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Misch- und Fördergerät
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Die Erfindung betrifft ein Gerät, wie es in der Bauindu;3trie eingesetzt
wird, um Dickstoffe, wie z.B. Estrich-Mischungen, Beton-Mischungen u.dgl., aufzubereiten
und mittels Druc3:-luft zu fördern. Solche Geräte bestehen in der Regel aus einem
druckdichten Kessel, der gleichzeitig zum Mischen der Bestandteile des Mischgutes
und unmittelbar nach der Mischgutaufbereitung zum Fördern des Mischgutes mit Hilfe
von Druckluft dient.
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Vielfach wird hierbei der die Druckluft erzeugende Kompressor mit
dem Misch- und Förderkessel zu einer Einheit verbunden. Bei den bekannten Geräten
werden zum Antrieb des Mischers und des Kompressors sowohl getrennte Antriebsmotoren
als auch ein gemeinsamer Motor verwendet. In zunehmendem Maß werden zur Treibstoffersparnis
Maschinen
mit elektrischem Antrieb verwendet. Der Einsatz solcher
Maschinen mit unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten weniger günstiger Druckluft
förderung erklärt sich durch die Tatsache, daß das aufbereitete Mischgut nicht zufriedenstellend
mit üblichen Dickstoff- oder Betonpumpen gefördert werden kann. Nur mit Hilfe von
Druckluftförderern sind solche Mischungen im Propfen- oder Flugverfahren durch Rohr-
und Schlauchleitungen zu transportieren, weil sie entweder zu körnig oder zu trocken,
im allgemeinen nur erdfeucht aufbereitet sind.
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Ein allgemeiner Nachteil dieser Geräte besteht darin, daß die Motorbelastung
über das Arbeitsspiel, das für Mischen und Fördern ca. 3-5 Minuten beträgt, sehr
stark schwankt. Um die Leistungsaufnahme des Kompressors zu reduzieren, wurden schon
Geräte entwickelt, welche mit einem Luftspeicherkessel ausgestattet sind. Bei diesen
Geräten wird während der nur eine geringe Leistung erfordernden Anfangsphase des
Mischprozesses Luft in den Speicherkessel gedrückt. Diese gespeicherte Druckluft
wird dann in der nachfolgenden Phase des Arbeitsspiels, d.h. während des Fördervorgangs,
der vom Kompressor geförderten Druckluft zugegeben, so daß die Dickstoff-Förderleistung
infolge der größeren zur Verfügung stehenden Druckluftmenge erhöht wird. In der
Regel wird dabei die Druckluft in dem Speicherkessel im Vergleich zum benötigten
Förderdruck
auf höheren Druck gebracht. Um eine nennenswerte Luftspeicherung
zu erreichen, geht man in der Regel auf Drücke von 12-15 bar und bleibt dabei gleichzeitig
bei den meist fahrbaren Geräten im Rahmen einer wirtschaftlich und räumlich unterzubringenden
Größe fUr den LuftJpeicherkessel.
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Trotz dieser Luftspeicherung tritt eine erhebliche Schwankung der
Leistungsaufnahme, bei Elektromaschinen der Stromaufnahme, auf. Bei beginnender
Förderung und gleichzeitiger Druckluftentnahme aus dem Speicherkessel muß der Motor
einerseits das unter anfänglicher Luftbeaufschlagung besonders schwergehende Mischwerk
des Förderkessels und andererseits gleichzeitig den gegen hohen Kesseldruck pumpenden
Kompressor antreiben. Daran ändert auch der Einbau eines Druckminderventils in die
vom Speicher zum Mischkessel führende Druckluftleitung nichts. In der Praxis werden
solche Maschinen wegen der häufig ungünstigen Stromversorgung auf Baustellen mit
möglichst geringer Motorantriebsleistung ausgelegt bzw.
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so knapp dimensioniert, daß die Motoren bei gleichzeiticem Antrieb
des Mischers die Kompressoren nur mit Mühe gegen Endluftdruck durchziehen können,
Dabei dürfen die in der Regel schwachen Baustellensicherungen nicht durchbrennen.
