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Beton-Schlauchpumpe mit einem durch Planetenradautrieb in Drehbewegung
versetzten Rotor" Die Erfindung betrifft eine Beton-Schlauchpumpe mit einem durch
Planetenradantrieb in Drehbewegung versetzten Rotor, bei welchem eine große Vereinfachung
der Kinematik und gleichzeitig dadurch eine wesentliche Verbesserung des Systems
im Hinblick a.uf den Verschleiß des Pumpschlauches sowie der diesen ausquetschenden
Pumprollen insbesondere durch einen gleichmäßigeren Drehmementablauf während des
Umlaufes des Rotors gegeben ist.
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Es ist bekannt, eine Schlauchpumpe ür Betonförderung zu verwenden,
bei der zwei um 180° versetzte, umlaufende und durch Ketten zentral angetriebene
und über Schwenkhebel gegen eine innenzylindrische elastische Laufbahn spanubare
Druckrollen in ihrem mittleren Zylinderbereich den Förderschlauch für Naßbeton auf
ihrem Weg von 360° zyklisch fortlaufend zusammmenquetschen und damit die Betonmasse
fördern Gegenüber anderen bekannten, meist weniger belasteten Schlauchpumpen für
die Förderung von Flüssigkeiten, kommt es beim Betonfördern darauf an, erhebliche
Druckkräfte auf die umlaufenden Druckrollen und damit radial nach außen auf die
innenzylindrische Laufbahn sowie auf den Förderschlauch auszüben. Außerdem wird
gegenüber der auf dem ganzen Umfang befindlichen Laufbahn durch die Quetschrollen
der Fürderschlauch selbst nur auf einem Winkel von ca. 18o0 yon jeweils einer der
beiden Druckrollen und nur beim Anlauf und Ablauf von beiden Druckrollen zusammengequetscht.
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Daraus sowie aus dem Fördermedium Beton selbst ergeben sich schlagartige
Stöße auf das System. Es kann dabei vorkommen, daß sich scharfe Steine verschiedener
Ab-' messungen und Gestalt in das innere elastische Schlauchs material einzudrücken
und einzuschneiden versuchen, erst echt, da man bei der Einstellung und Spanung
der
Druckrollen nach außen, wie es bisher üblich war, auf eine gewisse Starrheit und
Unnachgiebigkeit der Druckrollen bei ruckartigen Schlägen und Stößen nicht verzichten
konnte, solange diese, dem Stand der Technik entsprechend, mit festen Abstand unnachgiebig
an ein festes Rotation-Zentrum gebunden waren.
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Hoher Verschleiß, verbunden mit entsprechenden Reparaturkosten, war
die Folge der ungüngstigen Rollenkinematik des herkommlichen Systems, zumal die
dort verwendeten Ketten die Stöße und Schläge äußerst schlecht übertragen und dazu
die Montage und Demontage außerordentlich viel Zeit in Anspruch nehmen.
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Im Hinblick auf die Funktion des herkömmlichen Antriebes, ist außerdem
zu beachten, daß die Ketten nur ein reines Dreknoment auf die umlaufenden Druckrollen
übertragen, ohne durch eine Tangentilkraft gleichzeitig die Reibwirkung auf den
äußeren elastischen Laufbahnen zu entlasten.
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Weil die beschriebenen Nachteile von so gravierender Auswirkung waren,
ist bereits früher ein verbessertes Rotor-System geschützt worden. Dieses als "Stützrollenrotor"
bezeichnete System gleicht die durch einseitig auftretende Steine oder sonstige
Hindernisse im Schlauch entstehenden Schläge über ein frei zwischen den Druckrollen
bewegtes, dieselben nach außen spreizendes Stützglied quer durch das Gehäuse jeweils
auf die Gegenseite aus.
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Wie man jedoch schon bei den früheren bekannten Ausführungen nicht
gewagt hatte, die Druckrollen durch Reibung allein anzutreiben, so wurde auch hier
der Antrieb der Druckrollen unter Beibehaltung der güngstigen Tengentialwirkung
auf die Rollen unter Zwischen
schaltung eines Zahnrad-Planetensystems
vorgenommen, wodurch das System infolge dieser Vielzahl von Zahnrädern - insgesamt
7 Stück je Rotor - recht teuer und wartungsbedürftig sowie störan fällig wurde Durch
die Erfindung werden alle diese Nachteile beseitigt. Ausgehend von den oben beschriebenen
Nachteilen des Standes der Technik, ermöglicht die Erfindung die Verwedung allereinfachster
Elemente, wodurch gleichzeitig eine bedeutende Verbilligung des Systems erreicht
wird, welches dadurch außerdem robust, betriebssicher und unanfälig gegen Störungen
wird.
