DE4102682C2 - Dickstoffpumpe mit paarweise abwechselnd fördernden und ansaugenden Förderzylindern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Dickstoffpumpe gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Die von der erfindungsgemäßen Pumpe zu fördernden Dickstoffe können unterschiedliche stoffliche Zu­ sammensetzungen aufweisen, wobei in der Regel der jeweils geförderte Dickstoff seinerseits ein Gemisch aus verschiedenen Stoffen darstellt. Im allgemeinen handelt es sich um breiige Massen mit einem mehr oder weniger großen Wasseranteil, z. B. um Klärschlämme, Mörtel o. dgl. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf Betonpumpen, mit denen das im wesentlichen aus Sand, Zement, Zuschlägen und Wasser bestehende flüssige Gemisch über meistens erhebliche Entfernungen und Höhenunterschiede gepumpt werden muß.

Die erfindungsgemäße Dickstoffpumpe arbeitet mit Förderzylindern, deren hin- und hergehende Kolben beim Rücklauf mit dem meistens aus einem Vorfüll­ behälter durch das Schiebergehäuse angesaugten Dickstoff den Zylinder füllen und beim Vorlauf in die Förderleitung durch den Schieber in eine ge­ stellfeste Förderleitung drücken. Gemäß der Erfin­ dung arbeiten stets zwei Förderzylinder in der Weise zusammen, daß der eine Förderzylinder gefüllt und der andere Förderzylinder in die Förderleitung entleert wird, so daß sich die Saug- und Druckhübe beider Kolben überdecken. Die Erfindung kann deswe­ gen auch auf mehr als nur ein Paar von Förderzylin­ dern angewandt werden, wenn eine zeitlich engere Überdeckung der Förderhübe gewünscht wird.

Die Steuerung der Förder- und Ansaugströme erfolgt durch den Schieber, der für jeden Förderzylinder je einen Zweigkanal aufweist, der beim Förderhub den Zylinder mit einem in die Förderleitung führenden Zentralkanal kommunizierend verbindet, der Schieber aber gleichzeitig die Öffnung des Zylinders mit dem ansaugenden Kolben freigibt, in die am Schieber vorbei der angesaugte Dickstoff einströmt. Wenn die Dickstoffpumpe mehr als nur ein Paar von Förder­ zylindern aufweist, müssen in der Regel für die jeweiligen zusätzlichen Förderzylinder weitere Zweigkanäle angeordnet sein. Im folgenden wird die Erfindung anhand ihrer vorzugsweisen Ausfüh­ rungsform näher beschrieben, die als Zweizylinder­ dickstoffpumpe ausgebildet ist.

Vorauszuschicken ist jedoch, daß bei allen Ausfüh­ rungsarten der erfindungsgemäßen Dickstoffpumpe die mit den jeweiligen Zylindern kommunizierenden Öff­ nungen der Zweigkanäle des Schiebers auf der Wand eines Schiebergehäuses abdichten müssen, damit einerseits beim Ansaugen des Dickstoffes ein Über­ tritt des unter dem Druck des fördernden Kolbens stehenden Dickstoffstromes ganz oder teilweise in den ansaugenden Zylinder vermieden wird und damit andererseits beim Fördern der Dickstoff nicht in den Vorfüllbehälter zurückfließen kann. Daher muß eine bestimmte Folge der Schieberbewegungen mit den Kolbenbewegungen in den Zylindern synchronisiert werden, was ebensowenig Inhalt der Erfindung ist wie die bei manchen Dickstoffpumpen dieser Art ge­ gebene Möglichkeit, durch Umkehrung der Folge den Dickstoff aus der Förderleitung in das mit dem Vor­ füllbehälter verbindene Schiebergehäuse zu entlee­ ren.

Die vorstehend beschriebenen, allgemeinen Merkmale kennzeichnen Dickstoffpumpen, von denen man im all­ gemeinen verlangt, daß sie bei einfachem Aufbau trotz ihrer verwickelten Arbeitsweise und ihren Be­ anspruchungen beim Förderbetrieb, insbesondere über längere Förderwege und Förderhöhen keinen übermäßi­ gen Störungen durch Verschleiß oder Versagen funk­ tionsnotwendiger Baugruppen ausgesetzt sind und insbesondere eine möglichst kontinuierliche Dick­ stofförderung gewährleisten. Der Erfindung liegt dieses Problem zugrunde.

