-
"Steuerschieber einer Betonpumpe"
-
Die Erfindung betrifft die Ausbildung eines vorzugsweise liegenden
S-förmigen Steuerschiebers einer 2-Zylinderpumpe für breiige Massen, insbesondere
Beton, mit der Lagerung und Dichtung eines solchen Steuerschiebers in einem Gehäuse
oder Vorratsbehälter. Die erfindungsgemäßen Merkmale sind nicht beschränkt auf Steuerschieber
mit im wesentlichen liegender Hauptachse, sondern auch anwendbar für Ausführungen
mit im wesentlichen stehender Hauptachse.
-
Sogenannte S-förmige Steuerschieber zwischen 2 oder mehr Pumpzylindern
und einem Abförderrohr gehören seit langem zum Stande der Technik.
-
Der Steuerschieber ist das wichtigste Element in einer Kolbenpumpe
für die angeführten Fördermedien.
-
Die Ausbildung des Steuerschiebers mit Lagerung und Dichtung bestimmt
die Ausbildung des Schiebergehäuses, welches meist Teil eines Aufgabebehälters ist,
und umgekehrt.
-
Die Forderungen, die an solche Steuerschieber in Verbindung mit dem
Schiebergehäuse bzw. Aufgabetrichter gestellt werden können folgendermaßen zusammengefaßt
werden: 1. Geringe Gesamtmasse, um die Bewegungsenergie zu reduzieren.
-
2. Leichte Nachstellbarkeit des Verschleißes an der Trennstelle.
-
3. Hohe Verdrehsteifigkeit der krafteinleitenden Teile.
-
4. Strömungstechnisch günstige Ausbildung bzw. solche Formen und Wölbungen,
die den Betonfluß aus dem Behälter heraus in die Pumpzylinder fördern.
-
5. Gute Selbstreinigung von Steuerschieber und angrenzenden Bauteilen,
also keine plötzlichen Formänderungen, innerhalb derer Vertiefungen zubetoniert
und Erhöhungen abgetragen werden (verschleißen).
-
6. Sichere und anspruchslose Dichtung zwischen dem schwenkbaren Steuerschieber
und einem feststehenden Weiterförderungsrohr.
-
7. Ausbildung der Lagerteile so, daß bester Schutz der Lagerflächen
sowie leichte Montage und Demontage erreicht werden.
-
Gegenüber dem bekannten Stande der Technik erfüllt die erfindungsgemäße
Ausführung diese Forderungen optimal.
-
Der bekannte Stand der Technik kann in folgende 3 Familien gruppiert
werden: Gruppe 1 Einseitige Längs- und Querlagerung, vorzugsweise abförderseitige
sogenannte Außenlagerung. Krafteinleitung über einen lagerseitig auf das Rohr aufgesetzten
Hebel Hierzu zählen: US 32 98 322; 3380388 u. 37 26 614; GP 10 63 020; DOS 12 78
247; 16 53 607 u.
-
DAS 21 04 191; DP 12 66 130; DP 23 15 857 Gruppe 2 Beidseitige Querlagerung
mit meist antriebsseitiger Längslagerung, starre Verbindung zwischen S-Schieberrohr
zu einem Lager.
-
Krafteinleitung über starre Verbindung, vorzugsweise auf der Seite
der Pumpzylinder.
-
Hierzu zählen: DP 12 66 130; GP 10 63 020; AP 24 53 77; DP 12 85
319; DOS 21 04 191; 24 44 464; 24 47 054; 26 11 944; 27 29 159 USP 37 26 614; 39
20 357; 39 63 385; 39 89 420; 32 98 322; 38 57 521
Gruppe 3 Einseitige
Quer- und Längslagerung, auf Gegenseite geführt oder zweiseitig gelagert. Krafteinleitung
über lose Mitnehmerteile am Schieberrohr, meist pumpzylipderseitig.
