DE102009008517B4 - Hydraulischer Antrieb einer Dickstoffpumpe mit Ladedruckeinrichtung - Google Patents

Abstract

Dickstoffpumpe zur Erzeugung eines kontinuierlichen Dickstoffstromes durch mindestens zwei sich im Pump- und Saugbetrieb abwechselnden Pumpeinheiten (21, 22), umfassend je einen Förder- und einen hydraulischen Antriebszylinder (1 + 2), eine Druckmittelquelle (4), eine Förderleitung (29), eine Saugleitung (28) und eine Umstelleinrichtung (25), wobei mittels der Umstelleinrichtung (25) eine Pumpeinheit im Pumpbetrieb mit der Förderleitung (29) und im Saugbetrieb mit der Saugleitung (28) und einem daran angeschlossenen, durch einen Absperrschieber (26) abtrennbaren Vorratsbehälter (27) verbindbar ist, und wobei an die Saugleitung (28) eine von der Pumpeinheit getrennt wirkende Ladedruckeinrichtung (23) zum Verdichten des Dickstoffes angebaut ist, wobei eine sekundäre Druckmittelquelle (6, 7) für die Ladedruckeinrichtung (23) vorgesehen ist, und der Ladedruckvorrichtung (23) zum Verdichten des Dickstoffs mittels der zu einem primären Druckmittelstrom aus der Druckmittelquelle (5) der Ladedruckeinrichtung (23) zur zumindest zeitweisen Verstärkung desselben mindestens ein sekundärer Druckmittelstrom zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die sekundäre Druckmittelquelle ein Speicher (7) ist, wobei der Speicher (7) mit dem aus dem kolbenseitigen Raum (9) des Antriebszylinders (3) der Ladedruckeinrichtung (23) verdrängten Druckmittels gefüllt wird.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Dickstoffpumpe mit kontinuierlichem Dickstoffstrom, insbesondere zum Verpumpen von Beton.
• Ein solches Gerät besteht üblicherweise aus zwei Pumpeinheiten (21 + 22), die jeweils aus einem Förderzylinder und einem hydraulischen Antriebszylinder (1 + 2) zusammengesetzt sind, welche durch eine Druckmittelquelle (4) angetrieben werden.
• Die Pumpeinheiten (21 + 22) sind durch die Umstelleinrichtung (25) im Pumpbetrieb mit der Förderleitung (29) und im Saugbetrieb mit der Saugleitung (28) verbunden.
• An diese ist eine getrennt wirkende Ladedruckeinrichtung (23) angeschlossen, die in der Endphase des Saugebetriebs eine Verdichtung des Dickstoffes bewirkt und während der Umstellphase Druck und Fluss in der Förderleitung (29) aufrechterhält.
• Um beides zu ermöglichen, muss die Leistung der Ladedruckeinrichtung (23) über der der Pumpeinheiten (21 + 22) im Saugbetrieb liegen.
• Beide Ziele lassen sich durch die Verwendung einer genügend großen Druckmittelquelle erreichen, die entsprechend den Anforderungen der Ladedruckeinrichtung gesteuert werden muss.
• Eine solche Dickstoffpumpe ist in der EP 1 235 982 B1 beschrieben.
• Diese Lösung hat aber den Nachteil, dass die Steuerung auf kurzfristige, nicht vorhersehbare Änderungen des erforderlichen Druckmittelstroms oft nicht genügend schnell reagieren kann, so dass der konstante Fluss, der gerade von einer sauberen Anpassungsmöglichkeit abhängig ist, nicht immer in vollem Umfang erreicht wird.
• Es ist deshalb das Anliegen der Erfindung, eine Lösung vorzuschlagen, die den Betrieb der Ladedruckeinrichtung (23) den Anforderungen entsprechend, kostengünstig und einfach steuerbar, ermöglicht.
• Dies geschieht mit den Mitteln des Anspruchs 1 dadurch, dass eine sekundäre Druckmittelquelle (6, 7) für die Ladedruckeinrichtung (23) vorgesehen ist, mittels der zu einem primären Druckmittelstrom aus der Druckmittelquelle (5) der Ladedruckeinrichtung (23) zur zumindest zeitweisen Verstärkung desselben mindestens ein sekundärer Druckmittelstrom zuführbar ist.
