Arenfelsstraße 19, 45891 Gelsenkirchen

und

Stefan Schwing

Charlottenstraße 67, 44799 Bochum

"Verfahren zum Steuern einer Pumpyorrichtunq zur Förderung breiiger Massen sowie Steuerung einer Pumpyorrichtung zur Förderung breiiger Massen"

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer Pumpvorrichtung zur Förderung breiiger Massen sowie eine Steuerung einer derartigen Pumpvorrichtung. Derartige Steuerungen finden insbesondere bei der Förderung von Beton Anwendung.

Pumpvorrichtungen zur Förderung von Beton weisen in der Praxis mindestens zwei Hauptförderzylinder auf, die die breiige Masse in eine nachgeordnete Förderleitung fördern. Da in der Regel eine möglichst kontinuierliche Förderung des Betons gewünscht ist, werden die Hauptförderzylinder annähernd im Gegentakt betrieben, so daß stets einer der Hauptförderzylinder Beton in die den beiden Hauptförderzylindern nachgeordnete Förderleitung fördert. Die nachgeordnete Förderleitung kann beispielsweise der mit einem Hubmast verbundene Schlauch sein, mit dem der Beton zum Einsatzort auf der Baustelle geführt wird.

Das Hauptproblem bei derartigen Pumpvorrichtungen liegt in der mangelnden Kontinuität des Förderstroms. Trotz des Einsatzes mehrerer Hauptförderzylinder fehlt es in der Praxis derzeit an Vorrichtungen, die einen kontinuierlichen Förderstrom erzeugen. Dies liegt im wesentlichen daran, daß diese Betonpumpvorrichtungen zwischen den Hauptförderzylindern und der Förderleitung ein schaltbares Schieber- System vorsehen, daß zum einen die Verbindung des fördernden Hauptförderzylinders mit der Förderleitung erzeugt und zum anderen einen saugenden Hauptförderzylinder derart freigibt, daß dieser aus einem Reservoir Beton für den nächsten

Pumphub entnehmen kann. Das Schalten dieses Schiebersystems führt bei dem in der Praxis bekannten Betonpumpvorrichtungen zu Unterbrechungen des Förderstroms, so daß keine kontinuierliche Förderung breiiger Massen besteht.

Bei der Steuerung derartiger Betonpumpen wird auf Positionssignale zurückgegriffen, die von Positionssensoren erzeugt werden, die die Endstellung eines Kolbens eines einen Förderkolben eines Hauptförderzylinders antreibenden Hydraulikzylinders erfassen. Bei sogenannter Ein-Kreis-Hydraulik muß beispielsweise zunächst festgestellt werden, ob der fördernde Haupförderzylinder seinen Förder- hub beendet hat, bevor die Schaltbewegung eines Schiebersystems begonnen werden kann. Ferner wird das Erreichen der Endposition des Kolbens des Hydraulikzylinders erfaßt, der für die Schaltbewegung des Schiebersystems verwendet wird, um nach Beendigung der Schaltbewegung des Schiebersystems den Förderhub des nächsten Hauptförderzylinders zu starten.

Ferner ist es beispielsweise bei Zwei-Kreis-Hydrauliken bekannt, das Schaltsignal für den Start der Pumpenzylinder bereits während der Schaltbewegung des Schiebersystems auszulösen, also nicht von dem Erreichen einer Endstellung des Kolbens des Schiebersystem-Hauptzylinders abhängig zu machen. Damit läuft die Pumpbewegung eines Hauptförderzylinders häufig gleichzeitig mit dem Schalten des Schiebersystems ab.

Mit den Schaltsignalen, welche die Zylinder in ihren Endstellungen auslösen, werden die wesentlich größeren Hauptventile geschaltet, die den Ölstrom der Haupt-Hydraulikpumpe wechselweise auf einen der beiden Hauptförderzylinder leiten. Alternativ erfolgt diese Umkehr der Zylinderbewegung durch abwechselndes Schwenken der regelbaren Hydraulikpumpe über den Nullpunkt nach einer der beiden Seiten. Dadurch entfällt das große Hydraulikventil. Das Schiebersystem wird im Falle der Zwei-Kreis-Hydraulik meist von einer separaten, kleinen Hydraulik- pumpe aus einem Hydraulikspeicher angetrieben. Dies ist möglich, weil die kleine Hydraulikpumpe in den langen Pausen zwischen den Schaltvorgängen des Schiebersystems (ca. 90% des Taktes) den Speicher auflädt. Ein solches System wird Zwei-Kreis-Hydraulik genannt, weil für das Schiebersystem ein separater Ölkreis vorhanden ist. Ein Signal für das erfolgte Durchschalten des Schieber- Systems kann hier entfallen.

Im Gegensatz dazu wird bei der sogenannten Ein-Kreis-Hydraulik dieselbe Hydraulikpumpe abwechselnd für den Antrieb der Pumpenzylinder oder des Schiebersystems verwendet. Dabei ist ein Signal in der Endstellung des Schiebers zur Umschaltung auf den nächsten Pumpzylinder erforderlich.

Diese Steuervorgänge für die Antriebshydraulik von diskontinuierlich arbeitenden Pumpen können in einfacher Weise und ohne Verwendung elektronischer Regelsysteme in erfahrungsgemäß betriebssicherer Weise realisiert werden.

Die die Endstellung signalisierenden Positionssensoren sind meist kleine Wegeventile (Vorsteuerventile). Ihre Betätigung erfolgt durch die Kolben der Hydraulikzylinder nach Überfahren einer Steuerbohrung in der Zylinderwand. Alternativ werden Endstellungen auch von mechanisch betätigten, elektrischen Schaltern oder von kapazitiven oder induktiven Sensoren erfaßt und in einfacher Weise auf Magnetven- tile übertragen.

