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Die
Erfindung betrifft eine Doppelkolbenpumpe für Biogasanlagen, die eine Schmier-
und Montagekammer aufweist, an die zwei Zylinder angeschlossen sind,
in denen jeweils ein Kolben geführt ist,
und die Zylinder mit einer Ansaugkammer verbunden sind, in der ein
Schieber zum abwechselnden Öffnen
und Schließen
der Zylinder vorgesehen ist, an dem ein Anschluss für eine Leitung
zur Verbindung mit einem Reaktor angeordnet ist.
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Biogasanlagen
dienen zur Erzeugung von Biogas aus Biomasse. Das gewonnene Gas
wird überwiegend
zur Strom- und Wärmeerzeugung
in einem angeschlossenen Kraftwerk genutzt. Ebenso kann das gewonnene
Biogas als Kraftstoff für
gasbetriebene Fahrzeuge dienen. Zur Gewinnung des Biogases werden
verschiedene Rohstoffe wie beispielsweise Bioabfall oder Gülle in einen
Reaktor eingebracht. Die Einbringung in den Reaktor erfolgt mit
Hilfe von Pumpen.
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Zur
Einbringung der Rohstoffe in den Reaktor finden üblicherweise Drehkolben- oder Schneckenverdränger-Pumpen
Anwendung. Diese Pumpen beinhalten den Nachteil, dass sie zur Förderung von
Trockensubstraten, die eine Trockenmasse von mehr als 10% aufweisen,
kaum geeignet sind. Aufgrund des hohen Trockenmasseanteils neigen
die bekannten Pumpen zur Verstopfung. Zudem sind die eingesetzten
Pumpen aufgrund ihrer rotierenden Teile empfindlich gegen Feststoffe,
die sich in dem zu fördernden
Material befinden. Insbesondere bei der Beförderung von Abfällen sind
solche Fremdkörper wie
beispielsweise Steine, Sand, Futterreste, Knochen oder dergleichen
nicht zu vermeiden. Die bekannten Pumpen weisen daher einen sehr
großen Verschleiß auf, der
bis zum Ausfall der Pumpen reichen kann, wodurch einerseits die
Betriebssicherheit, andererseits die Lebensdauer der Pumpen deutlich
reduziert ist. Zudem ist mit den bekannten Pumpen nur ein relativ
geringes Druckniveau erreichbar, was die Beförderung von Trockenmasse zusätzlich erschwert.
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Zur
Erreichung höherer
Drücke
sind beispielsweise Doppelkolbenpumpen bekannt. Diese weisen zwei
Zylinder auf, in denen jeweils ein Kolben verfahrbar angeordnet
ist. Durch ein auf die Verfahrenbewegung der Kolben abgestimmtes Öffnen und Schließen der
Zylinder, ist ein Ansaugen und Ausstoßen des zu befördernden
Mediums möglich.
Solche Doppelkolbenpumpen finden beispielsweise Anwendung im Betonbau
beziehungsweise in Flüssigfütterungsanlagen.
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Die
einfache Übernahme
der bekannte Doppelkolbenpumpen in Biogasanlagen, bei denen Trockenmasse
befördert
wird, ist nicht möglich
und zwar aus folgendem Grund: Sowohl im Betonbau als auch bei Flüssigfütterungsanlagen
weist das zu befördernde
Medium einen hohen Wasseranteil auf. Infolgedessen lässt sich
das Medium relativ leicht fördern. Dies
ist bei Trockenmasse nicht der Fall; unter dem Einfluss der Druckpumpen
erreicht die Trockenmasse eine sehr hohe Festigkeit, so dass zur
Beförderung
der Trockenmasse sehr hohe Drücke
erforderlich sind, die lediglich mit Doppelkolbenpumpen erreichbar
sind. Allerdings ist im Falle einer Funktionsstörung und eines damit einhergehenden
Rückstaus der
Trockenmasse die Gefahr eines Berstens der Leitung gegeben. In diesem
Fall würde
eine weitere Förderung
von Trockenmasse zu einer Verstopfung der gesamten Anlage einschließlich der
Doppelkolbenpumpe führen.
Da die Trockenmasse außerordentlich
verdichtet ist, ist eine Beseitigung der Verstopfung dann nur mit
außerordentlich
hohem Aufwand und damit mit außerordentlich
hohen Kosten möglich.