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Wird dann einmal versehentlich der Mischkessel in verkehrter Reihenfolge,
d.h. zuerst nur mit trockenem Mater tal,
befüllt, wobei er verglichen
mit dem fertigen Mischgut bzw. bei richtiger Reihenfolge der Mischkesselbefüllung
die drei- bis vierfache Antriebsleistung aufnimmt, dann tritt bei der in der Regel
gleichzeitigen Kompressorförderung eine so starke Überlastung des Antriebsmotors
bzw. des Netzes auf, daß die Stromsicherungen durchbrennen oder Dieselmotoren abgewürgt
werden. Diese Gefahr besteht insbesondere dann, wenn mit der eigentlichen Materialförderung
begonnen wird. Erfahrungsgemäß führt der erste Druckluftstoß im Förderkessel zu
einer Kompression des Mischgutes. Als Folge davon tritt wiederum momentan ein 50-100%
höherer Kraftbedarf der Mischerwelle auf, der insbesondere dann zu den vorgenannten
Belastungserscheinungen führt, wenn der Kompressor gleichzeitig gegen hohen Luftdruck
fördern muß.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Vielzahl der geschilderten Nachteile
zu beseitigen und bei Vermeidung einer Motorüberlastung eine möglichst gleichmänige,
der Nennleistung naheliegende Motorbelastung über das gesamte Arbeitsspiel zu erzielen.
Bei Geräten mit getrennten Motoren für das Mischwerk und den Kompressor soll auch
die Leistung des Mischwerkmotors bei geringer Mischwerkbelastung zur Drucklufterzeugung
mit herangezogen werden. Hierdurch soll eine möglichst kleine Dimensionierung der
Motoren, bei Elektroantrieb eine geringe Netzbelastung bzw. geringe
Investitionskosten
und geringes Gewicht für diese meist fahrbaren Geräte erzielt werden. Gleichzeitig
soll bei elektrisch angetriebenem Kompressor und Mischwerk ein geringer Anlaufstrom
erzielt werden.
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Diese Au£gabe wird bei Geräten nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs
1 dadurch gelöst, daß diese die Merkmale des Kennzeichens des Patentanspruches 1
sowie vorteilhafterweise die in den Unteransprüchen angegebenzn Merkmale aufweisen.
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Da die Bypass-Leitung nur unter einem verhältnismäßig niedrigen Förderdruck
steht, muß der Kompressor bei Beg.nn der Materialförderung nicht, wie bei bekannten
Geräten, gegen den hohen, im Luftspeicher herrschenden Druck von 14-15 bar fördern,
sondern nur gegen den niedrigen Fördern druck im Mischkessel bzw. in der von diesem
ausgehenden Förderleitung, der in der Regel bei etwa 3-6 bar liegt.
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Um darüber hinaus für den Antrieb der Mischerwelle in der Anfangsförderphase
bei schwergehendem Mischwerk die volle Motorleistung zur Verfügung zu haben, wird
der vom Speicherdruck abhängige Aussetzregler des Kompressors mit einer gewissen
Schaltdifferenz von beispielsweise 3-4 bar ausgeführt, d.h. so, daß dieser bei einem
Druck von 15 bar ausschaltet und bei einem Druck von 12-13 bar wieder einschaltet.
Dies erlaubt eine Verzögerung der Einschalt mg
der Kompressorförderung,
bis das Mischgut nach der bei Förderbeginn auftretenden Kompression sich wieder
leichter durchmischen läßt. Anschließend fördert der Kompressor, wie erwähnt, gegen
den niedrigen Förderdruck, also nicht gegen den immer noch im Luftapeicherkessel
herrschenden Druck von 12-13 bar.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Gerätes in schematischer Weise dargestellt.
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Der Kompressor 8 wird von dem Motor 7, die Mischwerkwelle 2 über das
Getriebe 6 von dem Mischwerkmotor 33 angetrieben, dessen Antriebswelle mit der Welle
30 des Kompressormotors 7 kuppelbar ausgebildet und mit dieser über das Kardangelenk
34, die Welle 28 und den Keilriemenantrieb 29 verbunden ist.
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Der Keilriemenantrieb 29 kann durch Spannen der Feder 32 ausgekupi>elt
werden, wobei der Keilriemen spannungslos gemacht wird. Mit diesen Mitteln wird
ein leichter Anlauf des Motors 7 bei gefülltem Mischkessel 1 und stehendem Mischwerk
ermöglicht. Diese Antriebsanordnung bildet eine Art Überlastsicherung für den Fall,
daß beispielsweise grobe Steine das Mischwerk blockieren.
