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Anwendungsgebiet
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Die Erfindung betrifft ein Dichtungssystem für eine Fassfolgepumpe.
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II. Technischer Hintergrund
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Bei Fassfolge-Vorrichtungen wird auf die Oberseite der pastösen, zu fördernden Masse im Fass eine am Umfang gegenüber der Wand des Fasses dicht anliegende Fassfolgeplatte einer Fassfolge-Einheit aufgesetzt, die in der Mitte eine Förder-Öffnung besitzt, an die sich eine Förderleitung anschließt. Durch nach unten Fahren, insbesondere Pressen, der Fassfolgeplatte wird Material durch diese Förder-Öffnung und in die Förderleitung hineingedrückt.
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Um das Material von dort aus über weitere Strecken zu fördern, ist diese Fassfolge-Einheit ergänzt zu einer Fassfolge-Pumpeinheit, indem - meist auf der Oberseite der Fassfolgeplatte, meist aufrecht stehend - eine Fassfolgepumpe montiert ist, die das Material fördert und mit zunehmender Entleerung zusammen mit der Fassfolgeplatte in das Fass eintaucht. Dabei wird die Fassfolgeplatte zusammen mit der Fassfolgepumpe an den vertikalen Führungen eines Führungsgestells geführt, in welches das Fass eingestellt wurde.
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Als Fassfolgepumpe wird dabei in aller Regel eine Kolbenpumpe verwendet, und zwar vorzugsweise in einer Bauform, in der der vertikal bewegliche Förderkolben sowohl bei der Aufwärtsbewegung als auch bei der Abwärtsbewegung Material in die angeschlossene Leitung fördert, um eine quasi kontinuierliche Förderung zu gewährleisten.
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Unabhängig von der Bauform der Fassfolgepumpe besteht ein Problem in der dichten Anlage des Außenumfanges der Fassfolgepumpe an der Innenseite der Wand des Fasses:
- Zum einen auf Grund der schwankenden Fass-Durchmesser durch Ungenauigkeiten bei der Fertigung, zum anderen durch im Querschnitt leicht verformte und im Querschnitt nicht mehr ganz kreisrunde Fässer.
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Auch das vertikale Überstreichen von Sicken in der Fasswand bereitet Probleme, oder ist mit üblichen Fassfolgeplatten überhaupt nicht möglich.
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In diesem Zusammenhang ist es bereits bekannt, eine umlaufende Dichtlippe über die Oberseite des äußeren Randes der Fassfolgeplatte hinaus vorstehen zu lassen, die eine Vorspannung nach radial außen aufgrund ihrer Formgebung und Materialeigenschaften besitzt. Allerdings reicht dies nicht aus, um bei größerem Druck auf die Fassfolgeplatte die Dichtigkeit aufrechtzuerhalten, insbesondere nicht bei stärkeren Abweichungen der Ist-Form des Fasses von der Soll-Form.
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III. Darstellung der Erfindung
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Technische Aufgabe
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Es ist daher die Aufgabe gemäß der Erfindung, eine Fassfolgeplatte sowie eine dabei verwendete Dichtungsvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die auch größere Abweichungen der Ist-Form des Fasses von der Soll-Form verkraftet.
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Lösung der Aufgabe
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 12 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Hinsichtlich der Fassfolge-Einheit ist diese Aufgabe dadurch gelöst, dass an der radialen Innenseite der Dichtlippe, insbesondere des über die Oberseite des Grundkörpers umlaufenden Randes vorstehenden Überstandes der Dichtlippe, ein radial nach außen wirkendes Schubmittel angreift. Dadurch wird die Dichtlippe nicht nur aufgrund einer materialbedingten Vorspannung radial nach außen gedrückt, sondern stattdessen oder zusätzlich mit einer, vorzugsweise einstellbaren, Schubkraft, und damit auch mit einer sehr viel höheren Kraft, was eine sehr viel bessere Abdichtung ergibt.
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In der Regel ist die Fassfolgeplatte ein einfaches und kostengünstiges Kunststoffteil mit geringer Stabilität, welches an der Unterseite einer stabilen Niederhalter-Platte angebracht ist, welche nach unten gedrückt werden kann.