-
Hierzu zählen: DOS 23 62 670; 26 32 816; FP 23 59 290 Bei Ausführungen
der Gruppe 1 baut die Lagerung in Abförderrichtung weit vor und, da dann die Förderleitung
anschließt mit Bogen über oder seitlich am Aufgabetrichter vorbei, wird die Bodenfreiheit
bei Fahrpumpen reduziert bzw. die Einfüllhöhen vergrößert und der Gesamtschwerpunkt
wandert sehr weit über die Hinterachse des tragenden Fahrgestelles hinaus, was sich
beim Fahren ungünstig bemerkbar macht. Auch die Teile für die Einleitung der Verstellkräfte
verschieben sich mit der Lagerung nach hinten und die Hydraulik-Verstellteile erfordern
einen eigenen Schutz. Durch die abförderseitige Lagerung, den dort liegenden Verstellantrieb
und das weit vorstehende Abförderrohr ist die Anfahrmöglichkeit für Fahrmischer
stark eingeschränkt.
-
Das Steuerschieberrohr ist jedoch im Bereich der Trennstelle frei,
kann entsprechend günstig geformt werden, so daß der Zufluß zur Ansaugöffnung nicht
beeinträchtigt wird.
-
Die Nachteile bei dieser Ausführung überwiegen jedoch die Vorteile.
-
Bei Ausführungen der Gruppe 2 ist der abförderseitige Oberstand gering,
der Gesamtschwerpunkt liegt bei Fahrpumpen näher an der Hinterachse und die Hydraulik-Verstellteile
werden meist auf der, der Fahrzeugseite zugewandten Lagerseite, zugeordnet. Sie
sind dort besser geschützt. Bei fast allen Schieberausführungen nach dem Stande
der Technik werden jedoch die Lager- und Verstellteile vom eigentlichen S-förmigen
Betonführungsrohr getrennt. Damit sind Flansche, Lagerteile, in denen Bolzen stecken,
Verschraubungen und andere Verbindungselemente erforderlich, die dem ungehinderten
Betonfluß über und neben dem Steuerschieberrohr im Wege sind, verbacken und nur
mühsam zu reinigen sind.
-
Die bevorzugte Ausführung ist heute diejenige, bei der Schieberrohr-mit
antriebsseitigem
Lagerzapfen in eine Gehäuserückwand (horizontale Hauptachse)oder den Gehäuseboden
(senkrechte Hauptachse) gesteckt und auf der Gegenseite ein Hilfslager gesetzt wird,
etwa nach USP 37 26 614, DPS 23 15 857.
-
Die Teilezahl für Steuerschieber und Lagerung mit Dichtung ist bei
diesen zusammengesetzten Schieberausführungen größer als bei der erfindungsgemäßen
Lösung.
-
Die Ausführungen nach Gruppe 3 verwenden mindestens ein außenliegendes,
abförderseitiges Quer- und Längslager, ähnlich, jedoch einfacher wie bei Gruppe
1. Auf der gegenüberliegenden Seite stellt ein, mit ersterem fluchtenden Lagerbolzen
mit Gabel, die kardanische Verbindung mit dem Rohrteil her.
-
Zwischen Rohr und hydraulischer Betätigung sind also zahlreiche Teile
nötig, um das Rohrende im Trennstellenbereich zu halten und mitzunehmen.
-
Diese Teile ragen gegenüber der Rohraußenkontur mehr oder weniger
weit vor, sind erheblichem Verschleiß unterworfen und hinsichtlich Selbstreinigung
genau das Gegenteil der Ausführung 1.
-
Bei allen Ausführungen dieser 3 Gruppen sind die Verbindung zwischen
dem axial nachstellbaren, schwenkbaren Steuerschieber und dem nachfolgenden feststehenden
Abförderrohr auf verschiedene Weise gelöst, teilweise durch nicht schnell-lösbare
Kupplungen für höhere Förderdrücke oder durch einfache Schalenkupplungen mit innenliegender,
durch den Betondruck anzupressenden Dichtlippen.
-
Letztere Lösungen, benutzt bei langsam verschwenkbaren Rohrteilen
an Auslegern, halten der hohen Schaltzahl (etwa 100 - 1000 x größer) des Steuerschiebers
bei den unmittelbar im Schieberbereich anstehenden höheren Förderdrücken nicht stand.
