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Beschreibung
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Die Erfindung betrifft eine Drehkolbenpumpe für halbflüssige oder
dickflüssige Massen, insbesondere Beton, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1.
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Der Rotor der erfindungsgemäßen Drehkolbenpumpe ist mit Elementen
versehen, die aufgrund ihrer Bewegung das Material durch eine Saugöffnung ansaugen
und in eine Förderöffnung drücken.
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Für das Pumpen von schweren dickflüssigen Massen, wie Beton1 hat man
bisher Kolbenpumpen und Schlauchpumpen verwendet.
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Die Kolbenpumpen haben Saug- und Druckkolben, die in einem Zyli':idr
arbeiten. der für die Absaugung und die Forderung ein Doppelventil aufweist. Für
die Synchronisierung de@ Bewegung des Ventils mit der des Kolbens sind Koordinierungseinrichtungen
vorgesehen, wodurch die Anordnung kompliziert wird und Betriebsstörungen und Schaden
auftreten. In Betrieb erzeugen die Kolbenpumpen einen unregelmäßigen Materialstrom.
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wobei erhebliche Geschwindigkeitsschwenkungen zwischen Null und einem
Maximum auftreten. Infolge der Beschleunigungen und Verzögerungen de@ gepumpten
Massen ergeben sich erhebliche Energieverluste wie,ständig und konzentriert große
Lastverluste aufgrunde die Differenz zwischen der maximalen Geschwindigkeit und
einem optimalen Wert für eine konstante Geschwindigkeit.
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Die Ventile unterliegen aufgrund der Bauweise und Funktion Störungen
die zu weiteren Energieverlusten führen und iino Verschleiss ihrer empfindlichen
Organe.Im Tatvolumen des Kompresseionsraums kann sich ein Materialstau einstellen.
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wa dann zur Blockierung der Pumpe führt. Es sind deshalb Steuersysteme
erforderlich, die abhängig von der Verschmutzen der zu pumpenden Massen regulieren,
wobei der Druck und die
Zylinder- bzw. Kolbenzahl entsprechend zu
wählen sind. Dies führt zu hohen Konstruktions- und Wartungskosten sowie zu sehr
massigen und platzraubenden Anlagen.
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Die Schlauchpumpen bestehen aus einem Gummischlauch.
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in welchem durch Rollen Druck erzeugt wird. Der Druck wird in dem
kreisförmigen Pumpenraum aufgebaut, in welchem der Schlauch bzw. das verformbare
Druckrohr auf einem inneren Halbkreis liegt. Auf dem Schlauch laufen jeweils einem
Halbkreis zugeordnet zwei Wälzrollen, wobei sich der Druck im Kontaktpunkt mit dem
Schlauch einstellt. Da der Kontaktpunkt in ständiger Bewegung steht, ergibt sich
eine Verschiebung der gedrückten Zone und somit ein Druck im inneren des Schlauches,
wodurch das darin enthaltenen Material bewegt wird, so daß man einen kontinuierlichen
Materialstrom erhält. Die Fähigkeiten dieses Systems sind durch die Lebensdauer
des Schlauchs, der erheblichen Belastungen und Reibungen ausgesetzt ist, und durch
die den max. erreichbaren Druck begrenzende Berstfestigkeit des Schlauches beschränkt.
Zudem sind bei Verwendung einer Schlauchpumpe Form und Abmessungen der Feststoffkomponenten
des zu pumpenden Materials beschränkt. Bei wiederholtem Bruch des Schlauchs infolge
Verschleisses tritt das zu pumpende Material in den Pümpenraum ein und kommt in
Kontakt mit den Steuerorganen, was langwierige und aufwendige Reparaturen bedeutet.
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Die der Erfindun zugrundeliegende Aufgabe besteht darin. eine Drehkolbenpumpe
gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen. die ohne Einschränkungen
Nassen,wie Beton.
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störungsfrei und in einem kontinuierlichen Mengenstrom be-zriecssicher
fördern kann.
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Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs
1 oder alternativ die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 9 zusammengefassten
Merkmale elöst.
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Die erfindungsgemäße Drehkolbenpumpe hat einen ringförmigen Saug-
und Druckraum von konstanten Querschnitt, der von dem Stato, dem konzentrisch dazu
angeordneten Rotor und aurch die Seitenwände begrenzt wird. Man erhält einen ständigen
regelmäßigen Iaterialfluss bei minimaler Größe der Verschleissoberflächen, webei
die Abdichtung sehr einfach zu ve@wirklichen ist.
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Bei einem ersten Ausführungsbeispiel sind die gekrümmten buckelförmigen
Abschnitte in Form von Kreiszweiecken mit entsprechenden Radien vorgesehen, die
um eine Schwenkachse so drehbar sind, daß dadurch ein Saugen und Fördern möglich
ist. Kraftverluste bei der Drehung und der Positionierung werden dadurch vermieden.
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Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Trennwand kreisbogenförmig
gekrümmt, wobei die Schwenkachse im Kreismittelpunkt liegt. Auch in diesem Fall
gibt es keinen Kraftverlust bei der Positionierung.