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Die mit dem zu fördernden Material benetzte Fassfolgeplatte kann daher nach Beenden der Entleerung entsorgt werden.
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Ist eine solche Niederhalter-Platte vorhanden, so ist das Schubmittel vorzugsweise an der Niederhalter-Platte befestigt, sodass weiterhin die eigentliche Fassfolgeplatte nach Ende des Entleervorganges entsorgt werden kann, das Schubmittel jedoch wiederverwendet werden kann, da es in aller Regel nicht mit dem zu fördernden Material in Kontakt gerät.
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Das Schubmittel kann aus mehreren in Umfangsrichtung aufeinanderfolgenden Schub-Segmenten bestehen, die nach radial außen bewegt werden, oder es kann sich um ein einziges in Umfangsrichtung durchgehendes Schubmittel handeln. Wichtig ist, dass entlang des Umfangs keine oder nur möglichst kurze UmfangsAbschnitte entstehen, auf die kein Druck radial von Innen nach Außen ausgeübt wird.
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Bevorzugt werden die Schubmittel mechanisch oder pneumatisch mit Kraft beaufschlagt, was konstruktiv einfache Bauformen ergibt.
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Bei einer bevorzugten Lösung ist das Schubmittel ein in Umfangsrichtung endlos durchgehender, ringförmiger, aufblasbarer Schlauch, der sich auf der radialen Innenseite an einem radialen Stützkörper abstützt.
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Wird der Schlauch aufgepumpt, vergrößert er seinen Durchmesser. Wegen der radial fixen Position des radial inneren Stützkörpers drückt der Schlauch bei zunehmendem Durchmesser mit der radialen Außenseite seines Querschnittes gegen die Dichtlippe und diese radial nach außen.
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Diese Kraftwirkung wird noch verstärkt, wenn sich der Querschnitt des Schlauches nur begrenzt ausdehnen kann, indem beispielsweise in Axialrichtung ein oberer und/oder ein unterer axialer Stützkörper vorhanden ist.
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Vorzugsweise sind diese Stützkörper gemeinsam in einem im Querschnitt U-förmigen, nach radial außen offenen, Stützprofil realisiert. Der bzw. die Stützkörper, insbesondere das Stützprofil, sind an dem Außenumfang der Niederhalteplatte angeordnet, also ausgebildet oder befestigt.
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Durch die Begrenzung durch die drei Stützkörper kann sich der Querschnitt des Schlauches nach Kontaktieren dieser drei Stützköper nur nach außen ausdehnen, sodass sich der Querschnitt des Schlauches bei weiterer Dehnung etwa elliptisch verformen wird und mit noch größerer Kraft gezielt radial nach außen gegen die Innenseite der Dichtlippe drückt.
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Über die Regulierung des Druckes im Schlauch, der vorzugsweise mittels Druckluft aufgeblasen wird, kann die Anpresskraft gesteuert werden.
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Vorzugsweise verfügt die Niederhalter-Platte über einen Druckluftanschluss, der mit dem pneumatischen Schubelement, insbesondere dem Schlauch, in Verbindung steht. Hierfür erstreckt sich eine Verbindungsleitung vorzugsweise durch den Stützkörper, insbesondere das Stützprofil, hindurch.
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Als Material für die Dichtlippe hat sich - zumindest für den Überstand der Dichtlippe nach oben über den Grundkörper hinaus - ein elastisches, gummiartiges Material als geeignet erwiesen, vorzugsweise mit einer Shore-Härte von 40 Shore bis 90 Shore, besser von 50 Shore bis 80 Shore.
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In aller Regel ist der Überstand der Dichtlippe oder die Dichtlippe insgesamt elastischer als das Material des Grundkörpers der Fassfolgeplatte, aber dennoch ist die Dichtlippe an der meist im Spritzgussverfahren hergestellten Grundkörper einstückig angespritzt, vorzugsweise in einem Zwei-Komponenten-Spritzverfahren. Dadurch ist die Fassfolgeplatte nach wie vor sehr kostengünstig herstellbar und kann nach Gebrauch entsorgt werden.
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Der Überstand der Dichtlippe in axialer Richtung sollte vorzugsweise zwischen 2 cm und 12 cm betragen, besser zwischen 4 cm und 10 cm, besser zwischen 6 cm und 8 cm.
