-
"Stirnverschleißteile einer Betonpumpe mit Schwenkrohrschieber"
-
Die Erfindung betrifft die Ausbildung der Stirnverschleißplatte eines
beweglichen Schwenkrohrschiebers und der mit diesem in Berührung stehenden Verschleiß-Brillenplatte
zum Zwecke der Standzeiterhöhung und der Optimierung des Betriebes von Betonpumpen.
-
Es sind bei Mehrzylinderpumpen mit zwischen den Pumpzylindern schwenkbarem
Steuerschieber zahlreiche Maßnahmen und Versuche bekannt, die besonders beanspruchten
Stirnflächen zu schützen, die Lebensdauer der Teile zu erhöhen und die Schnittfläche
mörtel dicht zu halten.
-
Eine Methode, den entstehenden Verschleiß auszugleichen, besteht nach
DOS 2 614 895 darin, im Schieberrohr einen sogenannten Automatikring anzuordnen.
Dieser Ring ist gegenüber der Rohrinnenform so ausgeführt, daß durch Flächenänderung
und Innendruck eine Druckkomponente in Richtung Verschleißfläche entsteht. Durch
diese Komponente soll sich eine manuelle Nachstellung des Verschleißes erübrigen.
Wegen der charakteristischen Auswaschungen an diesem Ring und in der Gegenplatte
kann es bei dieser Lösung zu keiner allflächig spaltfreien Anlage beider Teile aneinander
kommen.
-
Auch wurde versucht, durch Flächen- und/oder Härteanpassung zu erreichen,
daß beide Stirnflächen gleichmäßig verschleißen und nicht örtlich größere Spalte
entstehen, DOS 2 814 845.0.
-
Weiter wurde versucht, nach DOS 2 709 635 die Verschleißflächen zu
reduzieren, um die Verschleißkosten kleinzuhalten.
-
Ebenso ist der Gegenstand nach DP 2 362 165 darauf gerichtet, den
Verschleiß zu reduzieren.
-
Nachteilig ist bei beiden letztgenannten Lösungen, daß im Obergangsbereich
zwischen Pumpzylinder und Schwenkrohr erhebliche Betonverformungen die Folge sind.
-
Darüber hinaus sind Versuche bekanntgeworden, zu erreichen, daß der
Verschleißring am beweglichen Schieberteil sich ständig dreht und dadurch am Umfang
gleichmäßig verschleißt. Unkontrollierte Bewegung und automatische Einstellung in
der Weise, daß sich die Zone größeren Verschleißes am beweglichen Teil mit der Zone
des größeren Verschleißes am feststehenden Teil in Deckung bringt, führten dazu,
daß das Verschleißteil am beweglichen Teil in diesem etwa durch verschweißen, festgelegt
wurde.
-
Messungen haben nun gezeigt, daß die Verschleißvolumina der Platte
dder des Ringes am beweglichen Steuerschieberteil über den Umfang nicht gleiche
Werte haben, sondern den Verhältniswerten nach Fig. 1 entsprechen, d.h. in der Zone
des Rohrinnendurchmessers entstehen größere Auswaschungen (Flächenverschleiß) und
in der Zone der Mittelachse entsteht ein weiteres Verschleißmaximum (Schlagverschleiß).
-
Auch bei dem sogenannten Automatikring ist diese Verschleißtendenz
festzustellen. Der Ring dreht sich nämlich nicht wunschgemäß, so daß gleichmäßiger
Verschleiß entstehen würde.
-
Auch auf der vom Steuerschieber bestrichenen Gegenplatte gibt es örtlich
ganz charakteristische Auswaschungen bzw. Verschleißwerte nach Fig. 2.
-
Der Flächenverschleiß ist im Bereich des Durchmessers des Schwenkrohres
größer als auf den übrigen Flächenteilen.
