Betonpumpe mit Kolbenschmierunα

Die Erfindung betrifft eine Kolbenpumpe zum Fördern von Beton oder dergleichen, mit wenigstens einem Förderzylinder und einem in dem Förderzylinder axial beweglichen Förderkolben, der über eine Kolbenstange mit einem Antrieb verbunden ist, wobei der Förderkolben an seiner dem Beton zugewandten Vorderseite und an seiner von Wasser umspülten Rückseite jeweils eine umlaufende Lippe aufweist, die an der inneren Wandung des Förderzylinders anliegt.

Kolbenpumpen zum Fördern von Beton werden auf Baustellen seit langem eingesetzt. In der Regel sind sie als hydraulisch betriebene Kolbenpumpen, zumeist zweizylindrig, ausgeführt, wobei der Beton durch Schläuche oder Rohre gefördert wird.

Bei üblichen Beton-Kolbenpumpen mit zwei linearen Förderzylindern werden zu deren Antrieb zwei hydraulische Antriebszylinder verwendet, deren Kolben über Kolbenstangen mit den Förderkolben der Förderzylinder - jeweils einzeln - starr verbunden sind. Dabei sind die Förderzylinder der bekannten Kolbenpumpen meist im Gegentakt antreibbar, d.h., dass ihre Förderkolben abwechselnd Füll- und Förderhübe ausführen. Dabei wird aus einem Beton-Aufgabebehälter der Beton in die Pumpenkammern der Förderzylinder übernommen und aus diesen in eine einzige Förderleitung gefördert. Die Förderleitung ist über eine Rohrweiche mit den Pumpenkammern der Förderzylinder verbunden, wobei die Rohrweiche im Takt der Förderhübe die Förderleitung abwechselnd mit den beiden Förderzylindern verbindet.

Bei Beton-Kolbenpumpen der zuvor beschriebenen Art stehen die Förderkolben unmittelbar mit dem zu fördernden Beton in Berührung. Die Kolbendichtungen haben bei Betonpumpen eine hohe Beanspruchung auszuhalten und unterliegen einem entsprechenden Verschleiß. Um den Verschleiß an den Förderkolben sowie auch den Verschleiß an den mit den Förderkolben in Berührung stehenden Innenwandungen der Förderzylinder zu reduzieren, ist bei Betonpumpen eine Wasserschmierung der Förderzylinder hinter den Kolben bekannt. Bei den üblichen Betonpumpen ist zwischen den Förderzylindern und deren hydraulischen Antriebszylindern ein von den Kolbenstangen durchsetzter Wasserkasten angeordnet, der mit beiden Förderzylindern in Verbindung steht. Im Betrieb der Pumpe pendelt das in dem Wasserkasten befindliche Wasser zwischen den beiden Förderzylindern hin und her. Dabei umspült das Wasser die Förderkolben an der Rückseite. Durch das Wasser wird eine Schmierung der Förderkolben und eine Kühlung der Förderzylinder erzielt. Durch diese Maßnahmen wird die Lebensdauer der Förderkolben und der Förderzylinder wesentlich verlängert.

Die Förderkolben weisen bei den bekannten Beton-Kolbenpumpen als Kolbendichtung üblicherweise zwei umlaufende Lippen auf. Dadurch ist einerseits eine Abdichtung gegenüber der Betonseite und andererseits gegenüber der Wasserseite des Förderkolbens gegeben. Die über den Wasserkasten erfolgende Wasserspülung hat die zusätzliche Funktion, den bei angeschädigten Dichtlippen eventuell durchgeförderten Beton wieder zu lösen und abzuspülen. Der aufgrund von letztlich unvermeidbaren Undichtigkeiten der Förderkolben übergetretene Beton kann sich im Wasserkasten absetzen und wird aus diesem regelmäßig, beispielsweise beim Wasserwechsel, entfernt.

Mit der fortschreitenden Entwicklung haben die Anforderungen an die Förderleistung von Betonpumpen stetig zugenommen. Die geforderte mittlere Fördermenge pro Stunde hat sich in den letzten 10 Jahren um mehr als 50 % erhöht. Diese Erhöhung der Fördergeschwindigkeit wird vor allem durch entsprechende Erhöhung der Bewegungsgeschwindigkeit der Förderkolben in den Förderzylindern erreicht. Dies hat nachteiligerweise zur Folge, dass mit steigender Fördergeschwindigkeit der Verschleiß an den Förderkolben überproportional zunimmt. Die Standzeiten der Förderkolben werden

unakzeptabel kurz. Die Förderkolben zeigen frühzeitig stark geschädigte Dichtlippen sowie Riefen auf der Kolbenführungsfläche im Bereich zwischen den beiden Dichtlippen.

