Abschnitt des Förderraums eingesaugt wird. Die Förderbewegung endet, wenn der erste Kolben die Auslassöffnung erreicht hat, so dass mit der weiteren Bewegung des ersten Kolbens kein weiterer Dickstoff mehr aus der Auslassöffnung austritt.
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In diesem Zustand hat der zwischen dem ersten Kolben und der Einlassöffnung angeordnete Abschnitt des Förderraums seine maximale Länge erreicht. Dieser Abschnitt ist nun vollständig mit Dickstoff gefüllt. Es folgt nun der Übergang zu der nächsten Förderbewegung.
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Bei Ausführungsformen mit einem ersten Kolben und einem zweiten Kolben erfolgt ein Übergang zu der Förderbewegung des zweiten Kolbens, indem der erste Kolben und der zweite Kolben gemeinsam bewegt werden, so dass der erste Kolben die Auslassöffnung freigibt und der zweite Kolben die Einlassöffnung überfährt. Die nun folgende Förderbewegung des zweiten Kolbens stimmt überein mit der beschriebenen Förderbewegung des ersten Kolbens.
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Bei Ausführungsformen mit einem ersten Kolben und einem Sperrschieber wird der Sperrschieber in der Übergangsphase aus dem Förderraum entfernt, so dass der erste Kolben den Sperrschieber passieren kann. Nachdem der erste Kolben die Eingangsöffnung überfahren hat und der Sperrschieber wieder geschlossen ist, kann die nächste Förderbewegung beginnen.
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Das Verfahren kann mit weiteren Merkmalen fortgebildet werden, die im Zusammenhang der erfindungsgemäßen Dickstoffpumpe beschrieben sind. Die Dickstoffpumpe kann mit weiteren Merkmalen fortgebildet werden, die im Zusammenhang des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben sind.
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Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen anhand vorteilhafter Ausführungsformen beispielhaft beschrieben. Es zeigen:
- 1: ein Betonpumpen-Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Dickstoffpumpe;
- 2: eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Dickstoffpumpe;
- 3: die Dickstoffpumpe aus 2 in einem horizontalen Schnitt;
- 4: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Dickstoffpumpe;
- 5: verschiedene Schnittansichten aus 4;
- 6, 7: die Ansicht gemäß 5 bei alternativen Ausführungsform der Erfindung;
- 8: ein Detail der erfindungsgemäßen Dickstoffpumpe in vergrößerter Darstellung;
- 9: eine erfindungsgemäße Dickstoffpumpe in einem vertikalen Schnitt;
- 10-12: schematische Darstellungen verschiedener Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Dickstoffpumpen;
- 13: einen Betriebsablauf der erfindungsgemäßen Dickstoffpumpe;
- 14-16: alternative Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Dickstoffpumpen.
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Ein in 1 gezeigter Lastwagen 14 ist mit einer Betonpumpe 15 ausgestattet, die Flüssigbeton aus einem Vorfüllbehälter 16 durch eine Förderleitung 17 fördert. Die Betonpumpe ist eine Dickstoffpumpe 15 im Sinne der Erfindung. Die Förderleitung 17 erstreckt sich entlang einem Mastarm 18, der auf einem Drehkranz 19 drehbar gelagert ist. Der Mastarm 18 umfasst drei Mastarm-Segmente 20, 21, 22, die gelenkig miteinander verbunden sind. Indem die Mastarm-Segmente 20, 21, 22 über die Gelenke relativ zueinander geschwenkt werden, kann der Mastarm 18 zwischen einem eingefalteten Zustand und einem ausgefalteten Zustand wechseln. Die Förderleitung 17 erstreckt sich bis über das distale Ende des dritten Mastarm-Segments 22 hinaus, so dass im ausgefalteten Zustand des Mastarms 18 der Flüssigbeton in einem von der Betonpumpe 15 entfernten Bereich ausgebracht werden kann.
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Die Dickstoffpumpe 15 umfasst einen Förderraum 23, der einen kreisförmigen Weg definiert. Eine Einlassöffnung 24 der Dickstoffpumpe 15 ist an den Vorfüllbehälter 16 angeschlossen. Eine Auslassöffnung 25 der Dickstoffpumpe 15 ist an die Förderleitung 17 angeschlossen. In dem Förderraum 23 sind ein erster Kolben 26 und ein zweiter Kolben 27 angeordnet, die jeweils den Querschnitt des Förderraums 23 ausfüllen. Die Kolben 26, 27 sind an eine zentrale Antriebswelle 28 angeschlossen, so dass die Kolben 26, 27 unabhängig voneinander angetrieben werden kann. Eine Drehung der Antriebswelle 28 wird über Verbindungselemente 29, 30 auf den ersten Kolben 26 bzw. den zweiten Kolben 27 übertragen, so dass die Kolben 26, 27 sich in Bewegungsrichtung 31 der Förderbewegung entlang dem kreisförmigen Weg des Förderraums 23 bewegen.