Eine Steuerung für eine kontinuierlich fördernde Pumpe ist wesentlich umfangreicher und komplizierter als diejenige der bekannten diskontinuierlichen Pumpen. Bei kontinuierlichen Pumpen ist zum Beispiel der Start der Betonpumpvorrichtung aus einer ungeordneten (chaotischen) Anfangssituation, bei der alle Hauptzylinder und Steuergeräte ohne sinnvolle Zuordnung zueinander stehen können mit den bisher üblichen Techniken nicht in betriebssicherer Weise möglich. Derartige Zustände liegen beispielsweise nach jeder größeren Reparatur oder beim ersten Start einer neuen Maschine vor.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Steuerung für eine Pumpvorrichtung zur Förderung breiiger Massen zu schaffen, bei der ein zuverlässiger Start auch bei einer hinsichtlich der Stellung sämtlicher oder einiger Bauelemente der Pumpe unvorhergesehenen Anfangssituation erreicht wird.

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 und die Steuerung gemäß Anspruch 14 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung geht von dem Grundgedanken aus, eine Ablaufsteuerung einzusetzen, deren Ablaufplan eine taktfeste Abfolge der Betätigung von mindestens zwei

Stellgliedern der Pumpvorrichtung festlegt. Dabei wird unter einer taktfesten Abfolge ein festes Verhältnis der Betätigung eines jeden Stellgliedes zu den Taktsignalen eines Takts verstanden. So wird beispielsweise das eine Stellglied stets nach Ablauf von 1 ,25 Taktsignalen nach Start des Ablaufplans betätigt, während beispielsweise ein weiteres Stellglied nach Ablauf von 2,39 Taktsignalen nach Beginn des Ablaufplans betätigt wird. Es ist nicht zwingend notwendig, daß das Betätigen bei Erreichen eines bestimmten, vollen Taktsignals erfolgt. Taktfest bedeutet vielmehr, daß verschiedene Prozesse nacheinander oder parallel zueinander ablaufen und der Beginn eines Prozesses nicht von der Messung einer Zustandsgröße abhängt, sondern durch das Fortschreiten des Ablaufplans fest vorgegeben ist. Die Erfindung löst sich somit von dem in der Praxis eingesetzten Gedanken, das Betätigen von Stellgliedern ausschließlich von der Position einzelner Antriebsglieder abhängig zu machen, die durch die Stellglieder geschaltet werden, wie beispielsweise die Stellung eines Kolbens der Hauptförderzylinder oder die Stellung eines Kolbens des Schiebersystems. Vielmehr wird erfindungsgemäß ein fester Ablauf der Betätigung von Stellgliedern vorgeschlagen, deren Abfolge ausschließlich von dem Start des Ablaufplans abhängt, deren Verhältnis zueinander jedoch bezogen auf den Takt stets gleich bleibt, so daß beispielsweise das eine Stellglied stets nach Ablauf von 2,75 Taktsignalen nach dem Betätigen eines ersten Stellglieds betätigt wird. Der Takt kann vorzugsweise angepaßt werden. So kann die Abfolge der Taktsignale in einer ersten Betriebssituation beispielsweise in Sekundenabstand erfolgen, während in einer anderen Betriebssituation die Taktsignale alle 0,5 Sekunden erfolgen.

Indem das Betätigen der Stellglieder nunmehr von dem Durchlaufen eines Ablauf- plans abhängen kann und - mit Ausnahme des Startsignals - unabhängig von einer

Zustandserfassung des Systems sein kann, wird eine funktionssichere Steuerung vorgeschlagen, die beispielsweise beim Einschalten einer Betonpumpe alle Hydro- ventile der Betonpumpe in eine zueinander passende Stellung bringt, so daß sich alle Antriebe für ein möglicherweise vorgesehenes Schiebersystem einschließlich der Absperrschieber und der Antriebe für die Kolben der Hauptförderzylinder in einer zueinander passenden Richtung bewegen bzw. in ihrer Stellung verbleiben, solange diese zu den ablaufenden Vorgängen paßt. Außerdem wird im dann folgenden Pumpbetrieb die sichere Funktion auch bei kurzfristigen Veränderungen des Förderstroms und auch nach einem Stillstand erreicht.

Die Erfindung macht es möglich, die Steuerungsaufgaben für eine kontinuierliche Betonpumpe sicher zu bewältigen. Bei kontinuierlichen Betonpumpen ist eine Vielzahl von Steuerungs- und Antriebsvorgängen zu koordinieren. So müssen bei einer bestimmten Konstruktion einer kontinuierlichen Betonpumpe beispielsweise inner- halb von ca. 0,6 Sekunden ca. 12 Steuervorgänge durchgeführt werden, die sich weitgehend zeitlich überlappen. Eine derartige Steuerung wäre mit den herkömmlichen, nicht taktfesten Steuerungen nicht in betriebssicherer Weise zu realisieren.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird derselbe Ablaufplan wiederholt durch- laufen. Alternativ können mehrere, beispielsweise zwei oder drei unterschiedliche Ablaufpläne vorgesehen sein, die nacheinander durchlaufen werden, wobei der Beginn des Ablaufs eines jeden Ablaufplans durch ein Startsignal ausgelöst wird. Vorzugsweise wird nach Durchlaufen aller vorgesehener unterschiedlicher Ablaufpläne der Durchlauf dieser Ablaufpläne mit dem ersten Ablaufplan wieder begon- nen.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Beginn des Ablaufs des (eines) Ablaufplans durch ein Startsignal ausgelöst, das vorzugsweise von einem Positionssensor zur unmittelbaren oder mittelbaren Ermittlung einer Position eines KoI- bens eines Hauptförderzylinders erzeugt wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Takt für das Durchlaufen des Ablaufplans an die aktuelle Fördergeschwindigkeit der breiigen Masse in der Förderleitung angepaßt. Dabei wird die aktuelle Fördergeschwindigkeit beispielsweise mittels eines Durchfluß-Meßgeräts in der Förderleitung einer Haupt-Hydraulikpumpe ermittelt, welches über elektrische oder elektronische Meßwerte einen Elektromotor oder einen Hydromotor in seiner Geschwindigkeit regelt, der das Durchlaufen des Ablaufplans bewirkt.

Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gesteuerte Pumpvorrichtung zur Förderung breiiger Massen weist vorzugsweise neben den Hauptförderzylindern ein schaltbares Schiebersystem auf, das in einem ersten Schaltzustand eine Verbindung zwischen dem Auslaß eines ersten Hauptförderzylinders und einer Förderleitung und in einem zweiten Schaltzustand eine Verbindung zwischen dem Auslaß eines zweiten Hauptförderzylinders und der Förderleitung schafft, durch die die breiige Masse in Strömungsrichtung durch die Förderleitung strömen kann. Vor-

zugsweise weist die erfindungsgemäß betriebene Pumpvorrichtung ferner einen Ausgleichszylinder auf, der in die Förderleitung geförderte breiige Masse aufnehmen kann und während des Schaltens des Schiebersystems den Förderstrom aufrechterhalten kann, indem er breiige Masse wieder in die Förderleitung abgibt. Dieser Ausgleichszylinder ist vorzugsweise stromabwärts des Schiebersystems vorgesehen. Ferner weist die erfindungsgemäß betriebene Pumpvorrichtung vorzugsweise ein in Strömungsrichtung vor dem Ausgleichszylinders vorgesehenes Absperrventil in der Förderleitung auf. Mittels dieses Absperrventils kann die Förderleitung während des Schaltens des Schiebersystems verschlossen werden, so daß das Ausbringen von breiiger Masse aus dem Ausgleichszylinder in die Förderleitung während des Schaltens des Schiebersystems keinen Rückfluß breiiger Masse in Richtung auf das Schiebersystem erlaubt. Ferner erlaubt das Vorsehen des in Strömungsrichtung vor dem Ausgleichszylinder in der Förderleitung vorgesehene Absperrventils die Möglichkeit eines Schaltens des Absperrventils bei Gleichdruck. Die Erfindung ist allerdings nicht auf die Anwendung mit derartigen Pumpvorrichtungen beschränkt sondern kann auch bei herkömmlichen Pumpvorrichtungen für breiige Massen eingesetzt werden und insbesondere für solche Vorrichtungen zu kontinuierlichen Förderung, wie sie beispielsweise in DE 42 08 754 A1 oder EP 1 003 969 B1 beschrieben werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird zumindest eines der Stellglieder aus der Gruppe der die nachfolgend aufgezählten Antriebsglieder schaltenden Stellglieder durch das Durchlaufen des Ablaufsplans geschaltet: Antrieb der Hauptförderzylinder, Antrieb eines schaltbaren Schiebersystems der Pumpvorrichtung, Absperr- ventil der Pumpvorrichtung, Antrieb eines Ausgleichszylinders der Pumpvorrichtung.

Die Erfindung erlaubt es, den Start des Pumphubes des Ausgleichszylinders und das gleichzeitige Schließen des Absperrventils taktfest durchzuführen. Ebenso kann der Wechsel der Pumpfunktion der beiden Hauptförderzylinder taktfest erfolgen. Auch die Reduzierung des Sicherheitsdrucks einer Hydraulikpumpe für das Vorkomprimieren, das Umschalten eines Schiebersystems, das Hochkomprimieren auf den aktuellen Förderdruck und das Öffnen des Absperrschiebers können taktfest zueinander erfolgen.

In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Steuerung elektronisch nach Art einer speicherprogrammierbaren Steuerung oder anderer elektrischer oder elektro-

nischer Steuerungen, die das Betätigen der Stellsignale in der erfindungsgemäßen taktfesten Abfolge bewirken.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Rotation einer Nockenwelle mit Nocken zum Schalten mit mindestens zwei Stellgliedern der Pumpvorrichtung durch das Startsignal ausgelöst. Der Einsatz einer Nockenwelle mit Nocken zum Schalten von mindestens zwei Stellgliedern der Pumpvorrichtung erlaubt eine taktfeste Zuordnung der Betätigung der Stellglieder zueinander, da die Nocken der Nockenwelle in einem festen Verhältnis zueinander stehen, erlaubt es jedoch gleichzeitig, die Taktfrequenz frei zu wählen, so daß der zeitliche Ablauf des Ablaufplans beschleunigt oder verlangsamt werden kann, ohne daß die Abfolge der Betätigung der Stellglieder im Verhältnis zum Takt verändert wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Nockenwelle nach Durchlaufen des für das gemäß Ablaufplan vorgesehene Schalten der Stellglieder notwendigen Rotationswinkel angehalten bzw. das Durchlaufen des Ablaufplans bei einer SPS beendet. Dabei wird die Erkenntnis genutzt, daß es während des Pumpens und Saugens der Hauptförderzylinder einer Betonpumpe einen Zeitraum gibt, in dem keine Schaltvorgänge erfolgen. In dieser Phase müssen lediglich die aktuellen Stellungen aller Hydroventile beibehalten werden. Erfindungsgemäß wird der Durchlauf des Ablaufplans während eines Teils dieser Phase unter Beibehaltung der aktuellen Signale beendet. Vorzugsweise erfolgt das Stillsetzen durch den Ablaufplan selbst, so daß dieser sich selbst stillsetzt.

Wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ein Ablaufplan oder eine Abfolge von Ablaufplänen wiederholt durchlaufen, so ist es von Vorfeil, das System zu stabilisieren, indem alle Stellglieder mit Ablauf des Ablaufplans eine in dem Ablaufplan vorgesehene Ruhestellung einnehmen und ein weiteres Betätigen der Stellglieder erst mit dem Start des Durchlauf des nächsten Ablaufplans erfolgt, der durch ein Startsignal begonnen wird. Die Stellglieder der Pumpvorrichtung haben mit vollständigem Durchlauf des Ablaufplans somit eine fest vorgesehene Stellung, so daß der Start des nachfolgenden Durchlaufs eines Ablaufplans nicht von einer chaotischen Ausgangslage ausgeht, sondern einer fest vorgegebenen. Unabhängig von der Ausgangslage, aus der das erfindungsgemäße Verfahren zum Steuern einer Pump- Vorrichtung gestartet wird, ist spätestens nach dem ersten Durchlauf eines Ablaufplans eine eindeutig festgelegte Konfiguration der Pumpvorrichtung erreicht.

Bei einer kontinuierlichen Betonpumpe mit mindestens zwei Hauptzylindern ohne Ausgleichszylinder kann das Startsignal kurz vor Erreichen der hinteren Stellung eines Kolbens des Hauptzylinders, beispielsweise am Ende eines schnellen Saug- Vorgangs, insbesondere etwa 50 mm vor der Endstellung, erfolgen. Bei einer kontinuierlichen Pumpe mit Ausgleichszylinder laufen beide Hauptförderzylinder in der Regel synchron im Gegentakt. Das heißt, daß ein Zylinder die vordere Endstellung und der andere gleichzeitig die hintere Endstellung erreicht. Deshalb kann hier das Startsignal für den Start des Signalgenerators von dem Hauptförderzylinder in der vorderen oder hinteren Endstellung abgegeben werden. Insbesondere kann vorgesehen sein, daß die Synchronisierung der Pumpe mit dem Ablaufplan bei jedem einzelnen Pumphub unmittelbar vor dem Beginn der Schaltvorgänge, insbesondere der beispielsweise 12 Schaltvorgänge, erfolgt. Aus demselben Grund kann die Anpassung der Laufgeschwindigkeit des Ablaufplans an die aktuelle Pumpgeschwindigkeit mit relativ geringer Genauigkeit und damit wirtschaftlich erfolgen.

Die Nockenwelle kann beispielsweise nach Durchlaufen eines Rotationswinkels von 180° angehalten werden. Die im Rotationswinkel 0 bis 180° angeordneten Nocken dienen der Betätigung von Stellgliedern. Die Anordnung der einzelnen Nocken in diesem Winkel bereich und ihre konkrete Ausgestaltung sind durch den Ablaufplan vorgegeben. In dem Winkelbereich 180° bis 360° kann eine andere Nockenanordnung vorgesehen sein, wenn nach Durchlaufen des ersten Ablaufplans ein zweiter Ablaufplan durchlaufen werden soll.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Anhalten der Nockenwelle durch ein Signal ausgelöst. Vorzugsweise weist die Nockenwelle einen Nocken auf, der eine Schaltkupplung betätigt, mittels der die Nockenwelle von ihrem Antrieb getrennt wird. Insbesondere bevorzugt weist der Antrieb ein Untersetzungsgetriebe auf.

Zum Stillsetzen und Wiederstarten des Ablaufplans beim Einsatz einer Nockenwelle kann eine Schaltkupplung verwendet werden, die vorzugsweise im sehr langsam drehenden Bereich, also in der Nähe der Nockenwelle selbst sitzt. Der Vorteil der Schaltkupplung und ihrer beschriebenen Anordnung ist, daß der Antriebsmotor und ein möglicherweise vorgesehenes Untersetzungsgetriebe für die Nockenwelle selbst nicht abgebremst werden müssen, sondern in der Pausenphase des Ablaufplans weiterlaufen können. Wegen der sehr geringen kinetischen Energie kommt die

Nockenwelle punktgenau zum Stillstand, wenn sie selbst abschaltet. Entsprechendes gilt für den Wiederstart.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Startsignal erzeugt, wenn ein Posi- tionssensor ermittelt, daß ein Kolben eines Hauptförderzylinders seine Endstellung erreicht.

Die Nockenwelle kann durch einen Antriebsmotor angetrieben werden, dessen Drehzahl an den Volumenstrom der Hydraulikpumpe der Pumpvorrichtung angepaßt wird, wie er von einem Meßfühler erfaßt wird. Dadurch kann die Taktfrequenz in Abhängigkeit der aktuellen Fördergeschwindigkeit angepaßt werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform läuft der jeweils saugende Hauptförderzylinder mit einer höheren Kolbengeschwindigkeit als der pumpende Hauptförder- zylinder, so daß nach Abschluß des Saugvorgangs die Saugöffnung geschlossen, ein Verdichtungshub durchgeführt und die Verbindung zur Förderleitung geöffnet werden kann, bevor der pumpende Hauptförderzylinder seine Endstellung erreicht. Der Ablauf des nachfolgenden Ablaufplans wird durch das Positionssignal kurz vor Ende des Saughubs gestartet und betätigt mindestens eines der Stellglieder für eine der nachfolgenden Funktionen: Saugöffnung schließen, Vorkompression des angesaugten Betons, Hochkomprimieren auf den aktuellen Förderdruck, Öffnen der Verbindung zur Förderleitung, Umschalten der Haupt-Hydraulikpumpe auf den neuen Pumphub, Sperren der Verbindung des anderen Zylinders zur Förderleitung, Beginn seines Saughubs und Öffnen seiner Saugöffnung.