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Ein Umschaltventil für den Materialstrom ist nicht erforderlich.
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Erfindungsgemäß kann entweder die Schwenkbewegung der buckelförmigen
Abschnitte oder die der Trennwand zwangsweise esteuert werden. Dies ermöglicht eine
starre Koordination der Bewegung der Abschnitte oder der Trennwand unter Berücksicht
der Position der Saugöffnung und der Förderöffnung. Dadurch ist eine Betriebsumkehr
möglich, d.h. Absaugung und Förderung werden bei Umkehrung der Drehrichtung des
Rotors vertauscht.
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Es liegt eine vollständige Trennung zwischen dem zu pumpenden Material
und den Schmierstoff benötigenden Steuerungen vor.
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wodurch ein gegenseitiges Verschmutzen und Schäden infolge Verschleisses
ausscheiden. Durch die Anordnung der funktionellen Organe erhält man eine rationelle
konstruktive Form. Reinigung und Wartung sind umkompliziert. Infolge des Tragsystems
und
der Anordnung von Motor und Getriebe. die alle an derselben Seite der Pumpe angeordnet
sind, bleibt die gegenüberliegende Seite zugänglich, so daß eine leichte Montage
möglich lt. Das eingebaute Motorgetriebe hat geringe Abmessungen und ermöglicht
eine einfache Kraftverteilung Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung beispielsweise
näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine erste Ausführungsform in einer teilweise
geschnittenen Seitenansicht des oberen Pumpenteils.
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Fig. 2 schematisch einen Schnitt längs der Linie II-II n Fig. 1, Fig.
3 schematisch einen Schnitt längs der Linie III-III von Fig. 1 Fig. 4 in einer Ansicht
wie Fig. 1 eine zweite Ausführungsform und Fig. 5 schematisch einen Schnitt längs
der Linie V-V von Fig. 4.
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Die Pumpe in der Ausführung gemäß Fig. 1 bis 3 hat einen Stator 1
von zylindrischer Form mit einer Saugöffnung 2 und einen Förderöffnung 3. An beide
Öffnungen grenzt eine Trennwand =.
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die eine Dichtungslippe 5 aufweist. In Innern des Stators 1 ist konznetrisch
ein Rotor 6 angeordnet, der mit schwenkbaren schaufel- oder buckelförmigen Abschnitten
7a, 7b, 7c versehen ist. Der Rotor und die buckelförmigen Abschnitte drehen sich
zusammen um die Achse S des Stators 1. Jeder der buckelförmig Abschnitte 7a, 7b,
7c ist jedoch in einer halbkreis @@mi@en Nut 6'um die Achse eines Zapfens 9 mittels
durch Dichtungsringe 13 geschützter Wältzlager 12 schwenkbar. Jeder buckelförmige
Abschnitt ist mit einer Dichtungslippe Der Rotor 6 besteht aus einem Körper, dessen
Dicke der der Trennwand 4 entspricht und aus zwei miteinander durch Schrauben 23
verbundenen Flanschen 15. Ringe 16 in den Flanschen 13 gewährleistet die Abdichtung
zwischen dem Rotor 6 und dem Stator
1 sowohl unter statischen als
auch unter dynamisohen 3edingungen.
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Jeder Buckel 7a, 7b, 7c hat eine Vorderfläche 7' mit einem dem Radius
der Nuten 6' entsprechenden Radius, und eine Hinterfläche 7'', deren Radius dem
des Rotors 6 entspricht.
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Am Ende jedes Zapfens 9 ist ein Kipphebel 10 mit seinem eine Ende
befestigt, an dessen anderem Ende eine Rolle 11 sitzt. die in eine Nockenbahn 14
in einer statorfesten Platte 14' eingreift Der Rotor 6 mit seine. Flanschen 15 sitzt
an einen Ring in Forn eines Zahnkranzes 17 mit Innenverzahnung, der außenseitig
mittels eines Satzes von Wälzelelmenten 19 in Forrn von Kugeln oder Rollen an einem
statorfesten Träger 18 gelagert ist. Am Träger 18 ist ein Motor 20 angeflanscht.
Außerdem sitzen am Träger 18 die Zapfen von Zahnrädern 22 . An der Welle des Motors
20 ist eine Ritzel 21 befestigt, das mit den Zahnrädern 22 kämmt, die Ihrerseits
in den Zahnkranz 17 eingreifen und so ein Antriebsgetriebe bilden.
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Die Drehkolbenpumpe gemäß Fig. 1 bis 3 arbeitet folgendermaßen.
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Zwischen den- Stator 1 und dem Rotor 6 mit den Flanschen 15 wird eine
Ringkammer gebildet, die in Verbnidung mit den Öffnungen 2 und 3 steht. Die Ringkammer
wird durch die buckelförmigen Abschnitte in die nachstehenden Zonen unterteilt.
Bei Volumenzunahme des Raums zwischen der Saugöffnung 2 und dem Abschnitt 7b wird
Material in die Ringkammer gemäß Pfeil A eingeführt.