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Der Ablauf beim Betrieb der Dickstoffpumpe 15 wird anhand von 13 erläutert. In einem Ausgangszustand (13A) ist der zweite Kolben 27 in einer Zwischenposition 32 zwischen der Einlassöffnung 24 und der Auslassöffnung 25 angeordnet und blockiert den kurzen Verbindungsweg zwischen der Einlassöffnung 24 und der Auslassöffnung 25.
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Der erste Kolben 26 ist mit der Antriebswelle 28 gekoppelt, so dass er eine Förderbewegung in dem Förderraum 23 vollführt. Die Förderbewegung erstreckt sich entlang dem langen Verbindungsweg 33 zwischen der Einlassöffnung 24 und der Auslassöffnung 25. In dem Zustand gemäß 13A hat der erste Kolben 26 die Einlassöffnung 24 überfahren. Mit der weiteren Bewegung des ersten Kolbens 26 in Förderrichtung wird Dickstoff durch die Auslassöffnung 25 aus dem Förderraum 23 heraus befördert. Parallel dazu wird Dickstoff aus dem Vorfüllbehälter 16 angesaugt, so dass der Raum zwischen dem zweiten Kolben 26 und der Einlassöffnung 24 am Ende der Förderbewegung wieder mit Dickstoff gefüllt ist. Der Ablauf der Förderbewegung des ersten Kolbens 26 ist mit den 13A-13C angedeutet.
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Am Ende der Förderbewegung überfährt der erste Kolben 26 die Auslassöffnung 25 (13D), eine Restmenge des Dickstoffs wird zwischen dem ersten Kolben 26 und dem zweiten Kolben 27 eingeschlossen. Der erste Kolben 26 und der zweite Kolben 27 werden gemeinsam in Förderrichtung 31 bewegt, bis der zweite Kolben 27 die Einlassöffnung 24 überfahren hat und der erste Kolben in der Zwischenposition 32 zwischen der Einlassöffnung 24 und der Auslassöffnung 25 ist. Die Dickstoffpumpe ist dann wieder in dem Ausgangszustand gemäß 13A, wobei die Positionen der Kolben 26, 27 vertauscht sind.
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In 4 ist die Dickstoffpumpe in einem Zustand gezeigt, in dem der zweite Kolben 27 in der Zwischenposition 32 zwischen der Eingangsöffnung 24 und der Ausgangsöffnung 25 angeordnet ist und der erste Kolben 26 einen Teil des Förderwegs zurückgelegt hat. Gemäß der Schnittdarstellung in 5 sind der erste Kolben 26 und der zweite Kolben 27 mit einem Gehäuse 34 umgeben, wobei zwischen dem Umfang der Kolben 26, 27 und dem Gehäuse 34 ein Dichtspalt ausgebildet ist. Das Gehäuse 34 ist an seiner Außenseite durch die Einlassöffnung 24 und die Auslassöffnung 25 unterbrochen. An der Innenseite ist ein umlaufender Schlitz 35 ausgebildet, durch den sich die Verbindungselemente 29 erstrecken, über die die Kolben 26, 27 mit der Antriebswelle 28 gekoppelt sind. Die Verbindungselemente 29, 30 sind als scheibenförmige Elemente gestaltet, so dass die Verbindungselemente 29, 30 den Schlitz 35 über seine gesamte Länge ausfüllen.
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Bei der alternativen Ausführungsform gemäß 6 ist das erste Verbindungselement 29 mit einer ersten Wandschale 36 verbunden und das zweite Verbindungselement 30 mit einer zweiten Wandschale 37 verbunden. Die Wandschalen 36, 37 erstrecken sich im Querschnitt betrachtet entlang der Innenfläche des Gehäuses 34 und in Längsrichtung betrachtet über die gesamte Länge des Förderraums 23. Zwischen den peripheren Enden der Wandschalen 36, 37 ist ein Freiraum eingeschlossen, der dem Durchmesser der Einlassöffnung 24 und der Auslassöffnung 25 entspricht. Dieser Freiraum ist erforderlich, damit der Dickstoff in den Förderraum 23 eintreten kann bzw. aus dem Förderraum 23 austreten kann. Indem die Wandschalen 36, 37 sich zusammen mit dem Dickstoff entlang dem Förderweg bewegen, wird die interne Reibung der Dickstoffpumpe vermindert.