Die erfindungsgemäße Steuerung einer Pumpvorrichtung zur Förderung breiiger Massen, die mindestens zwei Hauptförderzylinder zum Fördern der breiigen Masse aufweist, weist eine Nockenwelle auf, bei der zumindest ein Nocken einem Schaltstück für ein Schalten eines Stellglieds der Pumpvorrichtung zugeordnet ist. Der erfindungsgemäße Einsatz einer Nockenwelle zum Schalten der Stellglieder der Pumpvorrichtung erlaubt es, einen Ablaufplan zu durchlaufen, der eine taktfeste Abfolge der Betätigung von Stellgliedern der Pumpvorrichtung festlegt. Hierdurch wird der erfindungsgemäße Erfolg erzielt, daß nach Start des Durchlauf des Ablaufplans die Stellglieder in fest vorgegebener Weise im Verhältnis zueinander betätigt werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist zumindest ein Nocken einem Schaltstück für ein Schalten eines Stellglieds aus der Gruppe der die nachfolgend aufgestellten Antriebsglieder schaltenden Stellglieder vorgesehen: Antrieb der Hauptförderzylinder, Antrieb eines schaltbaren Schiebersystems der Pumpvorrichtung, Absperr- ventil der Pumpvorrichtung und/oder Antrieb eines Ausgleichszylinders der Pumpvorrichtung.

Die erfindungsgemäße Steuerung kann einen Positionssensor zu unmittelbaren oder mittelbaren Ermittlung zumindest einer Position eines Hauptförderzylinders aufweisen. Dieser Positionssensor kann beispielsweise zum Erzeugen eines Startsignals für den Durchlauf des Ablaufplans eingesetzt werden.

Die Nockenwelle ist vorzugsweise über eine Schaltkupplung mit einem Antrieb verbunden. Durch Trennen der Kupplung kann die Rotation der Nockenwelle auf ein- fache Weise rasch beendet werden, so daß hierdurch nach Durchlauf des Ablaufplans kein weiterer Start eines Durchlaufs eines Ablaufsplans erfolgt, bis die Schaltkupplung die Nockenwelle erneut mit dem Antrieb verbindet.

Insbesondere bevorzugt weist der Antrieb ein Untersetzungsgetriebe auf. Dadurch kann der Antrieb an das Hydrauliksystem der Pumpvorrichtung gekoppelt sein.

Durch die Wahl der entsprechenden Untersetzung kann die Rotation der Nockenwelle in einem festen Verhältnis zum Ölfluß in der Hydraulikleitung stehen. Insbesondere bevorzugt ist ein Hydromotor zum Antrieb der Nockenwelle im Ölfluß einer Haupt-Hydraulikpumpe zum Antrieb der Förderzylinder oder im Rücklauf installiert.

Vorstehend ist die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Steuerung zur Vereinfachung der Darstellung im wesentlichen anhand einer Betonpumpe erläutert worden. Die Erfindung kann jedoch zum Steuern von Pumpvorrichtungen jeglicher breiiger Massen, insbesondere auch solchen der Lebensmittelindustrie eingesetzt werden.

Nachstehend wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 den schematischen Aufbau der erfindungsgemäßen Pumpvorrichtung in einer geschnittenen Draufsicht;

Fig. 2 den schematischen Aufbau eines Absperrventils der erfindungsge- mäßen Pumpvorrichtung in einer geschnittenen Ansicht;

Fig. 3 das Absperrventil gemäß Fig. 2 in einer entlang der Linie A-B der Fig. 2 geschnittenen Ansicht;

Fig. 4 das Absperrventil gemäß Fig. 2 in geschlossener Stellung und

Fig. 5 den Schaltplan der erfindungsgemäßen Steuerung in einer schematischen Darstellung.

Die erfindungsgemäße Pumpvorrichtung weist zwei Hauptförderzylinder 1 ,2, ein sich an diese anschließendes Schiebersystem 3, einen sich an das Schiebersystem anschließenden ersten Abschnitt 4 einer Förderleitung 5, ein in dem ersten Abschnitt angeordnetes Absperrventil 6, einen sich and den ersten Abschnitt 4 anschließenden Ausgleichszylinder 7 und einen sich an den Ausgleichszylinder 7 anschließenden zweiten Abschnitt 8 der Förderleitung 5 auf.

Das Schiebersystem 3 weist ein Gehäuse 10 auf, das einen Förderraum 11 definiert. In dem Förderraum 11 ist eine verschwenkbare Rohrweiche 12 angeordnet. Die Rohrweiche 12 wird über eine nicht dargestellte Schwenkwelle mit einem hydraulischen Zylinder 13 verschwenkt. Sie kann zwischen einem ersten Schaltzustand, in dem sie eine Verbindung zwischen dem Auslaß des ersten Hauptförderzylinders 1 und dem Abschnitt 4 schafft, und einem zweiten Schaltzustand, in dem sie eine Verbindung zwischen dem Auslaß des zweiten Hauptförderzylinders 2 und dem Abschnitt 4 schafft, bewegt werden. An den Förderraum 11 angeschlossen ist ein nicht dargestellter Vorfüllbehälter.