-
Die genannten Nachteile der Ausführungen 1 bis 3 werden vermieden
durch eine Ausführung entsprechend dem Schutzbegehren.
-
Der Steuerschieber ist mit dem antriebsseitigem Lagerzapfen aus hochverschleißfestem,
gleichzeitig zähem Mangan-Hartguß gegossen, wobei der antriebsseitige Lagerzapfen
zweckmäßigerweise hohl geformt ist und die Mantelfläche des Lagerzapfens durch tangential
anschließende Flächen in den Mantel des Förderrohres übergehen. Die Ubergangszone
zwischen Hohl zapfen und Rohrteil ist allseitig gerundet und bietet keine Ansatzstelle
für den Beton.
-
Zu bearbeiten ist an dem Steuerschieber die abgabeseitige Stirnfläche,
Zylindermantelfläche mit Bund sowie der antriebsseitige Bund, Lagerzapfen, Gewinde
und Mitnehmervierkant.
-
Ober diese Lagerstellen hinaus ist lediglich noch die Anlagefläche
für die Verschleißplatte an der Stirnfläche zu bearbeiten.
-
Durch die Verschleißgußausführung ist die Wandstärke dem zu erwartenden
Innenverschleiß anzupassen.
-
Der Schieber liegt in Lagerschalen des Gehäuses und abnehmbaren oberen
Lagerdeckeln. Diese Lagerteile werden gemeinsam bearbeitet.
-
Antriebsseitig ist das Querlager mit dem Axiallager kombiniert.
-
Die Arretierung der Lagerbuchsen erfolgt im Gehäuse bzw. in den Lagerdeckeln.
-
Die Verschleißnachstellung erfolgt in bekannter Weise durch Gewindelängsverschiebung
des Steuerschiebers in den Lagern, abgestützt gegen das pumpenzylinderseitige Lager
im Schiebergehäuse.
-
Die Querlager können gebildet werden durch je eine über den Lagerzylinder
geschobene Innenlagerbuchse, die in Außenlagerbuchsen liegt; oder die Lagerzylinder
liegen direkt in den Lagerbuchsen, die im Gehäuse längs und um die Drehachse gesichert
sind.
-
Auf der abförderseitigen Stirnseite des Steuerschiebers kommt eine
Axial-Dichtung zur Anlage, die unter Vorspannung durch den Innendruck steht, und
die einen bestimmten Stirnverschleiß an den Hauptverschleißplatten auszugleichen
vermag. Die Dichtung ist im abförderseitigen Rohr oder
Rohrbogen
gehalten und wird vorzugsweise mit dieser abgestellt bzw.
-
abgeschwenkt.
-
Die am Steuerschieber vorgesehenen Bunde bilden mit den Gehäuseschalen
bzw. Deckeln einen mechanischen Schutz vor den Schmutzabstreifern und im Zusammenwirken
mit einer Fettschmierung wird ein Fettkragen erreicht, der das Eindringen von Mörtel
verhindert.
-
Bei gleichartigen Pumpen für geringere Förderdrücke ( P 20 - 30 bar)
ist erfindungsgemäß vorgesehen, anstelle der axialen Dichtung eine bekannte Radialdichtung
anzuordnen. In diesem Fall wird das Abförderrohr über eine normale Schalenkupplung
mit dem Steuerschieber verbunden, beim Verschleißnachstellen axial mit verschoben.
-
Da die Abstreifnasen des Steuerschiebers im Schiebergehäusebodenteil
anliegen, erfolgt die Bearbeitung der zylindrischen Lagerteile ausgehend von der
Kontur der Abstreifnasen.
-
In den folgenden Darstellungen werden Beispiele der erfindungsgemäßen
Steuerschieber - mit Lager - und Dichtungslösung dargestellt.
-
Die Fig. 1 - 3 zeigen beispielhaft den Steuerschieber in Verbindung
mit Steuerschiebergehäuse, Schwenkantrieb und Pumpenzylinder Fig.4,5,6,7 zeigen
Einzelheiten des Steuerschiebers mit Ausbildung der Lager- und Dichtungsteile, sowie
die Rohrquerschnitte In Fig.8,9,10,11 sind beispielhaft die Außenlager mit bevorzugten
Verbindungen Steuerschieber - Abförderrohr dargestellt.