-
Diese Erscheinung eines größeren Verschleißes in den Durchmesserzonen
läßt sich mit dem sog. Kugellagereffekt erklären. Kleine Sandkörner von 1 bis 3
mm gelangen in den Spalt zwischen beide Hauptverschleißteile und rollen auf den
sich relativ zueinander bewegenden Teilen ab, während sie gebrochen werden5 sich
in die Stahlteile eingraben und bei dieser Druckrollbewegung ständig Stahlkristalle
ausbrechen. Dieser Wälzverschleißeffekt ist um so größer, je länger die Linie ist,
über die sich beide Teile berühren. In Stegmitte ist sie am geringsten, im unteren
und oberen Durchmesserbereich am größten.
-
Im Stegbereich kommt zu diesem Wälzverschleißeffekt noch der Schlagverschleiß,
der die Kanten der beiden scherenartig aufeinander zulaufenden Teile abrundet. Durch
diesen Spalt wird insbesondere Bruchkorn eingezogen, weshalb sich hier ein kleines
Verschleißmaximum entwickelt.
-
Die Fig. 3 zeigt die charakteristischen Spalte zwischen den aufeinanderreibenden
Teilen. Je größer dieser Spalt wird, desto größeres Korn wird eingezogen und gebrochen.
Damit steigt das Verschleißvolumen pro 1000 m3 Pumpmenge parabolisch an.
-
Es kommt also darauf an, den Unterschied zwischen Minimal- und Maximalspalt
am beweglichen Steuerschieberteil gering zu halten. Dadurch verkleinert sich auch
das Verschleißvolumen an der feststehenden Brillenplatte um einen Anteil von ca.
20 - 30 %.
-
Um an dem Verschleißring des beweglichen Steuerschieberteiles eine
Verstetigung des Verschleißes über den Umgang zu erreichen, schlägt die Erfindung
vor, diesen Verschleißring dreh- und arretierbar in den Schwenkrohrschieber einzubauen.
-
Die Erfindung erfährt eine Erweiterung dadurch, daß auch die Brillenplatte
so gefertigt wird, daß der örtliche Verschleißwiderstand wngekehrt proportional
den bisher entstandenen Verschleißvoluminas ist.
-
Das wird erreicht durch besondere Härteverfahren des metallischen
Brillenteils oder durch Einlaqen von Keramikteilen verschiedenen Verschl ei ßwiderstandes.
-
Der entstehende Verschleißspalt kann dann auf bekannte Weise mechanisch
oder hydraulisch nachgestellt werden.
-
Während die Verschleißbrille im Schiebergehäuse fest verankert ist,
läßt sich der erfindungsgemäße Verschleißring im beweglichen Steuerschieberteil
leicht manuell verdrehen, wenn der Steuerschieber mitsamt seiner Lagerung im Moment
voneinander weg bewegt werden kann, was etwa durch eine scharnierartige Anlenkung
des Schiebergehäuses an einer Frontplatte, etwa nach USP 3 609 065 und DOS 2 814
845.0.
-
Der Schleißring ist lose in das Schieberteil eingelegt oder über dieses
gesteckt und lediglich gegen Verdrehung gesichert.
-
Diese Sicherung kann auf verschiedene Weise erfolgen, etwa durch Nase
und Nut, Schraube und Schlitz, Schraube und Bohrung.
-
Um den Verschleißring abziehen zu können, ist bei eingelegtem Ring
eine doppelte Fase zwischen Innenmantelfläche und Stirnfläche am Ring und am Schieberrohr
vorgesehen. Hier können Abziehvorrichtungen eingreifen.
-
Darüber hinaus entsteht der positive Nebeneffekt, daß eine gewisse
Selbstnachstellung von innen erreicht wird.
-
Wird der Verschleißring über das Rohrteil geschoben, so ist bei Verbackung
desselben leicht ein losschlagen von außen möglich.
-
Der Verschleißring wird um jeweils 90Q verdreht, es ist aber jeder
andere Winkel einstellbar. Die Verstellung erfolgt nach festgesetzten Pumpleistungsabständen
von z.B. 5000 m3.
