DE19957337A1 - Dickstoffpumpe - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Dickstoffpumpe mit mindestens zwei sich im Pump- und Saugbetrieb abwechselnden, einer Förderleitung, einer Saugleitung und einem Umschaltventil zum Umschalten zwischen den Pumpeinheiten, wobei durch das Umschaltventil eine Pumpeinheit im Pumpbetrieb mit der Förderleitung und eine Pumpeinheit im Saugbetrieb mit der Saugleitung verbunden ist. Der Füllgrad der Pumpeinheit im Saugbetrieb soll verbessert werden. Hierzu wird im Bereich der Saugleitung eine von den Pumpeinheiten getrennt wirkende Ladedruckeinrichtung zum aktiven Bewirken einer Dickstoffvorverdichtung vorgesehen. Die Erfindung betrifft auch ein Saug-/Pumpverfahren, das von dieser Dickstoffpumpe durchgeführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Dickstoffpumpe mit mindestens zwei sich im Pump- und Saugbetrieb abwechselnden Pumpeinheiten, einer Förderleitung, einer Sauglei­ tung, und einem Umschaltventil zum Umschalten zwischen den Pumpeinheiten, wobei durch das Umschaltventil eine Pumpeinheit im Pumpbetrieb mit der Förder­ leitung und eine Pumpeinheit im Saugbetrieb mit der Saugleitung verbunden ist.

Dickstoffpumpen werden in sehr vielen Fällen zum Fördern von Beton eingesetzt; jedoch können auch gleichartige Stoffe mit solchen Pumpeinheiten gefördert wer­ den. Bekannt sind insbesondere Pumpenanordnungen, bei denen die Pump­ einheiten von Zylinder/Kolben-Pumpen gebildet werden, die abwechselnd über ei­ ne Rohrweiche mit einer Förderleitung bzw. mit einer Saugleitung verbunden wer­ den. Es gibt Anordnungen, bei denen die Rohrweiche innerhalb eines Vorratsbe­ hälters angeordnet ist und im Saugbetrieb die Zylinder/Kolben-Pumpe den Dick­ stoff unmittelbar aus dem Vorratsbehälter ansaugt. Der Vorratsbehälter ist in den meisten Fällen oben offen, damit Dickstoff nachgefüllt werden kann.

Andere Pumpenkonstruktionen sehen vor, dass am unteren Ende eines Vorrats­ behälters eine Saugleitung mündet, durch die der Dickstoff abgeführt wird. Hier­ durch lässt sich im Vorratsbehälter auch ein Förderorgan z. B. eine Schnecke an­ ordnen, damit eine bessere Füllung garantiert ist. An das andere Ende des vom Vorratsbehälter wegführenden Saugleitungsabschnitts schließt sich ein Rohrwei­ chengehäuse an, was für eine geeignete Umschaltung zwischen den Pumpeinhei­ ten und für eine Verbindung der Pumpeinheit entweder mit der Förderleitung oder mit der Saugleitung sorgt.

Bei all diesen verschiedenen Pumpenkonstruktionen, gibt es Bestrebungen trotz des Umschaltvorgangs der Rohrweiche einen möglichst kontinuierlichen Pump­ strom zu erzeugen.

Bei einer gattungsgemäßen Konstruktion, die in der DE 197 35 091 A1 offenbart ist, wird auf ein altbekanntes Ansteuerverfahren für die Pumpeinheiten zurückge­ griffen und mit einer außerhalb des Vorratsbehälters angeordneten Rohrweichen­ vorrichtung in Anwendung gebracht. Bei diesem bekannten Verfahren arbeitet die Zylinder/Kolben-Pumpe im Saugbetrieb schneller als im Pumpbetrieb, wodurch der Saugvorgang der einen Pumpeinheit bereits abgeschlossen ist, während der Pumpbetrieb der anderen Pumpeinheit noch andauert. Anschließend wird mittels ebenfalls bereits bekannter Schieberelemente die mit der ersten Pumpeinheit in Kontakt stehende Dickstofffüllungen vom Vorratsbehälter abgetrennt. Anschlie­ ßend erfolgt eine Vorkomprimierung des Dickstoffes mittels des Förderkolbens der ersten Pumpeinheit bis ein gewünschter Druck aufgebaut ist. Währenddessen be­ findet sich die zweite Pumpeinheit immer noch im Pumpbetrieb. Erst nach Auf­ bringung des Vorspanndruckes schaltet die Rohrweiche um. Das eine Ende der Rohrweiche ist ständig mit dem vom Vorratsbehälter wegführenden Saugleitungs­ abschnitt verbunden, wohingegen die Förderleitung ständig mit dem Hohlraum des Rohrweichengehäuses in Verbindung steht. Der vorgespannte Dickstoff kommt nunmehr mit dem unter Druck stehenden Dickstoff im Rohrweichengehäu­ se in Verbindung. Dieser Vorgang führt nicht zu einer Schwingung in der Förder­ säule, da die Vorspannung bevorzugt auf dem Druckniveau in der Förderleitung liegt und daher ein Absacken der Dickstoffsäule in der Förderleitung nicht erfolgt. Sobald die zweite Pumpeinheit ihren Pumpbetrieb beendet hat, übernimmt die er­ ste Pumpeinheit den Pumpbetrieb. Nachfolgend wird die zweite Pumpeinheit mit­ tels der Rohrweiche und Öffnen des Schiebers mit dem Vorratsbehälter verbun­ den. Der Zyklus beginnt mit Vertauschung der Pumpeinheiten von neuem.

Auch Konstruktionen, bei denen die Rohrweiche ständig mit der Förderleitung in Verbindung steht und der Saugleitungsabschnitt zum Rohrweichengehäuse führt, können mit solch einem Verfahren betrieben werden, wenn entsprechende Schie­ ber eingesetzt sind. Siehe z. B. die Konstruktion der DE 196 41 771 A1.