-
In der Frontplatte 1 sind die, meist 2, Pumpenzylinder 2/3 gelagert.
-
Diese Frontplatte steht, vorzugsweise über Scharniergelenk 4, mit
dem Schiebergehäuse 5 in Verbindung. Das Schiebergehäuse selbst besteht
aus
einer fensterförmigen Gehäuserückwand 6, in welche die Frontplatte 1 dichtend eintaucht;
der antriebsseitigen unteren Lagerschale 7, den Wangen 8 und der abförderseitigen
unteren Lagerschale 9 sowie den Lagerdeckeln 10/11.
-
Die Rückwand 6 des Schiebergehäuses ist beiderseits der unteren Lagerschalenhälfte
als Joch 12 ausgebildet, welche außen die Widerlager 13 der Schwenkzylinder 14 tragen.
-
Der Boden des Schiebergehäuses ist durch die um 15 abklappbare, allseitig
gewölbte Bodenverschlußplatte 16 abgeschlossen und gegen einen Anschlag bei 17 verspannt.
-
Der einstückige Steuerschieber 18 bewegt sich schabend über der verschleißfesten
Bodenabschlußplatte 16 nach Patent PA 28 14 845.0 und einer Verschleißeinlage 19
im Schiebergehäuse.
-
In der Frontplatte 1 ist die ebene Verschleißbrille 20 eingebaut,
gegen die der stirnseitig am Steuerschieber angebrachte Verschleißring 21 zur dichtenden
Anlage kommt.
-
Abförderseitig schließt das Abförderrohr 22 an, welches am Schiebergehäuse
5 gelenkig 23 und ebenfalls gegen einen Anschlag verspannbar 24 gelagert sein kann,
wobei eine Axialdichtung 25, fest.mit dem Abförderrohr verbunden, mit abgestellt
wird.
-
Die Lagerdeckel 10/11 sind mittels Schraubverbindung 26 und weiteren
Kraftsicherungen, etwa Scherstiften 27 mit dem Schiebergehäuse 5 verbunden.
-
Die Wände des Aufgabetrichters sind mit 28 gekennzeichnet, d. h. die
Steuerschieber-Lagerungen durchdringen zum Teil den Aufgabetrichter.
-
Damit sind die Lagerstellen gegen das Fördergut von innen mit besonderer
Sorgfalt zu konstruieren, während die äußeren Durchtritte des Steuerschiebers durch
die Lagerteile nur gegen Staub und Schmutz gedichtet sein müssen.
-
Das betonführende Rohrteil 29 des Steuerschiebers ist nach Fig.1-5
zusammen mit dem Antriebs- und Lagerzapfen 30 einstückig gegossen und es wird insgesamt
von oben in das Schiebergehäuse montiert.
-
Das betonfördernde S-förmige Rohrteil 29 des Steuerschiebers 18 ist
über tangential anschließende und in der Seitenansicht mit großen Radien R übergehende
Wände 53 mit dem Antriebs- und Lagerzapfen 30 verbunden. Die Abstreifnasen 54 schaben
an der Bodenverschleißplatte 16.
-
Die Rohrquerschnitte im Schieberrohr sind durch Schnitte AA, BB, CC
mit den Verstärkungszonen V1, V 2 in Fig. 6,7, 8 dargestellt.
-
Das abförderseitige Ende des Steuerschiebers 18 ist mit Bund 31 bearbeitet
und kann nach Fig. 4 mit aufgezogener Lagerbuchse 32 versehen sein. Diese Lagerbuchse
kann nach Fig. 5 auch fehlen und der Steuerschieber ruht unmittelbar in einem übergeschobenen
Lagerring 33, der im unteren Gehäuselagerteil 9 oder im Lagerdeckel 11 durch beliebige
Mittel 34 gegen Verschieben und Verdrehen gesichert ist.