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Dies hat sich als guter Kompromiss zwischen einer hohen Dichtwirkung und einer nicht allzu hohen Reibkraft gegenüber der Innenseite der Fasswand erwiesen, die mit der axialen Länge der kraftbeaufschlagten Gleitfläche zunimmt.
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Hinsichtlich der Fassfolge-Pumpeinheit wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass bei einer solchen Fassfolge-Pumpeinheit, die außer der Fassfolgeplatte ein Führungsgestell mit vertikalen Führungen zum Führen der Fassfolgeplatte und einen entsprechenden, die Fassfolgeplatte vertikal antreibenden, Fassfolgeplatten-Antrieb verfügt, die Fassfolgeplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
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Vorzugsweise umfasst eine solche Fassfolge-Pumpeinheit auch eine Fassfolge-Pumpe, um das durch die Förder-Öffnung der Fassfolgeplatte einströmende Material weiter zu fördern.
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Die Fassfolge-Pumpe ist vorzugsweise auf der Oberseite der Fassfolgeplatte oder deren Niederhalteplatte angeordnet, meist aufrecht stehend, sodass sie sich mit dieser auf und ab bewegt.
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Die Fassfolge-Pumpe kann eine Kolbenpumpe sein. Dadurch können auch sehr pastöse Materialien über weite Strecken gefördert werden.
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Eine solche Kolbenpumpe umfasst üblicherweise einen Förderkolben, der in einem Förderzylinder dicht anliegend verschiebbar ist sowie eine Einlassleitung und eine Auslassleitung für das Material, die jeweils von einem entsprechenden Ventil verschlossen werden können.
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Einlassleitung und Auslassleitung münden dabei auf der gleichen Seite des Förderkolbens im Förderzylinder, wobei die Anschlüsse beider Leitungen zusammen mit der Kolbenpumpe vertikal beweglich am Führungsgestell angeordnet sind, sodass die gesamte Fassfolge-Pumpeinheit vertikal beweglich ist.
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Meist ist die Fassfolge-Pumpe nur eine einfach wirkende Kolbenpumpe, von denen aber häufig zwei identische nebeneinander auf der Fassfolgeplatte vorhanden sind, die abwechselnd pumpen und dadurch einen quasi-kontinuierlichen Förderstrom erzeugen.
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Vorzugsweise ist die Kolbenpumpe pneumatisch betrieben und zwar mittels der gleichen Druckluftquelle wie das pneumatisch betätigte Schubelement.
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In einer speziellen Ausführungsform können auf der Kolbenstange des Förderkolbens hintereinander zwei pneumatische Betätigungskolben angeordnet sein, um die Leistung der Förderpumpe zu erhöhen.
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Die Kolbenpumpe kann jedoch auch hydraulisch oder mechanisch angetrieben werden.
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Figurenliste
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Ausführungsformen gemäß der Erfindung sind im Folgenden beispielhaft näher beschrieben. Es zeigen:
- 1a: eine Fassfolge-Pumpe in der Frontansicht,
- 1b: in der Seitenansicht,
- 1c: in der Aufsicht von oben,
- 2: eine Fassfolge-Einheit in perspektivischer Ansicht,
- 3a: die Fassfolge-Einheit in einem Querschnitt,
- 3a1, 3a2: vergrößerte Darstellungen aus 3a, wobei sich das Schubelement in unterschiedlichen Funktionsstellungen befindet,
- 3b: die Fassfolge-Einheit in der Seitenansicht,
- 3c: die Fassfolge-Einheit in der Aufsicht von oben,
- 4: die Fassfolge-Platte in der Aufsicht von oben.
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Die 1a, b, c zeigen eine Entleervorrichtung in Form einer Fassfolge-Pumpeinheit 12 in Außenansichten und in Schnittdarstellungen:
- Dabei soll Material 1 aus dem in 1a dargestellten, oben offenen, Fass 50 gefördert werden, indem die Fassfolgeplatte 3 in den Innen-Umfang des Fasses 50 von oben dicht eingeschoben wird, und mit ihrer Druckseite, der Unterseite, Druck auf das Material 1 ausübt, so dass dieses dann durch die von der gegenüberliegenden Rückseite 2b abragende hohle Förderstange 18 nach oben gedrückt wird in die Fassfolgepumpe 13 und von dort weiter gefördert wird zu einem nicht dargestellten Verbraucher.
