DE4104282A1 - Pumpe - Google Patents

Pumpe

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DE4104282A1
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stator
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Michael Langford Malkoski
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Vale Canada Ltd
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Pumpe, insbesondere auf eine Pumpe für Mörtel hoher Dichte beispielsweise zur Verwendung im Bergbau.
Um Untertage-Hohlräume zu stabilisieren und abzustützen, beispielsweise waagerechte Stollen und Förderstrecken, kommen häufig Steinmörtel und Anker zur Verwendung; dabei wird das Mörtelgemisch in den Untertage-Hohlraum gepumpt, wo es um die Anker herum abbindet.
Hierfür sind die verschiedensten Pumpen bekannt, die je­ doch auf die Verwendung von Zementmörtel mit geringer Dichte beschränkt sind. Dabei handelt es sich um Mörtel mit einem Gewichtsverhältnis Wasser/Zement von mindestens 4/10, beispielsweise 5/10. Dünnere Mörtel ergeben eine niedrigere Bindefestigkeit und ein schlechteres Abstüt­ zen. Ein weiterer Nachteil ergibt sich daraus, daß es an­ gesichts der Beschaffenheit des Mörtels häufig zu einem Blockieren oder Verstopfen kommt und ein Stillsetzen der Pumpe erforderlich ist.
Mörtel mit einer höheren Dichte, d. h. einem größeren Ge­ wichtsverhältnis Wasser/Zement von beispielsweise 3 : 1 bringen erhebliche Vorteile mit sich, eignen sich jedoch nicht für eine Verwendung in herkömmlichen Pumpen. Um nämlich Mörtel mit höherer Dichte fließfähig zu machen, ist ein Schermischen erforderlich, um jedes Zementteil­ chen mit Wasser zu umhüllen. Dies ist jedoch bei herkömm­ lichen Pumpen für Mörtel mit höherer Dichte nicht mög­ lich.
Andere Pumpen für ein Fördern von mit hoher Scherung hergestellten Gemischen eignen sich hingegen nicht für den Einsatz von Mörteln hoher Dichte. Bekannt sind auch Schermischer mit Mischflügeln, die jedoch bei 1750 Upm betrieben werden. Bei Kolbenpumpen kommt es hingegen zu Druckwellen, die nicht durch langgestreckte schmale Öff­ nungen, beispielsweise Anker gehen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Mör­ telpumpe zu schaffen, die sich für ein Fördern von Mörtel mit hoher Dichte über große Entfernungen bei hohem Durch­ satz eignet.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht in einer Pumpe mit einer in einem Behälter angeordneten, mit Rührwerk­ zeugen versehenen Welle zum Schermischen, einem Förderer mit einer Förderschnecke und Rührarmen an der Schnecken­ welle ebenfalls zum Schermischen, einem Rotor und einem Stator in einem Statorgehäuse koaxial im Anschluß an den Förderer und Spannmitteln für den Zusammenhalt des Förde­ rers, des Rotors und des Stators.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeich­ nung dargestellten Ausführungsbeispiels des näheren er­ läutert. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 einen vertikalen Längsschnitt durch eine erfin­ dungsgemäße Pumpe,
Fig. 2 eine Draufsicht auf die Pumpe nach Fig. 1,
Fig. 3 eine Seitenansicht nach der Linie 3-3 in Fig. 2,
Fig. 4 eine Draufsicht auf einen Teil der Pumpe,
Fig. 5 eine Draufsicht auf einen Teil der Pumpe und
Fig. 6 eine Draufsicht auf einen Teil der Pumpe.
Die erfindungsgemäße Pumpe eignet sich zum Fördern von Mörteln mit hoher Dichte, beispielsweise mit einem Ge­ wichtsverhältnis Wasser/Zement von 3 : 10 über große Ent­ fernungen bei verhältnismäßig hohem Druck.
Die Pumpe 10 besteht aus einem Trichter 12 mit einem Ko­ nus 14. In dem Trichter 12 befindet sich ein stabilisie­ render Tragarm 18 für eine Welle 20. Ein Motor 22 läßt sich mit der Welle 20 kuppeln und ist auf einem oberen Tragarm 16 angeordnet. Durch Aufwärtsschwenken des Trag­ arms 16 läßt sich die Welle 20 vom Motor 22 abkuppeln.
