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Die Erfindung bezieht sich auf eine Pumpe zum Fördern fluider Medien, insbesondere von Bentonit, der die besondere Eigenschaft besitzt, durch die Aufnahme von Wasser sein Volumen etwa zu vervierfachen und sich dann aufgrund seiner tixotropen Eigenschaften als Gel wie ein Fluid fördern zu lassen, um schließlich vor Ort im Zustand der Ruhe ohne Abgabe von Wasser in den festen Zustand überzugehen.
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Auf diese Weise dient Bentonit beispielsweise dazu, beim Herstellen von Erdbohrungen mit Hilfe von Rammbohrgeräten zunächst während des Gerätevortriebs als Schmiermittel zu fungieren und nach dem Übergang vom flüssigen in den festen Zustand die Wandung der Bohrung mechanisch zu stabilisieren.
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Die Förderung des Bentonits geschieht üblicherweise mit Hilfe von Pumpen, die jedoch infolge der Härte des körnigen Bentonits im Gel mit einer Korngröße von 5 bis 70 μm einem erheblichen, jedoch in der Pumpe selbst örtlich unterschiedlichen Verschleiß unterliegen. Demzufolge ist in der Praxis häufig ein Austausch von Teilen oder je nach dem örtlichen Verschleiß auch der ganzen Pumpe erforderlich. Das geht naturgemäß nur auf Kosten der Betriebszeit einer solche Pumpe und ist dementsprechend mit erheblichen Kosten verbunden.
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Der Erfindung liegt demgemäß das Problem zugrunde, den verschleißbedingten Ausfall derartiger Pumpen zeitlich zu verkürzen und darüber hinaus auch hinsichtlich des apparativen Aufwandes dabei zu verbilligen.
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Die Lösung dieses Problems besteht nun darin, die Pumpe in mindestens drei funktionale und insbesondere für sich jeweils leicht austauschbare Baugruppen zu unterteilen und diese lösbar miteinander zu verbinden. Dies ist möglich, wenn die Pumpe im Wesentlichen aus einem Antriebsmodul, einem Pumpenmodul und einem Ventilmodul besteht, die sich entsprechend ihrer jeweils unterschiedlichen mechanischen Belastung einzeln rasch auswechseln und reparieren oder austauschen lassen. Dabei bestehen diese Baugruppen vorzugsweise aus mindestens drei jeweils in Reihe parallel zueinander angeordneten Fördersträngen.
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In dem Antriebsmodul sind vorzugsweise auf einer gemeinsamen geraden, unverkröpften Welle mindestens drei gegeneinander winkelversetzte Exzenterscheiben angeordnet. Durch den Einsatz von Hub- bzw. Exzenterscheiben ist es erstmalig möglich, große dimensionierte Kugellager in diesem Bereich einzusetzen. Üblicherweise werden bei einer Kurbelwelle geteilte Bronzebüchsen verwendet. Die Antriebswelle kann dabei in einem Gehäuse mit zwei Hauptlagern und mindestens zwei Zwischenlagern angeordnet sein, das mit Schmieröl gefüllt sein kann. Als Antrieb dient vorzugsweise eine Welle, die das Gehäuse überragt und außerhalb des Gehäuses kopfseitig mit mindestens einem Antriebsmotor verbunden ist. Erst der Einsatz einer geraden, unverkröpften Antriebswelle ermöglicht den Einsatz von Zwischenlagern und läßt eine leichte Montage/Demontage der Getriebekomponenten zu. Diese Zwischenlager verringern die freitragende Länge für eine Durchbiegung der Welle. Somit genügt ein geringerer Wellenquerschnitt.
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Die Exzenterscheiben können jeweils im Kopflager bzw. im Lagerring einer Pleuelstange angeordnet sein, deren Bolzenauge auf einem Querbolzen eines in einer Hülse hin- und herbeweglichen Kreuzkopfes gelagert ist. Der Kreuzkopf kann dann über eine zweigliedrige und daher teilbare Zwischenstange mit dem Kolben einer Ventilpumpe verbunden sein.
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Auf diese Weise läßt sich einerseits über mehrere, beispielsweise drei Sektionen der Pumpe fluider Bentonit fördern und bietet andererseits die mehr- bzw. dreiteilige Konstruktion der Pumpe die Möglichkeit, bei optionaler Zugänglichkeit während des Herstellens oder einer Reparatur der mechanisch zu bearbeitenden Flächen sowie infolge des vergleichsweise geringen Gewichts der einzelnen Baugruppen vereinfachten Bearbeitung und Montage der Module, diese einzeln oder auch gleichzeitig ausbauen und wieder einbauen oder auch ersetzen zu können.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels des näheren erläutert. Dabei zeigen:
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1 eine perspektivische Darstellung der Pumpe,
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2 die in 1 dargestellte Pumpe in einer Explosionsdarstellung,
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3 eine perspektivische Draufsicht auf den Antriebsmodul,
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4 eine weitere Draufsicht auf den Antriebsmodul mit den Lagern der Antriebswelle,
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5 einen Längsschnitt des Antriebsmoduls nach der Linie A-B in 1,
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6 einen Längsschnitt des Ventilmoduls ebenfalls nach der Linie A-B in 1,
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7 einen Längsschnitt durch die ganze Pumpe mit dem Arbeitswinkel des Pleuels wiederum nach der Linie A-B in 1 und
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8 einen Längsschnitt durch herkömmliche Kurbelwellenpumpe.