Nachteilig bei diesen Konstruktionen ist es jedoch, dass ein Teil des Fördervolu­ mens der Pumpeinheiten durch diesen Vorspannvorgang verschenkt wird. Die Pumpeinheiten müssen deshalb größer ausfallen als notwendig wäre.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Dickstoffpumpe der eingangs genannten Art bereitzustellen, die eine verbesserte Ausgestaltung der Pumpeinheiten zulässt.

Hierzu ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass im Bereich der Saugleitung eine von den Pumpeinheiten getrennt wirkende Ladedruckeinrichtung zum aktiven Bewirken einer Dickstoffvorverdichtung vorgesehen ist.

Das bedeutet, dass entweder unabhängig von der Pumpeinheit oder in Unterstüt­ zung eine separate Einrichtung vorgesehen ist, die von der Saugleitung her ein Nachdrücken des Dickstoffs zur Bereitstellung einer Vorverdichtung bewirkt. Bei Verwendung einer Zylinder/Kolben-Pumpe verringert sich hierdurch der erforderli­ che Weg für eine Vorverdichtung oder es wird überhaupt kein Weg benötigt, wenn die Ladedruckeinrichtung die Vorverdichtung komplett übernimmt. Die Pumpein­ heiten müssen demnach genau dieses für die Vorkomprimierung benötigte Volu­ men weniger fördern. Dies führt zu einer Reduzierung der Größe der Pumpeinhei­ ten. Darüber hinaus ergibt sich noch ein weiterer positiver Effekt. Durch das aktive Nachdrücken des Dickstoffs durch die Ladedruckeinrichtung erfolgt ein besseres Füllen der Pumpeinheit bzw. der Saugleitung. Bislang mussten z. B. für Beton die Öffnungsquerschnitte von Zylinder/Kolben-Pumpen eine bestimmte Größe aufwei­ sen, damit durch die Unterdruckwirkung eine gute Füllung des Zylinders erzielt werden konnte. Die Größe dieser Öffnung lässt sich nunmehr aufgrund des Nach­ schiebens des Dickstoffs durch die Ladedruckeinrichtung reduzieren. Dies hat aber auch zur Folge, dass die Pumpeinheiten näher aneinander angeordnet wer­ den können und sich somit die Umschaltzeiten, z. B. bei Verwendung einer Rohr­ weiche, beachtlich reduzieren lassen. Auch die an die Öffnungen anschließenden Elemente, wie Rohrweiche etc. können verkleinert werden, was insbesondere hinsichtlich der im System wirkenden Kräfte aufgrund des Dickstoffdruckes sehr vorteilhaft ist. Auch schwer ansaugbare Dickstoffe können mit einer Ladedruck­ einrichtung problemlos gepumpt werden. Darüber hinaus kann die Pumpeinheit im Saugbetreib schneller betrieben werden, da die Saugwirkverluste durch die Lade­ druckeinrichtung kompensiert werden können. Eine separate Ladedruckeinrich­ tung eignet sich auch hervorragend zum nachträglichen Umbau bestehender Dickstoffpumpen. Behält man bestehende Pumpeinheiten bei und verwendet nunmehr erfindungsgemäß zusätzlich die getrennt wirkende Ladedruckeinrich­ tung, lässt sich aufgrund der besseren Füllung der Pumpeinheit im Saugbetrieb der Pumpwirkungsgrad um bis zu 20% verbessern.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Saugleitung ei­ nen elastisch verformbaren Abschnitt umfasst und die Ladedruckeinrichtung Quetschelemente aufweist, durch die der elastisch verformbare Abschnitt der Saugleitung für eine Druckerhöhung zusammendrückbar ist. Vorteilhafterweise kann ein solcher verformbarer Abschnitt sich an einen Vorratsbehälter anschlie­ ßen. Geeignete Quetschelemente sorgen dann für ein Verschließen des elastisch verformbaren Abschnittes mit anschließendem Druckaufbau. Aufgrund der relativ geringen Kompressibilität des Dickstoffes müssen hauptsächlich Lufteinschlüsse überwunden werden. Der verformbare Abschnitt wird daher so weit verformt, bis sich der gewünschte Druckaufbau in der Saugleitung einstellt. Dies könnte auch durch mehrere Quetschelemente erfolgen. Auch kann ein Quetschelement von seiner Formgebung her so ausgestaltet sein, dass diese Funktion in einem Vor­ gang erfolgt.

Darüber hinaus besteht auch die Möglichkeit, dass drehbar gelagerte Quetsche­ lemente zuerst den verformbaren Abschnitt zusammendrücken und somit die Saugleitung verschließen und anschließend in Richtung Pumpeinheit verfahren werden. Dieser Vorgang erinnert an das Fördern von Medien mittels einer Schlauchpumpe. Aus diesem Grunde ist es gemäß einer Variante zusätzlich vor­ teilhaft, wenn der elastisch verformbare Abschnitt der Saugleitung ein Schlauch­ stück ist. Schlauchstücke, die entsprechend hohe Drücke aushalten, sind im Stand der Technik bestens bekannt. Zum Teil werden bereits Schlauchpumpen zum Fördern von Beton eingesetzt, so dass bezüglich der Werkstoffauswahl und Armierung des Schlauchstückes im Stand der Technik ausreichend Beispiele zu finden sind. Bevorzugt kann dieses Schlauchstück mittels geeigneter Kupplungse­ lemente in die Saugleitung zwischengefügt werden, was einen schnellen Aus­ tausch im Reparatur- bzw. Verschleißfall ermöglicht und auch eine flexiblere An­ ordnung zulässt. Eine ausreichende Dauerhaltbarkeit geeigneter Schlauchstücke für derartige Quetschzwecke ist gegeben.

Eine andere Ausgestaltung der Ladedruckeinrichtung sieht vor, dass diese eine Membran umfasst. Eine Membran lässt sich einseitig durch die unterschiedlich­ sten Medien mit Druck beaufschlagen, so dass eine Auswölbung erfolgt, die den gewünschten Vorverdichtungs- bzw. Nachdrückeffekt erzielt.