Das Absperrventil 6 weist ein Gehäuse 20 und einem in dem Gehäuse angeordneten Ventilkörper 21 mit einem Durchgangskanal 23 auf. Mittels eines hydraulischen Zylinders 22 kann der Ventilkörper zwischen einer Stellung, in der der Durchgangskanal 23 mit zwei einander gegenüberliegenden Durchflußöffnungen 24, 25 ausgerichtet ist (vgl. Fig. 2), und der dargestellten, die Durchflußöffnung 24 ver- schließenden Stellung (vgl. Fig. 4) geschaltet werden.

Der Ausgleichszylinder 7 weist einen Rohrbogen 30 auf. An seinem stromauf- wärtigen Ende 31 weist der Rohrbogen 30 einen größeren Querschnitt als das Ende 32 des Abschnitts 4 auf, über das er geschoben werden kann. An seinem stromab- wärtigen Ende 33 weist der Rohrbogen 30 einen geringeren Querschnitt als das Ende 34 des Abschnitts 8 auf, in das er geschoben werden kann. Zwischen dem Rohrbogen 30 und den Abschnitten 4 und 8 sind Dichtungen 35, 36 angeordnet. Ein Zylinder 37 kann den Rohrbogen 30 verschieben.

Die Fig. 2 und 3 zeigen das Absperrventil 6 in einer geöffneten Stellung. Ein Schneidring 26 wird über einen kautschuk-elastischen Ring 27 auf einem Rohrabschluß 28 abgestützt. Fig. 2 zeigt ferner, daß das Gehäuse des Absperrventils im die Durchflußöffnung 24 des Absperrventil umgebenden Bereich kugelzonenförmig ausgebildet ist und der schwenkbarer Ventilkörper 21 korrespondierend kugelzonenförmig ausgebildet ist, nämlich im Bereich 29. Die dem Ventilkörper 21 zuge- wandte Fläche des Schneidrings 26 des Automatikrings ist kugelzonenförmig ausgebildet ist. In der Ansicht der Fig. 3 ist zu erkennen, daß das Gehäuse 20 abgeflacht ausgebildet werden kann, um Einbauraum zu sparen.

Fig. 4 zeigt das Absperrventil 6 geschlossen. Der kugelzonenförmig ausgebildete Bereich 29 wurde vor die Durchflußöffnung 24 geschwenkt. Im Zusammenwirken mit dem durch den kautschuk-elastischen Ring 27 an den Ventilkörper 21 gedrückten Schneidring 26 dichtet der Ventilkörper 21 die Durchflußöffnung 24 ab.

Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäße Pumpvorrichtung zu Beginn des Pumphubs des Hauptförderzylinders 1. Die Rohrweiche 12 wird durch den Zylinder 13 in Richtung auf die Auslaßöffnung des Hauptförderzylinders 1 bewegt. Dieser hat, wie die Pfeile

A zeigen, seinen Pumphub bereits begonnen. Durch die teilweise Überdeckung der

Einlaßöffnung der Rohrweiche 12 und der Auslaßöffnung des Hauptförderzylinders

1 wird bereits Beton aus dem Hauptförderzylinder 1 gegen den Schneidring der Rohrweiche 12 mit reduzierter Kraft vorkomprimiert.

Das Absperrventil 6 ist zu diesem Zeitpunkt geschlossen, so daß durch den in den Abschnitt 4 gepumpten Beton der Druck im Abschnitt 4 erhöht wird. Nach Erreichen der Endstellung des Schwenkrohres wird auf aktuelles Druckniveau komprimiert. Wenn der Druck auf beiden Seiten des Absperrventils 6 gleich groß ist, öffnet der Zylinder 22 durch Schwenken des Ventilkörpers 21 das Absperrventil 6. Dies erfolgt

ohne Überwindung großer Reibungskräfte, da der Beton auf beiden Seiten des Absperrventils 6 den gleichen Druck aufweist.

Der Hauptförderzylinder 1 pumpt nun durch die mittlerweile in einer Schaltstellung, in der sie eine Verbindung zwischen dem Auslaß des ersten Hauptförderzylinders 1 und dem Abschnitt 4 über den vollen Querschnitt des Auslaß schafft, angelangte Rohrweiche Beton durch den Abschnitt 4 und den Ausgleichszylinder 7 in den Abschnitt 8.

Der Rohrbogen 30 wird während dieses Pumpens durch den Zylinder 37 und den auf ihn wirkenden Betondruck nach außen (in der Fig. 1 nach links) geschoben. Hierdurch wird das Volumen der Förderleitung erhöht. Der sich "verlängernde" Rohrbogen 30 speichert Beton.

Erreicht der Hauptförderzylinder das Ende seines Pumphubs, so wird das Absperrventil 6 geschlossen. Durch Zurückziehen des Rohrbogens 30 (Pfeil B) wird der in dem Rohrbogen 30 gespeicherte Beton in den Abschnitt 8 gepumpt, wodurch der Druck in der Förderleitung aufrechterhalten wird. Eine Rückströmung in den Abschnitt 4 wird durch das geschlossene Absperrventil 6 verhindert.

Unmittelbar nach Schließen des Absperrventils beginnt der Hauptförderzylinder 1 seinen Saughub. Dadurch wird der in der Rohrweiche 12 und dem Abschnitt 4 bis zum Absperrventil 6 befindliche Beton entspannt. Dann wird die Rohrweiche 12 durch den Zylinder 13 in Richtung auf ihre andere Schaltstellung bewegt. Dabei ist durch die Entspannung der Druckunterschied zwischen dem Beton in der Rohrweiche 12 und in der Förderkammer 11 weitgehend aufgehoben. Dann kann die Rohrweiche besonders leicht bewegt werden.