Aus der DE 10 2005 032 916 A1 ist ein Förderkolben für eine Betonpumpe bekannt, bei dem zur Verbesserung der Wasserschmierung ein Verbindungskanal zur Zuführung von Wasser aus dem Zylinderraum hinter dem Förderkolben in den Zwischenraum zwischen den Dichtlippen vorgesehen ist. Der vorbekannte Förderkolben besteht aus einem metallischen Kolbenkörper und einem den Kolbenkörper teilweise umschließenden Belag aus Gummi. Der zur Bewässerung dienende Verbindungskanal ist als durchgehende Bohrung in dem Gummibelag ausgebildet. In der Praxis hat sich der aus der genannten Druckschrift bekannte Förderkolben nicht bewährt. Es hat sich herausgestellt, dass im Betrieb der Betonpumpe durch den Verbindungskanal in dem Gummibelag des Kolbens nicht genügend Wasser in den Zwischenraum zwischen den Dichtlippen gefördert wird. Wegen des hohen Anspressdrucks der Außenfläche des Förderkolbens an die Innenwandung des Förderzylinders wird der Querschnitt des in dem elastisch verformbaren Gummibelag ausgebildeten Verbindungskanals verengt. Außerdem setzt sich der Verbindungskanal leicht mit Betonrückständen zu. Dies führt im Ergebnis dazu, dass die Standzeit des Kolbens gegenüber herkömmlichen Förderkolben für Betonpumpen nicht signifikant verbessert ist.

Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine weiter verbesserte Kolbenpumpe zum Fördern von Beton bereitzustellen. Die Lebensdauer des Förderkolbens soll gegenüber den herkömmlichen Systemen signifikant erhöht sein.

Diese Aufgabe löst die Erfindung ausgehend von einer Kolbenpumpe der eingangs genannten Art dadurch, dass die rückseitige Lippe an ihrem Umfangsrand wenigstens eine Ausnehmung aufweist, durch welche Wasser von der Rückseite des Förderkolbens in den Zwischenraum zwischen den Lippen gelangen kann.

Die Erfindung basiert auf der überraschenden Erkenntnis, dass die Standzeit des Kolbens wesentlich dadurch erhöht werden kann, dass Ausnehmungen in der an der Rückseite des Kolbens angeordneten Dichtlippe angebracht werden. Die umlaufenden Lippen des Kolbens dienen, wie oben erläutert, zum einen zur 5 Abdichtung zwischen der dem Beton zugewandten Vorderseite und der von Wasser umspülten Rückseite des Kolbens. Zum anderen dienen die Lippen dazu, Betonrückstände von der Innenwandung des Förderzylinders abzulösen. Auf den ersten Blick bewirken die erfindungsgemäßen Ausnehmungen in der rückseitigen Lippe des Förderkolbens eine Einschränkung dieser Funktionen.o überraschenderweise zeigt sich allerdings, dass aufgrund der Ausnehmungen in der Lippe nun eine effektive Bewässerung der Berührungsflächen zwischen Kolben und innerer Zylinderwand erreicht wird. Bei den herkömmlichen Beton- Kolbenpumpen bewirkt die Dichtlippe auf der Wasserseite des Förderkolbens ein Abstreifen des Wasserfilmes auf der inneren Förderzylinderwand und damit5 eine mehr oder weniger wasserfreie, d.h. schmiermittelfreie Kolbenführung. Aufgrund des Fehlens eines Schmiermittels im Bereich der Berührungsflächen zwischen Förderkolben und Förderzylinderwand kommt es zu starken Verschleißerscheinungen, so dass die Abdichtungs- und Reinigungsfunktion des Kolbens schnell nicht mehr gegeben ist. Durch die erfindungsgemäßeo Ausgestaltung des Förderkolbens mit einer unterbrochenen Lippe an der Rückseite wird für einen stets vorhandenen Wasserfilm im Bereich der Kolbenführungsfläche gesorgt. Dadurch wird die Reibung zwischen dem Förderkolben und der Förderzylinderwand signifikant verringert, und es wird eine höhere Lebensdauer der Förderkolben und damit eine höhere Standzeit5 erzielt. Der Wasserfilm sorgt zusammen mit der umlaufenden Kolbendichtung an der Betonseite des Kolbens für eine ausreichende Abdichtung sowie für ein wirksames Ablösen von Betonrückständen von der Zylinderwand, und zwar über eine Kolbenstandzeit, die deutlich höher ist als bei den bekannten Systemen.

