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Langhubige Zweizylinderpumpe zur Förderung von Beton oder ähnlichen
Stoffen Die Erfindung betrifft eine langhubige Zweizylinderpumpe zur Förderung von
Beton oder ähnlichen Stoffen, bei der die in den beiden Zylindern gleichen Durchmessers
gleitenden Arbeitskolben durch einen mechanischen Antrieb von außen und im Gegentakt
voneinander abhängig bewegt werden. Diese Betonpumpen werden ortsbeweglich im Baubetrieb
eingesetzt. Angestrebt wird bei niedrigem Gewicht und geringem Platzbedarf eine
hohe Betriebssicherheit bei kleinem Verschleiß. Das Fördergut, und zwar besonders
Beton, stellt an die Pumpen besonders hohe Anforderungen. Das Fördergut neigt zum
Ablagern und begünstigt dadurch ein Verklemmen der Kolben. Der Antrieb wird dadurch
hohen Belastungen ausgesetzt.
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Bei der bekannten langhubigen Zweizylinderpumpe zur Förderung von
Beton sind die an den Rückseiten der Arbeitskolben vorgesehenen Elemente des mechanischen
Antriebs in den stets außerhalb der Zylinder liegenden Bereichen als Zahnstangen
ausgebildet, die durch ein angetriebenes Ritzel gegenläufig beweglich gekuppelt
sind. Um den Antrieb von den durch Verklemmungen und sonstigen Behinderungen der
Förderung verursachten Stößen zu entlasten, wurden kurze Bremszylinder zwischen
den Kolbenrückseiten und den Zahnstangenschäften als Puffer eingeschaltet. Die hinter
den Rückseiten der Arbeitskolben liegenden Zylinderräume konnten drucklos verbunden
sein, um die Kompression der hier eingeschlossenen Luft zu verhindern. An den Kolben
vorbeigezwängte, an den Zylinderwandungen haftende Reste des Betongemisches bilden
in den hinteren Zylinderkammern Ablagerungen, welche eine Verschleißerhöhung bewirken
und nach einer gewissen Zeit auch zu weiteren Störungen Anlaß geben.
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Vorgeschlagen wurden auch völlig gestängelose Pumpen zur Förderung
von Beton, bei welchen nur durch Druck und Sog einer Kreiselpumpe die Arbeitskolben
zu bewegen waren. Wegen des nicht immer ausreichenden Vakuums einer solchen Kreiselpumpe
besteht eine erhebliche Betriebsunsicherheit, wobei durch verklemmte Kolben die
Förderung vollständig unterbrochen werden kann.
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Bei einem weder zur Förderung von Beton oder ähnlichen Stoffen bestimmten
noch geeigneten Waschmaschinenantrieb ist es bekannt, die in zwei benachbarten Zylindern
untergebrachten und durch das aus einer Wasserleitung entnommene Medium abwechselnd
durch einseitige Beaufschlagung vorgedrückten Arbeitskolben an der Rückseite durch
eine an die Kolbenstangen anschließende Kette zu kuppeln, die um ein Umlenkrad geführt
ist, von welchem das in der Waschmaschine vorgesehene Waschkreuz periodisch richtungswechselnd
gedreht wird. Bei diesem Zweizylindermotor bewirkt die Kettenverbindung der benachbarten
Kolben neben dem Antrieb des Waschkreuzes das Zurückziehen des Arbeitskolbens nach
erfolgter Arbeitsleistung.
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Bei auf anderen Gebieten der Technik verwendeten Zwei- und Mehrzylinderpumpen,
die ausschließlich zum Fördern von Wasser und ähnlichen Flüssigkeiten geeignet sind,
ist es bekannt, dem mit einem Plunger ausgerüsteten Pumpenzylinder für den Antrieb
zwei Zylindergruppen mit einseitig hydraulisch beaufschlagtem Arbeitskolben zuzuordnen.
