DE9218858U1 - Doppelkolbenpumpe - Google Patents

Doppelkolbenpumpe

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Description

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SANDOZ-PATENT-GMBH
79539 Lörrach
Case 154-0219 DOPPELKOLBENPUMPE
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Pumpen von flüssigen Materialien. Eine solche Vorrichtung kann beim Nassspritzen von Beton oder Mörtel verwendet werden.
In verschiedenen Anwendungsgebieten ist es beim Pumpen von flüssigen Materialien wichtig, dass der Strom kontinuierlich, mit geringer oder keiner Fluktuation gepumpt wird. Ein solches Anwendungsgebiet ist das Nassspritzen von Beton, z.B. beim Verkleiden von Tunnelwänden. Beim Betonspritzen nach dem Nassverfahren, oder Dichtstromfördern werden sehr oft Betonpumpen, welche als Doppelkolbenpumpe mit Umlenkventil verschiedenster Konstruktion ausgeführt sind, eingesetzt. Ein Zylinder kann als "Förderzylinder", der andere als "Füllzylinder" bezeichnet werden, wobei der "Füllzylinder" sich mit Material füllt, während der "Förderzylinder" sich in den Förderschlauch leert. Beide Bewegungen werden meistens mit Kolben bewerkstelligt, die sich in entgegengesetzter Richtung in den Zylindern bewegen. Dabei steht der "Füllzylinder" in Verbindung mit einem Fülltrichter und saugt das Material durch abnehmenden Druck hinein. Der "Förderzylinder" ist über ein Verbindungsstück (auch "Weiche" genannt) mit dem Förderschlauch verbunden. Dieses Verbindungsstück wird nach Abschluss einer Bewegung umgestellt und die Zylinder erhalten durch die entgegengesetzte Bewegung der Kolben eine umgekehrte Rolle. Da dieses Maschinenkonzept zwangsläufig zu Pulsationen im Förderstrom führt, wurden bald Lösungen zur Verminderung oder gar Vermeidung derselben gesucht. Die bisher bekannten Ausführungen haben aber nach wie vor den Nachteil, dass sie nie 100 Xig arbeiten, da sie, abhängig von der Fördermenge und der Betonsteifigkeit und dessen Zusammensetzung, vom Maschinenführer eingestellt werden müssen, oder als Kompromisslösung fest in der Maschine eingestellt sind.
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Zur Verminderung von Pulsationen werden verschiedene Massnahmen angewandt. So wird beispielsweise beim Schalten der Weiche versucht, die entstehende Förderlücke zeitlich zu verkürzen und so die Fluktuation zu minimieren, Beispiele solcher Vorrichtungen sind die NassSpritzmaschinen vom Typ "Meycojet" (Warenzeichen) 082 EH, die von der Firma Meynadier AG in Winterthur, Schweiz vertrieben werden. In solchen Nassspritzmaschinen sind die Pumpzylinder mit entsprechenden Hydraulikzylinder gekuppelt und die Kolben werden durch fest mit ihnen verbundenen Kolben in den Hydraulikzylindern in Bewegung gesetzt. Die automatische Umschaltung der Weiche und der Pumpbewegungen in den Zylindern wird dadurch bewerkstelligt, dass ein elektrischer oder elektronischer Kreis durch einen Sensor geschlossen wird. Dieser Sensor ist so montiert, dass die Ankunft des Kolbens im Hydraulikzylinder, der mit dem Förderzylinder gekuppelt ist, in einer Position, die mit der vollständigen Leerung dieses Zylinders übereinstimmt, registriert wird. Beim Schliessen des Kreises wird die Weiche umgestellt und die Bewegung der Kolben umgekehrt.
Das neue Merkmal der erfindungsgemässen Pumpe ist die Gestaltung des hydraulischen Kreislaufes derart, dass der Kolben im Füllzylinder seine Endposition erreicht, bevor der Förderzylinder völlig geleert worden ist. Diese Differenzierung wird vorzugsweise über die gesamte Hubstrecke des Kolbens vorgenommen. Auf diese Weise wird der Füllzylinder schneller als sonst gefüllt. Wenn der Kolben im Füllzylinder seine Endposition erreicht hat, wartet er, bis der Förderzylinder völlig geleert worden ist. Während dieser Zeit kann der Druck zwischen dem Fülltrichter (meistens atmosphärisch) und dem durch die Kolbenbewegung verursachten Unterdruck ausgeglichen werden, was die vollständige Füllung des Zylinders gewährleistet. Dieser ist mit einer vollen Ladung zur Förderung bereit, wenn die Weiche umgestellt wird und die Rolle der Pumpzylinder wechselt.