In Fig. 1 ist ferner ersichtlich, daß der Hauptförderzylinder 2 seinen Saughub durchführt (Pfeil C). Bei diesem saugt er Beton aus der Förderraum 11. Der Beton strömt aus dem nicht dargestellten Vorfüllbehälter in den Förderraum 11 nach.

Fig. 5 zeigt, daß die Pumpvorrichtung eine Nockenwelle 100 mit Nockenscheiben 112, 113, 114, 115, 116 aufweist. Die Nockenwelle 100 ist über eine Kupplung 108 mit einem Motor 111 verbunden.

Fig. 5 zeigt die Pumpvorrichtung in einer Lage, bei der der Hauptförderzylinder 1 noch pumpt (der Zylinder 101 befindet sich kurz vor seiner einen Endstellung und der Zylinder 102 des saugenden Hauptförderzylinders 2 befindet sich kurz vor seiner anderen Endstellung). Beide Zylinder 101 und 102 sind über eine sie verbin- dende Leitung 103 synchronisiert.

Wenn der Kolben 101 die Steuerbohrung 104 an der Zylinderwand überfahrt, wechselt das in der Fig. 5 linke Schaltventil 105 gegen die Feder vom rechten in das linke Schaltbild. Dadurch wird die Leitung 201 mit dem Speicherdruck (Symbol 106) beaufschlagt. Überall dort wo ein dem Symbol 106 gleiches Symbol in der Fig. 5 dargestellt ist, ist das jeweilige Ventil an einen Hydrospeicher angeschlossen, der ohne nennenswerten Druckabfall die verschiedensten Schaltvorgänge antreiben kann. Der Energiespeicher im Hydrospeicher ist beispielsweise komprimierter Stickstoff.

Auf der Saugseite des Kupplungszylinders 107 erzeugt der Speicherdruck eine hohe Federkraft in Richtung des Öffnens der Kupplung. Die größere Kolbenfläche ist zum Tank hin drucklos, also entlastet. Der Weg, den das Öl von der Kolbenseite des Kupplungszylinders 107 bis zum Tank (Symbol 202 oder in der Darstellung der Fig. 5 auch teilweise als Symbol 203 verwendet) nimmt, führt über das Abschaltventil 109 durch das rechte Bild des Schaltventils 105, dann durch das linke Bild des rechten Schaltventils 110 über das Ventil 112a für den Start und Stopp der Nockenwelle 100.

Auf der Nockenwelle 100 sitzen zumindest die Nockscheiben 112 bis 116, wobei in anderen Anordnungen auch weitere Nocken vorgesehen sein können, um andere Vorgänge, beispielsweise eine Vorkomprimierung der geförderten Massen während des Schaltens des Schiebersystems 3 und unmittelbar danach (Hochkomprimieren) steuern zu können.

Da das Ventil 112a auf dem Nocken 112 steht, ist die Kolbenseite des Kupplungszylinders 107 mit dem Tank verbunden. Nachdem das Schaltventil 105 durch den Zylinder 101 in dessen Endstellung in das linke Bild schaltet, wirkt der Speicherdruck 106 nun auf die Kolbenfläche des Kupplungszylinders 107. Die Kupplung 108 wird geschlossen, da die Kolbenfläche größer ist als die mit demselben Druck

beaufschlagte Ringfläche auf der Gegenseite. Dadurch läuft die Nockenwelle 100 in die mit dem Pfeil dargestellte Richtung 117 an.

Die Nockenscheibe 112 weist zwei sehr kurze Nocken im Abstand vom 180° auf. Deshalb bleibt die Nockenwelle 100 durch ihr selbst erzeugtes Stopp-Signal (siehe weiter unter) jeweils nach 180° stehen. Für eine maximale Fördermenge hat sich als Laufzeit für 180° das Zeitintervall von 0,7 Sekunden als vorteilhaft erwiesen. Die Zeit von einem Start bis zum nächsten Start der Nockenwelle 100 beträgt bei der so gewählten Höchstfördermenge jedoch 1 ,8 Sekunden. Daraus ergibt sich jeweils eine Stillstandzeit der Nockenwelle 100 von 1 ,1 Sekunden. In dieser Zeit bleiben, weil die Nockenwelle 100 still steht, alle von ihr gesteuerten Schaltventile in ihrer Position - und damit auch die von diesen Signalgliedern angesteuerten Stellglieder, wie beispielsweise größere Wegeventile, die die Antriebsglieder, zum Beispiel Hydraulikzylinder und Hydromotoren steuern, in ihren Positionen. Selbstverständlich können anstelle der vorgenannten Zeiten auch andere Ablaufgeschwindigkeiten gewählt werden.

In dieser Stillstandszeit der Nockenwelle pumpt ein Förderzylinder, während der andere saugt. Außerdem erfolgt die Ausholbewegung des Ausgleichzylinders 7, 118, das heißt dieser entnimmt Fördermedium aus der Förderleitung 5, welches er während der Stillstandzeit der Förderzylinder beim Schaltvorgang des Schiebersystems 3 wieder in die Förderleitung fördert.

Der Motor 111 kann dauernd laufen. Er treibt die eine Seite der Kupplung mit einer Drehzahl an, die an die effektive Fördermenge der Haupthydraulikpumpe 119 ständig angepaßt ist.

Nach dem Start der Nockenwelle 100 laufen zumindest folgende Funktionen ab:

Die Nockenscheibe 112 bringt das Schaltventil 112a in dessen rechtes Bild. Dadurch sichert sie ca. 0,7 Sekunden lang den Befehl für das Laufen der Nockenwelle 100. Zuvor wurde das Signal bereits für den Start der Nockenwelle 100 durch das Ventil 105 gegeben. Es erlischt jedoch, wenn der Kolben des Zylinders 101 beim nachfolgenden Hub seine vordere Stellung verläßt. Dann wirkt das Signal zum Lauf der Nockenwelle 100 durch das Ventil 112a weiter.