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Die tangentiale Kraftübertragung auf der Innenseite der Druckrollen
wurde erfindungsgemäß nicht mehr über das teure Zahnradplanetesystem, sondern direkt
durch Reibungsschluß von einem inneren Reibrad auf den Umfang der außen umlaufenden
Druckrollen, die mit einer elastischen Außenschicht versehen sind, geführt.
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Bereits der Stützrollenrotor hatte die Erkenntnis gebracht, daß ein
Planeteantrieb durch den Tangentialschub der Quetschrollen in Drehrichtung eine
Reduzierung der rollenden Reibkraft an der Bahnperipheric als Haftkraft der äußeren
Rollbahnen gegenüber den Druokrollen um etwa 50 % bewirkte.
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Da dieser äußere Schub durch Reibkraft der Druckrollen gegenüber den
Rollbahnen außen offensichtlich gleich dem Schub durch Reibkraft der Druckrollen
gegenüber dem zentralen Antriebs-Reibrad (Sonnenrad) sein muß, und da es sich ferner
in der Praxis gezeigt hatte, daß die Reibkraft außen bisher den ganzen Antriebsschub
für den Rotor zu übernehmen hatte, mußte es daher auch zulässig sein, den Antrieb
der Quetschrollen vom zentralen Reibrad aus durch reinen Reibungsschluß vorzunelumen.
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Entsprechend dieser Erkenntnis, besteht die Erfindung darin, daß der
Antrieb dieser Quetschrollen ausschließlich durch Reibungsschluß über ein zentrales,
sonnenradartiges Antriebs-Reibrad erfolgt, und daß dieses Reibrad, zusammen mit
den Quetschrollen sowie den diese beweglich aufnehmenden übrigen Teilen des Rotors,
ohne feste Bindung an das Rotationszentrum dieses Rotorsystems, d.h. also mit einem
radialen Freiheitsgrad bezüglich dieses Rotationszentrums, in einem Pumpengehäuse
angeordnet ist.
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Dadurch wurde eine ganz außergewöhnlich große Ver ein fachung und
Kostensenkung ermöglicht. Ferner wurde durch Reduzierung der Reibkraft gegenüber
den noch früheren Ausführungen und im Sinne des"Stüt7rol.1enrotors" auch die erfordehliche
radiale Anpreßkraft der Planetenräder etwa auf die Hälfte verringert, somit also
der Förderschlauch ganz erheblich gescIiont, was durch Verlängerung der früher geringen
Lebensdauer ein hervorragendes Verkaufs argument darstellt, noch dazu in Verbindung
mi.t der enormen Vereinfachung und Reduzierung der Selbstkosten.
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Bei einer zweckmäßigen Bauart des Rotors nach der Erfindung, ist die
Anordnung getroffen, daß das Gehäuse- des Rotors zueinander parallele und in ihrer
Richtung durch das Zentrum des Rotors gehende Führungskulissen aufweist, in welchen
die Wellen sowohl des Antriebs-ReJ'rades, als auch die der beiden Quetschrollen
achsparallel zueinander, aber frei in Bezug auf den gegenseitigen Achsabstand und
in Bezug auf das Zentrum des Rotor-Systems, geführt sind, derart, daß die durch
diese Führungskulissen annähernd geradlinig gekoppelte Sonnenrad- und Planetenräder-Einheit
in jeder Winkelstellung von einem Punkt der Peripherie qur durch das Gehäuse zum
gegenüberliegenden Punkt derselben elastisch nachgeben kann.
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Im übrigen ist die Erfindung gekennzeichnet durch das Fehlen einer
das Rotor-Zertrum mit dem Gehäuse-Zentrum fest, d.h. unnachgiebig, verbindenden
Welle oder Achse, wodurch bewirkt wird, daß eine Ausweichmöglichkeit der Räder vom
Zentrum des Rotor-Systems nicht nur in Richtung der Kulissenführung, sondern zwecks
überbrückuiig eines einseitigen Widerstandes beim Fördervorgang in einem beliebigen
Winkel zu dieser Kulissenführung erfolgen kann.