• Die Ladedruckeinrichtung (23) benötigt zum Beginn ihres Hubes zeitweise einen vergrößerten Druckmittelstrom mit niedrigem Druck und in der Endphase, zur Verdichtung des Materials, erhöhten Druck aber verkleinerten Druckmittelstrom.
• Die Zuschaltung der sekundären Druckmittelquelle (6, 7) erfolgt zweckmäßigerweise mit dem Start der Ladedruckeinrichtung (23). Diese wird durch eine vorgegebene Position (19) eines Kolbens (30) der Antriebszylinder (1 + 2) der Pumpeinheiten (21 + 22) im Saugbetrieb ausgelöst.
• Über ein Umschaltventil (11), das in die Verbindung zwischen der sekundären Druckmittelquelle und dem Antriebszylinder (3) der Ladedruckeinrichtung (23) eingebaut ist, lässt sich der zugeschaltete sekundäre Druckmittelstrom bei Bedarf zum Tank (17) umleiten und so die zeitweise Einwirkung bewerkstelligen. Die Zu- und Abschaltung des sekundären Druckmittelstroms kann zeit-, druck- oder wegeabhängig erfolgen.
• Ein zusätzlicher sekundärer Druckmittelstrom kann durch eine einfache Hydraulikpumpe (6) erzeugt werden. Es ist denkbar, dass als sekundäre Druckmittelquelle ein Speicher (7) verwendet wird. Dieser Speicher kann z. B. mit einer separaten Pumpe gefüllt werden, die allerdings für etwas höheren Druck ausgelegt sein muss, damit der Speicher (7) genügend Wirkung zeigt, um die primäre Druckmittelquelle (5) zu unterstützen.
• Eine weitere Lösung besteht darin, dass der Speicher (7) aus der primären Druckmittelquelle (5) gefüllt wird. Da die Ladedruckeinrichtung (23) nur für kurze Zeit in Aktion ist, kann in manchen Ausführungen genügend Zeit für die primäre Druckmittelquelle (5) verbleiben, einen Speicher (7) zu füllen.
• Erfindungsgemäß wird beim Einfahren des Antriebszylinder (3) der Ladedruckeinrichtung (23) aus seinem kolbenseitigen Raum (9) verdrängte Druckmittel zur Ladung des Speichers (7) herangezogen. Für diese Lösung ist keine zusätzliche Pumpe nötig, der Speicher (7) wird über Umwege aus der primären Druckmittelquelle (5) geladen.
• Der Betrieb der Pumpeeinheiten (21 + 22) der Dickstoffpumpe erfordert eine primäre Druckmittelquelle (4), die sowohl großes Volumen, als auch beträchtliche Drücke aufbringen kann.
• Das aus dem stangenseitigen Raum (8) der Antriebszylinder (1 + 2) der Pumpeinheiten (21 + 22) verdrängte Druckmittel lässt sich als sekundären Druckmittelstrom zur Unterstützung der primären Druckmittelquelle (5) der Ladedruckeinheit (23) heranziehen, indem dieser zeitweise in den kolbenseitigen Raum (9) des Antriebszylinders (3) der Ladedruckeinrichtung (23) geleitet wird. Ein weiterer sekundärer Druckmittelstrom kann aus dem stangenseitigen Raum (8) des Antriebszylinders (3) der Ladedruckeinrichtung (23) gespeist werden, wobei dieser durch geeignete Schaltung (Schnellgang) in den kolbenseitigen Raum (9) geleitet wird.
• Schließlich ist es auch denkbar, dass die Druckmittelströme aus den Antriebszylinder (1 + 2) der Pumpeinheit (21 + 22), als auch aus dem Antriebszylinder (3) der Ladedruckeinrichtung (23) gebündelt und gemeinsam auf die Kolbenseite (9) des Antriebszylinders (3) der Ladedruckeinrichtung (23) geleitet werden. Dies kann dann angebracht sein, wenn ein sehr schlechter Wirkungsgrad der Saugleistung der Pumpeinheiten (21 + 22) durch eine stark erhöhte Kolbengeschwindigkeit des Antriebszylinders (3) der Ladedruckeinrichtung (23) ausgeglichen werden muss. Die Funktionen der Pumpeinheiten (1 + 2) und die der Ladedruckeinrichtung (3) müssen aufeinander abgestimmt sein.