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Zur
Beseitigung dieses Nachteils liegt der vorliegenden Erfindung die
Aufgabe zugrunde, eine Doppelkolbenpumpe für Biogasanlagen zu schaffen, bei
der eine Störung
des Förderprozesses
zu einer gezielten Unterbrechung des Förderprozesses führt. Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass die Leitung mit einer Solbruchstelle versehen ist.
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Mit
der Erfindung ist eine Doppelkolbenpumpe für Biogasanlagen geschaffen,
bei der eine Störung
des Förderprozesses
zu einer gezielten Unterbrechung des Förderprozesses führt. Die
Sollbruchstelle in der Leitung hat im Falle einer Störung im
Förderprozess
eine definierte Zerstörung
der Leitung zur Folge, die. ein Signal auslöst, welches unmittelbar den
Fördervorgang
unterbricht. Auf diese Weise ist die weitere Tätigkeit der Pumpe unterbunden,
so dass eine weitere Komprimierung des Trockenmaterials und damit
eine endgültige
Verstopfung des Systems vermieden ist.
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In
Weiterbildung der Erfindung ist die Leitung von einem Schlauch gebildet.
Die Verwendung eines Schlauchs als Leitung bietet den Vorteil, dass
hierdurch eine Beweglichkeit geschaffen ist, die die Beweglichkeit
des Schiebers ohne aufwendige Verwendung von Gelenken im Leitungssystem
ermöglicht. Gleichzeitig
kann durch die Dimensionierung des Schlauches die Sollbruchstelle
realisiert sein. Durch die Auswahl unterschiedlicher Materialien
sowie unter schiedlicher Abmessungen des Schlauches kann eine Abstimmung
auf den Auslösezeitpunkt
im Falle einer Betriebsstörung
frei erfolgen.
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In
anderer Weiterbildung der Erfindung ist der Schlauch bereichsweise
von einer Manschette umgeben. Die Manschette führt zu einer Erhöhung der
Stabilität
des Schlauches gegen Durchbiegung. Aufgrund der Bewegung des Schiebers
ist es erforderlich, den Schlauch auf die maximal erforderliche Länge zur
Verbindung mit dem übrigen
Leitungssystem auszulegen. Beim Verfahren des Schiebers von einer
geschlossenen Zylinderposition in die geschlossene Position des
benachbarten Zylinders erfolgt eine Änderung des Abstands zum übrigen Leitungssystem,
was bei Verkürzung
des Abstandes zu einem Durchhängen
des Schlauches führen
kann. Ein solches Durchhängen
würde sich
negativ auf die Fördereigenschaften
der Pumpe auswirken. Zur Vermeidung dieses Nachteils ist die Manschette
um den Schlauch vorgesehen.
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In
Ausgestaltung der Erfindung ist die Ansaugkammer mit einem Steinfang
versehen. Der Steinfang bietet die Möglichkeit, Feststoffe, die
sich in der Trockenmasse befinden, zu sammeln um eine Beförderung
der Feststoffe in den Reaktor zu vermeiden. Dadurch ist die Qualität der in
den Reaktor gelangenden Trockenmasse zusätzlich erhöht.
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Andere
Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den übrigen Unteransprüchen angegeben.
Ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend
im Einzelnen beschrieben. Es zeigen:
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1 die
Ansicht der schematischen Darstellung einer Doppelkolbenpumpe;
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2 die
Draufsicht auf die in 1 dargestellte Doppelkolbenpumpe;
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3 die
Seitenansicht von rechts auf die in 1 dargestellte
Doppelkolbenpumpe;
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4 die
Seitenansicht von links auf die in 1 dargestellte
Doppelkolbenpumpe;
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5 den
Schnitt entlang der Linie A-A in 2;
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6 den
Schnitt entlang der Linie B-B in 2 und
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7 die
perspektivische Darstellung der in 1 dargestellten
Doppelkolbenpumpe.
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Die
als Ausführungsbeispiel
gewählte
Doppelkolbenpumpe für
Biogasanlagen weist eine Schmier- und Montagekammer 1 auf.