-
Nachdem es auf diese Weise gelingt, den Stirnverschleiß am beweglichen
Schieberteil zu vergleichmäigen, Besteht ein weiterer Erfindungsgedanke darin, auch
den Verschleiß in der feststehenden Brillenplatte zu vergleichmä3igen.
-
Das kann erfindungsgemäß erreicht werden durch Einlegen von Kacheln
oder durch Anpassung des Verschleißwiderstandes an die bisherigen Verschleißvolumina,
etwa durch thermische Behandlung.
-
Bei eingelegten abgestuften verschleißfesteren Teilen im Stegbereich,
wird eine Verstetigung des Verschleißes über die ganze, vom beweglichen Schieberteil
bestrichene Fläche, erreicht.
-
Dabei ist die Möglichkeit gegeben, höchsten Verschleißwiderstand an
der Stirnfläche über dem mittleren Schwenkradius anzuordnen, dann über die Stegbreite
geringeren Verschleißwiderstand usw. Die Ausbildung der Teile kann auf beliebige
Weise erfolgen. Auch für die Verankerung stehen zahlreiche Möglichkeiten offen.
-
Anstelle von eingelegten Teilen verschiedenen Verschleißwiderstandes
ist derselbe Effekt erreichbar, wenn das Gefüge in Härte und Verschleißwiderstand
durch thermische Behandlung angepaßt wird.
-
Als vorteilhaft hat sich weiterhin auch erwiesen, durch Winkelanpassung
der Durchtrittsöffnung im Stegbereich eine bessere Schneidwirkung zu erreichen.
Als günstig haben sich Winkel zwischen 60 und 80" erwiesen.
-
Mindestens im Stegbereich hat sich diese Schneidenausbildung positiv
ausqewirkt.
-
Diese Maßnahmen tragen dazu bei, die Verschleißvoluminas der beiden
aneinander reibenden Verschleißteile zu verstetigen. Nur wenn diese Verstetigung,
d.h. eine geringstmögliche Differenz zwischen kleinstem und größtem örtlichen Verschleißwert
erreicht wird, kommt eine manuelle oder axiale Nachstellung des Verschleißes zum
Tragen; Die folgenden Abbildungen zeigen die Grundlagenarbeiten und die daraus resultierenden
Beispiele der erfindungsgemäßen Verbesserungen, und zwar: In Fig. 1 mit Teilschnitten
die Verschleißvoluminas über der Stirnfläche des beweglichen Schwenkrohres und in
Fig. 2 mit Teilschnitten diese über der Stirnfläche einer feststehenden, von der
Stirnfläche des Schwenkrohres bestrichenen Brillenplatte.
-
Die Fig. 3 stellt einen Horizontalschnitt durch die Trennstelle und
Fig. 4 einen Vertikalschnitt dar, jeweils mit Kennzeichnung der entstehenden Spalte,
wenn beide Hauptverschleißteile ihre Lage zueinander nicht ändern.
-
Die Fig. 5 zeigt einen außen aufgesteckten Verschleißring im Vertikalschnitt,
mit Nasenarretierung, Fig. 6 in der Vorderansicht, Fig. 7 mit Schraubenarretierung
und Fig. 8, 9, 10 im Prinzip dasselbe jedoch mit im Schwenkrohr angeordnetem Ring.
-
Schließlich zeigen die Fig. 11, 12, 13 und 14 erfindungsgemäße Ausbildungen
der Brillenplatte.
-
Der Verschleißring 1 mit konzentrischer Stirnfläche bewegt sich über
die Verschleißplatte 2 um den Drehmittelpunkt 3 . Der mittlere Radius wird mit ro
, der innere mit ri , der äußere mit ra bezeichnet. Auf und im Bereich dieser Radien
ist die Berührungslänge verschieden, im Bereich ro ist es 101 , im Bereich ri ist
es li1 und im bereich ra ist es lal Die Verschleißvolumina wurden über die Linie
lv in Fig. 1 a aufgetragen. Verschleißmaximas MiMa entstehen über den Berührungslängen
1i1 und lal. Sie sind etwa doppelt so groß wie an den äußeren Rändern und ca. 80
% größer als auf dem mittleren Umfangsbereich.