• Auf einfache und eindeutige Weise lässt sich dies dadurch erreichen, dass die Druckmittelströme aus den beiden primären Druckmittelquellen (4 + 5) weitestgehend identisch sind. Die identischen Druckmittelströme sollen auf gleiche, oder annähernd gleiche Flächen der Kolben in den Antriebszylindern (1 + 2 + 3) treffen. Damit wird gewährleistet, dass immer, wenn Pumpleistung erbracht wird, auch während der Umstellphase, identische Verhältnisse sowohl in den Pumpeinheiten (21 + 22) als auch in der Ladedruckeinrichtung (23) darstellbar sind.
• Die Druckschrift Ölhydraulik, Bauer G., Vieweg + Teubner Verlag, 1992, ISBN 978-3-519-00144-7, insbesondere Seite 209, zeigt die Verwendung von Hydrospeichern in ölhydraulischen Anlagen.
• C. Beispiele
• 1. Beispiel – S. Fig. 1
• Die zu beschreibende Erfindung ist Teil einer Dickstoffpumpe, insbesondere einer Betonpumpe. Diese besitzt zwei Pumpeinheiten (21 + 22), bestehend aus je einem Förderzylinder und einem hydraulischen Antriebszylinder (1 + 2). Die Antriebszylinder (1 + 2) werden stangenseitig über einen Anschluss (12) durch eine primäre Druckmittelquelle (4) beaufschlagt. Das aus dem kolbenseitigen Raum (9) eines ersten Antriebszylinders verdrängte Druckmittel wird über die Schaukelleitung (16) in den kolbenseitigen Raum (9) eines zweiten Antriebszylinders gedrückt.
• Erreicht einer der beiden Antriebszylinder (1 + 2) der Pumpeinheiten (21 + 22) die Endlage, schaltet ein Signal aus der Position (20) diese über das Umschaltventil (10) um. Gleichzeitig verbindet die Umstelleinrichtung (25) den gefüllten Förderzylinder mit der Förderleitung (29) und den entleerten mit der Saugleitung (28).
• Da die Wirkleistung der Pumpeinheiten (21 + 22) im Saugbetrieb unbefriedigend ist und für die Dauer der Umstellung die Umstelleinrichtung (25) den Förderstrom nicht aufrecht erhalten kann, tritt eine beträchtliche Unterbrechung desselben ein.
• Um dies zu vermeiden, wird eine Ladedruckeinrichtung (23) an die Saugleitung (28) angeschlossen, die sowohl die Förderlücke aus der verminderten Wirkleistung und die der Umstellzeit ausgleicht. Die Position (19), die sich im Endbereich eines Antriebszylinders (1 + 2) befindet, startet die Ladedruckeinrichtung (23) und verschließt den Vorratsbehälter (27) durch den Schieber (26).
• Die Schaltsignale, die das Zusammenspiel der Antriebszylinder (1 + 2 + 3) bewirken, können durch ein Längenmesssystem (24) entlang der Antriebszylinder (1 + 2 + 3) erzeugt werden.
• Die Ladedruckeinrichtung (23) benötigt zur Bewältigung ihrer Aufgabe für kurze Zeit einen wesentlich höheren Druckmittelstrom, als die Pumpeinheiten (21 + 22). Um dies darzustellen, wird dem Druckmittelstrom aus der primären Druckmittelquelle (5) ein weiterer Druckmittelstrom aus einer sekundären Druckmittelquelle über das Umschaltventil (11) zugeschaltet.
• Als sekundäre Druckmittelquelle wird der stangenseitige Raum (8) der Antriebszylinder (1 + 2) der jeweiligen Pumpeeinheit (21 + 22) im Pumpbetrieb verwendet, in dem das daraus verdrängte Druckmittel zum Umschaltventil (11) geleitet wird. Durch eine geeignete Schaltstellung wird das Druckmittel in den Kreislauf der Ladedruckeinrichtung (23) verbracht, wo es auf den Zufluss aus der primären Druckmittelquelle (5) trifft.
• Das Rückschlagventil (15) verhindert, dass ein Ausgleich in Richtung des Kreislaufs der Druckmittelquelle (4) stattfinden kann. Der kombinierte Druckmittelstrom gelangt über das Umschaltventil (10) zum Anschluss (13) des Antriebszylinders (3) der Ladedruckeinrichtung (23). Sobald ein vorgegebener Druck erreicht wird, schaltet der Druckschalter (14) das Umschaltventil (11) um, so dass der Druckmittelstrom aus der sekundären Druckmittelquelle (8) zum Tank (17) umgeleitet wird.