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Da dieser Vorgang zur Vermeidung von Lufteinschlüssen in dem geförderten Material 1 unter Unterdruck, also im Idealfall unter Vakuum, erfolgen soll, wird die Umgebung der Fass-Öffnung unter einem Unterdruck gehalten, bis die Fassfolge-Platte 3 dicht in das Fass 50 eingefahren ist und insbesondere auf der Oberseite des Materials 1 aufsetzt. Sobald dies erfolgt ist, kann die Beaufschlagung mit Unterdruck beendet werden.
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Zu diesem Zweck wird wie hier dargestellt das Fass 50 beispielsweise zunächst in eine Einhausung 19 eingestellt, die aus einem massiven Gehäuse 19a sowie der hier im aufgeschwenkten Zustand dargestellten Tür 19b besteht, die im geschlossenen Zustand die Einhausung 19 abdichtet und in deren Innenraum 21 der gewünschte Unterdruck erzeugt wird. Zu diesem Zweck verfügt die Einhausung 19 über einen Unterdruckanschluss 22, über den die Einhausung 19 mit einer Unterdruckquelle 23 verbunden ist.
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Als einziges Element erstreckt sich die Förderstange 18, an deren vorderen Ende die Fassfolgeplatte 3 befestigt ist und die die Fassfolgeplatte 3 bewegt, durch die Oberseite der Einhausung19 in deren Innenraum 21, wobei der Durchgang entsprechend abgedichtet ist, um keine Luft von außen in den unter Unterdruck stehenden Innenraum 21 eindringen zu lassen.
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Da bei hochviskosen Materialien 1 auf die Fassfolgeplatte 3 bzw. die sie antreibende Förderstange 18 hohe Kräfte aufgebracht werden, befindet sich die Einhausung 19 in einem massiven Führungsgestell 15, in deren oberen Bereich z.B. zwei nebeneinander vertikal angeordnete und parallel verlaufende Gewindespindeln oder auch Kugelrollspindeln als Fassfolgeplatten-Antrieb 17 angeordnet sind, die gemeinsam auf ein querstehendes Joch 24 wirken, welches mit dem hinteren, oberen Ende der hohlen Förderstange 18 verbunden ist, die sich bis zur Fassfolgeplatte 3 erstreckt.
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Die Fassfolgepumpe 13 befindet sich in diesem Fall auf dem Joch 24, kann sich jedoch auch direkt auf der Fassfolgeplatte 3 befinden.
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Damit durch den mittels der Fassfolgeplatte 3 auf das Material 1 im Fass 50 ausgeübte Druck das Fass 50 nicht radial deformiert wird oder gar platzt, wird um das Fass 50 herum im Stand der Technik meist eine stabile Umfassung 25 - siehe 1a - angebracht, die eng an den Außenseiten der Wandung 50a des Fasses 50 anliegt und dem darin herrschenden Druck standhält.
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Dennoch ist auch in diesem Fall die Dichtung der Fassfolgeplatte 3, die die Form einer Dichtlippe 5 besitzt, aufgrund der relativ großen Schwankungsbreite der tatsächlichen Abmessungen der Fässer 50, gerade hinsichtlich Wandstärke, Innendurchmesser und Außendurchmesser, nicht vollständig dicht, insbesondere wenn in der Innenseite der Wand des Fasses 50 umlaufende Sicken 51 vorhanden sind, die beim Abwärtsfahren der Fassfolgeplatte 3 von dieser überstrichen werden müssen.
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Die 2 - 4 zeigen eine Fassfolge-Einheit 2 im Detail:
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Wie am besten aus der Zusammenschau der 2 und 3a ersichtlich, ist die Fassfolge-Platte 3 topfförmig ausgebildet mit einem plattenförmigen Grundkörper 5 mit einer runden Umfangskontur, von der eine ringförmig umlaufende Dichtlippe 5 nach oben aufragt, vorzugsweise zumindest in einem Teil ihres Verlaufes in dieser axialen Richtung 10 schräg nach oben außen verlaufend.