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Hierbei kann das zentrale Antrieb-Re'ibrad bzw. Sonnenrad über eine
allseitig elastische Kupplung oder ein Kardan-System angetrieben werden.
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Weil der Pumpschlauch nur ca, 180° im Pumpgehäuse anliegt und der
Gegendruck des Pumpschlauches in der gegenüberliegenden Pumpgehäusehälfte zum Aufbau
eines genügenden Quetschrollendruckes auf den Pumpschlauch fehlen würde, kann man
den Reibungsschluß der äußeren Führungsbahn gegenüber den planetenartigen Druckrolle
im Winkelbereich nur einer auf den Förderschlauch wirkenden Druckrolle auf der Seite
der vom Förderschlauch entlasteten Rolle durch eine der Kraftentlastung entsprechende
Bahnerhöhung kompensieren.
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Und schließlich kann die Kompensation des Reibungsschlusses der äußeren
Führungsbahn durch Ausfüllen des Winkelbereichs ohne Förderschlauch mittels eines
elastischen und der Widerstandskraft des zusammengedrückten Schlauchs entsprechenden
Bogenelementes, vorzugsweise aus Gummi, erfolgen.
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Das Prinzip der Erfindung ist durch die Abbildungen 1 und 2 der beiliegenden
Zeichnung an Hand eines Beispiels veranschaulicht und dargestellt. In einem Gesamtgehäuse
1 ist ein umlaufendes Steggestell durch seine beiden parallelen unct starr mit einander
verbundenen Lagerplatten 2
und 3 dargestellt, deren Festlager 4
und deren axial bewegliehes Lager 5 ist. Dieses Lager 5 ist mit der Stegplatte 3
über Gehäusekasten 6 beispielswei.se verbunden. Das Stege gestell mit seinen beiden
parallelen Lagerplatten 2 und 3 führt somit in dem Gesantgehäuse 1 eine echte und
eindeutige Drehbewegung aus, wogegen die Räder des durch das Steggestell definierten
Planetenradadsatzes, das Sonnenrad 7 und die Planetenräder 8 und 9 zwar planetenradartig
arbeiten, aber in Richtung der Verbindungslinie ihrer Mittelpunkte, der Symmetrieachse
des Steggestells, einen Freiheitsgrad besitzen und im Falle einer Störung in dieser
Richtung quer durch das Gesamtgehäuse, von einem Punkt der Peripherie zum anderen,
schlagartig ausweichen können.
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Diese Ausweichbewegung längs der Symmetrielinie des steggestells wird
durch die 17ulissenbew.egung der drei Räder 7, 8 und 9 über die mit ihnen verbwndenen
Rollen 10, 11, 12, 13 und 14, 15 innerhalb der langslöcherartigen Ausfräsunyen 16,
17, 18 der Steggestellplatten 2 und 3 festgelegt.
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Wie bereits aus früheren Ausführungen bekannt ist, üben die Planetenräder,
die sogenannten Druckrollen 8 und 9, einen radialen Druck nach außen av.f den Förderschlauch
19, 19'20 aus. Während der Drehbewegung des Steggestels 2, 3 in Richtung der Pfeile
21,22 rollen sie ferner auf diesem Förderschlauch ab und fördern den in Richtung
der Pfeile 23, 24, 25 laufenden Betonstrom sinngemäß, wobei der Förderschlauch durch
Unterdruck im Gesamtgehäuse 1 das Ans aug vermögen gewährleistet. Zur Aufrechterhaltung
der gewünschten Lage des Förderschlauches sind in bekannter Weise sogenannte Gleitschuhe
25 und 27 fest mit dem sich drehenden Stegestell 2, 3 verbunden.
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Ebenso ist es bekannt, die Druckrollen 17 und 18 auf einer über den
ganzen Umfang des Innenzylinders des Gesamtgehäuses 1 zylindrisch angeordneten und
im Querschnitt
parallel unterbrochenen elastischen Rollbahn 28,
29 als Führungsbahn laufen zu lassen, mm zunächst eine gewisse zentrierung des Planetenradumlaufes
sicherzustellen.