Bekannt ist eine Betonpumpe (DE 19 63 875 B2), bei der ein zylinderischer Drehschieber in seiner Zylinderfläche eine Aussparung aufweist, die abwechselnd einen ansaugenden Förderzylinder mit einem Vorfüllbehälter verbindet und deswegen unter den Saugzug des betreffenden Kolbens steht. Dieser Schieber weist eine weitere Aussparung seiner Zylinderfläche auf, die den jeweils fördernden Zylinder mit der gestellfesten Förderleitung ver­ bindet, wenn der ansaugende Förderzylinder mit dem Vorfüllbehälter verbunden ist.

Auf dem gleichen Prinzip beruht eine anderweitig vorbekannte Ausführungsform (DE-AS 16 53 614). Bei diesen Dickstoffpumpen ergibt sich eine erhebliche Belastung der Antriebswelle des Drehschiebers, die den Drehschieber axial durchsetzt aus der Druckdif­ ferenz zwischen dem hohen Druck des Dickstoffes in dem mit dem Förderzylinder ausgefluchteten Ausspa­ rung und dem niedrigen Druck in der in den Vorfüll­ behälter führenden Aussparung des Drehschiebers.

Eine andere Bauweise einer Schlammpumpe bekannter Ausführung (DE 27 21 678 A1) verwendet statt eines Drehschiebers eine Rohrgabel, welche im Takt der mit zwei oder vier fördernden Zylindern bewirkten Schlammförderung um die Achse eines mit der Förder­ leitung ausgefluchteten Zentralrohres schwenkt, in das die beiden Rohre der Gabel münden. Hierbei müs­ sen die Förderzylinder unmittelbar an dem Vorfüll­ behälter münden und jedes Rohr der Rohrgabel muß einem Förderzylinder derart zugeordnet sein, daß es im Ansaugtakt die Öffnung des Förderzylinders in den Vorfüllbehälter freigibt, während das andere Rohr der Rohrgabel mit dem ihn zugeordneten Förder­ zylinder ausgefluchtet ist. Bei zwei Förderzylin­ dern muß dann das jeweils stilliegende Rohr der Rohrgabel zur Vermeidung des Rückflusses aus der Förderleitung gegen den Boden des Vorfüllbehälters abgedichtet sein.

Auch bei einer Dickstoffpumpe der eingangs beschriebenen Art (DE 27 21 678 A1) wird ein Dreh­ schieber in Form eines V-förmigen Hosenrohres ver­ wendet, in dem die Zweigkanäle die Zinken einer Ga­ bel bilden und die Längsachse des Zentralrohres die geometrische Achse ist, um die im Betrieb der Pumpe der Schieber schwenkt. Hierbei ergibt sich die Rohrgabel aus dem Abstand der parallel angeordneten oder ausgefluchteten Förderzylinder in der Ausfüh­ rungsform als Zweizylinderdickstoffpumpe. Die Hosenrohrausbildung des Schiebers ist auch für Vierzylinderdickstoffpumpen geeignet, wobei dann die Förderzylinderpaare ausgefluchtet sein müssen und jeweils zwei Förderzylinder gleichzeitig för­ dern. Unabhängig von der Anzahl der Förderzylinder sind die freien Ende der Zweigkanäle gekrümmt, wobei in der Ausbildung als Zweizylinderdickstoff­ pumpe jeweils eine Öffnung auf einer der beiden Steuerdichtflächen abdichtet, während die andere die Verbindung mit dem fördernden Zylinder her­ stellt. Die Steuerdichtflächen sind deshalb eben und daher auf dem Boden eines Vorfüllbehälters angebracht.