Die Welle 20 bzw. der obere Tragarm 16 ist mit mehreren Mischwerkzeugen versehen. Ein Außenrotor 24 besteht ebenso wie ein Innenrotor 26 aus einem Vierstabgitter. Die Gitterrotoren sind im Gegensatz zu der Darstellung in Fig. 1 in situ um 90° gegeneinander versetzt. Auf der Welle 20 befinden sich mehrere Scherflügel 28 jeweils um 45° gegeneinander versetzt.
Des weiteren trägt die Welle unterhalb des Tragarms 18 und mit dem Außenrotor 24 fluchtend einen konischen Rotor in Gestalt eines in dem Konus 14 angeordneten offenen Trapezoids. Der Konus 14 ist in Förderrichtung mit einem Schneckenförderer 32 verbunden.
Sowohl der Konus 14 als auch das Förderergehäuse 32 sind mit einer erosionsbeständigen Neoprengummi-Auskleidung 34 versehen. Der Schneckenförderer 32 befindet sich zwischen Kopfplatten 80 und 82.
Das Förderergehäuse enthält eine sich entgegen dem Uhr­ zeigersinn drehende Förderschnecke 36 aus einer auf einer Welle 40 angeordneten Wendel 37. Mehrere Rührflügel 38 stehen von der Welle 40 ab und sind spiralförmig gegen­ einander versetzt angeordnet. Die Schneckenwelle 40 ist lösbar mit einem Motor 42 verbunden; ihr Antriebsende 44 ist lediglich in eine im Querschnitt quadratische Kupp­ lungsöffnung 46 mit Preßsitz eingesteckt. Die Förder­ schnecke kann sich so auch bei mit Mörtel gefülltem För­ derergehäuse 32 nicht von dem Kupplungsstück lösen; denn ein Teil des Mörtels übt einen in Richtung des Motors 42 wirkenden Druck aus und hält auf diese Weise die Welle in Eingriff mit dem Kupplungsstück.
Das andere Ende der Schneckenwelle 40 greift in ähnlicher Weise mit Preßsitz in die quadratische Öffnung 48 eines Kupplungsstücks, das seinerseits mit einem Serpentinenro­ tor 50 verbunden ist. Dieser Rotor sitzt in einem komple­ mentären Gummistator 52 innerhalb eines Statorgehäuses 54. Hierfür eignet sich insbesondere das unter der Be­ zeichnung D 81.5 von der Firma Bornemann Pumps Inc. in Brampton/Ontario vertriebene System.
Das Statorgehäuse 54 wird durch Bolzen 26 zusammengehal­ ten und besitzt einen Auslaß 58, der mit einer Förderlei­ tung 60 verbunden ist.
Die Pumpe 10 läßt sich leicht montieren und demontieren, um ihr Inneres zugänglich zu machen. So erstrecken sich zwei Zugstangen 62 parallel zur Längsachse 64 der Pumpe 10, die mit dem Förderergehäuse 32 verbolzt oder auf an­ dere Weise verbunden sind.
Jede Zugstange besitzt an ihren Enden Augen 68, 70. Eine Motorplatte 72 ist mit in die Stangenaugen 68 eingreifen­ den Tabs versehen, die über die Augen 68 vorstehen und in Ösen 76 von Laschen 66 eingreifen. Eine Öffnung 78 in der Platte 72 dient als Durchlaß für die Welle des Motors 43. Zwischen der Motorplatte 72 und der Kopfplatte 80 be­ findet sich eine Gummidichtung 84.
In ähnlicher Weise befindet sich zwischen der Kopfplatte 82 und einer Statorplatte 88 eine Gummidichtung 86. Die Statorplatte 88 besitzt zwei Ausnehmungen 90 für die Zugstangen 62, während eine Öffnung 92 einen Durchtritt des Mörtels in das Statorgehäuse 54 erlaubt.
