EP0485862B1

EP0485862B1 - Dickstoffpumpe mit paarweise abwechselnd fördernden und ansaugenden Förderzylindern

Info

Publication number: EP0485862B1
Application number: EP19910118826
Authority: EP
Inventors: Andrej Simnovec
Original assignee: Friedrich Wilhelm Schwing GmbH
Current assignee: Friedrich Wilhelm Schwing GmbH
Priority date: 1990-11-16
Filing date: 1991-11-05
Publication date: 1993-08-04
Anticipated expiration: 2011-11-05
Also published as: ES2047368T3; BR9104958A; EP0485862A1; JPH04265478A

Description

Die Erfindung betrifft eine Dickstoffpumpe gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Die von der erfindungsgemäßen Pumpe zu fördernden Dickstoffe können unterschiedliche stoffliche Zusammensetzungen 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 Vorfüllbehälter durch das Schiebergehäuse angesaugten Dickstoff den Zylinder füllen und beim Vorlauf in die Förderleitung durch den Schieber in eine gestellfeste Förderleitung drücken. Gemäß der Erfindung 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 deswegen auch auf mehr als nur ein Paar von Förderzylindern 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 gleichzeitg 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 Förderzylindern aufweist, müssen in der Regel für die jeweiligen zusätzlichen Förderzylinder weitere Zweigkanäle angeordnet sein. Im folgenden wird die Erfindung anhand ihrer vorzugsweisen Ausführungsform näher beschrieben, die als Zweizylinderdickstoffpumpe ausgebildet ist.
Vorauszuschicken ist jedoch, daß bei allen Ausführungsarten der erfindungsgemäßen Dickstoffpumpe die mit den jeweiligen Zylindern kommunizierenden Öffnungen der Zweigkanäle des Schiebers auf der Wand eines Schiebergehäuses abdichten müssen, damit einerseits beim Ansaugen des Dickstoffes ein Übertritt 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 gegebene Möglichkeit, durch Umkehrung der Folge den Dickstoff aus der Förderleitung in das mit dem Vorfüllbehälter verbindene Schiebergehäuse zu entleeren.
Die vorstehend beschriebenen, allgemeinen Merkmale kennzeichnen Dickstoffpumpen, von denen man im allgemeinen verlangt, daß sie bei einfachem Aufbau trotz ihrer verwickelten Arbeitsweise und ihren Beanspruchungen beim Förderbetrieb, insbesondere über längere Förderwege und Förderhöhen keinen übermäßigen Störungen durch Verschleiß oder Versagen funktionsnotwendiger Baugruppen ausgesetzt sind und insbesondere eine möglichst kontinuierliche Dickstofförderung gewährleisten. Der Erfindung liegt dieses Problem zugrunde.
Es ist eine Dickstoffpumpe der eingangs beschriebenen Art bekannt (DE-OS 27 21 678), welche einen Schieber in Form eines V-förmigen Hosenrohres aufweist, in dem die Zweigkanäle die Zinken einer Gabel 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 Ausführungsform als Zweizylinderdickstoffpumpe. Die Hosenrohrausbildung des Schiebers ist auch für Vierzylinderdickstoffpumpen geeignet, wobei dann die Förderzylinderpaare ausgefluchtet sein müssen und jeweils zwei Förderzylinder gleichzeitig fördern. Unabhängig von der Anzahl der Förderzylinder sind die freien Ende der Zweikanäle gekrümmt, wobei in der Ausbildung als Zweizylinderdickstoffpumpe jeweils eine Öffnung auf einer der beiden Steuerdichtflächen abdichtet, während die andere die Verbindung mit dem fördernden Zylinder herstellt. 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 zunehmender 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 Förderdruck beaufschlagt. Aus dem Förderdruck und den Flächen der lichten Querschnitte der Zweigkanäle ergeben sich in beiden Zweigkanälen Reaktionskräfte, welche den Schieber von der Steuerdichtfläche und der Öffnung des Förderzylinders abheben. Zwar werden diese Kräfte zum Teil durch eine Kraft kompensiert, welche sich aus der lichten Querschnittsfläche des Zentralkanales und dem Förderleitungsdruck 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 toleriert werden kann, um die oben erläuterten Kurzschlüsse der Förderströme zu vermeiden. Das setzt unverhältnismäßig schwere Lager des schwenkenden Schiebers und der Welle voraus, die den Schieber antreibt. Gleichwohl kann ein vorzeitiger Verschleiß dieser wesentlichen Baugruppen nicht ausgeschlossen 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 Ansprch 1 beschrieben 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 Teilfläche 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 Steuerdichtflächen ermöglicht. Dann lassen sich die Zweigkanäle mit geraden Enden ausführen, was strömungstechnisch 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 hat den wesentlichen Vorteil, daß sie eine bislang nicht erreichbare leichte Bauweise durch den Wegfall der schweren Lagerung des Schiebers und seiner Antriebswelle im Gehäuse, sowie eine zuverlässige und wenig störanfällige Abdichtung 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 Zylinderform der Steuerdichtflächen auf die Form des ganzen Schiebergehäuses ausgedehnt. Dadurch ergibt sich eine fertigungstechnisch günstige, zentralsymmetrische Gehäuseform. Diese hat im Betrieb einen weiteren bedeutenden Vorteil. Während sich bei den bekannten Schiebern, welche die bei dieser Ausführungsform der Erfindung vorgesehene Rohrform aufweisen, 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 Zweigrohr gleich bleibt und daher der von dem vorlaufenden Zweigrohr verdrängten Dickstoffmenge genau entspricht. Das führt im Ergebnis dazu, daß sich im Schiebergehäuse keine Heckwelle ausbildet und daher auch keine Depression im Dickstoff. Solche Depressionen 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 Merkmalen 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, weiteren Merkmale und andere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsformen der Erfindung anhand der Figuren in der Zeichnung; es zeigen