Die Beanspruchungen des Schiebers im Förderbetrieb sind unverhältnismäßig groß und wachsen mit zuneh­ mender Förderlänge und -höhe weiter an. Das beruht auf den Reaktionskräften, die sich in dem Schieber während der Förderung des Dickstoffes einstellen. Bei jedem Hub eines fördernden Kolbens sind die beiden Öffnungen der Zweigkanäle mit dem Förder­ druck beaufschlagt. Aus dem Förderdruck und den Flächen der lichten Querschnitte der Zweigkanäle ergeben sich in beiden Zweigkanälen Reaktions­ kräfte, welche den Schieber von der Steuerdichtflä­ che und der Öffnung des Förderzylinders abheben. Zwar werden diese Kräfte zum Teil durch eine Kraft kompensiert, welche sich aus der lichten Quer­ schnittsfläche des Zentralkanales und dem Förder­ leitungsdruck ergibt. Es ist die Kraft, die bei der Förderung überwunden werden muß. Dadurch verbleibt eine erhebliche Restkraft, die einen Spalt an den Öffnungen der Zweigkanäle erzeugt, der nicht tole­ riert werden kann, um die oben erläuterten Kurz­ schlüsse der Förderströme zu vermeiden. Das setzt unverhältnismäßig schwere Lager des schwenkenden Schiebers und der Welle voraus, die den Schieber antreibt. Gleichwohl kann ein vorzeitiger Ver­ schleiß dieser wesentlichen Baugruppen nicht ausge­ schlossen werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, solche Nachteile zu vermeiden und darüberhinaus Wirkungen zu erzielen, die sich auf das eingangs genannte Problem günstig auswirken.

Diese Aufgabe löst die Erfindung mit den Merkmalen des Anspruches 1. Weitere Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Gemäß der Erfindung, wie sie im Anspruch 1 beschrie­ ben ist, wird durch die Ausfluchtung der Zweigkanäle erreicht, daß sich deren Öffnungen bei ihrer senkrechten Projektion aufeinander praktisch überdecken. Das wirkt sich so aus, daß sich der überwiegende Teil der Reaktionskräfte gegenseitig aufhebt. Übrig bleibt nur eine Reaktionskraft, die sich aus der fehlenden Überdeckung auf einer Teil­ fläche ergibt. Dies kann sich dann einstellen, wenn die Zylinderöffnungen näher zusammenrücken sollen, was wegen des Platzbedarfes günstig ist, aber die Kompensation der Reaktionskräfte nur unbedeutend stört.

Durch die Ausfluchtung der Zweigkanäle ergibt sich infolge der gleichen Länge beider Teilkanäle eine Zentralsymmetrie des Schiebers in der Längsebene des Zentralkanals, welche bei der schwenkenden Schieberbewegung die Zylinderform der Steuerdicht­ flächen ermöglicht. Dann lassen sich die Zweigkanäle mit geraden Enden ausführen, was strö­ mungstechnisch günstig ist und außerdem zu einer Vereinfachung der Abdichtung führt, weil der Spalt zwischen der Öffnung des Zweigkanals und der dieser zugeordneten Steuerdichtfläche bzw. in der Öffnung sich während der Schwenkbewegung nicht verändert.

Die Erfindung bat den wesentlichen Vorteil, daß sie eine bislang nicht erreichbare leichte Bauweise durch den Wegfall der schweren Lagerung des Schie­ bers und seiner Antriebswelle im Gehäuse, sowie eine zuverlässige und wenig störanfällige Abdich­ tung des Schiebers im Schiebergehäuse ermöglicht. Erfindungsgemäße Dickstoffpumpen können daher u. a. in kleiner Ausführung billig geliefert und auch an Kleinbaustellen mit erheblichem Gewinn für die Rationalisierung der Dickstofförderung eingesetzt werden.

Nach bevorzugter Ausführung der Erfindung, die im Anspruch 2 wiedergegeben ist, werden die Zweigkanäle exakt ausgefluchtet und daher der Schieber reaktionskräftefrei gestaltet. Daraus ergibt sich die exakte T-Form der Kanäle in dem Schieber.