Bei einer besonders robusten und wartungsarmen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Ladedruckeinrichtung eine Zylinder/Kolbeneinheit umfasst. Diese Einheit könnte z. B. gleich oder ähnlich einer Pumpeinheit, bevorzugt mit kleineren Abma­ ßen, ausgestaltet sein und z. B. seitlich in die Saugleitung münden.

Im Falle, dass die Pumpleistung der Ladedruckeinrichtung größer ist als die Saugleistung einer der Pumpeinheiten, besteht noch zusätzlich der Vorteil, dass die Ladedruckeinrichtung ihren Vorverdichtungsvorgang schon während des Saugbetriebs, insbesondere in der Endphase, aufnehmen kann und diesen über­ lagert. In optimaler Weise ließen sich der Saugbetrieb und der Vorverdichtungs­ vorgang so aufeinander abstimmen, dass beide zur gleichen Zeit enden.

Bevorzugt kann die Ladedruckeinrichtung Einstellmittel zum Einstellen der Dick­ stoffverdichtung umfassen. Günstigerweise könnte hierzu die Kraft ermittelt wer­ den, mit der z. B. Quetschelemente auf ein Schlauchstück gedrückt werden. Hier­ durch lassen sich auch ohne direkte Druckmessung in der Dickstoffleitung Rück­ schlüsse auf den dort vorherrschenden Druck ziehen. Durch die Druckeinstellung lässt sich das Pumpverhalten zur Reduzierung von Pumpstößen optimieren. Für die verschiedenen Dickstoffe können unterschiedliche Vorverdichtungsdrücke re­ levant sein.

Um Beschädigungen der Dickstoffpumpe zu vermeiden, kann die Ladedruckein­ richtung eine Überlastsicherung zum Begrenzen der maximalen Dickstoffvorver­ dichtung umfassen. Dies könnte bei Verstopfungen oder Schaltstörungen etc. von großem Vorteil sein, insbesondere um einen elastisch verformbaren Abschnitt der Saugleitung zu schützen.

Die Ladedruckeinrichtung kann selbsttätig arbeiten oder unmittelbar mit dem An­ trieb der Pumpeinheiten gekoppelt sein. Von Vorteil ist es gemäß einer Variante, wenn die Quetschelemente der Ladedruckeinrichtung mittels einer Hydraulikein­ richtung betätigbar sind. Der Hydraulikkreislauf für die Quetschelemente kann unmittelbar mit einem Hydraulikkreislauf für die Pumpeinheiten gekoppelt werden, so dass eine direkte Abhängigkeit besteht. Jedoch sind auch alle anderen mögli­ chen Ansteuerungskonstruktionen denkbar.

Für Dickstoffe, wie Beton, haben sich insbesondere als Pumpeinheiten Förderzy­ linder mit Förderkolben bewährt, weshalb diese gemäß einer Ausführungsform bevorzugt eingesetzt werden. Mittels solcher Pumpeinheiten lassen sich die für die Betonförderung gewünschten Drücke zur Erzielung sehr großer Pumphöhen aufbringen.

Auch haben sich für einen solchen Einsatz als Umschaltventil Rohrweichen mit Schwenkrohrkörper bewährt, da die diese sich relativ unempfindlich gegenüber dem zu pumpenden Medium geben. Eine Variante sieht eine entsprechende An­ wendung vor.

Die vorliegende Erfindung könnte auch bei innerhalb eines Vorratsbehälters an­ geordneten Rohrweichen Anwendung finden. Gemäß einer besonderen Ausge­ staltung ist jedoch vorgesehen, dass die Rohrweiche ein den Schwenkrohrkörper zumindest bereichsweise im Abstand umgebendes Gehäuse umfasst, dass ein zwischen dem Gehäuse und dem Schwenkrohrkörper gebildeter Hohlraum Be­ standteil der Förderleitung ist und der zwischen den Pumpeinheiten umschaltbare Schwenkkörper Bestandteil der Saugleitung ist. Durch diese Anordnung entstehen keine Dichtprobleme an dem Schwenkrohrkörper (insbesondere S-Rohr) und ei­ ner Brillenplatte. Auch sind nur geringe oder keine Reaktionskräfte an dem Schwenkrohrkörper (insbesondere S-Rohr) und dessen Lagerung vorhanden.

Eine weitere Ausführungform besteht darin, dass die Rohrweiche ein den Schwenkrohrkörper zumindest im Abstand umgebendes Gehäuse umfasst, das ein zwischen dem Gehäuse und dem Schwenkrohrkörper gebildeter Hohlraum Bestandteil der Saugleitung ist und der zwischen den Pumpeinheiten umschaltba­ re Schwenkrohrkörper Bestandteil der Förderleitung ist. Die bei einer solchen Va­ riante vorherrschenden Bedingungen sind hinreichend aus üblichen Konstruktio­ nen bekannt und beherrschbar. Darüber hinaus liegt beim Umschalten des Schwenkrohrkörpers eine gleiche Druckbedingung vor wie bei dem anderen Aus­ führungsbeispiel, da auch das Gehäuse durch die Ladedruckeinrichtung unter Druck steht.

Aufgrund der Tatsache, dass die Innenwandung des Gehäuses ständig mit Dick­ stoff in Berührung steht und ein Schwenkrohrkörper an Teilen der Innenwandung entlanggleitet, ist es gemäß einer Variante vorgesehen, dass zumindest ein Teil der Innenwandung des Gehäuses zumindest bereichsweise mit Verschleißelemen­ ten versehen ist. Diese können dann ausgetauscht werden.

Auch ist es sinnvoll, wenn gemäß einer Ausführungsform das Gehäuse minde­ stens eine verschließbare Wartungs- bzw. Reinigungsöffnung aufweist.