• Die primäre Druckmittelquelle (5) übernimmt nun die alleinige Versorgung des Antriebszylinders (3) der Ladedruckeinrichtung (23). Diese verdichtet den Dickstoff in den Pumpeinheiten (21 + 22) im Saugbetrieb. Ist der Antriebszylinder (3) der Ladedruckeinrichtung (23) bis zum Schaltpunkt (18) ausgefahren, wird dieser durch das Umschaltventil (10) umgesteuert und der Schieber (26) geöffnet.
• Um einen kontinuierlichen Dickstoffstrom zu erzeugen, ist es erforderlich, dass die Ladedruckeinrichtung (23) in der Endphase des Saugbetriebs einer Pumpeinheit (21 + 22) identische Bewegungen bei identischen Drücken macht. Das gleiche gilt für den Zeitraum der Umstellphase.
• Dies wird dadurch erreicht, dass die primäre Druckmittelquelle (4) an der Ringfläche auf der Stangenseite (8) der Antriebszylinder (1 + 2) der Pumpeinheiten (21 + 22) angreift, die gleich der Fläche der Kolbenseite des Antriebszylinders (3) der Ladedruckeinrichtung (23) ist, die von der primären Druckmittelquelle (5) mit gleichem Volumen und Druck beaufschlagt wird.
• 2. Beispiel – s. Fig. 2
• Die Bewegungen der Pumpeeinheiten (21 + 22) verlaufen wie im Beispiel 1 beschrieben. Die Ladedruckeinrichtung (23) wird wieder durch die primäre Druckmittelquelle (5) betrieben. Zur Vergrößerung des Druckmittelstroms zu dem Antriebszylinder (3) der Ladedruckeinrichtung (23) wird ein Speicher (7) verwendet, der während des Saugvorgangs der Laderdruckeinrichtung (23) mit dem verdrängten Druckmittel aus dem kolbenseitigen Raum (9) deren Antriebszylinders (3) gefüllt und vorgespannt wird.
• Der Start der Ladedruckeinrichtung /(23) wird durch das Signal (19) aus einem der Antriebszylinder (1 + 2) eingeleitet. Es liefert zunächst der Speicher (7), gleichzeitig mit der primären Druckmittelquelle (5) Druckmittel in den kolbenseitigen Raum (9) des Antriebszylinders der Ladedruckeinheit (3). Da der Speicherdruck anfangs höher ist, als der der primären Druckmittelquelle (5), sorgt ein Rückschlagventil (15) für den Fluss ausschließlich in Richtung Antriebszylinder (3) der Ladedruckeinrichtung (23). Sobald der Druck der primären Druckmittelquelle (5) den der sekundären Druckmittelquelle (7) erreicht, übernimmt die erste die Versorgung ausschließlich.
• Erreicht der Antriebszylinder (3) der Ladedruckeinrichtung (23) den Schaltpunkt (18), stellt das Ventil (10) um. Der Antriebszylinder der Ladedruckeinrichtung (3) wird eingefahren. Durch eine geeignete Stellung des Ventils (11) wird dabei der Speicher (7) gefüllt. Ist der vorgegebene Speicherdruck erreicht, schaltet der Druckschalter (14) den Druckmittelstrom durch das Ventil (11) zum Tank (17) um. Der Speicher (7) steht nun zur Korrektur des nächsten Hubes auf ein Signal aus der Position (19) bereit.
• 3. Beispiel – s. Fig. 3
• In 3 ist die sekundäre Druckmittelquelle (6) als Hydraulikpumpe ausgebildet. Der damit produzierte sekundäre Druckmittelstrom ist konstant, bis ein vorgegebener Druck erreicht ist, der die gewünschte Verdichtung des Pumpmediums wiederspiegelt. Die Abschaltung des sekundären Druckmittelstroms kann über ein Umschaltventil (11) dergestalt erfolgen, dass der sekundäre Druckmittelstrom in den Tank (17) umgeleitet wird.
• Es ist auch denkbar, dass die sekundäre Druckmittelquelle (6) die Produktion des sekundären Druckmittelstroms einstellt.
• Bezugszeichenliste