Die Bewegung des Kolbens im Füllzylinder kann auf verschiedene Weise angetrieben werden. Eine bevorzugte Methode besteht darin, im hydrauli-
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sehen Zylinder, der mit dem Füllzylinder gekuppelt ist, einen Ueberschuss an Flüssigkeit bereitzustellen. Dadurch wird der Kolben im hydraulischen Zylinder und damit auch der Kolben im Füllzylinder beschleunigt. Wenn der Kolben seine Endposition erreicht hat, wird der Ueberschuss an Flüssigkeit abgeleitet. Wenn der Förderzylinder völlig geleert ist, übernehmen beide Zylinder umgekehrte Rollen und der ganze Zyklus wiederholt sich.
Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird auf die Figuren 1 bis 3 Bezug genommen. FIG. 1 ist eine Perspektivzeichnung, in der nur die wesentlichen Bestandteile dargestellt werden, um die Wirkung einer Doppelkolbenpumpe zu erläutern. FIG. 2 ist eine schematische Darstellung der hydraulischen Kreislaufe in einer solchen Doppelkolbenpumpe. FIG. 3 ist eine ähnliche Darstellung, versehen mit der erfinderischen Massnahme zur Einstellung eines Ueberschusses an Flüssigkeit.
In FIG. 1 stehen zwei zylindrische Kammern 1 und 2 via Oeffnungen 3 und 4 mit dem Fülltrichter 5 in Verbindung. In den Kammern bewegen sich die Kolben 6 und 7, um in der einen Kammer das Material anzusaugen, in der anderen um Material hinaus zu befördern. Innerhalb des Fülltrichters dreht sich das Verbindungsrohr 8 um ein Gelenk 9 (zusammen in dieser Anmeldung "Weiche" genannt) mit einem Verbindungsstück 10. Der weisse Doppelpfeil gibt an wie die Weiche zwischen den Oeffnungen 3 und 4 wechselt. Die Wirkungsweise der Vorrichtung wird mit den schraffierten Pfeilen Ä, B und C angedeutet.
A steht für die Zugabe von Material in den Fülltrichter. Wenn die Oeffnung 3 der Kammer 2 offen ist, bewegt sich Kolben 7, wie durch B angegeben von der Oeffnung weg, sodass Material angesaugt wird. Gleichzeitig bewegt sich Kolben 6 in der Kammer 1 auf die Oeffnung 4 zu und stösst das vorher angesaugte Material hinaus. Weil das Verbindungsrohr 8 die Oeffnung 4 abdeckt, wird das Material, wie durch C angegeben hinaus befördert.
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In FIG. 2 werden auf der linken Seite die Zylinder 11 und 12, die beide mit einem entsprechenden Hydraulikzylinder 13 und 14 gekuppelt sind, dargestellt. Jeder Zylinder enthält einen Kolben (15, 16) der seinerseits mit einem Kolben (17, 18) im Hydraulikzylinder über eine Verbindungsstange (19, 20) gekuppelt ist, sodass jede Bewegung der Kolben in den Hydraulikzylindern eine entsprechende Bewegung der Kolben im Füll- bzw. Förderzylinder verursacht. Am Ende jedes Hydraulikzylinders ist ein Sensor (21, 22) montiert, der die Ankunft des Kolbens an diesem Ende registriert. Weitere Bestandteile des hydraulischen Kreises sind das Ventil 23, die Pumpen 24 und 25, der Tank 26 für die hydraulische Flüssigkeit sowie ein Ueberdruckgefäss 27. In der Darstellung ist der Zylinder 11 gerade am Ende einer Förderbewegung.
Auf der rechten Seite wird der Hydraulikkreislauf für die Umstellung der Weiche dargestellt, bestehend aus zwei gleichen Hydraulikzylinder 28 und 29 sowie einem Ventil 30. Die Situation wird nun so dargestellt, dass die Weiche bald zum Zylinder 12 wechselt.
Im Förderzylinder 11 wird der Kolben 15 durch den Kolben 17 im entsprechenden Hydraulikzylinder 13 angetrieben, während dieser Kolben 17 durch den Druck der hydraulischen Flüssigkeit angetrieben wird. Dabei wird die Flüssigkeit vom Teil 31 über die Leitung 32 zum Teil 33 des Zylinders 14 gepresst und drückt Kolben 18 und den damit gekuppelten Kolben 16 von der Oeffnung weg. Das Ventil 23 ist so eingestellt, dass Flüssigkeit von der Pumpe 24 durch die Leitung 39 zum Zylinder 13 fliesst und den Kolben 17 sowie den damit gekuppelten Kolben 15 antreibt.
Wenn der Kolben 17 den Sensor 21 erreicht, wird ein Signal an die Ventile 23 und 30 gegeben, das sie zu einem Richtungswechsel veranlasst. Der hydraulische Druck wird damit von den Zylindern 13 und 28 auf die Zylinder 14 und 29 umgelenkt. Die Weiche wechselt zur Kammer 12 und der Kolben 16 in dieser Kammer beginnt, Material in das Verbindungsrohr zu stossen, da der hydraulische Druck sich durch die Leitung 34 auf den Kolben 18
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auswirkt. Gleichzeitig beginnt sich der Kolben 15 in der Kammer 11 zurück zu bewegen, um Material anzusaugen.