Bevorzugt kann ein Ende der Saugleitung an einen Vorratsbehälter angeschlos­ sen sein. Schließlich besteht die Möglichkeit, das Umschaltventil flexibel an z. B. einem Betonmischfahrzeug anzuordnen. Auch kann durch diese Anordnung die Füllung der Saugleitung unterstützt werden, da der volle Druck des Dickstoffs aus dem Vorratsbehälter auf dieser lasten kann.

Vorteilhafterweise kann der Vorratsbehälter höhenverstellbar und schwenkbar ausgestaltet sein. Dies ist insbesondere bei Ausführungsformen sehr einfach möglich, bei denen das Umschaltventil nicht unmittelbar im Vorratsbehälter selbst angeordnet ist. Durch die Höhenverstellung erhöht sich auch der Fülldruck der Saugleitung.

Darüber hinaus bezieht sich die Erfindung auch auf ein Saug-/Pumpverfahren ei­ ner Dickstoffpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 11. Das Verfahren umfasst folgende Schritte:
Verbinden der Förderleitung mit einer ersten Pumpeinheit,
Verbinden der Saugleitung mit einer zweiten Pumpeinheit,
die erste Pumpeinheit schaltet auf Pumpbetrieb,
die zweite Pumpeinheit schaltet auf Saugbetrieb,
Vorverdichten bzw. Nachdrücken des Dickstoffs in der Saugleitung mittels einer von der ersten Pumpeinheit getrennt verdichtenden Ladedruckeinrichtung bis ge­ wünschte Vorverdichtung bzw. Füllmenge in der zweiten Pumpeinheit erzielt ist.

Das Verfahren hat entsprechend den Vorteil, dass auch separat von einer druck­ aufbringenden Pumpeinheit eine Vorverdichtung durch eine Ladedruckeinrichtung stattfinden kann. Die Ansteuerung der Pumpeinheit gestaltet sich wesentlich ein­ facher, da die Vorverdichtung maßgeblich von einer separaten Betätigung einer Ladedruckeinrichtung abhängt. Das Verfahren stellt daher einen kontinuierliche­ ren Förderstrom bereit. Die in Anspruch 12 wiedergegebenen Schritte laufen an­ schließend nach einem Umschaltvorgang jeweils für die andere Pumpeinheit (erste Pumpeinheit im Saugbetrieb, zweite Pumpeinheit im Pumpbetrieb) ab, bis der Zyklus dann von neuem beginnt. Der Ablauf der einzelnen Verfahrensschritte läuft teilweise gleichzeitig bzw. überschneidend ab. Insbesondere kann der Vor­ verdichtungs- bzw. Nachdrückvorgang nach Beenden des Saugbetriebs, über­ schneidend zum Saugbetrieb oder während des Saugbetriebs mit gleichzeitigem Ende erfolgen.

Die größte Vereinfachung wird dann erzielt, wenn die erste Pumpeinheit beim Vorverdichtungsschritt durch die Ladedruckeinrichtung stillsteht bzw. den Saugbe­ trieb beendet. Die optimale Füllung der Pumpeinheit wird dann durch die Lade­ druckeinrichtung bestimmt. Diese entspricht dann auch gleichzeitig der maximal möglichen Füllung, durch die sich der Wirkungsgrad der Pumpeinheiten beträcht­ lich erhöhen lässt.

Eine weitere Verfahrensvariante besteht darin, dass in der Endphase des Saugbe­ triebs der zweiten Pumpeinheit die Ladedruckeinrichtung mit einer, den Saugbe­ trieb der zweiten Pumpeinheit überlagernden Leistung zugeschaltet wird. Die Endphase wird demnach hauptsächlich von der Ladedruckeinrichtung bestimmt, die dann den Dickstoff nachdrückt. Gleichzeitig beendet jedoch die zweite Pum­ peinheit ihren Saugbetrieb, um ihre maximale Füllstellung noch einzunehmen. Während dieses gesamten Vorgangs kann sich bereits die gewünschte Dickstoff­ verdichtung einstellen, obwohl die zweite Pumpeinheit mit ihrem Saugbetrieb noch nicht gänzlich fertig ist.

Günstigerweise ist in diesem Zusammenhang vorgesehen, dass die zweite Pum­ peinheit den Saugbetrieb gleichzeitig mit dem Vorverdichtungs- bzw. Nachdrück­ vorgang beendet. Das bedeutet, dass sobald die zweite Pumpeinheit mit dem Saugbetrieb fertig ist, eine vollständig vorgespannte Dickstoffsäule vorhanden ist, die dann durch Umschalten in den Pumpbetrieb in die Förderleitung gedrückt werden kann. Zeitverluste durch die Vorverdichtung entstehen somit nicht.

Unstetigkeiten im Förderstrom, insbesondere durch Zurücksacken der Dick­ stoffsäule in der Förderleitung können gemäß einer Variante dadurch verringert werden, dass durch die Vorverdichtung ein Druck in der Saugleitung aufgebaut wird, der im Wesentlichen dem Druck in der Förderleitung während des Pumpbe­ triebs entspricht. Beim Umschaltvorgang von der einen auf die andere Pumpein­ heit kommt der vorverdichtete Dickstoff mit dem Dickstoff in der Förderleitung in Verbindung. Da beide im Wesentlichen den gleichen Druck aufweisen, entstehen keine Schwingungen in der Dickstoffsäule.

Damit auch der Umschaltvorgang weiter optimiert werden kann, ist gemäß einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass während eines Umschaltvorgangs von der ersten auf die zweite Pumpeinheit beide Pumpeinheiten mit halbiertem Volumenstrom im Pumpbetrieb arbeiten. Überdeckungen, die beim Umschaltvor­ gang z. B. durch ein Umschaltventil vorhanden sind, werden hierdurch kompen­ siert. Als Ergebnis ist auch während des Umschaltvorgangs ein möglichst konstan­ ter Förderstrom vorhanden.