Die Kolbenstangen der in diesen Zylindern geführten Arbeitskolben werden durch eine
über Umlenkräder geführte Kette gekuppelt. Die Rückwärtsbewegung der Arbeitskolben
wird durch Vertikalanordnung der Zylinder und zum Teil durch Ausnutzung des Eigengewichts
herbeigeführt. Die unbelasteten, rückseitig der Arbeitskolben befindlichen Zylinderräume
sämtlicher dem Antrieb dienender Zylinder werden durch eine Kammer verbunden, welche
die sich an den Kolben infolge Undichtigkeit durchzwängende Leckflüssigkeit sammeln
und einem Auffangbehälter zuleiten soll. Dieses komplizierte Pumpen- und Antriebsaggregat
ist für die Betonförderung ungeeignet.
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Bei einer anderen Pumpe zum Fördern dünnflüssiger Medien ist es bekannt,
die Enden benachbarter Zylinder .U-förmig zu verbinden und in den Zylindern und
dem Krümmer eine Flüssigkeitsfüllung vorzusehen. Mittels eines auf beide Zylinder
gleichzeitig einwirkenden Kurbeltriebs und entsprechend kurzer Kolben werden in
dem U-förmigen Doppelzylinder Schwingungen erzeugt, die mit Hilfe der Flüssigkeitsfüllung
auf zusätzliche Pumpenkolben übertragen werden. Diese zusätzlichen Pumpenkolben
sind
freifliegend angeordnet und nur durch die Flüssigkeitsfüllung in Wechselbeziehung
gestellt. -Bei einer vertikal anzuordnenden Tiefbrunnenpumpe mit zwei gegenläufigen
Kolben werden oberhalb gegenläufig arbeitender, durch Zahnstangengetriebe gegenläufig
gekuppelter Pumpenkolben besondere Arbeitszylinder angeordnet, die an dem unteren
Ende durch eine Queröffnung ständig miteinander verbunden sind. Das zur Beaufschlagung
dieser Antriebszylinder dienende Medium wird über entsprechende Umführungsleitungen
jedes Zylinders gleichzeitig den vorderen und hinteren Zylinderräumen zugeleitet.
Auch diese Bauart ist für Betonpumpen unbrauchbar.
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Die zunächst genannte, zur Förderung von Beton oder ähnlichen Stoffen
bestimmte Pumpengattung wird erfindungsgemäß dadurch verbessert, daß die an der
den Förderräumen abgewandten hinteren Seite mit Kolbenstangen versehenen beiden
Arbeitskolben in an sich bekannter Weise über eine nur Zugkräfte übertragende Verbindung,
insbesondere eine Kette, miteinander gekuppelt und die die Kolbenstangen aufnehmenden,
durch Deckel abgeschlossenen hinteren Zylinderräume durch einen außerhalb der Kolbenführungsbereiche
vorgesehenen Umführungskanal zu einem gemeinsamen flüssigkeitsgefüllten Arbeitsraum
verbunden sind.
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Bei dieser insbesondere für die Betonförderung bestimmten Zweizylinderpumpe
übernehmen die Pumpenzylinder durch eine vorteilhafte Kombination einer mechanischen
und hydraulischen Verbindung der Arbeitskolben die Förderarbeit und teilweise auch
die Antriebsaufgabe, wobei der Druckhub, d. h. der Förderhub, des Arbeitskolbens
ausschließlich unter die Wirkung des hydraulischen Mediums gestellt ist, das mit
Hilfe des mechanischen Antriebs beim Zurückziehen eines Arbeitskolbens in den zweiten
Pumpenzylinder verdrängt wird. Trotz des mechanischen Antriebs wird der fördernde
Arbeitskolben nur hydraulisch vorwärtsbewegt, und zwar unter Vermeidung einer absolut
starr wirkenden mechanischen Zwangskupplung. Mit dieser zwischen den beiden Pumpenzylindern
ständig wechselnd bewegten großen Flüssigkeitsmenge findet eine Sauberhaltung der
Zylinderwandungen statt. Die Arbeitsflüssigkeit bildet daher gleichzeitig die Spülflüssigkeit,
die über geeignete Nachfüllstutzen zeitweise erneuert werden kann.