Eine Auslaßplatte 94 ist mit Tabs 96 versehen; sie schließt das Statorgehäuse 54 gegen den Auslaß 58 ab und ist mit dem Auslaß 58 verbunden. Die Tabs 96 erstrecken sich durch die Augen 70 und greifen in Ösen 76 von La­ schen 66 ein.
Die Platten 72, 88 und 94 besitzen vorstehende Lippen 104, 106 und 108 zum Abdichten der Pumpe beim Umlegen der Spannhebel 66, die mit einem Knauf 98 und einem Gelenk 100 sowie mit einem teleskopierbaren Teil 102 mit den Ösen 76 versehen sind. Die Spannhebel 66 übergreifen die Tabs 74, 96 und halten die Zugstäbe 62 sowie die Platten 72, 94 in ihrer Lage. Dazu läßt sich die Länge der tele­ skopierbaren Laschen 102 einstellen.
Die Zugstäbe 62 dienen zum Aufreihen der Platten 72, 88, 94. Mit den Zugstäben 62 sind Konsolen 100 verbunden, von denen über die Laschen 102 die Platten 72, 88, 94 sowie der Rotor 50 und der Stator 52 gehalten werden.
Zum Auseinanderbauen der Pumpe 10 werden die Spannhebel 66 in ihre Offenstellung gebracht und auf diese Weise die Tabs 74, 76 freigegeben, so daß sich die Platten 72, 94 demontieren lassen. Nach einem Entlasten der Spannhebel 66 läßt sich das Statorgehäuse 54 von der Statorplatte 86 und der Rotor 50 von der Kupplung 48 lösen. In ähnlicher Weise läßt sich nach einem Entfernen der Motorplatte 72 die Förderschnecke 36 aus dem Fördergehäuse 34 ziehen.
Die erfindungsgemäße Pumpe 10 erlaubt ein chargenweises Mischen von Mörtel mit hoher Dichte und Abfördern des Mörtels durch eine Leitung mit verhältnismäßig geringem Durchmesser von beispielsweise 19 mm über größere Entfer­ nungen von beispielsweise 18,2 m ohne die Gefahr eines Blockierens oder Verstopfens.
Die Gemischbestandteile werden in den Trichter 12 gege­ ben, beispielsweise für einen Mörtel mit einem Gewichts­ verhältnis von 3 : 10 15 Kilobeutel Portland-10-Zement und 90 l Wasser mit einem Gesamtgewicht von 356 Kilo­ gramm. Das Gemisch läßt sich mit Hilfe der Leitung 60 in den Trichter 12 zurückführen.
Da die Schnecke 36 das Gemisch in Richtung des Rotors 50 und des Stators 52 fördert, durchmischen die Flügel 38 den Mörtel und bewirken, daß ein Teil des Mörtels in dem Schneckengehäuse 32 zurück in Richtung des Trichters 12 bzw. weg von dem Rotor 50 und dem Stator 52 strömt. So treten beispielsweise im Falle einer von der Schnecke 36 angeförderten Menge von 100 Teilen je Zeiteinheit nur 10 Teile je Zeiteinheit in den Rotor 50 ein, während die restlichen 90 Teile in den Trichter 12 repetiert und dort von den Gitter-Rotoren 24, 26, 30 und den Scherflügeln 28 weiter durchmischt werden.
Die Anordnung der Rotoren und Scherflügel in dem Trichter 12 erlaubt ein rascheres und durchgreifenderes Mischen. So verursachen der Rotor 26 und die Scherflügel 28 einen Wirbel, der ein Zusammenballen des Zements verhindert und beträchtliche Umdrehungsgeschwindigkeiten erreicht. Im Gegensatz dazu kommt es in einem üblichen Trommelmischer zu einem Zusammenballen des Zements und zu einem mangel­ haften Durchfeuchten. Die Welle 20 dreht sich mit 30 bis 60 Upm im Gegensatz zu 1750 Upm bei herkömmlichen Mi­ schern.
Da die Schnecke 36 lediglich auf einfache Weise in die Kupplungen 46, 48 des Motors 42 und des Rotors 50 ein­ greift, sind aufwendige Kupplungen nicht erforderlich.