Die Nockenscheibe 113 steuert beim Anlaufen der Nockenwelle 100 durch das Ventil 113a das Umschalten des Haupt-Wegeventils 120 für den neuen Pumphub, welcher aber zunächst noch verzögert werden soll. Zunächst müssen die Ent- lastungs- und Vorkompressionsvorgänge - hier aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt - gemeinsam mit dem Umschalten des Schiebersystems 3 mit der Rohrweiche 3 erfolgen.

Der Start der Bewegung der Rohrweiche 3 erfolgt erst nach dem Schließen des Absperrschiebers 6 und wird ebenfalls durch die Nockenscheibe 113 gesteuert, die in Verbindung mit dem Schaltventil 113b das Wegeventil 122 umsteuert.

Die Nockenscheibe 114 steuert nach Start der Nockenwelle 100 über das Schaltventil 114a und über das Stellglied (Wegeventil) 123 den Absperrschieber 124 in dessen Schließrichtung. Ebenfalls schaltet das Anlaufen der Nockenwelle 100 mittels der Nockenscheibe 115 über das Schaltventil 115a und das Wegeventil 125 den Start des Pumphubs des Ausgleichszylinders 118 (siehe weiter unter).

Die Nockenscheibe 116 steuert über ihr Schaltventil 116a das Zwei-Wege-Sitzventil 127 in dessen Schließrichtung. Auf diese Weise erhält das große Wegeventil 120 kein Drucköl von der Hauptpumpe 119. Stattdessen treibt die Hauptpumpe nun den Antriebszylinder 118a des Ausgleichszylinders 118 an. Wie bereits beschrieben, wurde der Pumphub des Zylinders 118a durch Umschalten des Wegeventils 125 in dessen linkes Schaltbild gestartet.

Die kleine Hydraulikpumpe 128 ist eine so genannte Nullhub-Pumpe. Derartige Pumpen regeln sich bei vollem Druck bei Erreichen eines Höchstdrucks fast auf den Förderstrom 0 zurück, hier beispielsweise in den kurzen Wartezeiten zwischen dem Ausholhub und dem Pumphub des Ausgleichszylinders 118. Es bleibt damit eine nach links gerichtete Höchstkraft des Hydraulikzylinders bestehen. Gemeinsam mit der ebenfalls nach links gerichteten Kraft des Ausgleichszylinders 118, die durch den herrschenden Betondruck verursacht wird, entsteht eine größere Kraft als die nach rechts treibende Kraft des Zylinders 118a. Dies gilt auch für den vorherigen Ausholhub, der gegen die Antriebskraft der Kolbenseite des Zylinders 118 erfolgt. Nach Umschalten des Wegeventils 125 sofort nach dem Start der Nockenwelle 100 in das linke Schaltbild des Wegeventils 125 fällt die nach links gerichtete Kraft des Zylinders 118a weg. Dadurch führt der Zylinder 118a den Pumphub (nach rechts)

durch. Am Ende des Ausgleichshubs schaltet der Zylinder 118a punktgenau (stellungsabhängige Steuerung) das Ventil 126 in dessen linkes Schaltbild. Dadurch öffnet das Sitz-Ventil 127 den Weg von der Pumpe 119 zum Wegeventil 120 wodurch der neue Pumphub beginnt.

Kurz vorher wird der Absperrschieber 124 geöffnet, wobei das Ventil 114a wieder in seinem rechten Bild steht (und der Rollenstößel ausgefahren ist). Beim Start des neuen Pumphubs sind seit dem Start demnach ca. 0,5 Sekunden vergangen. Die Nockenwelle 100 läuft bei Höchstmenge der Pumpe ca. 0,7 Sekunden, wobei sie einen Drehwinkel von 180° durchläuft. Sie setzt sich selbst dadurch still, daß nun der andere Nocken der Nockenscheibe 112 das Schaltventil 112a wieder gegen die Feder in dessen linkes Bild drückt.

Nach dem Start des neuen Pumphubs 0,5 Sekunden nach dem Start der Nocken- welle 100 bis zu ihrem Stillstand nach ca. 0,7 Sekunden erfolgen unter anderem noch folgende weitere Steuerungsvorgänge durch die Nockenwelle 100:

- Das Schaltventil 116a wird in die in Fig. 5 dargestellte Stellung zurückgeschaltet. Dies muß erfolgen, bevor das Wegeventil 126 durch den Beginn des Ausholvor- gangs in sein rechtes Bild wechselt (Federkraft bei Gleichdruck).

- Das Wegeventil 125 wird in die in der Fig. 5 dargestellte Position zurückgeschaltet, wodurch der Ausholhub des Ausgleichszylinders 118 nach links beginnt. Dies erfolgt durch die Nockenscheibe 115. Ferner werden Funktionen der nicht dargestellten Kompressionsvorgänge während der Laufzeit von 0,7 Sekunden der Nockenwelle 100 hin- und wieder zurückgeschaltet.

Während des Stillstands der Nockenwelle 100 wird von dem Hauptförderzylinder 2 gepumpt und durch den anderen Hauptförderzylinder 1 gesaugt. Über einen großen Teil dieser Stillstandszeit von ca. 1 ,1 Sekunden holt der Ausgleichszylinder 118 aus, das heißt er entnimmt Fördermedium aus der Förderleitung 4.