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Eine weitere Verbesserung bei der Bauart nach der Erfindung wird dadurch
erzielt, daß die beiden Arbeitskolben durch eine an den Enden der Kolbenstangen
befestigte Kette miteinander verbunden sind, welche über ein in der Drehrichtung
wechselnd angetriebenes Umlenkrad geführt ist und daß das Umlenkrad getrieblich
mit einem bogensegmentartigen Stiftrad verbunden ist, das vom Antriebsmotor her
über einpendelnd gelagertes Treibrad periodisch wechselnd hin- und hergedreht wird.
Bei dieser Ausbildung des Triebwerks wird die Umwandlung der Drehbewegung des Antriebsmotors
in die gegenläufige Kolbenbewegung unter Verzicht auf eine Kurbelwelle bei gleichzeitiger
Untersetzung der eingeleiteten Drehzahl erzielt, so daß ein wegen hoher Motordrehzahl
etwa noch erforderliches Untersetzungsgetriebe entsprechend einfacher ausführbar
ist.
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Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die Zylinder
nicht parallel, sondern spitzwinkelig zueinander angeordnet sind, wobei das Umlenkkettenrad
im Durchmesser so bemessen und derart angeordnet ist, daß die Zylinderlängsachsen
den Umfang dieses Umlenkrades tangieren. Es kann in diesem Fall unter Beibehaltung
eines schmalen Schiebergehäuses ein größerer Kettenraddurchmesser gewählt werden,
welcher bei kleinerer Umdrehungszahl die Erzielung eines großen Kolbenhubes zuläßt.
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In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung an zwei Ausführungsformen
veranschaulicht. F i g. 1 zeigt die Zweizylinderpumpe bezüglich eines Teils des
mechanischen Antriebs im Längsschnitt, im übrigen in Seitenansicht; F i g. 2 zeigt
die Zweizylinderpumpe im längsgerichteten Horizontalschnitt; F i g. 3 zeigt das
zweite Ausführungsbeispiel der Zweizylinderpumpe im Längsschnitt.
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Der Beton gelangt, wie aus F i g. 1 ersichtlich, aus dem gegebenenfalls
als Druckbehälter ausgebildeten Vorratsbehälter 1, dessen Einfüllöffnung 2 dann
das Verschlußorgan 3 aufweist, unterstützt durch die mittels Ventil 4 eingeleitete
Druckluft, bei entsprechender Stellung der Schiebers in einen der daran anschließenden
Zylinder 6. Der dem anderen Zylinder 6 zugeordnete Schieber 5 hatte dem vom Kolben
7 geschobenen Beton den Weg in die Förderleitung 8 geöffnet. Während der
Bewegungsumkehr der Kolben werden durch einen nicht gezeichneten Antrieb die Schieber
5 umgesteuert, so daß nun (s. F i g. 2 und 3) der Zylinder 6 an die Förderleitung
8 angeschlossen ist und der Zylinder 6' über den Schieber 5' aus dem Behälter 1
den Beton ansaugt. Der Kolben 7' erhält seine Bewegung durch die Kolbenstange 9',
die aus dem Zylinder 6' an der im Zylinderdeckel 14' angebrachten Stopfbuchse heraustritt
und mit der Kette 10 verbunden ist. Letztere umschlingt das Kettenrad 11
und ist mit ihrem anderen Ende an der Kolbenstange 9 des Kolbens 7 befestigt.
Das Kettenrad 11
ist mit dem bogensegmentartigen Stiftrad 12 starr verbunden,
in dessen Stiftzähne das Treibrad 13 eingreift. Der Durchmesser des Kettenrades
11 ist in F i g. 2 so gewählt, daß er dem Mittenabstand der beiden Zylinder 6, 6'
entspricht. Das Rad 11 macht bei dem vollen Kolbenhub etwas weniger als eine Umdrehung.
Es beschreibt samt dem Stiftrad den Winkel Alpha, entsprechend der Hin- und Herbewegung
des Stiftrades 12, in dessen Endstellungen das Treibrad 13 den jeweils letzten Stiftzahn
umläuft und dabei, zwischen den Endzähnen hindurchgehend, von der Innenseite zur
Außenseite des Stiftrades und umgekehrt gelangt. Diese links- und rechtsläufige
Bewegung wird dem Stiftrad samt Kettenrad bei dauernd gleicher Drehrichtung des
Treibrades 13 erteilt, so da.ß die Kette 10 den beiden Kolben 7, 7' eine hin- und
hergehende Bewegung aufzwingt. Dabei wirkt es sich günstig aus, daß die Kolben während
des Umlaufes des Treibrades 13 um den jeweils letzten Stiftzahn stillstehen, so
daß für die Umsteuerung der Schieber 5 ausreichend Zeit zur Verfügung steht und
daher eine Förderung gegen geschlossene Schieber vermieden ist.