Fig. 1: im senkrechten Schnitt eine erste Ausführungsform 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 Ausführungsform,
Fig. 4: eine Draufsicht auf den Gegenstand der Fig. 3,
Fig. 5: schematisch und im wesentlichen in der Fig. 2 entsprechender Darstellung eine abgeänderte 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 Antriebszylindern (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 einer 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 Ausführungsbeispiel über den Krümmer (14) mit dem Zylinder (2) ausgefluchtet, wodurch die Verbindung zum Zentralkanal (9) hergestellt ist. Der Zentralkanal 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 gleichzeitig der zweite Zweigkanal (8) des Schiebers unter 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 Steuerdichtfläche (20) eines Schiebergehäuses (21) ausgebildet. Die Abdichtung erfolgt im Ausführungsbeispiel durch einen axial beweglichen Rohrring (22), der metallisch mit seiner nach der Zylinderfläche (20) des Gehäuses gekrümmten Stirnseite (33) auf der Innenwand des Gehäuses und das innere Ende des Rohrringes ist auf der Außenseite des Zweigkanales (7) geführt und mit einer an praktisch vier Seiten bis auf eine innen weisende Teilfläche eingeschlossenen Dichtung (24) abgedichtet.
Dem Schiebergehäuse (21) fließt der zu fördernde Dickstoff durch einen Vorfüllbehälter (25) zu, der einen zylindrischen Aufsatz (26) und einen konischen Trichter (27) aufweist, dessen eingezogenes Ende mit dem oberen Ende des zylindrischen Schiebergehäuses (27) ausgefluchtet ist.
Entsprechend der geschilderten Wirkungsweise der dargestellten Dickstoffpumpe weist das Gehäuse seinerseits zwei Öffnungen (28 und 29) auf. Die jeweils 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 Zylinder (3 bzw. 2). Die lichten Öffnungen der Zweigkanäle (7, 8), d.h. der Rohrschieber (22) 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 ausgefluchtet. Sie schließen mit dem Zentralkanal jeweils 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 umschließenden, in der Ebene des Querstranges liegende und mit diesem einen rechten Winkel einschließende Längsstrang (30) zu der T-Form zusammengesetzt 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 Zentralachse 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 verlaufenden Querstrang (34), was dazu führt, daß die Gehäuseöffnungen (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 Vollzylinders (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 Zylinderwand (21) die beschriebenen Öffnungen (28, 29) für die Förderzylinder (2, 3) in die Steuerdichtflächen (18, 20) der Zweigkanäle (7, 8) aufweist, wobei eine obere Öffnung des Hohlzylinders, die bei (39) in Fig. 3 wiedergegeben ist, mit der unteren Öffnung des Vorfüllbehälters (21) 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) ausgebildet. 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 Zylindergehäuse befindet.

Claims

Dickstoffpumpe (1) mit paarweise abwechselnd fördernden und ansaugenden, vorzugsweise parallel angeordneten Förderzylindern (2,3) mit einem Schieber (6), der um die Achse eines Zentralkanals (9) schwenkt und dabei bei jedem Förderzylinderpaar abwechselnd mit einem Zweigkanal (7) den jeweils fördernden Zylinder mit einer gestellfesten Förderleitung (17) durch den an diese angelenkten Zentralkanal (9) verbindet, während gleichzeitig ein zweiter Zweigkanal (8) des Schiebers unter Freigabe des ansaugenden Förderzylinders auf je einer jedem Zweigkanal zugeordneten Steuerdichtfläche (18,20) abdichtet, die auf der Innenwand eines Schiebergehäuses (21) ausgebildet ist, dem der Dickstoff zufließt, und das je eine Öffnung (28,29) für die Förderzylinder (2,3) aufweist, wobei sich in gleiche Längen aufweisenden Zweigkanälen (7,8) 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 Steuerdichtflächen (18, 20) des Schiebergehäuses (21) zylindrisch gekrümmt sind.
Dickstoffpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zweigkanäle (7, 8) einen Querstrang bilden, der mit dem Zentralkanal (9) eine T-Form bildet.
Dickstoffpumpe nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schiebergehäuse (21) einen Hohlzylinder bildet, dessen Achse mit der Achse des Zentralkanals (9) zusammenfällt und dessen Zylinderwand (19) die Öffnungen (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 gegenüberliegende Öffnung des Schiebergehäuses (21) verschlossen ist.
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 Schiebergehäuses (21) aufweist.