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Die Druckleitung 9 des Kompressors 8 steht einerseits über das Rückschlagventil
10 mit dem Speicherkessel 12 in Verbindung, an den ausgangsseitig die ein Druckminderventil
14
und eine Drossel 15 aufweisende Druckleitung 13 angeschlossen
ist. Die unter einem Druck von z.B. 15 bar im Speicherkessel 12 stehende Druckluft
wirkt infolge des Druckminderventils 14 auf den Misch- und Förderkessel 1 mit einem
Höchstdruck von beispielsweise 6 bar.
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Die Druckleitung 13 steht mit der Zuleitung 16 in Verbindung, von
der zwei unterschiedlich tief in den Misch-und Förderkessel 1 mündende, je einen
Steuerhahn 17,18 aufweisende Leitungen ausgehen. Von diesen beiden Leitullgen reicht
die eine1 den Steuerhahn 17 aufweisende Leitung bis etwa in den Förderauslaß 3 des
Kessels, die andere, den Steuerhahn 18 aufweisende Leitung nur etwa bis in dn Einfülldom
4 des Kessels. Die Drossel 15 verhindert, daß bei schnellem Öffnen der Hähne 17,18
der Inhalt des Speicherkessels 12 zu schnell in den Kessel 1 entweicht.
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Die Druckleitung 9 des Kompressors 8 steht andererseits über eine
ein Rückschlagventil 11 aufweisende Bypass-Leitung 5 mit der Zuleitung 16 zum Kessel
1 in Verbindung.
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Hierdurch wird erreicht, daß beim Öffnen der Hähne 17,18 die in dein
Kessel 12 gespeicherte Druckluft über die Drossel Ili in den Misch- und Förderkessel
1 entweicht, daß andererseits jedoch die vom Kompressor 8 geförderte Druckluftmenge
nicht mehr gegen den hohen Druck der im Kessel 12 gespeicherten Luft gepreßt werden
muß, sondern unter verhältnismäßig niedrigem Druck von 4-5 bar direkt
in
den Misch- und Förderkessel 1 strömen kann, was eine entsprechend geringere Belastung
und Leistungsaufnahme des Kompressormotors 7 zur Folge hat. Die Förderung des Kompressors
8, die auf bekannte Weise durch den Aussetzregler 23 über das Wechselventil 22 und
die Steuersetzt leitung 21 gesteuert wird,/erst mit einer Verzögerung von einigen
Sekunden ein, sobald der Druck im Speicherkessel 12 um etwa 10% unter seinen Höchstwert
gesunken ist und nachdem gleichzeitig das im Kessel 1 anfänglich etwas komprimierte
Mischgut von den an der Mischerwelle 2 angeordneten Mischflügeln wieder aufgelockert
wurde, so daß es sich bei geringerer Motorbelastung leichter durchmischen läßt.
Da die Drossel 15 eine Mengenbegrenzung und Druckminderung bewirkt, kann bei der
Konstruktion billiger Maschinen auch auf den Einbau des Druckminderventils 14 verzichtet
werden. In gleicher Weise könnte bei entsprechentler Bemessung des Druckminderventils
14 auch der Einbau der Drossel 15 entfallen.
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Ein zweiter Aussetzregler 24 ist an die den Steuerhahn 18 aufweisende,
in den Einfülldom 4 des Kessels 1 mündende Leitung angeschlossen und auf den im
Kessel 1 maximal zulässigen Förderdruck von beispielsweise 6-7 bar eingestellt.
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Dieser bewirkt, daß beim Erreichen dieses maximalen Förderdruckes,
hervorgerufen beispielsweise durch eine Überlastung der an den Förderauslaß 3 angeschlossenen
Förderleitung
oder durch Verstopfungen in dieser Förderleitung,
der Kompressor 8 über das Wechselventil 22 und die Steuerleitung 21 so weit abgeregelt
wird, daß er keine weitern Druckluft fördert. Auf diese Weise wird nicht nur eine
Überlastung des Misch- und Förderkessels 1 durch zu hohen Druck verhindert, sondern
auch vermieden, daß der Kompressor 8 bei möglicherweise noch vollem Kessel 1 gegen
den hohen im Speicherkessel 12 herrschenden Druck fördern muß, was eine Überlastung
des Motors 7 zur Folgt hätte. Eine geringe Schaltdifferenz des Aussetzreglers 4
bewirkt1 daß der Kompressor sofort wieder weiterfördert, sobald der Druck im Misch-
und Förderkessel 1 geringfügig abfällt. Dies trägt gleichzeitig dazu bei, daß eine
etwa für die Entleerung des Kessels 1 zu geringe Förderzeit verlängert wird.