1

Antriebszylinder einer ersten Pumpeinheit (21)

2

Antriebszylinder einer zweiten Pumpeinheit (22)

3

Antriebszylinder der Ladedruckeinrichtung

4

Primäre Druckmittelquelle für die Pumpeinheiten (21 + 22)

5

Primäre Druckmittelquelle für die Ladedruckeinrichtung (23)

6

Sekundäre Druckmittelquelle (Hydraulikpumpe)

7

Sekundäre Druckmittelquelle (Zylinder, Speicher)

8

Stangenseitiger Raum eines Antriebszylinders (1 + 2 + 3)

9

Kolbenseitiger Raum eines Antriebszylinders (1 + 2 + 3)

10

Umschaltventil für primäre Druckmittelquelle

11

Umschaltventil für sekundäre Druckmittelquelle

12

Anschluss stangenseitig eines Antriebszylinders

13

Anschluss kolbenseitig eines Antriebszylinders

14

Druckschalter

15

Rückschlagventil

16

Schaukelleitung

17

Tank

18

Schaltpunkt der Ladedruckeinrichtung ganz ausgefahren

19

Schaltpunkt der Ladedruckeinrichtung ganz eingefahren

20

Schaltpunkt Hauptzylinder (1 + 2) Umschalten

21

Erste Pumpeinheit

22

Zweite Pumpeinheit

23

Ladedruckeinrichtung

24

Längenmesssystem

25

Umstelleinrichtung zwischen den Pumpeinheiten (21 + 22)

26

Absperrschieber

27

Vorratsbehälter

28

Saugleitung

(9

Förderleitung (Druckleitung)

30

Kolben eines Antriebszylinders (1 + 2 + 3)

Claims (13)