An die Kammer 1 sind zwei Zylinder 2, 3 angeschlossen,
die mit einer Ansaugkammer 4 verbunden sind. In der Ansaugkammer 4 ist
ein Schieber 5 vorgesehen, an dem ein Anschluss für eine Leitung 6 zur
Verbindung mit einem – nicht
dargestellten – Reaktor
angeordnet ist. Zudem ist eine Sensorik vorgesehen, die kontinuierlich
den Betriebszustand der Doppelkolbenpumpe ermittelt, wobei insbesondere
die Zylinder, das Druckniveau, die Position des Schiebers usw. überwacht werden.
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Die
Schmier- und Montagekammer 1 ist im Betriebszustand der
Doppelkolbenpumpe mit Öl
angefüllt.
Das Öl
dient zur Schmierung der gesamten Pumpe und erhöht die Betriebssicherheit.
Durch Ablassen des in der Kammer 1 befindlichen Öls kann diese
als Montagekammer verwendet werden, um beispielsweise Reparaturen
an der Pumpe durchführen
zu können.
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Die
Zylinder 2, 3 sind einerseits an die Kammer 1,
andererseits an die Ansaugkammer 4 angeflanscht. In den
Zylindern 2, 3 sind Kolben 21 und 31 geführt. Die
Kolben 21 und 31 sind über eine gemeinsame Steuerung
steuerbar und arbeiten gegenläufig. Dies
hat zur Folge, dass der Kolben 21 sich in seiner maximalen
Ausstoßposition
befindet, wenn der Kolben 31 in seiner äußersten Ansaugposition ist
und umgekehrt. Hierdurch ist ein quasi-kontinuierlicher Pumpvorgang
erzielt.
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Die
Ansaugkammer 4 ist mit einem Zulauf 41 versehen, über den
die Trockenmasse in die Ansaugkammer 4 eingebracht wird.
Die Kammer 4 weist im Bodenbereich eine trichterförmige Ausbildung
aus, die als Steinfang 42 dient. Im Bereich des Steinfangs 42 ist
eine Entnahmeöffnung 43 vorgesehen,
die eine Reinigung des Steinfangs 42 ermöglicht.
Zudem ist die Kammer 4 mit Öffnungen 44 und 45 versehen,
die der Verbindung mit den Zylindern 2 und 3 dienen.
Zudem ist die Kammer 4 mit einer Auslassöffnung 46 versehen,
die der Verbindung mit dem Reaktor dient.
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Der
Schieber 5 ist im Bereich der Öffnungen 44 und 45 der
Ansaugkammer 4 angeordnet. Im Ausführungsbeispiel ist der Schieber 5 vertikal
verfahrbar. Der Schieber 5 ist mit einem Durchtritt 51 versehen,
dessen Durchmesser im Wesentlichen dem Durchmesser der Zylinder 2 und 3 entspricht.
Der Schieber 5 weist einen Anschlussflansch 52 zur
Verbindung mit der Leitung 6 auf. Der Schieber 5 ist
hydraulisch betätigt
und ist mit der Bewegung der Kolben 21 und 31 getaktet.
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Die
Leitung 6 bildet die Verbindung zwischen dem Schieber 5 sowie
der Auslassöffnung 46 der Kammer 4.
Die Leitung 6 ist an dem Anschlussflansch 52 des
Schiebers 5 befestigt. Sie ist von einem Schlauch gebildet,
der bereichsweise von einer Manschette 61 umgeben ist.
Auf der dem Schieber 5 abgewandten Seite ist die Leitung 6 im
Bereich der Auslassöffnung 46 über einen
Flansch 62 im Bereich der Auslassöffnung 46 befestigt.
Die Leitung 6 ist mit einer Sollbruchstelle versehen. Im
Ausführungsbeispiel
ist die Sollbruchstelle von dem Schlauch selbst gebildet. Dies ist
in einfacher Weise durch die Dimensionierung des Schlauchs möglich, da
durch die Auswahl des Schlauchmaterials sowie der Wandstärke des
Schlauchs die Belastbarkeit des Schlauchs variierbar ist und damit
verschiedene Auslösezeitpunkte im
Falle einer Betriebsstörung
realisierbar sind. In Abwandlung des Ausführungsbeispiels kann die Sollbruchstelle
auch von einer Kerbung des Schlauchs oder einer Perforation gebildet
sein.
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Die
erfindungsgemäße Doppelkolbenpumpe ermöglicht die
Beförderung
von Trockenmasse in Biogasanlagen. Durch den Zulauf 41 wird
die Ansaugkammer 4 mit Trockenmasse angefüllt, so
dass diese vollständig
verfüllt
ist. Im Ausgangszustand ist der Schieber 5 vor dem Zylinder 3 angeordnet.