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Zwischen den beiden parallelen Laufbahnen 28 und 29 befindet sich
eine ebenfalls elastische breite Ausnehmung 30 als Ausnehmebett für dcn durch die
Druckrollen 17, 18 jeweils zusammengedrückten Förderschlauch 19. Da während des
Umlaufs nur auf dem halben Gehäuseumfang über nur etwa 1800, wie es auf der linken
Seite der Abbildung 1 zum Ausdruck kommt, ein Zusammendrücken und insofern eine
Förderwirkung vorliegt, so lief nach den früheren Ausführungen die uriten in Drehrichtung
sich vom Schlauch abhebende Rolle zunächst, von dem Druck des Schlauches entlastet,
auf der ganzen anderen Hälfte von etwa 180° entsprechend der rechten Seite der Abb.
1, etwas nach außen, wodurch bei der Drehbewegung und der -relativ großen Antriebsleistung
starke Stöße entstanden, die den Schlauch gefährdeten, zumal entweder der Reibungsschluß
zwischen Druckrollen 8, 9 und dem Schlauch 23, 24, 25 bzw. der Rollbahn 28, 29 nicht
ausreichte oder durch geradezu untragbar hohe Koste und teure Montagen erkauft werden
mußte. Auch wurde der Reibungsschluß durch das funktionsbedingte Aufschlagen beim
Anlauf auf den Schlauch, oben in Abb. 1, oder bei Hindernissen innerhalb des Schlauches
durch große Steine gefährdet.
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Alle diese in der Praxis schwerwiegenden Argumente und Erscheinungen,
die in manchen der letzten Ausführungen nur durch sehr kostspielige Ausführungen,
z.B. durch den Antrieb der Planetenräder durch Zahnradkombinationen und auch durch
schwingende Zwischenzahnräder aus dem Wege geräumt wurden und die man aus logischen
Erwägungen heraus nicht vermeiden zu dürfen glaubte, wurden erfindungsgemäß durch
ein direktes reibungsschlüssiges Antreiben der Druckrollen 8, 9 durch das Sonnenrad,
also durch das zentrale Antriebsrad 7 (Abb. 1) und durch gleichzeitige Anordnung
der freien Ausweichmöglichkeit
des ganzen-Sonnenrad-Planetenräder-Satzes
in den Kulissen 16, 17, 18 sinnvoll berichtigt und durch äußerst preiswerte Konstruktionsgestaltung
realisiert. Eine interessante Erkenntnis aus einer der letzten und leider noch sehr
teuren Ausführungen führte zu einem Gedankenergebnis, wonach es keineswegs gleichgültig
ist, auf welche Weise das Drehmoment auf die Planetenräder, die Druckrollen 8, 9,
übertragen wird und daß etwa eine Kettenradübertragung bohne Tangentialkomponente
in Antriebs richtung den nutzbaren Reibungsschluß zwischen Druckrollen und Führungsbahn
bzw. Schlauch auf die Hälfte gegenüber einer Momentübertragung mit einer solchen
inneren Tangentialkomponente reduziert, unabhängig, ob die tangentiale Momentübertragung
durch ein zentrales seitlichtes Zahnrad oder über schwingende Zahnräder bzw.
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Ketten mit Kraftangriff in Drehrichtung erfolgt.
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Diese Erkenntnis führte zu dem Schluß, daß man einen direkten Reibungstrieb
von einem zentralen Reibrad 7 auf die Druekrollen 8, 9 deshalb ohne Bedenken im
Sinne äußerster Verbilligung der Konstruktion verwenden kann, weil bei einem solchen
Reibungstrieb die beiden auf die jeweilige Druckrolle einwirkenden bzw. rüclvwirz
kunden parallelen oder etwa parallelen Tangentialkräfte (oder deren Projek£ionen)
im Sinne der Gleichgewichtsbedingungen gleich groß sein müssen. Da erfahrungsgemäß
die äußere Tangentialkraft einen vollauf ausreichenden Reibungsschluß ergeben hat
und sich noch dazu wesentlich günstiger und doppelt so groß erwies, als die durch
Momentübertragung ohne tangentiale Komponente, so durfte erfindungsgemäß angenommen
werden, daß auf jeden Fall. auch der Reibungsschluß zwischen zentralem Reibungsrad
7 und Druckrollen 8, 9 gegenüber den bisherigen Befürchtungen mit einer guten Reserve
ausreichen muß. Dazu wurde die kulissenartige Ausweichbewegung aller drei Räder
7, 8, 9 gegenüber den elastischen Rollbahnen 28, 29, 30
bzw. gegenüber
dem zusammengequetschten Förderschlauch außen sowie in gleicher Richtung gegeneinander
(infolge der elastischen Außenschicht der Druckrollen) sinnvoll so eingeführt, daß
auch das zentrale Reibrad 7 mitschwingen kann. Dies wird durch erreicht, daß der
Antrieb dieses Rades über eine elastische Kupplung oder ein Kardansystem 31, 32,
33 erfolgt. Da elastische Kupplungen mit größerer Momentübertragung nur geringe
Querbewegungen bei unzulässig großen Querkräften ergeben, so wurde erfindungsgemäß
das Kardansystem mit ganz leichter Querkraft und großer Querausweichmöglichkeit
so gestaltet, daß beispielsweise auf der Stirnseite des Flansches 31 zwei um 180°
versetzte Bolzen mit Rollen 34 und 35 vorgesehen sind, die in langlöcherartige Kulissenausfräsungen
36 und 37 der Zwischenscheibe 32 eingreifen, wogegen gleiche, um 900 dazu versetzte
Kulissen der gleichen Zwischenscheibe 32 von der Gegenseite aus eingreifen.