In FIG. 3 werden die gleichen Bestandteile dargestellt, welche die gleiche Funktion ausüben. Hinzu kommt eine Blende 35, gekoppelt mit einem Einwegventil 36, ein Zweiwegventil 37 und ein Entlastungsventil 38. üeber das Zweiwegventil 37 wird ein Ueberschuss an hydraulischer Flüssigkeit, die via Blende 35 und Einwegventil 36 in das System gespiesen wird, in den Hydraulikzylinder geführt, der den Füllzylinder antreibt. Dadurch wird dieser schneller gefüllt und ist sofort zur Förderung bereit, wenn der Richtungswechsel über die Ventile 23 und 30 erfolgt. Sobald die Füllungsposition erreicht ist, wird das bis jetzt geschlossene Ventil 38 geöffnet, damit die überschüssige Flüssigkeit wieder in den Tank 26 fHessen kann. Nachher wiederholt sich dieser Ablauf, wie vorher beschrieben, wobei der Füllzylinder zum Förderzylinder wird und umgekehrt.
Die erfindungsgemässe Pumpe kann noch weiter verbessert werden, indem vom sogenannten "pushover"-System Gebrauch gemacht wird. Diese Einstellung bewirkt, dass die Pumpwirkung des Förderzylinders kurze Zeit erhöht wird, um die beim Schalten der Weiche entstehende Förderlücke zu kompensieren. Bis zum Ende des Förderhubes wird die Geschwindigkeit des Förderkolbens wieder normalisiert. Bei den herkömmlichen Vorrichtungen erfolgt die Einstellung der zusätzlichen Fördermenge sowie der Zeit von Hand. Diese Lösung hat den Nachteil, dass, vor allem beim Betonspritzen, die Maschinenführer die Fördermenge und die Betonsteifigkeit sowie dessen Zusammensetzung berücksichtigen müssen, was zu unterschiedlichen Resultaten führt.
Es wurde gefunden, dass eine verbesserte Kompensation der Förderlücke erfolgen kann, wenn die zusätzliche Menge in Abhängigkeit von der absoluten Fördermenge variiert. Durch Automatisierung dieses Vorganges kann beispielsweise die Dauer des "pushover" konstant gehalten und die zusätzliche Menge entsprechend der absoluten Fördermenge eingestellt werden. Das Prinzip dieser Einstellung kann am besten unter Bezugnahme auf
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die Figuren 4 und 5 erläutert werden. In beiden werden graphisch die Fördermenge in Funktion der Zeit dargestellt; in FIG. 4 die Situation bei einer herkömmlichen Vorrichtung mit Einstellung des "pushover" von Hand, in FIG. 5 die Situation bei der erfindungsgemässen Lösung. Die ideale Situation einer konstanten Fördermenge Q wird durch eine horizontale Linie dargestellt. Die Punkte A und B kennzeichnen Anfang und Ende der Periode T- für die Dauer der Umstellung der Weiche. Während dieser Zeit entsteht die Förderlücke, d.h. die gegenüber der idealen Situation um &Dgr; Q. zurückgefallene Fördermenge. Diese muss durch eine während der Periode T&ldquor; erhöhte Förderleistung kompensiert werden, die in FIG. 4 zu einem Maximum &Dgr; Q&ldquor; über die normale Leistung gesteigert und nachher allmählich wieder normalisiert wird. In FIG. 5 sorgt die automatische Vorrichtung dafür, dass die Menge &Dgr; Q« immer der Förderlücke &Dgr; Q, entspricht, unabhängig von der Zusammensetzung und der Steifigkeit der Betonmischung. Die Abhängigkeit der zusätzlichen Menge &Dgr; Q&ldquor; von der absoluten Fördermenge kann durch die Gleichung
AQ2= f(Q)
dargestellt werden. Diese Abhängigkeit kann mit einer beliebigen Steuerung wie z.B. einer elektrischen erzeugt werden. Eine bevorzugte Steuerung dieser Art sind zwei mechanisch miteinander gekuppelte Potentiometer, wie es in FIG. 6 schematisch dargestellt wird. Eine andere Möglichkeit wäre eine Computersteuerung.