-
Lediglich auf der Linie 101 entsteht nocheinmal ein Maximum Mo das
jedoch vom Schlagverschleiß herrührt. Aufgetragen ist ein Mittelwert aus Reib- und
Schlagverschleiß.
-
Die Verschleißspitzen Mol durch Schlagverschleiß an den Innenkanten
des Verschleißringes sind noch höher als die Maximas Mi/Ma. Die Fig. 1 b zeigt das
Ansteigen vom Außen-0 zum Innen- sehr deutlich.
-
Betrachtet man die Berührungslinie lal , dann ist auch hier der Verschleiß
in der Mitte etwas höher, Fig. 1 c.
-
Shnliche Verschleißverhältnisse sind an der Verschleißbrille Fig.
2 anzutreffen. Strichpunktiert ist der Umriß bzw. die Berührungsfläche des Verschleißringes
eingetragen.
-
Auch hier wurden wieder die Berührungslängen mit 102, li2 und la2
gekennzeichnet. Im Vertikalschnitt nach Linie 1o2 V entstehen Verschleißvoluminas
nach Fig. 2 a, im Horizontalschnitt Linie 102 H solche nach Fig. 2 b. Auf der Linie
la2 sind die Verhältnisse ähnlich Fig. 1 c.
-
übertragen in ein Horizontalschnittbild entlang 101 der Brillenplatte/
Verschleibring Fig. 3 entstehen de Spalte, wie sie durch strichpunktìerte Linie
angegeben sind.
-
Noch deutlicher ist es im Vertikalschnitt Fig. 4 durch beide Teile.
-
Hier sind 3 auffallende Spalte festzustellen entlang 1°1/2; li1/2,
la1/2.
-
Durch diese Spalte wird der Feinmörtel durchgedrückt. Dieser Feinmörtel
fehlt als Schmierung an der Förderrohrinnenwand und es kommt leichter zu Verstopfungen.
Die gestrichtelte Linie Mol in Fig. 4 zeigt die Maximal-Auswaschung an beiden Teilen,
hervorgerufen durch Schlagverschleiß.
-
In Fig. 3 und 4 sind bezeichnet, mit 3 das Schwenkrohr-Steuerschieberteil,
mit 4 die Pumpenzylinder, mit 5 der Pumpenkolben, mit 6 das Scharniergelenk zwischen
feststehendem Bauteil und abschwenkbarem Schieberteil und Verspannung 7 auf der
Gegenseite. Diese scharnierartige Bauweise ermöglicht schnellen Zugriff zu den Hauptverschleißteilen
zum Zwecke der Nachstellung bzw. des Austausches. Mit 8 ist die Bodenabschlußplatte
gekennzeichnet.
-
Diese Darstellungen machen sichtbar, daß eine Verstetigung des Verschleißes
am Verschleißring 1 nur durch programmierte Verdrehung und auf der Verschleißplatte
2 nur durch gezielte Anpassung des VerschleiRwiderstandes zu erreichen ist.
-
Der Verschleißring 1 nach Fig. 5 ist über das Schwenkrohr 9 übergesteckt
und mit Nuten 10 versehen, die eine Nase 11 am Schwenkrohr 9 umgreifen.
-
Im Beispiel sind die Nuten 10 unter 45" angeordnet. Andere Winkel
sind möglich. Die Verschleiß Stirnkräfte werden von der Anlageschulter 12 aufgenommen.
-
Sollte der Ring auf dem Schwenkrohr festbacken, so ist ein losschlagen
von der hinteren Stirnseite 13 leicht möglich.
-
Anstelle einer Nase 11 am Schwenkrohr 9 kann eine Arretierungsschraube
14 nach Fig. 7 als Verdrehsicherung zur Anwendung kommen.