1. Dickstoffpumpe zur Erzeugung eines kontinuierlichen Dickstoffstromes durch mindestens zwei sich im Pump- und Saugbetrieb abwechselnden Pumpeinheiten (21, 22), umfassend je einen Förder- und einen hydraulischen Antriebszylinder (1 + 2), eine Druckmittelquelle (4), eine Förderleitung (29), eine Saugleitung (28) und eine Umstelleinrichtung (25), wobei mittels der Umstelleinrichtung (25) eine Pumpeinheit im Pumpbetrieb mit der Förderleitung (29) und im Saugbetrieb mit der Saugleitung (28) und einem daran angeschlossenen, durch einen Absperrschieber (26) abtrennbaren Vorratsbehälter (27) verbindbar ist, und wobei an die Saugleitung (28) eine von der Pumpeinheit getrennt wirkende Ladedruckeinrichtung (23) zum Verdichten des Dickstoffes angebaut ist, wobei eine sekundäre Druckmittelquelle (6, 7) für die Ladedruckeinrichtung (23) vorgesehen ist, und der Ladedruckvorrichtung (23) zum Verdichten des Dickstoffs mittels der zu einem primären Druckmittelstrom aus der Druckmittelquelle (5) der Ladedruckeinrichtung (23) zur zumindest zeitweisen Verstärkung desselben mindestens ein sekundärer Druckmittelstrom zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die sekundäre Druckmittelquelle ein Speicher (7) ist, wobei der Speicher (7) mit dem aus dem kolbenseitigen Raum (9) des Antriebszylinders (3) der Ladedruckeinrichtung (23) verdrängten Druckmittels gefüllt wird.
2. Dickstoffpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladedruckeinrichtung (23) zum Beginn ihres Hubes zeitweise ein vergrösserter Druckmittelstrom mit relativ niedrigem Druck und in der Endphase ein verkleinerter Druckmittelstrom mit erhöhtem Druck zugeführt wird.
3. Dickstoffpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit einem Signal aus einer Position (19) eines Kolbens (30) der Antriebszylinder (1 + 2) der Pumpeinheiten (21 + 22) im Saugbetrieb der Start der Ladedruckeinrichtung (23) eingeleitet wird.
4. Dickstoffpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in die Verbindung einer sekundären Druckmittelquelle mit dem Antriebszylinder (3) der Ladedruckeinrichtung (23) ein Umschaltventil (11) eingebaut ist, das den sekundären Druckmittelstrom zu einem Tank (17) umschaltet.
5. Dickstoffpumpe nach dem Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltung eines sekundären Druckmittelstroms zeit-, druck- oder wegabhängig erfolgt.
6. Dickstoffpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine sekundäre Druckmittelquelle eine separate Pumpe (6) ist.
7. Dickstoffpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicher (7) mittels einer separaten Pumpe (6) gefüllt wird.
8. Dickstoffpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicher (7) aus der primären Druckmittelquelle (5) gefüllt wird.
9. Dickstoffpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckmittelstrom der primären Druckmittelquelle (4) zum Antrieb de Antriebszylinder (1 + 2) der Pumpeinheiten (22 + 23) gleich oder annähernd gleich dem der primären Druckmittelquelle (5) zum Antrieb des Antriebszylinders (3) der Ladedruckeinrichtung (23) ist.
10. Dickstoffpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von der primären Druckmittelquelle (4) beaufschlagte Fläche der Antriebszylinder (1 + 2) der Pumpeinheiten (21 + 22) und die von der primären Druckmittelquelle (5) beaufschlagte Fläche des Antriebszylinders (3) der Ladedruckeinrichtung (23) gleich oder annähernd gleich sind.
11. Dickstoffpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während der Umstellphase von einer ersten Pumpeinheit (21) auf eine zweite (22) dieKolbengeschwindigkeit des Antriebszylinder (3) der Ladedruckeinrichtung (23) gleich oder annähernd gleich der Kolbengeschwindigkeit der Antriebszylinder (1 + 2) derPumpeinheiten (21 + 22) ist.
12. Dickstoffpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpleistung der Ladedruckeinrichtung (23) während der Umstellphase von einer ersten Pumpeeinheit (21) auf eine zweite (22) gleich oder annähernd gleich der Pumpleistung der Pumpeinheiten (21 + 22) im Pumpbetrieb ist.
13. Dickstoffpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während der Umstellphase von einer ersten Pumpeinheit (21) auf eine zweite (22) der Antriebszylinder (3) der Ladedruckeinrichtung (23) ausschließlich von der primären Druckmittelquelle (5) versorgt wird.

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