Mit den Merkmalen des Anspruches 3 wird die Zylin­ derform der Steuerdichtflächen auf die Form des ganzen Schiebergehäuses ausgedehnt. Dadurch ergibt sich eine fertigungstechnisch günstige, zentralsym­ metrische Gehäuseform. Diese hat im Betrieb einen weiteren bedeutenden Vorteil. Während sich bei den bekannten Schiebern, welche die bei dieser Ausfüh­ rungsform der Erfindung vorgesehene Rohrform auf­ weisen, im Zuge der Schwenkbewegungen infolge der Zähigkeit des Dickstoffes hinter jedem Zweigrohr eine Heckwelle bildet, ist das bei der im Anspruch 3 beschriebenen Ausführungsart nicht der Fall, weil der freie Gehäuseraum vor und hinter jedem Zweig­ rohr gleich bleibt und daher der von dem vorlaufen­ den Zweigrohr verdrängten Dickstoffmenge genau ent­ spricht. Das führt im Ergebnis dazu, daß sich im Schiebergehäuse keine Heckwelle ausbildet und daher auch keine Depression im Dickstoff. Solche Depres­ sionen müssen nämlich im Förderzylinder von dem Förderkolben zunächst rückgängig gemacht werden, bevor der Förderstrom einsetzt. Das führt dann zu ungleichmäßiger Förderung und ist daher ungünstig. Bei der Erfindung wird dieser Nachteil vermieden.

Andererseits läßt sich die Erfindung mit den Merk­ malen des Anspruches 4 auch so ausführen, daß im Schiebergehäuse keine Dickstoffmengen verdrängt zu werden brauchen. Dann erhält der Schieber eine vollzylindrische Form, die wegen der Wirkungen der Erfindungen ohne unverhältnismäßige Gewichtszunahme des Schiebers verwirklicht werden kann.

Die Einzelheiten und andere Vor­ teile der Erfindung ergeben sich aus der nachfol­ genden Beschreibung mehrerer Ausführungsformen der Erfindung anhand der Figuren in der Zeichnung; es zeigen

Fig. 1 im senkrechten Schnitt eine erste Ausfüh­ rungsform der Erfindung unter Weglassung aller für das Verständnis der Erfindung nicht erforderlichen Einzelheiten,

Fig. 2 eine Draufsicht auf den Gegenstand der Fig. 1,

Fig. 3 eine Seitenansicht einer Dickstoffpumpe gemäß der Erfindung und gemäß der in den Fig. 1 und 2 wiedergegebenen Ausführungs­ form,

Fig. 4 eine Draufsicht auf den Gegenstand der Fig. 3,

Fig. 5 schematisch und im wesentlichen in der Fig. 2 entsprechender Darstellung eine abgeän­ derte Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 6 in der Fig. 5 entsprechender Darstellung eine weiter abgeänderte Ausführungsform der Erfindung.

Gemäß der Darstellung in den Fig. 3 und 4 ist die allgemein mit (1) bezeichnete Dickstoffpumpe als Zweizylinderkolbenpumpe ausgeführt. Sie ergeben entsprechend zwei parallel angeordnete, abwechselnd fördernde und ansaugende Förderzylinder (2, 3). Die nicht dargestellten Kolben der Förderzylinder (2, 3) werden über ihre Kolbenstangen von ebenfalls nicht sichtbaren Kolben in hydraulischen An­ triebszylindern (4, 5) im Gegentakt bewegt. Ein Schieber (6) (Fig. 1) führt im Betrieb der Pumpe (1) schwenkende Bewegungen aus und hat je einen Zweigkanal, sowie einen Zentralkanal (9). Die Schwenkbewegung erfolgt um die geometrische Achse des Zentralkanals (9) mit Hilfe einer Welle (10), die in einem Axial-Radiallager (11) liegt und den Boden (12) des Schiebergehäuses durchdringt. In den Endstellungen der Schwenkbewegung des Schiebers (6) ist abwechselnd einer der Zweigkanäle (7, 8), im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 der Zweigkanal (7) mit einem der beiden Krümmer (14, 15), d. h. im Aus­ führungsbeispiel über den Krümmer (14) mit dem Zylinder (2) ausgefluchtet, wodurch die Verbindung zum Zentralkanal (9) hergestellt ist. Der Zentral­ kanal ist mit einer Zentrischalenkupplung (16) drehbar mit dem als Krümmer (17) ausgeführten Ende der im übrigen nicht dargestellten Förderleitung ausgefluchtet.