-
Die Außenringlösung nach den Fig-. 5, 6, 7 wird vorzugsweise angewandt,
wenn die Verschleißnachstellung hydraulisch automatisch über eine Quer- und Längslagerung
oder rein manuell erfolg.
-
Eine andere erfindungsgemäße Lösung des Einbaus und der Verdrehsicherung
des Verschleißringes im Schwenkrohr veranschaulichen Fig. 8, 9 und 10.
-
Der in das Schwenkrohr 9 eingelegte Verschleißring 1 ist nach Fig.
8 ebenfalls mit Nuten 10 versehen in welche eine Arretierungsschraube 14 eingreift
oder ein in Längsrichtung eingeschlagener Sicherungsstift 15 nach Fig. 10.
-
Um einen verbackenen Verschleißring zum Zwecke der Verschleißverdrehung
herausnehmen zu können, sind Fasen 26 am Ring und am Schwenkrohr vorgesehen. Hier
können Abzugsvorrichtungen eingreifen. Gleichzeitig kann über diese schrägen Flächen
ein gewisser Selbstnachstelleffekt erreicht werden.
-
Andere gleichwertige Verdrehsicherungen für den Verschleißring 1 im
Schwenkrohr 9 sind möglich.
-
Die feststehende Verschleiß brille 2 kann entweder nach Fig. 11/12
aus verschleißfestem Guß bestehen oder aus gehärtetem Stahl nach Fig. 13/14.
-
Die Haußtverschleißzone 16 wird dabei aus einem Werkstoff mit höherem
Verschleißwiderstand gefertigt, wobei ein Einlageteil 17 durchgehend gleichen Verschleißwert
aufweist oder beispielsweise in Quadrate 18 weiter unterteilt ist. Die Flächenteile
des höchsten Verschleißwiderstandes 19 liegen im Bereich des mittleren Radius ro
. Diese Einlegteile können etwa keramische Platten sein, die sich über den Bereich
li und la hinaus erstrecken und die durch besondere Verankerungen im Grundgrußteil
gehalten werden, etwa durch Stifte 20 oder dergleichen.
-
Die Verstetigung des Verschleißes auf der Stirnplatte wird nach Fig.
13 durch besondere Gefügeänderung etwa durch Wärmebehandlung erreicht. Dabei sind
mit 21 - 25 die Linien konstanten Verschleißwiderstandes gekennzeichnet. Das Maximum
liegt auf dem mittleren Radius lo bei 21 während 25 die Linie des geringsten Verschleißwiderstandes
darstellt.
-
Als vorteilhaft hat sich erwiesen, wenn mindestens im Stegbereich
22 die Innenwandung 23 der Bohrung zur Stirnfläche 24 der Verschleißplatte 2 einen
Winkel von OL vorzugsweise 60 - 80° einschließt.
-
Positionsübersicht 1 Verschleißring ro mittlerer Radius 2 Verschleißbrille
ri innerer Radius 3 Drehmittelpunkt Schwenkrohrschieber ra äußerer Radius 4 Pumpzylinder
lol Berührungslänge auf ro 5 Pumpenkolben lil Berührungslänge auf ri 6 Scharniergelenk
la1 Berührungslänge auf ra 7 Verspannung Mi Verschleiß-Minimum 8 Bodenabschlußplatte
Ma Verschleiß-Maximum 9 Schwenkrohr M1/M2 10 Nuten 102 Berührungslänge auf ro 11
Nase li2 Berührungslänge auf ri 12 Anlagenschulter la2 Berührungslänge auf ra 13
Stirnseite lv Berührungslinie vertikal 14 Arretierungsschraube cQ Winkel zwischen
Bohrungs-15 Sicherungstift mantelfläche und Brillen-16 Hauptverschleißzone Stirnfläche
17 Einlegeteil 18 Quadrate 19 Teile höchsten Verschleißwiderstandes 20 Haltestifte
21 Linie des maximalen Verschleißwiderstandes 22-24 Linien geringeren Verschleißwiderstandes
25 Linie des geringsten Verschleißwiderstandes