Im Folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1a bis 1d eine schematische Ablauffolge des Pumpvorgangs bei einer Zweizylinder-Dickstoffpumpe, und

Fig. 2a bis 2i eine schematische Ablauffolge einer zweiten Ausführungsform bei einer Zweizylinder-Dickstoffpumpe.

Der Aufbau der Pumpe ist in den Zeichen nur schematisch dargestellt. Für einige der Baugruppen gibt es jedoch im Stand der Technik genug Beispiele, wie diese im Detail aufgebaut sind, so dass hierauf verwiesen wird.

Die in den Fig. 1a bis 1d dargestellte Dickstoffpumpe dient vorrangig zum Fördern von Beton. Diese umfasst eine erste Pumpeinheit 1 und eine zweite Pumpeinheit 2. Es handelt sich bei den Pumpeinheiten 1 und 2 um Zylinder/Kolben-Pumpen, die mittels eines längsbeweglichen, hin und her fahrbaren Kolbens 3 und 4 den Dickstoff entweder ansaugen oder pumpen. Die Kolben 3 und 4 werden über ge­ eignete Hydrauliksteuerungen angesteuert, so dass geeignete Pumpdrücke auf­ gebracht werden können. Der Querschnitt der Pumpeinheiten 1 und 2 ist kreis­ förmig, so dass an ihrem einen Ende jeweils kreisförmige Öffnungen 5 und 6 vor­ handen sind. Die kreisförmigen Öffnungen münden in einem Rohrweichengehäu­ se 7 im Abstand zueinander. Im Wesentlichen senkrecht zu der dargestellten Ebene weist das Rohrweichengehäuse 7 eine weitere kreisförmige Öffnung 8 auf, an der ein nicht weiter dargestellter Förderleitungsstrang angeschlossen ist. Die­ ser Förderleitungsstrang steht somit mit dem Inneren des Rohrweichengehäuses 7 in direkter Verbindung. Den Pumpeinheiten 1 und 2 gegenüberliegend ist eine weitere Öffnung 9 im Rohrweichengehäuse 7 vorgesehen, die mit einem Sauglei­ tungsabschnitt 10 in Verbindung steht.

Die Öffnung 9 mündet nicht in das Innere des Rohrweichengehäuses 7, sondern ist Bestandteil eines S-förmigen Schwenkrohrkörpers 11. Die Schwenkachse bzw. Drehachse des Schwenkrohrkörpers 11 ist gleichzeitig die Mittenachse der Öff­ nung 9. Das gegenüberliegende Ende des Schwenkrohrkörpers 11 gleitet auf ei­ ner Brillenplatte 12, die Bestandteil des Rohrweichengehäuses 7 ist. Dieses ge­ genüberliegende Ende lässt sich zum einen mit der Öffnung 5 der ersten Pum­ peinheit 1 oder mit der Öffnung 6 der zweiten Pumpeinheit 2 in Deckung bringen. In Abhängigkeit der Schaltstellung des Schwenkrohrkörpers 11 befindet sich dem­ nach der Saugleitungsabschnitt 10 einmal mit der Pumpeinheit 1, wie in der Fig. 1a dargestellt, oder in der anderen Schaltstellung mit der Pumpeinheit 2 in Ver­ bindung, wie in Fig. 1d dargestellt.

Der Saugleitungsabschnitt 10 ist an seinem anderen Ende mit einem Vorratsbe­ hälter bzw. Einfülltrichter 13 verbunden, in den der Dickstoff eingefüllt wird. Im Falle von Beton erfolgt dies z. B. mittels eines Betonfahrmischers.

Aus den Zeichnungen ist zu entnehmen, dass das Innere des Schwenkrohrkör­ pers 11 Bestandteil der Saugleitung ist, und dass der zwischen der Innenseite des Rohrweichengehäuses 7 und der Außenseite des Schwenkrohrkörpers 11 gebilde­ te Hohlraum 14 Bestandteil der Förderleitung ist.

Der Saugleitungsabschnitt 10 besteht zumindest zum Teil aus einem elastisch verformbaren Schlauchstück. Es handelt sich hierbei um einen hochfesten, bevor­ zugt mit einer Armierung versehenen Elastomerschlauch, wie er auch bereits bei Schlauchpumpen für die Dickstoffförderung eingesetzt wird. An der Außenseite des Saugleitungsabschnitts 10 sind zumindest an einer Stelle verfahrbare Quet­ schelemente 15, 16 vorgesehen, die den Saugleitungsabschnitt 10 in radialer Richtung zusammendrücken können. Die Ansteuerung dieser Quetschelemente, bevorzugt Rollen, erfolgt mittels eines hydraulischen Antriebs, der mit dem Antrieb der Pumpeinheiten 1 und 2 gekoppelt sein kann. Es besteht auch die Möglichkeit, dass auch nur ein Quetschelement gegen einen Festanschlag, auf dem der Saug­ leitungsabschnitt 10 aufliegt, wirkt. Auch besteht die Möglichkeit, dass die Quetschelemente 15, 16 neben ihrer radialen Betätigungsrichtung auch axial zum Saugleitungsabschnitt 10 verfahrbar sind. Sie rollen sich dann um Achsen an dessen Oberfläche, insbesondere in Richtung der Pumpeinheiten 1 und 2, ab.

Im Folgenden wird die Funktionsweise der Dickstoffpumpe anhand der Fig. 1a bis 1d näher erläutert.

Zunächst wird der Dickstoff, insbesondere Beton in den Vorratsbehälter 13 einge­ füllt. Die Quetschelemente 15, 16 der Ladedruckeinrichtung 17 sind dabei in ihrem geöffneten Zustand. Der Dickstoff fließt durch sein Eigengewicht und des zumeist höher angeordneten Vorratsbehälters 13 zumindest teilweise in den Sauglei­ tungsabschnitt 10 hinein. Der Schwenkrohrkörper 11 befindet sich in der in Fig. 1a dargestellten Stellung und verbindet den Saugleitungsabschnitt 10 mit der Pum­ peinheit 1. Zu Beginn befindet sich der Kolben 3 der Pumpeinheit 1 in der Nähe der Öffnung 5. In dieser Stellung startet der Saugbetrieb der Pumpeinheit 1 und der Kolben 3 fährt zurück. Durch den Unterdruck wird Dickstoff durch den Sauglei­ tungsabschnitt 10 und den Schwenkrohrkörper 11 in die Pumpeinheit 1 einge­ saugt.

Beim allerersten Hub ist selbstverständlich der Luftanteil beim Ansaugvorgang et­ was größer. Da die Funktion der Dickstoffpumpe im normalen Betrieb näher erläu­ tert werden soll, soll für die folgenden Erläuterungen von einer normalen Füllung mit üblichem Luftanteil sowie bereits gefüllter Förderleitung ausgegangen werden.

Nachdem der Kolben 3 der Pumpeinheit 1 seine Endstellung erreicht hat bzw. kurz vorher, wird die Ladedruckeinrichtung 17 betätigt. Hierzu fahren die Quetsch­ elemente 15 und 16 zusammen und drücken den flexiblen Saugleitungsab­ schnitt 10 zusammen bis dieser an der Quetschstelle verschlossen ist. Durch die­ sen Vorgang wird auch gleichzeitig Dickstoff in den Saugleitungsabschnitt 10 über den Schwenkrohrkörper 11 und in die Pumpeinheit 1 nachgedrückt, so dass eine Vorverdichtung stattfindet. Da der Dickstoff an sich relativ unkompressibel ist und hauptsächlich der prozentual viel geringere Luftanteil komprimiert werden muss, kann durch relativ geringe Verformung des Saugleitungsabschnittes 10 eine re­ spektable Druckerhöhung des Dickstoffes erreicht werden. Sollte die reine radiale Verformung des Saugleitungsabschnitts 10 durch die Quetschelemente 15, 16 nicht ausreichen, können diese auch noch axial verfahren werden, so dass sich hierdurch der Druck weiter steigern lässt.

Aufgrund des Nachdrückens des Dickstoffes in die Pumpeinheit 1 erfolgt eine op­ timale Füllung bei vollständig zurückgefahrenem Kolben 3. Dieser Zustand ist in Fig. 1c dargestellt. Während des gesamten Vorspannvorgangs fördert der Kolben 4 der Pumpeinheit 2 Dickstoff in die Förderleitung. Durch Vorbewegen des Kolbens 4 in Richtung des Rohrweichengehäuses 7 wird der sich darin befindliche Dickstoff in den Hohlraum 14 und aus der Öffnung 8 in den daran angeordneten Förderleitungsabschnitt gedrückt. Die Vorspannung des Dickstoffs in der Sauglei­ tung erfolgt bevorzugt mit dem gleichen Druck, wie das Herausdrücken des Dick­ stoffs mittels des Kolbens 4. Anschließend erfolgt gemäß Fig. 1d ein Umschwen­ ken des Schwenkrohrkörpers 11, so dass die Pumpeinheit 1 über die Öffnung 5 mit dem Hohlraum 14 des Rohrweichengehäuses 7 in Verbindung steht und die Pumpeinheit 2 mit der Saugleitung verbunden ist. Sobald der Schwenkrohrkörper 11 vollständig in seine zweite Stellung geschwenkt ist, öffnet die Ladedruckeinrich­ tung 17 durch Zurückfahren der Quetschelemente 15 und 16 (siehe Fig. 1d). So­ bald beim Umschalten von der Stellung aus Fig. 1c in die Stellung aus Fig. 1d ei­ ne negative Überdeckung des Schwenkrohrkörpers 11 mit der Öffnung 5 stattfin­ det, steht der vorgespannte Inhalt der Pumpeinheit 1 sofort mit dem ebenfalls un­ ter Druck stehenden Dickstoff in dem Rohrweichengehäuse 7 in Verbindung. Eine Kompression des Dickstoffs in der Pumpeinheit 1 aufgrund des nunmehr anlie­ genden Förderdrucks findet nicht statt, da dieser bereits entsprechend vorge­ spannt ist.

Beim Umschaltvorgang gibt es zumindest zwei Ansteuerungsvarianten. Entweder beginnt der Kolben 3 mit seinem Pumphub erst, wenn der Schwenkrohrkörper 11 vollständig zur anderen Pumpeinheit 2 übergeschwenkt ist oder während des Um­ schaltvorgangs führen beide Kolben 3 und 4 einen Pumphub mit halber Förderge­ schwindigkeit aus. Im zweiten Fall bedeutet dies, dass Kolben 3 seine Bewegung schon beginnt, wenn Kolben 4 seinen Pumphub noch gerade beendet.

Nach vollständigem Umschalten gemäß der Fig. 1d fährt dann der Kolben 3 mit voller Geschwindigkeit, während der Kolben 4 seinen Saughub beginnt und Dick­ stoff über den Saugleitungsabschnitt aus dem Vorratsbehälter 13 ansaugt. Der Pumpvorgang setzt sich dann mit vertauschten Pumpeinheiten fort.

Durch das Erreichen einer optimalen Füllung der Pumpeinheiten beim Saugbe­ trieb und der zusätzlichen Vorspannung durch die Ladedruckeinrichtung 17 kann die Kapazität der Pumpeinheiten 1 und 2 vollständig ausgenutzt werden. Gegen­ über gleichartigen Pumpeinheiten, bei denen die Komprimierung durch die Kolben 3 oder 4 selbst vorgenommen wird, ergibt sich eine Wirkungsgradverbesserung von bis zu 20%.

Anhand der Fig. 2a bis 2i wird nunmehr eine Variante des vorangegangenen Ausführungsbeispiels näher erläutert. Der Unterschied besteht hauptsächlich in der Ansteuerung der Dickstoffpumpe und nicht in einem prinzipiell anderen Auf­ bau.

Sofern auf gleiche Bauelemente wie bei dem vorangegangenen Ausführungsbei­ spiel zurückgegriffen wird, werden gleiche Bezugsziffern verwendet und auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen.