Bei dieser Stellung des Schiebers (6) ist gleich­ zeitig der zweite Zweigkanal (8) des Schiebers un­ ter Freigabe des ansaugenden Förderzylinders, d. h. der Öffnung des Krümmers (15) auf einer Steuerdichtfläche (18) abgedichtet. Diese ist auf der Innenwand (19) zusammen mit einer zweiten Steu­ erdichtfläche (20) eines Schiebergehäuses (21) aus­ gebildet. Die Abdichtung erfolgt im Ausführungsbei­ spiel durch einen axial beweglichen Rohrring (22), der metallisch mit seiner nach der zylinderischen Steuerdichtfläche (20) des Gehäuses gekrümmten Stirnseite auf der Innenwand des Gehäuses geführt ist und das innere Ende des Rohrringes ist auf der Außenseite des Zweigkanales (7) geführt und mit einer an prak­ tisch vier Seiten bis auf eine innen weisende Teil­ fläche eingeschlossenen Dichtung (24) abgedichtet.

Dem Schiebergehäuse (21) fließt der zu fördernde Dickstoff durch einen Vorfüllbehälter (25) zu, der einen zylindrischen Aufsatz (26) und einen koni­ schen Trichter aufweist, dessen eingezogenes Ende mit dem oberen Ende des zylindrischen Schie­ bergehäuses (21) ausgefluchtet ist.

Entsprechend der geschilderten Wirkungsweise der dargestellten Dickstoffpumpe weist das Gehäuse sei­ nerseits zwei Öffnungen (28 und 29) auf. Die je­ weils von dem einen oder anderen Zweigkanal (7, 8) freigegebene Öffnung (28 oder 29) erlaubt den Fluß des im Vorfüllbehälter (25) enthaltenen Dickstoffes durch das Schiebergehäuse in den ansaugenden Zylin­ der (3 bzw. 2). Die lichten Öffnungen der Zweigkanäle (7, 8), d. h. des Schiebers (6) sind unter sich gleich. Ferner haben die Zweigkanäle (7, 8) gleiche Längen.

Diese Zweigkanäle (7, 8) sind in dem in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiel exakt aus­ gefluchtet. Sie schließen mit dem Zentralkanal je­ weils einen exakten rechten Winkel ein, so daß sich eine T-Form ergibt, bei der der gerade Querstrang von den beiden Zweigkanälen (7, 8) gebildet wird und der Querstrang mit dem den Zentralkanal um­ schließenden, in der Ebene des Querstranges lie­ gende und mit diesem einen rechten Winkel ein­ schließende Längsstrang (30) zu der T-Form zusam­ mengesetzt ist. Um eine strömungsgünstige Form der ineinander übergehenden Kanäle (7-9) zu erreichen, ist im Inneren des T-Schiebers vorgesehen, die Rohrflächen (31 und 32) der Zweigkanäle (7, 8) bei (33) konvergieren zu lassen, was auf der Zen­ tralachse des Längsstranges erfolgt.

Davon unterscheidet sich die Ausführungsform nach Fig. 5 durch einen aus der Ebene der T-Form des Schiebers nach einer Seite spitzwinklig verlaufen­ den Querstrang (34), was dazu führt, daß die Gehäu­ seöffnungen (28 und 29) näher zusammenrücken und dadurch die parallelen Förderzylinder (2, 3) einen geringeren Abstand voneinander aufweisen.

Während sich in den Ausführungsformen nach den Fig. 1 bis 5 eine Rohrschieberform ergibt, ist das bei der Ausführungsform nach Fig. 6 nicht der Fall. Hierbei hat der Schieber die Form eines Vollzylin­ ders (35), in dem die Querkanäle (7, 8) ebenso wie wenigstens der an den Querstrang anschließende Teil des Zentralkanales (9) ausgespart sind. Dieser Vollzylinder ist mit Drehspiel in dem zylindrischen Gehäuse (21) geführt. Ihn durchsetzen, wie aus Fig. 6 ersichtlich, zentral die Aussparungen für die Kanäle (7-9). Außerdem hat er eine Randaussparung (36) als Ansaugweg längs der Zylinderwand (21), der durch einen Pfeil (37) gekennzeichnet ist und dafür sorgt, daß der ansaugende Zylinder mit Dickstoff aus dem Vorfüllbehälter (25) gefüllt werden kann.