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Auf der Saugseite des Kompressors 8 ist eine Saugdrossel 25, beispielsweise
eine Drosselklappe angeordnet, die mittels eines Verstellmotors 26, beispielsweise
eines federbelasteten Druckluftzylinders, verstellt wird. Erreicht odor überschreitet
die Belastung des Antriebsmotors 7 des Kompressors einen vorgegebenen Grenzwert,
so schließt der Verstellmotor 26 die Drosselklappe 25 und unterbindet dadurch die
Förderung des Kompressors. Ist die Überlastung beseitigt, so wird die Drosselklappe
wieder geöffnet. Eine solche Überlastung kann daher rühren, daß im Misch- und
Förderkessel
1 vorübergehend, beispielsweise durch falsches Befüllen, ein hoher Leistungsbedarf
auftritt. Wird beispielsweise bei abgeschaltetem Kompressor der Kessel 1 mit feuchtem
Sand befüllt, so kann infolge der sehr hohen Reibung und des hohen Mischwiderstandes
dieses Materials die insgesamt zur Verfügung stehende Motorleistung überschritten
werden, da die Antriebsleistung des Mischwerks in einem solchen Fall ein Vielfaches
des Normalwertes betragen kann. Eine Bemessung der Antriebs leistung im Hinblick
auf derartige, auf Baustellen durchaus übliche Fehlbedienungen wäre völlig unwirtschaftlich
und ist oft auch wegen begrenzter Netzbelastbarkeit nicht möglich.
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Durch die vorgeschlagene Zweipunkt-Regelung wird eine über lastung
des Antriebsmotors zuverlässig verhindert. Eine stufenlose, mittels eines Reglers
- bei elektrisch angetriebenen Maschinen eines sogenannten Summenleistungsreglers
- erfolgende Betätigung des Verstellmotors 26 bewirkt, daß bei stark wechselndem
Leistungsbedarf des Misch- und Förderkessels der Verstellmotor 26 mit dem Stellwert
gesteuert wird, der aus der Differenz zwischen der tatsächlichen Leistungsaufnahme
des Mischkessels und der zulässigen Grenzbelastung des Antriebsmotors resultiert.
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Dies kann dazu führen, daß bei Überlastung des Mischkessels 1 der
Kompressor 8 voll abgeregelt wird, weil die volle Leistung des Antriebsmotors 7
vom Mischwerk und der Leerlaufleistung des Kompressors verzehrt wird. Ist dieser
Zustand
durch Einfüllen von Wasser in den Mischkessel oder auch durch Entleerung des Mischkessels
beseitigt, kann entsprechend der wieder freiwerdenden Leistungsreserve die Saugdrossel
25 wieder öffnen und der Kompressor wieder fördern. Hierbei wird die Leistungsaufnahme
des Kompressors in Abhängigkeit von der Mischerleistung durch Regelung so gesteuert,
daß konstant die Nennleistung de Motors angenommen und keinesfalls überschritten
wird.
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Bei Maschinen mit Dieselantrieb kann der Verstellhebel der Saugdrossel
25 mit dem Regelhebel eines Fliehkraftreglers in Verbindung stehen, der seinerseits
auf die sogenannte Drehzahldrückung des Verbrennungsmotors reag ert.
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Wird beispielsweise ein Diesel-Antriebsmotor durch zu llohe Belastung
- sei es durch hohen Förderdruck des Kompresscrs oder durch hohen Leistungsbedarf
des Mischkessels verursacht - um 10-20% zunehmend gedrückt, dann wird der Drehzahlregler
den Verstellhebel der Saugdrossel 25 zunehmend verschieben und schließlich bei beispielsweise
20% Drehzahldrückung den Kompressor in der Förderung ganz abgeregelt haben. Dem
Mischkessel steht dann die volle Motorleistung zur Verfügung.
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Anstelle der nur als Beispiel erwähnten Saugregelung des Kompressors
kann eine stufenlose Regelung seiner Antrieb3-leistung auch auf beliebige andere
Weise erfolgen.