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Wie die Aufsicht auf die Fassfolge-Platte 3 von oben in 4 zeigt, befindet sich in ihrem Zentrum eine Durchgangsöffnung 26 durch den Grundkörper 5 als Förderöffnung 26, an welcher im Betrieb die hohle Förderstange 18 dicht ansetzt. Der radikale Bereich zwischen der Förderöffnung 26 und der - in diesem Fall konzentrisch dazu angebrachten - umlaufenden Dichtlippe 5 ist versteift durch radial verlaufende, über den Umfang gleichmäßig verteilte Versteifungs-Rippen 27.
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Bezüglich der in der Aufsicht betrachteten Mittelachse 3' dieser rotationssymmetrisch ausgebildeten Fassfolge-Platte 3 befinden sich mindestens zwei, in diesem Fall bezüglich der Mittelachse 3' an einander gegenüberliegenden Positionen angeordnete, Aufnahmevorrichtungen 28 wie etwa Gewinde-Sacklöcher 28 oder Drehverschlüsse 28 in der Oberseite des Grundkörpers 4, die den Grundkörper 4 und damit die Fassfolge-Platte 3 jedoch nicht durchdringen sondern der Befestigung einer Niederhalter-Platte 7, die sich großenteils im Inneren der topfförmigen Fassfolge-Platte 3 befindet:
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Die Niederhalter-Platte 7 sitzt mit ihrem unteren Ende auf der Oberseite der Fassfolge-Platte 3 auf und besitzt Befestigungsvorrichtungen 28* passend zu den Aufnahmevorrichtungen 28 der Fassfolge-Platte 3, beispielsweise Durchgangslöcher, durch die hindurch mittels einer Halteschraube die Fassfolge-Platte 3 an der Niederhalter-Platte 7 befestigt werden kann.
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Axial beabstandet zur Unterseite 7a der Niederhalter-Platte 7 befindet sich die Oberseite 7b, die zumindest als vom Außenumfang radial nach innen sich erstreckender, umlaufender oberer Ring 9a ausgebildet ist, und beabstandet zu diesem darunter ein unterer Ring 9b angeordnet sein kann, der ebenfalls Bestandteil der Niederhalter-Platte 7 ist.
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Diese beiden Ringe 9a, b liegen jeweils in einer radialen Ebene, und sind durch einen hülsenförmigen Distanzring 8 zueinander beabstandet und bilden so ein den Außenumfang der Niederhalter-Platte 7 umgebendes, nach außen offenes U-Profil 8+9.
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Während bei einem an der Niederhalter-Platte 7 befestigten Fassfolge-Platte 3 sich der obere Ring 9a noch unterhalb des umlaufenden oberen Randes der Dichtlippe 5 befindet, ragt ein Tragprofil 7.1, welches sich quer über den oberen Ring 9a hinweg erstreckt und mit diesem verbunden ist, über die Dichtlippe 5 nach oben hinaus.
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Das Tragprofil 7.1 dient der Befestigung entweder an der hohlen Förderstange 18 und/oder zum Aufsetzen der Fassfolge-Pumpe 13, insbesondere zweier solcher Pumpen 13 auf zwei bezüglich der Mitte der Fassfolge-Einheit 2 gegenüberliegenden Seiten.
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Das Tragprofil besitzt im Bereich des Zentrums der Fassfolge-Einheit 2 ebenso einen ausreichend großen Durchlass 26* wie der Rest, insbesondere der obere Ring 9a und der untere Ring 9b der Niederhalter-Platte 7, durch die sich die hohle Förderstange 18 hindurch erstrecken kann zum dichten verbinden mit der Förderöffnung 26 der Fassfolge-Platte 3.
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An der Niederhalter-Platte 7 kann auch eine Befestigungsmöglichkeit zum Anordnen eines Förderdruck-Sensors vorhanden sein, welcher im Betrieb den Druck im Inneren der hohlen Förderstange 18 misst.
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Wie am besten 3a und die Detailvergrößerungen der 3a1, 3a2 hieraus zeigen, liegt in dem U-Profil 8+9 entlang des Umfangs der Niederhalter-Platte 7 ein aufblasbarer Schlauch 6, der mit einem Druckluftanschluss 14 an der Fassfolge-Einheit 2, insbesondere an der Niederhalter-Platte 7, in Verbindung steht und über den mittels der Steuerung der Maschine dieser Schlauch 6 hinsichtlich Zeit und Aufblasdruck gesteuert aufgeblasen werden kann.