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Aus F i g. 2 ist zu ersehen, daß das Stiftrad 12 durch das nach außen
geschwenkte Treibrad 13 gerade in Pfeilrichtung in Drehung gesetzt wird, so da.ß
die sich straffende Kette 10 mittels der Kolbenstange 9' den Kolben 7' nach
seinem äußeren Totpunkt zieht und die in Zylinder 6' befindliche Flüssigkeit durch
den Umlaufkanal 14 in den Zylinder 6
gepreßt wird,
wo sie den Kolben 7 vor sich hertreibt, der mit seiner Vorderseite den Beton in
die Förderleitung 8 schiebt.
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Das ablaufende Trum der Kette 10 ist spannungslos. Es wird schlaff,
wenn ein Teil der zwischen den Zylindern 6, 6' befindlichen Flüssigkeit verlorenging.
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Eine Ventileinrichtung 15 am Umlaufkanal 14 läßt bei zu großem Förderwiderstand
Druckflüssigkeit entweichen und erlaubt, bei Flüssigkeitsverlust, eine entsprechende
Menge einzupumpen, bis die Straffung der Kette 10 den richtigen Füllungszustand
erkennen läßt. Mittels des Manometers 16 kann der auftretende Druck überwacht werden.
Da die Arbeitsflüssigkeit praktisch nicht verbraucht wird, kann ihr ein Schmiermittel
zugesetzt werden, das die Reibung zwischen Kolben und Zylinder vermindert, das Anhaften
des Betons an der Zylinderwand verhütet und alle Teile vor Korrosion schützt.
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Das Treibrad 13 ist mit dem Rad 17 starr verbunden und mittels
des Hebels 18 um die Achse 19 pendelnd beweglich, die zugleich das Lager für das
Vorgelegerad 20 ist, welches mit der Transmission 21, z. B. einer Kette oder
einem Treibriemen, das Rad 17 und damit auch das Treibrad 13 antreibt. Das Rad 20
ist ein Glied des Antriebes 22, hier eines Getriebemotors. Es ist dabei möglich,
an Stelle eines Elektromotors auch einen Motor beliebiger Art, z. B. einen Verbrennungsmotor,
zu verwenden. Hierdurch erhält die erfindungsgemäß gestaltete Kolbenpumpe eine uneingeschränkte
Einsatzmöglichkeit.
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Im Gegensatz zu Bauarten mit rein hydraulischem Antrieb liegt der
Wirkungsgrad der vorliegenden langhubigen Kolbenpumpe bei etwa 701/o, also relativ
hoch, da es sich um eine rein mechanische Kraftübertragung handelt, deren einzelne
Elemente jeweils mit hohem Wirkungsgrad ausführbar sind.
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Vermöge der die Kolbenstangen 9 und 9' verbindenden Kette 10 sind
die Kolben 7 und 7' nach Abnahme der Zylinderdeckel leicht ausbaubar.
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Nach F i g. 3 sind die Mittelachsen der Zylinder 6, 6' nicht parallel,
sondern bilden einen spitzen Winkel, dessen Schenkel den Durchmesser des Kettenrades
11 tangieren. Hierdurch ist es möglich, trotz eines schmalen Schiebergehäuses einen
großen Kettenraddurchmesser zu wählen, durch den ein großer Kolbenhub erzielt und,
bei gleicher Kolbengeschwindigkeit, eine geringere Hubzahl erreicht wird. Demzufolge
ist auch die erforderliche Zahl der Schieberumschaltungen und der daraus resultierende
Verschleiß vermindert. Der Winkel Beta kann bis auf 180° (Tandembauart) vergrößert
werden. Doch ist wegen des geringen Platzbedarfes die Zwillingsform mit kleinem
Winkel zu bevorzugen.