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Bei der weiteren alternativen Ausführungsform gemäß 7 entfällt dass die Wandschalen 36, 37 umgebende Gehäuse. Die Wandschalen 36, 37 selbst bilden den äußeren Abschluss des Förderraums 23. Das Gehäuse beschränkt sich auf einen zylinderförmigen Gehäuseteil 38, das den Außenumfang des Förderraums 23 begrenzt. In dem Gehäuseteil 38 sind die Einlassöffnung 24 und die Auslassöffnung 25 ausgebildet.
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Gemäß 8 ist zwischen der Wandschale 37 und dem Gehäuseteil 38 ein umlaufender Dichtring 39 angeordnet, der sich über die gesamte Länge des Förderraums 23 erstreckt. Mit dem Dichtring 39 wird der Förderraum am Übergang zwischen der Wandschale 37 und dem Gehäuseteil 38 abgedichtet. Ein zweiter Dichtring 40 dichtet den Übergang zwischen der anderen Wandschale 36 und dem Gehäuseteil 38 ab. Ein dritter Dichtring 41 ist zwischen den Verbindungselementen 29, 30 angeordnet.
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Der erste Kolben 26 ist mit einem Dichtelement 42 versehen, das sich über einen Umfangsabschnitt des Kolbens 26 erstreckt. Das Dichtelement 42 bildet eine Abdichtung zwischen dem ersten Kolben 26 und der Wandschale 37 des zweiten Kolbens 27.
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An einem peripheren Umfangsabschnitt des ersten Kolbens 26 ist ein Abschlussstück 43 aus Hartmetall angeordnet. Mit dem Hartmetall-Abschlussstück 43 können Steine und sonstige körnige Bestandteile zerteilt werden, die beim Überfahren der Einlassöffnung 24 oder der Auslassöffnung 25 zwischen dem Kolben 26 und einer Kante der Öffnung eingeklemmt werden. Die Kanten der Öffnungen können durch entsprechende Hartmetall-Einsätze gebildet werden.
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Das Hartmetall-Abschlussstück 43 und das Dichtelement 42 sind Verschleißteile, die regelmäßig ausgetauscht werden müssen. Die Kolben 26, 27 haben jeweils einen innenliegenden Hohlraum 44, der nach dem Entfernen des peripheren Gehäuseteils 38 von außen zugänglich ist. Es muss also lediglich das periphere Gehäuseteil 38 gelöst werden, um die Verschleißteile auszutauschen, ein weiteres Zerlegen der Dickstoffpumpe ist nicht erforderlich.
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In 9 ist eine mögliche konstruktive Ausgestaltung der Dickstoffpumpe gezeigt. Zwischen dem Rahmen der Pumpe, mit dem das Gehäuseteil 38 verbunden ist, und den bewegten Teilen, die sich mit der Antriebswelle 28 drehen, sind zwei Wälzlager 44, 45 angeordnet. Ein drittes Wälzlager, das in 9 nicht dargestellt ist, kann zwischen den mit dem ersten Kolben 26 bewegten Teilen und den mit dem zweiten Kolben 27 bewegten Teilen angeordnet sein. Ein erster Antriebsmotor 46 treibt den ersten Kolben 26 an, ein zweiter Antriebsmotor 47 treibt den zweiten Kolben 27 an, wie aus der schematischen Darstellung in 10 noch deutlicher hervorgeht.
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Bei der alternativen Ausführungsform gemäß 11 werden beide Kolben durch einen gemeinsamen Antriebsmotor 46 angetrieben. Dem ersten Kolben 26 ist eine Doppelkupplung 47 zugeordnet, die den ersten Kolben entweder mit der Antriebswelle 28 oder mit dem Gehäuse 34 koppelt. Ist der ersten Kolben 26 mit der Antriebswelle 28 gekoppelt, so folgt er der Drehbewegung der Antriebswelle 28. Ist der ersten Kolben 26 mit dem Gehäuse 34 gekoppelt, so hat er eine feste Position relativ zu dem Gehäuse 34. Eine entsprechende Doppelkupplung 48 ist für den zweiten Kolben 27 vorgesehen. Bei der Ausführungsform gemäß 12 ist der Antriebsmotor 46 zwischen den Doppelkupplungen 47, 48 angeordnet. Die Funktion der Doppelkupplungen 47, 48 ist identisch.