-
Um die Lagerflhche zu schützen, sind beidseitig der Lagerschale Schmutzabstreifer
35 oder entsprechende Dichtungsteile angeordnet und vorteilhafterweise sind diese
Dichtungen durch mechanische Spaltdichtungen 36 mit Fettfüllung gegen Zement- und
Mörteleindringung gesichert.
-
Diese den Dichtungen vorgeschaltete Sicherungen werden erfindungsgemäß
am einfachsten erreicht dadurch, daß die Lagergehäuseteile den Bund am Steuerschieber
und möglicherweise den Oberdeckungsring mit geringem zylinderförmigen Spalt übergreifen.
Durch das über die Dichtung austreibende Schmierfett der Lagerbuchse wird die Fettkammer
37 gefüllt und es entsteht jeweils ein Fettkragen F, der Eindringen von Feuchtigkeit
und Mörtel vor die Dichtung bzw. in das Gleitlager verhindern und der gleichzeitig
ein Gradmesser für die Funktion der Schmierung und der Dichtung ist. In Längsrichtung
ist der Steuerschieber in der Lagerung um ein Verschleißmaß a verschiebbar.
-
Ist nun, wie in Fig. 3, 4 u. 5 das Abförderrohr 22 gelenkig, aber
nicht axialverschiebbar mit dem Schiebergehäuse 5 verbunden, dann verhindert eine,
unter axialer Verspannung und als Ringmembran wirksame ringförmige Axialdichtung
25 ein Eindringen von Beton in die Lagerung.
-
Um diese Funktion zu erfüllen, ist die Axialdichtung 25 im Abförderrohr
in einer schwalbenschwanzförmigen Nut 39 gehalten und der Haltering 40 überdeckt
axial die Dichtstelle, so daß die durch den Innendruck verformte Dichtung 3-seitig
eingeschlossen ist.
-
Zusätzlich zum Vorspannweg b in axialer Richtung, der größer als der
Verschleißnachstellweg a sein soll, tritt die Verformungsarbeit aus dem Rohrinnendruck
p, der in Verbindung mit einer Wölbung 42 nach innen und einer äußeren Kammer 43,
die axiale Anpreßkraft P an der Dichtfläche 41 vergrößert.
-
Für geringere Förderdrücke zwischen 20 und 30 bar ist eine bekannte
radiale Dichtung 44 mit schmalen Ringdichtflächen in Verbindung mit der Schalenkupplung
38, ebenfalls unter Betoninnendruck p stehend, ausreichend. Diese Lösung hat zur
Voraussetzung, daß das Abförderrohr 22 zum Zwecke der Verschleißnachstellung mitgehen
kann.
-
Auf prinzipiell gleiche Weise erfolgt die Lagerung und Dichtung auf
der Einleitungsseite der Schwenkkraft, also auf der Pumpzylinderseite.
-
Die Querlagerung ist hier mit der Längslagerung kombiniert.
-
Zu diesem Zweck ist nach Fig. 4 eine aufgeschobene Lagerbuchse 45
mit einem erhöhten Rund 46 versehen; der gegen eine äußere Lagerbuchse 47, die in
dem Schiebergehäuse 5 mit Lagerdeckel 10 drehgesichert 48 untergebracht ist, zur
Anlage kommt.
-
In eine der Lagerbuchsen ist eine Dichtung 49 gegen Eindringen von
Staub und Schmutz von außen vorgesehen.
-
Die axiale Verschleißnachstellung zwischen der Verschleißbrille 20
und Platte 21 erfolgt über Nachstellmuttern 50 gegen die Lagerteile im Schiebergehäuse.
-
Eine innere Lagerbuchse 45 kann nach Fig. 5 auch entfallen. Gegen
den im Schiebergehäuse oder dem Lagerdeckel gegen Verdrehen gesicherte Lagerring
51 kommen der Lager-Zylindermantel des Antriebs- und Lagerzapfens und die Nachstellmuttern
50 unmittelbar zur Anlage.
-
Diese Ausführungsform ist deshalb anwendbar, weil festgestellt werden
konnte, daß bei der vorgesehenen Gußlegierung bei Belastung bzw. Vergrößerung der
Flächenpressung eine wesentliche Gefügeverfestigung eintritt.