Gemäß der Fig. 2a befindet sich die Pumpeinheit 1 im Saugbetrieb und die Pum­ peinheit 2 im Pumpbetrieb. Die Ladedruckeinrichtung 17 ist offen, so dass ein An­ saugen aus dem Vorratsbehälter 13 in die Pumpeinheit 1 erfolgen kann. An­ schließend wird gegen Ende des Saugbetriebs gemäß der Fig. 2b und 2c die La­ dedruckeinrichtung 17 betätigt, so dass eine vollständige Füllung der Pumpeinheit 1 stattfindet und eine Vorspannung durch Drucksteigerung vorhanden ist. Wäh­ rend der Kolben 4 noch weiterfördert, schaltet der Schwenkrohrkörper 11 in eine mittlere Stellung. Gleichzeitig halbiert sich die Fördergeschwindigkeit des Kolbens 4 und der Kolben 3 startet mit halber Fördergeschwindigkeit seinen Pumpbetrieb. Beide Kolben 3 und 4 fördern demnach gleichzeitig; jedoch mit gleichem Volu­ menstrom wie zuvor.

In dieser Zwischenstellung steht das an der Brillenplatte 12 anliegende Ende des Schwenkrohrkörpers mit keiner Öffnung 5 oder 6 der Pumpeinheiten 1 oder 2 in Verbindung. Die Ladedruckeinrichtung 17 öffnet durch radiales auseinander Fah­ ren der Quetschelemente 15 und 16. Gemäß der Fig. 2e beendet der Kolben 4 seinen Pumphub und schließt im Wesentlichen eben mit der Brillenplatte 12 ab und verschließt demnach die Öffnung 6. Sobald der Kolben 4 seinen Pumphub stoppt, fährt der Kolben 3 mit normaler Fördergeschwindigkeit weiter, so dass der Volumenstrom, der aus der Öffnung 8 hinausgedrückt wird, aufrecht erhalten bleibt.

Anschließend schaltet bzw. schwenkt der Schwenkrohrkörper 11 vollständig in seine zweite Stellung, in der er den Saugleitungsabschnitt 10 mit der Pumpeinheit 2 verbindet. Die Pumpeinheit 2 beginnt dann mit dem Saugbetrieb durch Zurück­ fahren des Kolbens 4. Der Umschaltvorgang aus der Stellung der Fig. 2e in die Stellung der Fig. 2f hat keinen Einfluss auf den Förderstrom, da der Kolben 4 ei­ nen Kurzschluss zwischen Schwenkrohrkörper 11 und Rohrweichengehäuse 7 verhindert.

Gegen Ende des Saugbetriebs gemäß der Fig. 2g und 2h setzt dann die Lade­ druckeinrichtung 17 wieder ein und sorgt für eine vollständige Füllung der Pum­ peinheit 2 mit entsprechender Vorspannung. Der Vorspanndruck soll auch hier im Wesentlichen dem Förderdruck in der Förderleitung, insbesondere im Rohrwei­ chengehäuse 7, entsprechen.

In Fig. 2i ist wiederum der Umschaltvorgang in die andere Richtung äquivalent zur Fig. 2e dargestellt. Beide Kolben 3 und 4 befinden sich dann im Pumphub mit je­ weils halber Geschwindigkeit.

Dieses Verfahren ist auch bei einer Ausführungsform anwendbar, bei der der Schwenkrohrkörper 11 nicht mit dem Saugleitungsabschnitt, sondern mit der För­ derleitung in ständiger Verbindung steht. Bei einer solchen Ausführungsform er­ folgt die Ansaugung über das Rohrweichengehäuse. Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen können noch Einstellmittel zum Einstellen der Ladedruck­ einrichtung vorgesehen sein, um unterschiedliche Dickstoffverdichtungen einju­ stieren zu können. Darüber hinaus kann auch eine Überlastsicherung zum Be­ grenzen der maximalen Dickstoffverdichtung und Vermeiden der Überlastung der Dickstoffpumpe vorhanden sein.

Die erfindungsgemäße Art der Ausgestaltung einer Dickstoffpumpe eignet sich auch hervorragende für Umrüstungen bei bestehenden Pumpanlagen. Selbst Dickstoffpumpen, die nicht über Pumpeinheiten verfügen, die gemäß der Variante der Fig. 2a bis 2i ansteuerbar sind, können mit einer Ladedruckeinrichtung nach­ träglich versehen werden, so dass sich auch hier ein kontinuierlicher Förderstrom einstellt. Das bedeutet, dass auch die einfachste Form von Dickstoffpumpen für größere Förderhöhen einsetzbar ist. Bei großen Förderhöhen entstehen Schwin­ gungen, die aufgrund eines nicht kontinuierlichen Förderstroms, eine sehr große Rolle spielen. Insbesondere werden auch Kompressionsstöße, die durch schlag­ artiges Komprimieren des sich in einer Pumpeinheit befindlichen Dickstoffvolu­ mens beim Umschalten durch die Vorspannung beseitigt.

Weitere Varianten sehen z. B. vor, dass die Ladedruckeinrichtung eine Membran umfasst oder durch eine zylindrische Kolbeneinheit gebildet wird. Darüber hinaus kann auch die Pumpleistung der Ladedruckeinrichtung größer sein als die Saugleistung einer der Pumpeinheiten. Ein vorteilhaftes Gehäuse wird dadurch erzielt, dass zumindest ein Teil der Innenwandung des Gehäuses zumindest be­ reichsweise mit Verschleißelementen versehen sein kann. Darüber hinaus kann bei einer Variante das Gehäuse mindestens eine verschließbare Wartungs- bzw. Reinigungsöffnung aufweisen. Ein höhenverstellbar und schwenkbarer Vorratsbe­ hälter bringt ebenfalls einige Vorteile bei einer Variante.