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Die Pumpe besteht nach der Darstellung in 1, 2 aus drei Modulen, einem Antriebsmodul 1, einem Pumpenmodul 2 und einem Ventilmodul 3, die lösbar mittels Schrauben 4 miteinander verbunden sind und drei parallel zueinander verlaufende Förderstränge bilden.
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Der Antriebmodul 1 enthält in einem Gehäuse 5 mit einer Deckelkappe 6 eine einfache, d. h. durchgehende Welle 7, die in der Gehäusewandung sowie in Zwischenwänden 8, 9 in vier Lagern 10, 11, 12, 13 gelagert ist (4). Die Zwischenwände stabilisieren das verhältnismäßig leicht gebaute Gehäuse 5. Die Welle 7 ist über eine Verzahnung, alternativ über Keile 14 (5) leicht lösbar mit Lochscheiben 15 verbunden, mit denen sie infolge ihrer exzentrischen Lagerung in den Scheiben wie eine Kurbelwelle wirkt; sie überragt das Gehäuse 5 zweiseitig und ist außerhalb des Gehäuses mit einem oder auch zwei nicht dargestellten Antriebsmotoren verbunden.
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Die Lochscheiben 15 sind ihrerseits in je einem Lagerring 16 des Pleuelkopfes 17 an je einer kurzen Pleuelstange 18 drehbar gelagert.
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Um ihr Gewicht und die Unwucht durch die Exzentrizität zu verringern, sind die Lochscheiben 15 jeweils mit einer sichelförmigen Öffnung 19 versehen. Das Bolzenauge 20 der Pleuelstange 18 befindet sich in geringem Abstand von dem Pleuelkopf 17, womit vorteilhafterweise ein nur kleiner Schwenkwinkel des Pleuels und demgemäß entsprechend geringen vertikalen Wellen- und Lagerbelastungen verbunden sind. Das gilt auch für einen Querbolzen 21 im Bolzenauge 20 der Pleuelstange 18. Das Bolzenauge ist über den Querbolzen 21 in einem Kreuzkopf 22 (cross head) gelagert, der verschiebbar in einer ortsfesten Hülse 23 gelagert ist. Die Hülse 23 besteht aus zwei Lagen, einer äußeren, mit dem Gehäuse verschweißten Lage sowie einer inneren, leicht austauschbaren Verschleißlage. Der Kreuzkopf 22 ist mit einer zweigliedrigen Zwischenstange 24 verbunden. Diese Zwischenstange dient als Verbindung zum Kolben 25 einer Pumpe 26, die über die Schraubbolzen 4 mit dem Ventilmodul 3 verbunden ist (5, 6).
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Der Zylinder 27 der Kolbenpumpe 26 ist nach vorne hin mit einem Pumpenraum 28 eines Ventilblocks 29 verbunden. Dieser Ventilblock 29 enthält zwei einander gegenüberliegende Ventile 30, 31, von denen eines als Saugventil 30 mit einem Saugstutzen 32 und das andere als Druckventil 31 mit einem Druckstutzen 33 ausgebildet ist. Der Saugstutzen 32 ist über eine Saugleitung mit einem Fluidbehälter und der Druckstutzen 33 über eine Druckleitung mit einem Verbraucher verbunden. Diese Ventile versorgen im Takt mit der Ventil- bzw. Kolbenpumpe 26 beispielsweise ein Rammbohrgerät, über dessen Bohrkopf die Bentonitsuspension im Bereich der Wandung einer Erdbohrung zur Stabilisierung der Bohrungswandung eingebracht wird.
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Ein weiterer Vorteil der kompakten Bauweise der Exzenterscheiben mit ihrer Exzentrizität 34 stellt der daraus resultierende Arbeitswinkel des Pleuels 35 dar (7). Dieser Arbeitswinkel beträgt bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel 17° im Vergleich zu einem Arbeitswinkel von 34° bei der herkömmlichen Bauweise nach 8. Ein derartig großer Unterschied tritt bei allen Varianten der erfindungsgemäßen Lehre auf. Mit diesem kleineren Arbeitswinkel verbunden sind entsprechend geringere Belastungen durch Querkräfte für die Lager und die Kreuzkopfhülse, und deren Verschleiß bzw. Lebensdauer wird demgemäß optimiert.
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Als Vergleich ist der große Arbeitswinkel des Pleuels 35 bei einer herkömmlichen Kurbelwellenpumpe in 8 dargestellt.