-
Insofern können die Lagerflächen bei gleichen Längs- und Querkräften
sogar geringer gehalten werden als üblich.
-
Eine Gußausführung von Schieberrohr und Antriebslagerzapfen in einem,
führt dazu, daß die Materialquerschnitte gut an die jeweilige Belastung durch Biegung/Verdrehung/Verschleiß
anpaßbar sind.
-
Es ist bekannt, daß bei Betontransport der unverschiebliche Betonkern
B etwa in der Mitte der Rundung bei V1 dann wieder bei V2 den größten Verschleiß
verursacht, weshalb hier örtlich die Wandstärke vergrößert wird, so daß die gesamte
Innenfläche des Steuerschieberrohres gleichmäßig verschleißt bzw. bis zum Ersatzaustausch
eine bestmögliche Werkstoffausnutzung erreicht wird.
-
Die örtlichen Materialanhäufungen gehen deutlich aus Fig. 7 u. 8 hervor.
-
Die Lagerflächen der Querlagerung und Längslager werden über die nicht
dargestellte Schmierleitung und Schmiernut 55 versorgt, die Schmierung der Plandichtfläche
41 durch getrennte Schmierleitung 56.
-
Die erfindungsgemäße Ausbildung eines S-förmigen Steuerschiebers für
Pumpen, insbesondere zum Fördern von breiige Massen, etwa Beton, bringt damit die
folgenden Vorteile gegenüber bekannten Lösungen a) geringster Werkstoff- und Bearbeitungskosten
b) bestmögliche Anpassung des Gußwerkstoffes an die Belastungswerte c) geringster
Reinigungsaufwand fiir Steuerschieber und dessen Antriebsteile durch strömungstechnisch
günstige Formgebung und beste Fließverhältnisse im Ansaugbereich d) bestmögliche
Verschiebung des Gesamtschwerpunktes einer Steuerschieber-Schiebergehäuse-Kombination
in Richtung der Pumpzylinder, also auch der Hinterachse einer fahrbaren Betonpumpe
Positionsübersicht
1 Frontplatte a Verschleißmaß-Nachstellung 2/3 Pumpzylinder b Vorspannweg 4 Scharniergelenk
p Rohrinnendruck 5 Schiebergehäuse P Anpreßkraft-Dichtkraft 6 Gehäuserückwand R
Radienübergänge 7 Lagerschale,antriebsseitig V1V2 Verstärkungszonen Pos. 22 8 Wangen
A-A Schnitte vertikal zur 9 Lagerschale abförderseitig B-B Schwenkachse durch das
S-förmige 10 Lagerdeckel antriebsseitig C-C Rohrteil 11 Lagerdeckel abförderseitig
F Fettkragen 12 Joch B Unverschieblicher Betonkern 13 Widerlager L Lagerteilung
14 Schwenkzylinder 15 Drehpunkt Bodenverschlußplatte 16 Bodenverschlußplatte 17
Spanneinrichtung 18 Steuerschieber 19 Verschleißeinlage 20 Verschleißbrille 21 Verschleißplatte
22 Abförderrohr 23 Gelenk 24 Spanneinrichtung 25 Axial-Membrandichtung 26 Schraubverbindung
27 Scherstifte 28 Aufgabetrichterwände 29 Betonführendes Rohrteil 30 Antriebs- u.
Lagerzapfen 31 Bund 32 Lagerbuchse aufgezogen 33 Lagerring 34 Lagerringsicherung
35 Schmutzabstreifer 36 mech. Spaltdichtung 37 Fettkammer 38 Schalenkupplung 39
Schwalbenschwanzf. Nut 40 Haltering 51 Lagerring antriebsseitig 41 Dichtfläche 52
Bund 42 Wölbung 53 Wände 43 äußere Kammer 54 Abstreifnasen 44 Radialdichtung 55
Schmiernut 45 aufgeschobene,innere Lagerbuchse 56 Schmierfettzuleitung 46 erhöhter
Bund 47 äußere Lagerbuchse 48 Drehsicherung 49 Dichtung 50 Nachstellmuttern