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Bei der erfindungsgemäßen Dickstoffpumpe ist der Förderstrom unterbrochen, wenn die Kolben 26, 27 sich gemeinsam in Förderrichtung 31 bewegen. Dies ist der Fall, in der Phase zwischen dem Zustand gemäß 13D und dem Zustand gemäß 13A. Soll ein kontinuierlicher Förderstrom erreicht werden, so kann die Dickstoffpumpe gemäß 14 mit einem Zusatz-Förderzylinder 49 ausgestattet werden. An die Auslassöffnung 25 schließt sich ein Übergangsrohr 50 an, das die Verbindung zu dem Förderrohr 17 herstellt. An das Übergangsrohr ist der Zusatz-Förderzylinder 49 angeschlossen.
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Ein Förderkolben 51 des Förderzylinders 49 wird zurückgezogen, während Dickstoff durch die Auslassöffnung 25 der Dickstoffpumpe gefördert wird. Ist der Förderstrom durch die Auslassöffnung 25 unterbrochen, so kann der Förderkolben 51 hydraulisch wieder nach vorne gefahren werden, um die Unterbrechung in dem Förderstrom zu überbrücken. Die Dickstoffpumpe ist damit in der Lage, Flüssigbeton in einem kontinuierlichen Förderstrom zu fördern.
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In 15 ist eine Ausführungsform einer Dickstoffpumpe gezeigt, bei der der zweite Verbindungsweg 53 des Förderraums 23, der zwischen der Auslassöffnung 25 und der Einlassöffnung 24 angeordnet ist, mit einem Sperrschieber 52 versehen ist, der in radialer Richtung bewegt werden kann. In einem ersten Zustand, der in 15 dargestellt ist, sperrt der Sperrschieber 52 den zweiten Verbindungsweg 53. In einem zweiten nicht dargestellten Zustand wird der Sperrschieber 52 nach außen bewegt, so dass der erste Kolben 26 den zweiten Verbindungsweg 53 passieren kann.
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Der Ablauf beim Fördern von Dickstoff entspricht der Ausführungsform mit zwei Kolben 26, 27 mit dem Unterschied, dass der Sperrschieber 52 bei jeder Förderbewegung den zweiten Verbindungsweg 53 sperrt, während der erste Kolben 26 sich bei jeder Förderbewegung entlang dem ersten Verbindungsweg 33 bewegt. In der Übergangsphase zwischen zwei Förderbewegungen des Kolbens 26 wird der Sperrschieber 52 zur Seite bewegt, so dass er den zweiten Verbindungsweg 53 freigibt. Der Kolben 26 kann den Sperrschieber 52 passieren und zur nächsten Förderbewegung übergehen.
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Bei der Ausführungsform gemäß 16 umfasst die Dickstoffpumpe drei Kolben 26, 27, 56 sowie zwei Auslassöffnungen 25, 55, die beide in einem gemeinsamen Auslassrohr 57 münden. Die Übergangsphase, in der der erste Kolben 26 sich zwischen der zweiten Auslassöffnung 55 und der Einlassöffnung 24 bewegt, wird überbrückt, indem der dritte Kolben 56 zwischen der ersten Auslassöffnung 25 und der zweiten Auslassöffnung 55 angeordnet ist. Indem der zweite Kolben 27 eine höhere Geschwindigkeit hat als der erste Kolben 26 wird noch Dickstoff durch das Auslassrohr 57 gefördert, obwohl ein Teil des durch die erste Auslassöffnung 25 geförderten Dickstoffs durch die zweite Auslassöffnung 55 zurück auf die Rückseite des ersten Kolbens 26 fließt. Sobald der zweite Kolben 27 die erste Auslassöffnung 25 überfährt, werden der dritte Kolben 56 und der zweite Kolben 26 in Bewegung versetzt, so dass zunächst der zweite Kolben 27 mit dem Ende seiner Förderbewegung Dickstoff durch die zweite Auslassöffnung 55 fördert, während parallel bereits die nächste Förderbewegung des ersten Kolbens 26 beginnen kann, mit der der erste Kolben 26 Dickstoff durch die ersten Auslassöffnung 25 fördert. Auf diese Weise kann die bei anderen Ausführungsformen der Dickstoffpumpe auftretende Unterbrechung des Förderstroms vermieden werden, die sich daraus ergibt, dass zwei Kolben sich gemeinsam zwischen der Auslassöffnung und der Einlassöffnung bewegen bzw. dass der Sperrschieber geöffnet wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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