Die spiralförmig angeordneten Flügel 38 erfüllen zwei Funktionen. Zum einen beaufschlagen sie nicht den Mörtel am Einlaß des Rotors 50 bzw. des Stators 52, was sonst zu einem Heraustreiben des Wassers und stromab zu einem Blockieren führen würde. Zum anderen durchmischen sie den Mörtel und gewährleisten, daß nur eine Teilmenge des von der Schnecke 36 angeförderten Mörtels in den Rotor 50 ge­ langt. Der Rotor 50 wie auch die Förderschnecke 36 sind lediglich in die quadratischen Kupplungsöffnungen mit Preßsitz eingesetzt. Da sie miteinander fluchten, erfor­ dert ihre konzentrische Drehung keinen besonderen Ein­ griff.
Mit Hilfe der Bolzen 56 läßt sich der Stator 52 einstel­ len, um den Austrittsdruck des Mörtels zu regulieren und die Standzeit des Stators 52 zu verbessern.
Die Pumpe 10 läßt sich auf einfache Weise reinigen, nach­ dem die Spannhebel 66 gelöst sowie die Platten, Dichtun­ gen, die Förderschnecke sowie der Rotor und der Stator ausgebaut sind.
Obgleich die Pumpe 10 für einen chargenweisen Betrieb eingerichtet ist, besitzt der den Auslaß 58 verlassende Mörtel eine gleichbleibende Konsistenz. Das Schermischen verringert die Gefahr eines Blockierens und Verstopfens. Da zudem der Mörtel jederzeit zur Verfügung steht, kann die Pumpe wiederholt stillgesetzt und erneut in Gang ge­ setzt werden ohne Unterbrechung der Strömungsgeschwin­ digkeit. Bei einem Prototyp betrug die Fördermenge 15 l/min mit einem Gewichtsverhältnis von Wasser/Zement von 3 : 1 bei einem Leitungsdurchmesser von 19 mm und ei­ ner Förderstrecke von 15,2 m, einem Druck von 350 kPa bis zu einem 6,1 m-Anker. Andererseits eignet sich die erfin­ dungsgemäße Pumpe jedoch auch zum Aufbringen von Spritz­ mörtel bzw. -beton.

Claims (9)

1. Mörtelpumpe mit
  • - einer in einem Behälter (12) angeordneten, mit Rührwerkzeugen (24, 26, 28, 30) versehenen Welle (20),
  • - einem Förderer mit einer Förderschnecke (36) und Scherflügeln (38),
  • - einem Rotor (50) und einem Stator (52) in einem Statorgehäuse (54) koaxial im Anschluß an den Förderer und
  • - Spannmitteln (66, 100) für den Zusammenhalt des Förderers, des Rotors und des Stators.
2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannmittel aus zwei sich parallel zu dem För­ derergehäuse (32) und dem Statorgehäuse (54) erstreckenden Zugstäben (62) bestehen.
3. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich mehrere mit Öffnungen (78, 92) versehene Platten (72, 88, 94) rechtwinklig zur Längsachse des Förderers erstrecken und zwei Platten (72, 94) mit Tabs (74, 96) versehen sind, die in Augen (68) an den Enden der Zugstäbe (62) eingreifen.
4. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß an den Zugstäben (62) Spannhebel (66, 102) mit Ösen für die Tabs (74, 96) angeordnet sind.
5. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Behälter (12) mit einem Konus (14) versehen und der Konus sowie das Förderergehäuse (32) mit einer elastischen Auskleidung versehen sind.
6. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Schneckenwelle (40) in ein mit einem Motor (42) verbundenes Kupplungsstück mit einer quadratischen Kupplungsöffnung (46) eingreift und die Schneckenwelle mit dem Rotor (50) über ein Kupplungs­ stück mit einer quadratischen Öffnung (48) verbunden ist.
7. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß mit der Welle (20) ein äußerer Git­ terrotor (24) und ein diesem gegenüber drehversetzter innerer Gitterrotor (26) verbunden sind.
8. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß mehrere Rührflügel (28) spiral­ förmig gegeneinander versetzt auf der Welle (20) an­ geordnet sind.
9. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Förderer eine Förderwelle (40) mit einer spiralförmigen Wendel (74) und Scherflügel (38) besitzt.
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