In allen Ausführungsformen ist das Schiebergehäuse (21) als Hohlzylinder ausgebildet, dessen Achse mit der Achse des Zentralkanales (9) zusammenfällt und dessen Wand (19) die beschriebenen Öffnungen (28, 29) für die Förderzylinder (2, 3) und die Steu­ erdichtflächen (18, 20) der Zweigkanäle (7, 8) auf­ weist, wobei eine obere Öffnung des Hohlzylinders, die bei (39) in Fig. 3 wiedergegeben ist, mit der unteren Öffnung des Vorfüllbehälters (25) fluchtet. Die ihr gegenüberliegende Öffnung ist bis auf den Wellendurchlaß geschlossen.

Wie sich aus der Darstellung der Fig. 2 ergibt, sind infolge der beschriebenen Form beiderseits des Rohrschiebers gleiche Räume (40 und 41) ausgebil­ det. Die Schwenkbewegung des Schiebers verläuft über ca. 50 Winkelgrade (Fig. 4) nach jeder Seite. Hierbei ist das jeweils in den Räumen (40, 41) von dem vorlaufenden Zweigkanal verdrängte Material gleich dem Material, das von dem nachlaufenden Zweigkanal in den Räumen (40, 41) verdrängt wird. Infolgedessen findet keine Druckminderung in dem Dickstoff statt, der sich jeweils im Zylinder­ gehäuse befindet.

Claims (4)

1. Dickstoffpumpe mit paarweise abwechselnd för­ dernden und ansaugenden, vorzugsweise parallel angeordneten Förderzylindern mit einem Schieber, der um die Achse eines Zentralkanals schwenkt und dabei bei jedem Förderzylinderpaar abwech­ selnd mit einem Zweigkanal den jeweils fördern­ den Zylinder mit einer gestellfesten Förder­ leitung durch den an diese angelenkten Zentral­ kanal verbindet, während gleichzeitig ein zweiter Zweigkanal des Schiebers unter Freigabe des ansaugenden Förderzylinders auf je einer jedem Zweigkanal zugeordneten Steuerdichtfläche abdichtet, die auf der Innenwand eines Schiebergehäuses ausgebildet ist, dem der Dick­ stoff zufließt, und das je eine Öffnung für die Förderzylinder aufweist, wobei sich in gleiche Längen aufweisenden Zweigkanälen gleiche Drücke ausbilden, dadurch gekennzeichnet, daß die Zweigkanäle (7, 8) im wesentlichen ausgefluchtet sind und mit dem Zentralkanal (9) jeweils einen rechten Winkel einschließen, und daß die Steuer­ dichtflächen (18, 20) des Schiebergehäuses (21) zylindrisch gekrümmt sind.

2. Dickstoffpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zweigkanäle (7, 8) einen Quer­ strang bilden, der mit dem Zentralkanal (9) eine T-Form bildet.

3. Dickstoffpumpe nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schieber­ gehäuse (21) einen Hohlzylinder bildet, dessen Achse mit der Achse des Zentralkanals (9) zusam­ menfällt und dessen Zylinderwand (19) die Öff­ nungen (28, 29) für die Förderzylinder (2, 3) und innen die Steuerdichtflächen (18, 20) für die Zweigkanäle (7, 8) aufweist, wobei eine obere Öffnung (39) des Hohlzylinders in einen Vorfüllbehälter (25) mündet, während die gegen­ überliegende Öffnung des Schiebergehäuses (21) verschlossen ist.

4. Dickstoffpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (6) als Vollzylinder ausgebildet ist, der mit Drehspiel an der Zylinderwand (19) des Schiebergehäuses (21) geführt ist und zentrale Aussparungen für die Zweigkanäle (7, 8) und den Zentralkanal (9), sowie wenigstens eine Randaussparung (36) als Ansaugweg längs der Zylinderwand (19) des Schie­ bergehäuses (21) aufweist.