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Da die nach außen frei auslaufenden Schenkel des U-Profils 8+9 bis nahe an die Innenseite 5a der Dichtlippe 5 der Fassfolge-Platte 3 heranreichen, drückt die Außenseite des Querschnittes des Schlauches 6, sofern dieser aufgeblasen wird, radial gegen die Innenseite der Dichtlippe 5 und drückt diese radial nach außen und damit gegen eine dort vorhandene Wandung 50a eines Fasses 50, wenn sich die Fassfolge-Einheit 2 im Betrieb im Inneren des Fasses 50 befindet.
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Dadurch liegt die Dichtlippe 5 immer zuverlässig dicht an der Innenseite der Wand des Fasses 50 an, wofür in diesem Fall an der Außenseite der Dichtlippe 5 mehrere umlaufende Erhebungen 5 in axialer Richtung 10 beabstandet zueinander vorgesehen sind.
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Über den Aufblasdruck kann die Reibung der Dichtlippe 5 an der Wand 50a des Fasses 50 gesteuert werden, von der auch die zum nach unten Fahren der Fassfolge-Einheit 2 benötigte Kraft abhängt.
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Durch den Förderdruck-Sensor kann überprüft werden, wie sich der Förderdruck im Inneren der hohlen Förderstange 18, insbesondere nahe an der Förderöffnung 26 der Fassfolge-Platte 3, verändert wenn die Fassfolge-Einheit 2 weiter nach unten bewegt wird.
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Ergibt das nach unten Bewegen um eine bestimmte axiale Längeneinheit einen geringeren Förderdruck-Zuwachs als bei einem teilweise gefüllten Fass 50 üblich, so kann hieraus geschlossen werden, dass die Fassfolge-Platte 3 den Boden 50b des Fasses 50 erreicht hat, so dass hierüber eine weitestgehend restefreie Entleerung des Fasses 50 ermöglicht wird.
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Nach Leerung des Fasses 50 kann die Fassfolge-Einheit 2 - insbesondere nach dem zuvor der Schlauch 6 entlüftet oder gar mit Unterdruck beaufschlagt wurde - aus dem Fass 50 herausgezogen werden.
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Nach Lösen der Verbindung der Fassfolge-Platte 3 zur Niederhalter-Platte 7 einerseits und zur hohlen Förderstange 18 andererseits wird die mit dem geförderten Material benetzte Fassfolge-Platte 3 in aller Regel entsorgt, in den seltensten Fällen gereinigt und für das nächste Fass 50 wieder eingesetzt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Material, Masse
- 2
- Fassfolge-Einheit
- 3
- Fassfolgeplatte
- 3'
- Mittel-Achse
- 4
- Grundkörper
- 5
- Dichtlippe
- 5a
- Innenseite
- 6
- Schubmittel, Schlauch
- 7
- Niederhalter-Platte
- 7a
- Unterseite
- 7b
- Oberseite
- 7.1
- Tragprofil
- 8
- radialer Stützkörper
- 9a, b
- axialer Stützkörper
- 10
- Bewegungsrichtung, Axialrichtung
- 11
- Querrichtung
- 12
- Fassfolge-Pumpeinheit
- 13
- Fassfolgepumpe
- 14
- Druckluft-Anschluss
- 15
- Führungsgestell
- 16a,b
- Führungen
- 17
- Fassfolgeplatten-Antrieb
- 18
- Förderstange
- 19
- Einhausung
- 19a
- Gehäuse
- 19b
- Tür
- 20
- Kolbenpumpe
- 21
- Innenraum
- 22
- Unterdruck-Anschluss
- 23
- Unterdruck-Quelle
- 24
- Joch
- 25
- Umfassung
- 26
- Förderöffnung
- 27
- Lippe
- 28
- Aufnahme-Vorrichtung 28* Befestigungs-Vorrichtung
- 28*
- Befestigungs-Vorrichtung
- 50
- Fass
- 50a
- Wand, Wandung
- 50b
- Boden
- 51
- Sicke
- Ü
- Überstand