Da gemäß der Erfindung der Zwischenraum zwischen den Lippen deso Förderkolbens bewässert ist, kommt es dort aufgrund der Relativbewegung zwischen Förderkolben und Förderzylinderwand zu wasserhydrodynamischen Effekten. Daraus resultiert eine Wasserförderwirkung, die dafür sorgt, dass durch die Ausnehmungen in der rückseitigen Lippe des Förderkolbens das zur Schmierung in den Zwischenraum zugeführte Wasser während des Betriebs der

Pumpe ständig ausgetauscht wird. Somit wird der Zwischenraum zwischen den Dichtlippen permanent gespült, wodurch vorteilhafterweise bewirkt wird, dass in den Zwischenraum eventuell durchgeförderter Beton gelöst und abgespült wird. Auch dadurch wird der Verschleiß vermindert und die Lebensdauer der Förderkolben erhöht.

Die erfindungsgemäße Kolbenpumpe kann mit Vorteil in üblicher Weise als Tandempumpe ausgestaltet sein, wobei zwei im Gegentakt arbeitende Förderzylinder über einen von den Kolbenstangen der beiden Förderzylinder durchsetzten Wasserkasten miteinander verbunden sind. Das Wasser pendelt während des Betriebs der erfindungsgemäßen Pumpe zwischen den Förderzylindern hin und her und sorgt für die Schmierung und Spülung der Kolbenführungsfläche in der oben beschriebenen Art und Weise. Als Antrieb der Pumpe dienen bei dieser Ausgestaltung zweckmäßigerweise zwei mit den Kolbenstangen verbundene hydraulische Antriebszylinder, die als doppelt wirkende Differenzialzylinder ausgebildet sind und die Kolben im Gegentakt zur abwechselnden Ausführung von Füll- und Förderhüben antreiben.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird weiterhin durch einen Förderkolben für eine Kolbenpumpe gelöst, der an seiner Rückseite einen Verbindungsflansch zur Verbindung mit einer Kolbenstange aufweist. An seiner Vorderseite und an seiner Rückseite weist der Förderkolben jeweils eine umlaufende Lippe auf. Gemäß der Erfindung weist die rückseitige Lippe an ihrem Umfangsrand wenigstens eine Ausnehmung auf, durch welche Wasser von der Rückseite des Förderkolbens in den Zwischenraum zwischen den Lippen gelangt, um so eine verbesserte Wasserschmierung der Kolbenführungsfläche zu erzielen. Vorzugsweise weist die rückseitige Lippe des erfindungsgemäßen Förderkolbens an ihrem Umfangsrand zwei oder mehr in Umfangsrichtung gleichmäßig voneinander beabstandete Ausnehmungen auf. Auf diese Weise wird für eine gleichmäßige Bewässerung der Kolbenführungsfläche über den gesamten Umfang gesorgt. Besonders bewährt hat sich eine symmetrische Ausgestaltung mit vier Ausnehmungen im

Winkelabstand von 90°.

Ein solcher Förderkolben kann vorteilhafterweise zur Nachrüstung von bereits vorhandenen Beton-Kolbenpumpen genutzt werden. Hierzu müssen lediglich die konventionellen Förderkolben gegen erfindungsgemäße Förderkolben ausgetauscht werden. Dies ist problemlos möglich, da der Förderkolben einen mit einer Kolbenstange lösbar verbindbaren Verbindungsflansch aufweist.

Besonders bewährt hat sich eine Ausgestaltung des Förderkolbens, bei der der Förderkolben aus einem metallischen Kolbenkörper und einem den Kolbenkörper zumindest teilweise umgebenden Förderkolbenbelag aus Gummi besteht, wobei die Lippen an den Förderkolbenbelag angeformt sind. Der metallische Kolbenkörper ist integral mit dem Verbindungsflansch zur Verbindung mit der Kolbenstange ausgebildet. Das Gummimaterial des Förderkolbenbelags bewirkt gute Eigenschaften der Kolbendichtung hinsichtlich Abdichtung und Verschleiß. Auch bei dem Förderkolben gemäß der Erfindung kann ein Verschleiß selbstverständlich nicht vollständig ausgeschlossen werden. Die elastischen Eigenschaften des Gummimaterials des Förderkolbenbelags sorgen dafür, dass bei fortschreitendem Verschleiß die Kolbendichtung möglichst lange funktioniert.

Gemäß einer besonders praktikablen Variante der Erfindung ist die wenigstens eine Ausnehmung als im Wesentlichen kreisbogenförmiger Ausschnitt im Förderkolbenbelag im Bereich der rückseitigen Lippe ausgebildet ist. Solche Ausnehmungen lassen sich mit geringem Aufwand und damit kostengünstig anbringen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Seitenansicht einer erfindungsgemäßen

Kolbenpumpe;

Fig. 2 Schnitt A-A durch einen Teil der in der

Fig. 1 dargestellten Pumpe;

Fig. 3 detaillierte Darstellung eines Ausschnitts aus Fig. 2;

Fig. 4 dreidimensionale Ansichten eines

Förderkolbens gemäß der Erfindung.

Die Figuren 1 bis 3 zeigen eine zweizylindrige Beton-Kolbenpumpe mit zwei im Gegentakt arbeitenden Förderzylindern 1, die über einen Wasserkasten 2 miteinander verbunden sind. In jedem der Förderzylinder 1 ist ein Förderkolben 3 axial beweglich geführt. Die Förderkolben 3 sind über Kolbenstangen 4 mit hydraulischen Antriebszylindern 5 verbunden. Die Kolbenstangen 4 durchsetzen den Wasserkasten 3. Die nach vorne offenen Förderzylinder 1 münden in einem Betonaufgabebehälter 6. über eine nicht näher dargestellte steuerbare Rohrweiche werden die Pumpenkammern der Förderzylinder 1 abwechselnd mit einer ebenfalls nicht näher dargestellten Förderleitung verbunden.

Die Figur 3 zeigt den durch einen Kreis in der Figur 2 markierten Ausschnitt vergrößert. In der Figur 3 ist zu erkennen, dass der Förderkolben 3 an seiner Vorderseite, d.h. an der Betonseite 7 und an seiner Rückseite, d.h. an der Wasserseite 8 jeweils eine umlaufende Lippe 9 bzw. 10 aufweist. Die Lippen 9 und 10 liegen an der inneren Wandung des Förderzylinders 1 an. Gemäß der Erfindung weist die rückseitige Lippe 10 an ihrem Umfangsrand Ausnehmungen 11 auf, durch welche Wasser von der Rückseite des Förderkolbens, d.h. aus dem Zylinderraum 8 hinter dem Förderkolben 3 in den Zwischenraum 12 zwischen den Lippen 9 und 10 gelangt. Die vorderseitige Lippe 9 ist demgegenüber durchgehend ausgebildet. Durch die Ausnehmungen 11 wird der Zwischenraum 12 in der oben beschriebenen Art und Weise mit Wasser versorgt, so dass dort ein gleichmäßiger Wasserfilm entsteht. Dadurch wird die Reibung zwischen Förderkolben 3 und Zylinderwand 1 verringert, und der Verschleiß des Förderkolbens 3 wird reduziert. Aufgrund der Bewegung des Kolbens 3 in dem Zylinder 1 kommt es in dem mit Wasser gefüllten Zwischenraum 12 zu hydrodynamischen Effekten, die dafür sorgen, dass das Schmierwasser ständig ausgetauscht und der Zwischenraum 12 ständig mit Wasser gespült wird.

Die Figur 4 zeigt einen Förderkolben gemäß der Erfindung in dreidimensionaler Ansicht. Die Ausnehmungen 11 in der Lippe 10 an der Rückseite des Kolbens 3

sind in der Figur 4 gut zu erkennen. Der dargestellte Kolben 3 besteht aus einem metallischen Kolbenkörper 13, an den ein Verbindungsflansch 14 zur Verbindung mit der Kolbenstange 4 angeformt ist. Der Kolben 3 ist, wie in der Figur 2 dargestellt, über den Verbindungsflansch 14 mit einem Zwischenstück 15 verschraubt. Das Zwischenstück 15 ist wiederum mit der Kolbenstange 4 verbunden. Zum Auswechseln des Kolbens wird die Schraubverbindung des Zwischenstücks 15 mit dem Kolben 3 und der Kolbenstange 4 gelöst. Danach können das Zwischenstück 15 und der Kolben 3 über den Wasserkasten 3 entnommen werden. Der Kolbenkörper 13 des Förderkolbens ist teilweise von einem Förderkolbenbelag 16 aus Gummi umgeben. Die Lippen 9 und 10 sind, wie in der Figur 3 erkennbar ist, an den Förderkolbenbelag 16 angeformt. Als Material für den Förderkolbenbelag 16 hat sich sogenanntes Perbunan-Gummimaterial mit einer Härte von 70-80 Shore-A bewährt. Wie die Figur 3 zeigt, sind erfindungsgemäß vier Ausnehmungen 11 unter einem Winkelabstand von 90° zur Bewässerung des Zwischenraums 12 in dem Gummikörper des Förderkolbenbelags 16 ausgebildet. Auf diese Weise wird ein gleichmäßiger Wasserschmierfilm im Bereich der Kolbenführungsfläche erzeugt.

Bezuαszeichenhste

1 Förderzylinder

2 Wasserkasten

3 Förderkolben

4 Kolbenstange

5 Antriebszylinder

6 Betonaufgabebehälter

7 Betonseite = Vorderseite des Förderkolbens

8 Wasserseite = Rückseite des Förderkolbens

9 vorderseitige Lippe

10 rückseitige Lippe

11 Ausnehmung

12 Zwischenraum

13 Kolbenkörper

14 Verbindungsflansch

15 Zwischenstück

16 Förderkolbenbelag