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Die Welle 38-wird von einem geeigneten Motor nach außen angetriNben,
ist mit dem Flansch 33 fest verbunden und stößt mit ihrer inneren Stirnseite 39
auf die quer schwingende Scheibe 32 auf. Auf der anderen Seite befindet sich die
Welle 40, die mit dem zentralen Reibrad 7 fest verbunden ist und mit ihrer rechten
Stirnseite 41 ebenfalls frei die Scheibe 32 stößt, derart, daß somit die Welle 40
m.it dem Rad 7 gegenüber der Antriebswelle 38 radiale Schwinghealegungen ausüben
kann, jedoch nur in ihrem FreShtsgrad in Richtung der Verbindung der Mittelpunkte
der drei Räder, je nach Winkelstellung des Steggestells 2,3. Die Ausweichbewegungen
in dieser Richtung werden durch die Elastizität der Druckrollenbeschichtung 42,43
der äußeren Rollbahnen 28, 29, 30 und des zusammengequetschw ten Förderschlauches
19 aufgefangen, im Sinne des geringsten Widerstandes.
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Wenn die Druckrollen die stellungen 44 und 45 einnehmen, so ist durch
das Fehlen des zusammengequetschten Schlauches auf der Seite der Rolle 45 eine bereits
erwähnte Entlastung
dieser Rolle und eine Verschiebung der ganzen
Planeten-Sonnenrad-Kette in Richtung nach rechts (Abb. 1) festzustellen, was harte
Schläge, Erschütterungen und Schlauchschäden hervorrufen kann Daher ist auf der
rechten Seite an Stelle des fehlenden Schlauches eine ausgleichende elastische Einlage
46 vorgesehen, um die sonst unvermeidliche exzentrische Verlayerung zu korrigieren.
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Um den erfindungsgemäßen direkten Antrieb des zentralen Reibrades,
und zwar in Kombination mit der praktisch gewährten Bedingung einer AusweicIurög
lichkeit gegenüber schlagartigen Storungen (von grcßen Steinen usw.), innnerhalb
des Förderschlauches überhaupt verwirkliche-n zu können, ist diese Koiwbination
nach vielen Überprüfungen fast nur durch die weitere Hinzufügung des beschriebenen
und einzig zweckmäßigen Kardansystems 31, 32, 33 erst mögli.ch geworden, obwohl
auch andere, wesentlich ungünstigere Kupplungsarten verwendbar wären. Es kännte
auch eine Kardanwelle Verwendung finden, ferner eine Kupplung mit gekrümmten Zahnflanken
usw Alle diese Maschinenelemente sind Gegeilstand de. Erfindung un Sinne der Kombination
mit dem einfachen Grundprinzip, jedoch haben sie alle gewisse Nachteile, wenn es
auch nur die Inkaufnahme einer größGx-Cn Kupplungslänge wäre.
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Das einfache, funkutionsmäßig hervorragende und äußerst preiswert
herstellbare, insofern bestens verkaufsintensive und technisch sicherlich mit geringsten
Reklamationen behaftete Gesamtprinzip muß in seiner Kombination und in der Schwierigkeit
sehr riskanter und nur durch Zufall erkannter technischer Gesetzmäßigkeiten und
mutigen Schlußfolgerungen als ausgesprochen fortschrittlich und im Abstand von allen
bekannten Anordnungen als neue Entdeckung gewertet werden. Infolgedessen wird Patentschutz
beantragt für ein System welches deIl folgenden Ansprüchen entspricht: