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Injektionspumpe für den Bergbau
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und Grundbau.
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Die Erfindung betrifft eine Injektionspumpe für den Bergbau und Grundbau.
Zum Einpressen von Injektionsgut, beispielsweise zum Abdichten wasserführender Schichten
im Verlaufe eines Bohrlochs, oder aber auch um die Tragfähigkeit des Bodens bei
Errichtung eines Bauwerks zu vergrößern, wird geeignetes Injektionsgut, z.BX e2rn.e
zementhaltige fließfähige Mischung oder eine kunststoffhaltige Mischung an die Verwendungsstelle
gepreßt0 Als Pumpen werden hierfür bisher Kolbenpumpen oder spezielle rotierende
Pumpen verwendet, die zahlreiche hin und hergehende Teile bzw. rotierende Teile
aufweisen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
eine Pumpe
für den eingangs genannten Verwendungszweck zu schaffen, deren Aufbau einfacher
ist als die bekannten Pumpen.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Pumpe
als Membranpumpe ausgebildet ist , daß die Membran als Schlauch aus Gummi oder dergleichen
ausgebildet ist, der innerhalb eines Gehäuses mit Abstand von dessen Innenseite
dtareZ Endstücke gehalten ist mit denen der Schlauch dicht verbunden ist, daß die
Endstücke mit dem Gehäuse dicht verbunden sind, daß ein Endstück relativ zum Gehäuse
in Längsrichtung des Schlauchs vorschiebbar geführt ist daß das Innere des Schlauchs
mit einer Quelle eines Druck mittels verbindbar ist, daß der Raum zwischen der Außenseite
des Schlauchs und der Gehäusewandung einen Zulauf und Ablauf für das zu pumpende
Medium aufweist, und daß mit dem in Längsrichtung des Schlauchs verschiebbar geführten
Endstück eine Steuervorrichtung für die Druckmittelzufuhr gekoppelt istm Der Vorteil
der Erfindung liegt darin, daß die Pumpe sehr einfach aufgebaut ist, sie benötigt
lediglich für das verschiebbar geführte Endstück eine Gleitdichtung. Außerdem kann
die e Pumpe mit beliebigen flüssigen und gasförmigen Druckmitteln betrieben werden,
beipielsweise mit Druckwasser' Rydrauliköl oder Preßluft, und durch diese Druck
mittel wird der als Arbeitskolben wirkende Schlauch ohne Zwischenschaltung eines
mechanischen Übertragungsmittels expandiert. Schließlich kann die Pumpe je nach
den Anforderungen mit unterschiedlich langen Schläuchen hergestellt werden so daß
mit einem einzigen Arbeitshub,
also einem einzigen Expansionsvorgang
des Schlauches, frei wählbare Mengen des Förderguts gepumpt werden können. Als Material
für den Schlauch kommt vor allen Dingen Gummi, Eautschuk oder eim gummielastischer
Kunststoff in Frage, der sich nach dem Expandieren wieder zusammenzieht, wenn der
Druck des Druckmittels wegfällt. Durch die mit dem verschiebbaren Endstück gekoppelte
Steuervorrichtung läßt sich in einfacher Weise der Zeitpunkt erfassen, zu dem der
Schlauch um ein vorbestimmtes Maß expandiert ist, so daß dann der Druck des Druckmittels
abgeschaltet werden kann und sich der Schlauch wieder zusammenzieht und somit das
Nachströmen des zu pumpenden Mediums in den Zwischenraum zwischen der Außenseite
des Schlauchs und dem Gehäuse gestattet. Es versteht sich, daß geeignete Maßnahmen
getroffen werden müssen, um im Zulauf und Ablauf die gewünschte Fließrichtung des
gepumpte Mediums sicherzustellen, im Ausführungsbeispiel dienen hiezu Kugelventile.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist ein Schlauch verwendet,
der eine Armierung enthält, die ein radiales Expandieren des Schlauchs zuläßt. Die
Armierung kann Metall-oder Kunststoffdrähte aufweisen. Der Vorteil dieser Ausführungßform
liegt einmal darin, daß durch diese Armierung der Schlauch sehr viel robuster wird;
weiter ist jedoch auch von Vorteil, daß deswegen, weil wegen der Armierung bei einem
radialen Expandieren zwangsläufig eine Verkürzung des Schlauchs verbunden ist, was
dazu führt, daß das bewegliche Endstück sich nach innen verschiebt, ein vorbestimmtes
Maß der Expansion des Schlauchs sehr genau dadurch erfaßt werden kann, daß das bewegliche
Endstück
eine vorbestimmte Lage erreicht hat. Außerdem ist von Vor
teils daß die kraft, mit der das bewegliche Endstück wieder nach außen geschoben
wird wenn die radiale Expansion des Schlauchs zurückgeht, , größer ist als wenn
der Schlauch nicht die geschilderte Armierung enthält.
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Um bei einer gegebenen Pumpe einen möglichst großen Hub raum sicherzustellen,
kann es gemäß einer Weiterbildung der Erfindung in bestimmten Fällen zweckmäßig
sein eine Feder vorzusehen, die bestrebt ist das bewegliche Endstück in seine äußere
Endlage ZU bewegen und dadurch den Schlauch in seiner Längsrichtung zu spannen und
somit einen möglichst geringen Außendurchmesser des Schlauchs im nicht-expandierten
Zustand des Schlauchs sicherzustellen, Die Feder greift hierzu bei einer Ausführungsform
der Erfindung am verschiebbaren Ende des Schlauchs an. Bei einer anderen Ausführungsform
greift die Feder am äußeren Umfang des Schlauchs an und ist bestrebt, den Schlauch
zusammenzudrücken und dadurch das bewegliche Endstück nach außen zu bewegen.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das Gehäuse im wesentlichen rohrförmig
mit einem kreisförmigen Querschnitt; hierdurch ergibt sich zwischen dem Schlauch
und der rohrförmigen Gehäusewandung ein überall gleichmäßig breiter Zwischenraum.
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Es kann zweckmäßig seine die Abmessungen der Pumpe und den maximalen
Betriebsdruck des Druckmediums so zu wählen, daß der Schlauch im ex expandierten
Zustand möglichst weitgehend an der Innenwandung des rohrförmigen Teils anliegt,
um zu verhinder, daß Injektionsgut zu lange in der Pumpe verbleibt. Durch die geschilderte
maßnahme wird auch der größtmögliche Hubraum und somit die größte Förderleistung
der Pumpe bei vorgegebenen Abmessungen erreicht.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist im Innenraum des Schlauchs
eine Stützvorrichtung angeordnet; dadurch
wird es möglich, einen
verhältnismäßig dünnwandigen Schlauch vorzusehen, und dennoch wird verhindert, daß
der Schlauch unter dem Druck des nachströmenden zu pumpenden Mediums vollständig
zusammengedrückt wird, wodurch das Einströmen des Druckmittels in den IAnenraum
des Schlauchs behindert werden könnte. Diese Stützvorrichtung kann durch einzelne
Stäbe gebildet sein oder in besonders einfacher Weise durch ein Rohr, dessen eines
Ende gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gleichzeitig als kaschlußstuZzen
für eine das Druckmittel liefernde Leitung dienen kann.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Steuervorrichtung
ein Paar elektrischer Kontaktstücke auf die mit dem Gehäuse und dem beweglichen
Endstück verbunden sind.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung, die
erfindungswesentliche Einzelheiten zeigt, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen
Merkmale können je einzeln -für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination
bei einer Ausführungsform der Erfindung verwkrlicht sein. Es zeigent Fig. 1 einen
Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Pumpe und Fig.
2 eine Darstellung der Armierung des beim Ausführungsbeispiel verwendeten Schlauchs.
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Ein Rohr t mit kreisförmigem Querschnitt weist an seinen Enden angeschweißte
Flansche 2 auf0 Im Bereich der beiden Enden des Rohrs 1 sind Füllstücke 3 aus einem
Kunststoff von dem aus der Figo 1 ersichtlichen Querschnitt eingesetzt, die verhindern
sollen, daß das Injektionsgut zu lösbaren Verbindungen innerhalb der Pumpe oder
zu der einzigen vorhandenen Schiebeführung gelangt, wo es zu Störungen führen könnte,
beispielsweise auch das Austauschen schadhaft gewordener Teile stark behindern könnte.
Auf den in Fig. 1 obere Flansch 2 ist eine Platte 4 mittels mehrerer Schrauben 5
angeschraubt, von denen lediglich eine dargestellt ist. Die Platte 4 weist eine
Bohrung 8 auf, in die ein im wosetnliches rohrförmiges Endstück 10 eingesetzt und
mit der Platte 4 dicht verschweißt ist. Au seiner inneren Ende ist das Endstück
10 verjüngt, dort ist das eine Ende des Schlauches 12 aufgeschoben und mittels einer
am Endstück 10 befestigten Metallhülse 14 und einer nicht zeichnerisch dargestellten
Quetschverbindung mit dem Endstück dicht verbundeno, Das Endstück 10 sitzt außerdem
in der Bohrung des oberen Füllstücks 3, die den gleichen Durchmesser wie die Bohrung
8 hat0 Am unteren Flansch 2 ist ebenfalls eine Platte 16 mittels Schrauben befestigt,
die wie die Platte 4 dazu dient, das Füllstück 3, das einen radial nach außen vorspringenden
Rand 17 hat, unverrückbar im Rohr 1 zu halten. Das an dieser Seite der Pumpe angeordnete
Endstück 18 geht durch eine Bohrung 19 der Platte 16 frei hindurch. Dieses Endstück
18 ist im unteren Fü11-stück 3 längsverschiebbar geführt. Eine durch die
Platte
16 und einen Ring 20 gehaltene Dichtung 21 verhindert, daß bis hierhin gelangtes
Injektionsgut nach außen dringen kann.
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Die beiden Endstücke 10 und 18 sind in ihrer Längsrichtung mittig
durchbohrt, diese Bohrung ist beim Endstück 18 durch eine Platte 24 dicht, verschlossen.
Das obere Endstück 10 ist an seiner Außenseite durch eine durchbohrte Platte 26
dicht verschlossen, in die ein dünnes Rohr 28 eingesetzt und dicht eingeschweißt
ist, das nach außen noch etwas vorragt und sich bis in den Bereich der Bohrung des
anderen Endstücks 18 erstreckt. Dieses Endstück 18 kann sich auf dem Rohr 28 jedoch
frei verschieben. Das Endstück 18 dient zur Zentrierung des Rohrs 28 an dessen in
Fig. 1 unterem Ende. Das Rohr 28 dient an seinem oberen Ende als Anschluß für eine
Druckmittelleitung, in seinem mittleren Bereich weist es Bohrungen 29 auf, die das
im Inneren des Rohrs 28 zugeführte Druckmittel in den Raum innerhalb des Schlauchs
12 austreten lassen.
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Eine als Schraubenfeder ausgebildete, als Druckfeder wirkende Feder
30 stützt sich an der Stirnfläche des Rohrs 28 und der Innenseite der Platte 24
ab und ist bestrebt, das Endstück 18 nach unten zu bewegen und somit den Schlauch
12 in Längsrichtung zu straffen.
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Das Rohr 1 weist an seiner in Fig. 1 linken Seite zwei Anschlußstutzen
31 und diesen diametral gegenüberliegend- zwei Anschlußstutzen 32 auf, die dazu
dienen, die in der Zeicimung dargestellten Zuführungsleitungen 33 und 34 anzuschrauben,
die jeweils ein KugelRückschlag ventil 35 und 36 aufweisen, so daß sich hierdurch
die durch Pfeile angedeutete Durchflußrichtung ergibt. Die Anschlußstutzen 31 und
32 sind in der Nähe des inneren Endes der Füllstücke 3 angeordnet, weil hier der
Schlauch 12 beim Expandieren zuletzt am Rohr 1 zur Anlage kommt, so daß das in der
Pumpe befindliche Füllgut beim
Expansionsvorgang des Schlauchs
12, bei dem in den Innenraum 40 des Schlauchs 12 das Druckmittel eingeleitet wird,
weitgehend aus dem Raum 41, der im wesentlichen von der Außenseite des Schlauchs
12 und der Innenseite des Rohrs 1 begrenzt wird, herausgepreßt wird.
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Die Pumpe ist in der Zeichnung abgebrochen dargestellt, sie kann somit
länger sein als dargestellt. Bei längeren Pumpen kann es zweckmäßig sein, zwischen
den dargestellten Anschlußstutzen 31 und 32 noch weitere Anschlußstutzen vorzusehen
Die Zeichnung zeigt die expandierte Stellung des Schlauchs 12, in der er an der
Rohrwandung 1 anliegt. Das verschiebbare Endstück 18 hat wegen der Verkürzung des
Schlauchs im expandierte Zustand seine innere Endstellung erreicht, in der zwei
Kontakt stücke 37 und 38 miteinander in Berührung sind und einen elektrischen Kontakt
schließen, der in nicht dargestellter Weise dazu dienen kann, den Druck des in den
Innenraum des Schlauchs 12 geleiteten Druckmittels zu verringern, so daß der Schlauch
12 aufgrund seiner elastischen Eigenschaften und wegen der von der Feder 30 auf
ihn ausgeübten Zugkraft wieder seine ursprüngliche nicht-expandierte Form mit überall
gleichem Innenquerschnitt annimmt; bei diesem Vorgang wandert das bewegliche Endstück
18 nach außen und der Kontakt 37, 38 öffnet sich. Die Feder 30 kann zumindest in
beschränktem Umfang eine Ermüdung der Kontraktionsfähigkeit des Schlauchs 12 kompensieren.
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In Fig. 2 ist ein Abschnitt des Schlauchs 12 inlängsrichtung aufgeschnitten
und ausgebreitet dargestellt. Es ist ein Metallgewebe 39 angedeutet, das innerhalb
des Schlauchs als Armierung vorgesehen ist. Die einzelnen Drähte dieses Metallgewebes
39 verlaufen untereinander unter einem Winkel von 90 Grad und schließen mit der
Längsrichtung des Schlauchs einen Winkel von 45 Grad ein, dies gilt für den nicht-expandierten
Zustand.
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Die geschilderte Pumpe eignet sich gut als Druckpumpe, weniger dagegen
als Saugpumpe. Da es möglich ist, die Pumpe nahezu beliebig lang zu machen, wodurch
das Hubvolumen ebenfalls innerhalb vernünftiger Grenzen beliebige Werte annimmt,
wird die Zahl der möglichen Druckspitzen während der Förderung eines vorbestimmten,
beispielsweise für eine Injektion benötigten Volumens des Injektionsguts verringert,
und dadurch können durch derartige Druckspitzen möglicherweise im Gestein begünstigte
Zerstörungen kleingehalten werden.
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Im Ausführungsbeispiel hat das Rohr 1 einen Innendurchmesser von 140mm,
der Schlauch 12 hat einen Außendurchmesser von 80 mm und eine Wandstärke von 8 mm.
Die Länge des Geräts beträgt im Ausführungsbeispiel 1 000 mm. Die übrigen Maße können
der maßstäblichen Figur 1 entnommen werden.
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Die Pumpe ist für Drücke des Druckmittels zwischen 0 und 25 bar geeignet,
kann aber~auch für höhere Drücke dimensioniert werden.
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Die Pumpe besteht mit Ausnahme der aus Kunststoff gebildeten Füllstücke
und des aus Gummi bestehenden Schlauches aus einem geeigneten Metall, es kann die
Verwendung von korrosionsfestem Stahl zweckmäßig sein.
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Ein Unterschied des erfindungsgemäßen Geräts gegenüber bekannten Membranpumpen
liegt darin, daß bei dem bekannten Geräten die im wesentlichen ebene Membran mit
ihrem Rand starr eingespannt ist, wogegen beim erfindungsgemäßen Gerät die Membran
wegen der verschiebbaren Lagerung des Endstücks an ihrem Rand beweglich eingespannt
ist. Ein Vorteil des besonderen, beim erfindungsgemäßen Gerät verwendeten
Schlauchs
liegt noch darin, daß wegen der Metallarmierung der Schlauch im wesentlichen gleichmäßig
radial expandiert, so daß nicht die Gefahr besteht, daß der Schlauch beispielsweise
infolge von geringfügigen Beschädigungen einer kleinen Stelle dort sehr stark expandiert
und dadurch zerstört wird. Der Schlauch 12 mit dem als Armierung dienenden Metallgwewbe
ist im Handel erhältlich und wird von der Firma Petrometalic, Cambrai (Frankreich)
unter der Bezeichnung Bimbar 1 vertrieben.
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Man kann mehrere der erfindungsgemäßen Pumpen mit ihren Ausgängen
und Eingängen für das zu pumpende Medium parallel schalten und die Druckmittelzuführung
zeitlich verschoben vornehmen, so daß die Druckschwankungen am Ausgang dieser Pumpenanordnung
verringert werden.
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Anstatt einer elektrischen Steuerung kann zum Steuern des Ein und
Ausströmens des Druckmittels in den bzw. aus dem Raum 40 auch eine mechanische Steuerung
vorgesehen sein, die mit dem beweglichen Endstück 18 gekoppelt ist und die unter
Verwendung von Steuerventilen arbeitet.
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Die Drähte der Armierung des Schlauchs können maschendrahtartig miteinander
verbunden sein. Die verschiebbare Halterung des Schlauchs an seinem einen Ende bewirkt,
daß die durch den Schlauch gebildete Membran einer Formänderung einen wesentlich
geringeren Widerstand entgegensetzt als wenn dieser Schlauch an seinen beiden Enden
unverschiebbar festgehalten wäre. Bei Ausführungsformen der Erfindung kann der Werkstoff
und die Armierung des Schlauchs so gewählt sein, daß der Schlauch einer Vergrößerung
seines Durchmessers nur einen geringen Widerstand entgegensetzt.
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L e e r s e i t e