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Sind bei einem Gerät zwei Antriebsmotoren vorgesehen, wie das meist
bei elektrisch betriebenen Geräten der Fall ist, ist der Mischermotor 33, wie in
der Zeichnung dar-6 gestellt, am Getriebe der Mischerwelle 2 angeflanscht und das
andere Ende der Motorwelle über das Kardangelenk 34, die Antriebswelle 28 und den
Keilriementrieb 29 mit der Welle 30 des Kompressors kuppelbar verbunden. Dies erlaubt,
bei leerem Mischkessel die Leistung des Mischermotors ebenfalls zur Erzeugung von
Druckluft heranzuziehen.
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Der Kompressor 8 wird in seiner Verdrängung bzw. Leistungsaufnahme
vorteilhafterweise so groß dimensioniert, daß er schon bei Förderung gegen etwa
den halben Enddruck, spätestens jedoch gegen etwa 80% a-s Enddrucks, die gesamte
Motorleistung, d.h. nicht nur die Leistung des Antriebsmotors 7, sondern auch des
Mischwerkmotors 33 verbraucht. So wird nach Entleerung des Mischkessels eine schnellstmögliche
Füllung des Druckluftspeichers erreicht, noch bevor der Mischkessel wieder in vollem
Umfang mit neuem Mischgut angefüllt ist und damit selbst eine entsprechend hohe
Leistung verzehrt. Der stufenlos wirkende Saugreglr 25 bewirkt dann, daß mit steigendem
Leistungsbedarf infolge steigenden Luftförderdrucks bzw. zunehmender Füllung des
Mischkessels die Leistungsaufnahme des Kompressors so abgeregelt wird, daß eine
Überlastung des Gesamtantriebs vermieden wird. Gleichzeitig wird auf diese
Weise
bewirkt, daß in der Phase niedrigen Luftdrucks und leeren Mischkessels der groß
dimensionierte Kompresr;or die volle Motorleistung aufnimmt. Der gleiche Effekt
tritt auf, sobald der Mischkessel gegen Ende des Förderspiels weitgehend entleert
wurde. Dann steht nicht nur eine bei niederem Luftdruck sehr hohe Fördermenge des
Kompressors zur Verfügung, sondern es kann der Druckluftspeicher wieder aufgefüllt
werden, noch ehe der Mischkessel ganz entleert ist.
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Die Gesamtarbeitsleistung des Geräts wird auf diese Weise mit Antriebsmotoren
geringstmöglicher Dimensionierung erzielt.
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Ein weiterer Vorteil des in der Zeichnung dargestellten Geräts besteht
darin, daß der beispielsweise nur mit 5 k1 dimensionierte Motor 33 für das Mischwerk
beim Ingangsetzen des Geräts den beispielsweise auf 15 kW bis 20 kW dimensionierten,
noch stromlosen Antriebsmotor 7 mit dem Kompressor 8 auf seine Synchron-Drehzahl
bringt. Letzterer kann dann ohne den sonst üblichen Stromstoß einfach in Direkt-Schaltung
mit dem Netz verbunden werden. Auf dies Weise werden starke Durchschalt-Stromstöße,
wie sie bei Stern- und Dreieck-Schaltungen auftreten, vermieden, die auf den hohen
Leerlauf-Leistungsbedarf der Kompressoren zurückgehen. Bei Stern-Schaltung erreichen
auch starke Motoren die Synchron-Drehzahl nicht. Im Baustellenbetriel
führt
dies regelmäßig zum Durchbrennen der Sicherungen.
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Um den Anlaufvorgang für den Motor 33 auch bei mit Mischgut beschicktem
Mischkessel mit möglichst geringem Stromstoß auszuführen, - beispielsweise nach
einem vorangegangenen Stromausfall oder nach einer Stromunterbrechung infolge Durchbrennens
der Sicherungen, - kann der Motor 33 auch zum Getriebe 6 hin auskuppelbar ausgeführt
sein. Zur Antriebswelle 30 des Kompressors 8 hin ist er ohnehin, wie in dem in der
Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel, durch den Keilriementrieb 29 auskuppelbar.
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Diese Kuppelbarkeit hat den Vorteil, daß der Motor 33 zuerst eine
bestimmte Tourenzahl erreicht, dann nach Kupplung mit der Welle 30 des Kompressors
übei den schaltbaren Keilriemenantrieb 29 die Drehzahl es Kcmpressors beschleunigt
und auf die gewünschte Tourenzahl hochgefahren wird.
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