Gleichzeitig befindet sich der Kolben 21 in seiner Ansaugposition.
Bei Arbeitsbeginn fährt
der Kolben 21 entlang des Zylinders 2 in Richtung
der Schmier- und Montagekammer 1 und saugt dabei Trockenmasse
aus der Ansaugkammer 4 an. Sobald der Kolben 21 seine äußerste Position
erreicht hat, fährt
der Schieber 5 hydraulisch in Richtung der Öffnung 44 im
Bereich des Zylinders 2 und gibt damit die Öffnung 45 im
Bereich des Zylinders frei. Sobald der Durchtritt 51 des
Schiebers 5 koaxial zum Zylinder 2 angeordnet
ist, wird der Kolben 21 entlang des Zylinders 2 in
Richtung der Ansaugkammer 4 verfahren. Dabei drückt der
Kolben 21 die in den Zylinder angesaugte Trockenmasse durch
die Öffnung 44 sowie
den Durchtritt 51 in die als Schlauch ausgebildete Leitung 6.
Die Trockenmasse durchströmt
dabei die Leitung 6 und tritt aus dieser durch die Auslassöffnung 46 in
Richtung des Reaktors aus. Gleichzeitig mit diesem Vorgang fährt der
Kolben 31 entlang des Zylinders 3 in seine äußerste Position
und saugt dabei Trockenmasse aus der Ansaugkammer 4 in
den Zylinder 3. Sobald der Kolben 21 seine äußerste Position
im Bereich des Schiebers 5 erreicht hat, hat auch der Kolben 31 seine äußerste Position
in der Nähe
der Kammer 1 erreicht. In diesem Moment wird der Schieber 5 aus seiner
Position vor dem Zylinder 2 in die Position vor dem Zylinder 3 verfahren.
Der vorbeschriebene Vorgang beginnt dann von neuem, indem der Kolben 21 wieder
in Richtung der Kammer 1 verfährt und dabei Trockenmasse
aus der Ansaugkammer 4 ansaugt; gleichzeitig drückt der
Kolben 31 das in dem Zylinder 3 befindliche Trockenmaterial
durch die Öffnung 45 und
den Durchtritt 51 in die Leitung 6 und damit in Richtung
des Reaktors.
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Durch
das Vorsehen einer Sollbruchstelle im Bereich der Leitung 6 ist
ein zuverlässiger
Schutz gegen Beschädigungen
bereitgestellt. In dem Moment, in dem das Druckniveau aufgrund einer
Betriebsstörung
auf der Druckseite ein bestimmtes Maß übersteigt, bricht die Leitung 6 im
Bereich der Sollbruchstelle. Dabei ist die Sollbruchstelle bevorzugt
durch die Verwendung eines Schlauches als Leitung 6 hervorgerufen.
Die Verwendung des Schlauches hat einerseits den Vorteil, dass ein
hohes Maß an
Beweglichkeit der Leitung 6 hervorgerufen ist, um den Bewegungen
des Schiebers 5 Rechnung zu tragen; gleichzeitig kann durch
die Auslegung des Schlauches in einfacher Weise die Sollbruchstelle
generiert werden, so dass bei Überschreiten
des vorbestimmten Druckniveaus der Schlauch platzt, was sogleich ein
Signal auslöst,
welches von der Sensorik erfasst wird und zu einem Abschalten der
Pumpe führt.
Dadurch sind ungewollte Verstopfungen des Leitungssystems verhindert,
so dass die Betriebsstörung
beseitigt werden kann, ohne vorher das Leitungssystem von dem zu
stark komprimierten Trockenmaterial befreien zu müssen. Gleichzeitig
verhindert die die Schlauch bereichsweise umgebende Manschette 61 ein
Durchbiegen des Schlauches, was zu einer negativen Beeinträchtigung
der Durchlässigkeit
des Schlauches führen
würde.
Das Vorsehen des Steinfangs 42 hat zudem zur Folge, dass
schwere Inhaltsstoffe wie beispielsweise Steine, Knochen, Futterreste
oder dergleichen sich am Boden der Ansaugkammer 4 absetzen
und somit nicht den Reaktor gelangen.