In FIG. 6 wird das zur Umstellung der Weiche zuständige hydraulische Ventil 23 elektrisch gesteuert. Die Menge Q wird mit einem variablen Potentiometer P eingestellt. Mechanisch gekuppelt mit diesem ist ein zweites Potentiometer P&ldquor; zur Einstellung der Menge Q + &Dgr; Q&ldquor;. Die Zeit T&ldquor; aus FIG. 5 wird durch ein Relais R&ldquor; kontrolliert. Jedes elektrische Signal wird mit einem Verstärker V zum Ventil 23 weitergegeben. Beim Vorwählen der Fördermenge Q wird durch die Koppelung gleichzeitig die Ueberhöhung &Dgr; Q&ldquor; vorgewählt. Die gewünschte Abhängigkeit gemäss der Gleichung &Dgr; Q&ldquor; = f(Q) wird durch Versuche ermittelt und in Form einer
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speziellen Widerstandscharakteristik von P2 umgesetzt.
Durch die erfindungsgemässe Vorrichtung wird ein über den ganzen
Fördermengenbereich pulsationsfreies Betonspritzen erreicht, ohne dass vom Maschinenführer eine Einstellung oder Korrektur vorgenommen werden muss.
Die Erfindung betrifft daher vorzugsweise eine Nassspritzmaschine zum Betonspritzen, welche mit einer erfindungsgemässen Pumpvorrichtung ausgestattet ist.

Claims (8)

- 8 - Case 154-0219 - - ^fains pr fiche
1. Doppelkolbenpumpe, bestehend aus zwei zylindrischen, mit Kolben ausgestatteten Kammern, die mit einem Fülltrichter in Verbindung stehen, einem Verbindungsstück, das jeweils eine Kammer mit dem Förderschlauch verbindet und nach einem Hub zur anderen Kammer wechselt, wobei eine Kammer als Füllzylinder und die andere Kammer als Förderzylinder wirkt und anschliessend die Rollen umgekehrt werden, und die Kolben durch Kolben in einem entsprechenden Hydraulikzylinder angetrieben werden, dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Kreislauf derart gestaltet ist, dass der Kolben im Füllzylinder seine Endposition erreicht, bevor der Förderzylinder völlig geleert worden ist.
2. Doppelkolbenpumpe gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ueberschuss an Flüssigkeit in den Hydraulikzylinder, der mit dem Füllzylinder gekuppelt ist, gespiesen wird und dieser Ueberschuss abgeleitet wird, wenn der Kolben im Füllzylinder seine Endposition erreicht hat.
3. Doppelkolbenpumpe gemäss Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ueberschuss an Flüssigkeit mittels Zweiwegventil (37) via Blende (35) und Einwegventil (36) in den Kreislauf gespiesen wird.
4. Doppelkolbenpumpe, bestehend aus zwei zylindrischen, mit Kolben ausgestatteten Kammern, die mit einem Fülltrichter in Verbindung stehen, einem Verbindungsstück, das jeweils eine Kammer mit dem Förderschlauch verbindet und nach einem Hub zur anderen Kammer wechselt, wobei eine Kammer als Füllzylinder und die andere Kammer als Förderzylinder wirkt und anschliessend die Rollen umgekehrt werden, und die Kolben durch Kolben in einem entsprechenden Hydraulikzylinder angetrieben werden, dadurch gekennzeichnet, dass die beim
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Wechseln der Kammern entstehende Förderlücke durch eine kurzzeitige Erhöhung der Fördermenge die von der absoluten Fördermenge abhängig ist, kompensiert und dieser Vorgang automatisiert wird.
5. Doppelkolbenpumpe gemäss Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Periode T&ldquor; der erhöhten Leistung konstakt gehalten wird und die zusätzliche Fördermenge &Dgr; Q&ldquor; mittels automatischer Steuerung immer der Förderlücke &Dgr; Q- entspricht.
6. Doppelkolbenpumpe gemäss Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die atomatische Steuerung aus zwei gekuppelten Potentiometer P und P2 besteht, die auf die Mengen Q und Q + &Dgr; Q &ldquor; eingestellt sind, und einem Relais R« zur Kontrolle der Zeit T&ldquor; besteht, wobei die Gleichung &Dgr; Q_ = f(Q) in Form einer Widerstandscharakteristik von P&ldquor; festgelegt wird.
7. Doppelkolbenpumpe, bestehend aus zwei zylindrischen, mit Kolben ausgestatteten Kammern, die mit einem Fülltrichter in Verbindung stehen, einem Verbindungsstück, das jeweils eine Kammer mit dem Förderschlauch verbindet und nach einem Hub zur anderen Kammer wechselt, wobei eine Kammer als Füllzylinder und die andere Kammer als Förderzylinder wirkt und anschliessend die Rollen umgekehrt werden, und die Kolben durch Kolben in einem entsprechenden Hydraulikzylinder angetrieben werden, dadurch gekennzeichnet, dass sie die Merkmale der Ansprüche 1, 2 oder 3 und diejenige der Ansprüche 4, 5 oder 6 aufweist.
8. Eine Nassspritzmaschine zum Betonspritzen, welche mit einer Doppelkolbenpumpe gemäss einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgestattet ist.
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