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Der Raum zwischen den Abschnitten 7b und 7 c bildet ein konsta tes
Volumen. Das eingebrachte Material wird gefördert. Infolge der Volumenabnahme zwischen
dem Abschnitt 7c und der Förderöffnung 3 wird das eingebrachte Material gemäß Pfeil
@ abgeführt. In Fig. 2 dreht der Rotor ö im Uhrzeigersinn. Der Buckel 7c wird in
Uhrzeigersinn um die Achse seines Zapfens 9 gedreht.
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bis er mit dem Kreisumfang des Rotors 6 vor dem Erreichen der Trennwand
4 fluchtet. Bei dieser Drehung ergeben alle lastkomponenten
auf
der Vorder- und Hinterfläche ein Nullmoment bezogen auf die Drehachse. Es wirken
nur die Reibungskomponenten auf die Vorderfläche. Somit verlangt diese Rückstellung
mit Ausnahme der dynamischen Momente kein merkliches Moment.
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Der Abschnitt 7a wird im Gegenuhrzeigersinn um die Achs seines Zapfens
9 gedreht und kommt mit seiner Dichtungslippe 8 In Kontakt mit der zylindrischen
Innenflache des Stators 1. Dabei gelten wiederum die vorstehenden Uberlegungen hinsichtlich
der Belastungen und Widerstandsmomente für die Drehung des Abschnitts. Der Abschnitt
7b sorgt für einen Transport eines Materialvolumens zur Förderöffnung 3 und gleichzeitig
für eine Ansaugung durch die Öffnung 2 bis der Abschnitt 7a mit seiner Dichtungslippe
8 an der Innenfläche des Stators 1 liegt.
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Die Drehung des Rotors 6 und somit auch der Abschnitte 7a, 7b.
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7c um die Achse S erfolgt über den Motor 20 und das Getriebe.
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Das Schwenken der an den Zapfen 9 sitzenden Abschnitte 7a 7b und 7c
erfolgt zwangsweise aufgrund der Rotordrehung durch den Eingriff der Rollen 11 in
die Nockenbahn 14 am ortsfesten Stator 1 gegentiber dem Rotor õ, aa die Rollen 11
er die Kipphebel 10 an den Zapfen 9 angreifen. Der beschriebene Voreang kann bei
Umkehrung der Drehrichtung des Rotors umgekehrt ablaufen. An Stelle des beschriebenen
Nockensystems können auch hydraulische, pneumatische oder elektrische Syste verwendet
werden.
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Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 und 5, besteht die Drehkolbenpumpe
aus einem Stator 1 mit einer Saugöffnung 2 und einer Förderöffnung 3 zum Transport
des Materials in richten der Pfeile A und M. Die Trennwand 4n liegt zwischen den
beiden Öffnungen 2 und 3 und zwischen dem Stator 1 und dem Rotor , der sich um die
Achse S dreht und vorspringende Abschnitte 7a' 7b' und 7c' aufweist, welche Lippen
8 aus widerstandsfähigem Material haben. die längs der Innenwand des Stators 1 gleiten.
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Die Anordnung der vorspringenden Abschnitte auf einem Kreis entspricht
der der buckelförmigen Abschnitte der ersten Ausführungsform mit dem Unterschied,
daß die Trennwand 4' verschiebbar ist, damit die mit dem Rotor umlaufenden Abschnitte
sich an der Trennwand. 4' vorbeibewegen können. Die Trennwand 4' ist an der Stelle
24 an einem Arm 15 befestigt, des eine Rolle 25' trägt, die in eine Nockenbahn 26
an einer Platte 27 eingreift, welche an dem Rotor 6 festgelegt ist. Der Rotor 6
hat auch bei dieser Ausführungsform zwei kreisförmige Flansche 15 mit Dichtungsringen
16, die in Kontakt mit dem Stator 1 stehen. Die Trennwand 4' ist zwischen den Flanschen
15 aneordnet Der Rotor 5 wird wie bei der ersten Ausführungsform durch den rotorfesten
Zahnkranz 17, der an dem statorfesten Träger 18 mittels Wälzelementen 19 gelagert
ist, die am Träger 18 gehaltenen Zahnräder 22 und das auf der Welle des Motors 20
sitzende Ritzek 21 in Drehung versetzt. Die Verschwenkung der Trennwand 4' erfolgt
gesteuert durch die ü die Nockenbahn 26 eingreifende Rolle 25', deren mit der Trennwand
4' verbundenen Arm 25 an der Stelle 24 am Stator 1 angelenkt ist Die Nockenbahn
26 ist ähnlich dem Profil des Rotors 6 ausgsbildet. wodurch die Trennwand 41 so
verschwenkt wird, daß i immer In Kontakt mit den profil des Rotors s gehalten isr
(Fig. 5). Infolge der Kreiskrümmung der Trennwand 4' ergeben die Lastkomponenten
am Drehpunkt 24 ein Nullmoment so daß das Verschwenken der Trennwand kein merkliches
Drehmoment erfordert. Zu berücksichtigen sind lediglich dynamishe Momente und die
Reibungsmomente.