Das Verfahren kann auch durch einen zusätzlichen Schritt ergänzt sein, bei der in der Endphase des Saugbetriebs einer der Pumpeinheiten die Ladedruckeinrich­ tung mit einer, den Saugbetrieb dieser Pumpeinheit überlagernden Leistung zu­ geschaltet wird. Insbesondere kann die zweite Pumpeinheit den Saugbetrieb gleichzeitig mit dem Vorverdichtungs- bzw. Nachdrückvorgang beenden.

Claims (23)

1. Dickstoffpumpe mit mindestens zwei sich im Pump- und Saugbetrieb abwech­ selnden Pumpeinheiten (1, 2), einer Förderleitung, einer Saugleitung, und einem Umschaltventil (11) zum Umschalten zwischen den Pumpeinheiten (1, 2), wobei durch das Umschaltventil (11) eine Pumpeinheit (1, 2) im Pumpbetrieb mit der Förderleitung und eine Pumpeinheit (1, 2) im Saugbetrieb mit der Saugleitung ver­ bunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Saugleitung eine von den Pumpeinheiten (1, 2) getrennt wirkende Ladedruckeinrichtung (17) zum akti­ ven Bewirken einer Dickstoffverdichtung vorgesehen ist.

2. Dickstoffpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sauglei­ tung einen elastisch verformbaren Abschnitt (10) umfasst und die Ladedruckein­ richtung (17) Quetschelemente (15, 16) aufweist, durch die der elastisch verform­ bare Abschnitt (10) der Saugleitung für eine Druckerhöhung zusammendrückbar ist.

3. Dickstoffpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der ela­ stisch verformbare Abschnitt (10) der Saugleitung ein Schlauchstück ist.

4. Dickstoffpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lade­ druckeinrichtung eine Membran umfasst.

5. Dickstoffpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lade­ druckeinrichtung eine Zylinder/Kolbeneinheit umfasst.

6. Dickstoffpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpleistung der Ladedruckeinrichtung größer ist als die Saugleistung einer der Pumpeinheiten (1, 2).

7. Dickstoffpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladedruckeinrichtung (17) Einstellmittel zum Einstellen der Dickstoffvor­ verdichtung umfasst.

8. Dickstoffpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladedruckeinrichtung eine Überlastsicherung zum Begrenzen der maxi­ malen Dickstoffvorverdichtung umfasst.

9. Dickstoffpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Quetschelemente (15, 16) der Ladedruckeinrichtung (17) mittels einer Hydraulikeinrichtung betätigbar sind.

10. Dickstoffpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpeinheiten (1, 2) Förderzylinder mit Förderkolben sind.

11. Dickstoffpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeich­ net, dass das Umschaltventil eine Rohrweiche mit Schwenkrohrkörper (11) ist.

12. Dickstoffpumpe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrweiche ein den Schwenkrohrkörper (11) zumindest bereichsweise im Abstand umgebendes Gehäuse (7) umfasst, das ein zwischen dem Gehäuse (7) und dem Schwenkrohrkörper (11) gebildeter Hohlraum (14) Bestandteil der Förderleitung ist und der zwischen den Pumpeinheiten (1, 2) umschaltbare Schwenkrohrkörper (11) Bestandteil der Saugleitung ist.

13. Dickstoffpumpe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrweiche ein den Schwenkrohrkörper (11) zumindest im Abstand umgebendes Gehäuse (7) umfasst, das ein zwischen dem Gehäuse (7) und dem Schwenkrohr­ körper (11) gebildeter Hohlraum (14) Bestandteil der Saugleitung ist und der zwi­ schen den Pumpeinheiten (1, 2) umschaltbare Schwenkrohrkörper (11) Bestandteil der Förderleitung ist.

14. Dickstoffpumpe nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teü der Innenwandung des Gehäuses (7) zumindest bereichsweise mit Verschleißelementen versehen ist.

15. Dickstoffpumpe nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeich­ net, dass das Gehäuse (7) mindestens eine verschließbare Wartungs- bzw. Rei­ nigungsöffnung aufweist.

16. Dickstoffpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeich­ net, dass ein Ende der Saugleitung an einen Vorratsbehälter (13) angeschlossen ist.

17. Dickstoffpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeich­ net, dass der Vorratsbehälter (13) höhenverstellbar und schwenkbar ist.

18. Saug-/Pumpverfahren einer Dickstoffpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, das folgende Schritte umfasst:
Verbinden der Förderleitung mit einer ersten Pumpeinheit (1);
Verbinden der Saugleitung mit einer zweiten Pumpeinheit (2);
die erste Pumpeinheit (1) schaltet auf Pumpbetrieb;
die zweite Pumpeinheit (2) schaltet auf Saugbetrieb;
Vorverdichten bzw. Nachdrücken des Dickstoffs in der Saugleitung mittels einer von der ersten Pumpeinheit (1) getrennt verdichtenden Ladedruckeinrichtung (17) bis gewünschte Vorverdichtung bzw. Füllmenge in der zweiten Pumpeinheit (2) erzielt ist.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Pumpeinheit (1, 2) beim Vorverdichtungsschritt durch die Ladedruckeinrichtung (17) stillsteht bzw. den Saugbetrieb beendet.

20. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass in der Endphase des Saugbetriebs der zweiten Pumpeinheit (2) die Ladedruckeinrich­ tung mit einer, den Saugbetrieb der zweiten Pumpeinheit (2) überlagernden Lei­ stung zugeschaltet wird.

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Pumpeinheit (2) den Saugbetrieb gleichzeitig mit dem Vorverdichtungs- bzw. Nachdrückvorgang beendet.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Vorverdichtung ein Druck in der Saugleitung aufgebaut wird, der im Wesentlichen dem Druck in der Förderleitung während des Pumpbetriebs ent­ spricht.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass während eines Umschaltvorgangs von der ersten auf die zweite Pumpeinheit (1, 2) beide Pumpeinheiten (1, 2) mit halbiertem Volumenstrom im Pumpbetrieb ar­ beiten.