Die Erfindung betrifft eine Dickstoffpumpe mit einer Fördereinheit und einer Förderschnecke, die der Fördereinheit Dickstoff zuführt.

Dickstoffpumpen dieser Art haben sich seit vielen Jahren bewährt um beispielsweise Klärschlämme zu transportieren, Reststoffe aus Bergwerken abzutransportieren oder Industrieöfen zu beschicken.

Derartige Dickstoffpumpen bestehen häufig aus einer Kolbenpumpe mit einem oder zwei Förderzylindern die von hydraulischen Zylindern angetrieben werden. Die Förderzylinder saugen in einem Saughub den zu pumpenden Dickstoff über eine Einlassöffnung an und pumpen den Dickstoff in einem Druckhub mit hohem Druck, in eine Auslassöffnung, von der aus der Dickstoff beispielsweise über eine Förderleitung zu seinem Bestimmungsort befördert wird. Um zwischen dem Ansaug- und Pumpvorgang umzuschalten, ist eine Ventilanordnung vorgesehen, die beispielsweise mit Tellerventilen, die Ein- und Auslassöffnungen jeweils zwischen dem Saug- und Pumphub freigeben bzw. verschliessen. Bei einer Zwei-Zylinder-Dickstoffpumpe laufen die Förderkolben im Regelfall im Gegentakt, d.h. während der Förderkolben eines Förderzylinders Dickstoff ansaugt, pumpt der zweite den Dickstoff in den Auslass, wodurch sich, abgesehen vom Umschaltvorgang, ein relativ kontinuierlicher Pumpvorgang ergibt. Eine derartige Dickstoffpumpe wird beispielsweise in der Schrift EP 0562398 B1 beschrieben. Bei zu pumpenden Dickstoffen, deren Fliessfähigkeit relativ hoch ist, z.B. flüssige Klärschlämme, reicht es aus, den Dickstoff der Dickstoffpumpe direkt, beispielsweise über einen Eingabetrichter über den Einlassöffnungen zuzuführen. Oft sind jedoch auch Dickstoffe zu pumpen, die sehr viskos sind, z.B. dickflüssige Schlämme oder mit Steinen oder Metallschrott angereichertes Material, die von den Förderzylindern nicht direkt über die Einlassöffnung angesaugt werden können. Für das Pumpen derartiger Dickstoffe ist der eigentlichen Fördereinheit eine Zuführeinheit vorgeschaltet, die den Dickstoff über eine grossflächigere Zuführöffnung aufnimmt und dann unter konstantem Druck der Fördereinheit zuführt. Hierfür kommen beispielsweise Förderschnecken zum Einsatz, die als Einfach- oder Doppelförderschnecken ausgebildet sind. Beim Pumpen sehr inhomogener Dickstoffe kommt es hin- und wieder vor, dass das Pumpen des Dickstoffs in der Förderschnecke oder im Zuführbereich zu der Fördereinheit zu Störungen, beispielsweise einem Stopper (d.h. einer Verstopfung) führt, die die Pumpleistung der Dickstoffpumpe verringern oder ganz zum Erliegen bringen kann. Es können aber auch Störungen, beispielsweise durch in der Förderschnecke eingeklemmtes Material auftreten.

Wenn derartige Störungen zu spät erkannt werden, führen sie u.U. zu übermäßigem Verschleiß an der Förderschnecke, hohem Energieverbrauch unter Umständen auch zu Schäden an der Maschine, die aufwändig repariert werden müssen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, derartige Störungen einer Dickstoffpumpe zu erkennen und zu beseitigen, bevor die o.g. nachteiligen Effekte in Erscheinung treten.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den die Merkmalen des Anspruchs 1 sowie einem Verfahren mit den Merkmalen 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale auch in beliebiger und technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und somit weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Eine erfindungsgemäße Dickstoffpumpe umfasst eine Förderschnecke mit einem Einlass für zu pumpenden Dickstoff, eine Fördereinheit, z.B. eine Ein- oder Zweizylinder-Kolbenpumpe, mit einem Auslass für den zu pumpenden Dickstoff. Der Dickstoff wird der Fördereinheit mittels einer Drehbewegung der Förderschnecke im Förderbetrieb zugeführt. Eine gemeinsame Steuervorrichtung steuert die Funktionen der Fördereinheit und der Förderschnecke. Erfindungsgemäß verfügt die Dickstoffpumpe des Weiteren über mit der Steuervorrichtung verbundene Mittel, die eine Störung des Dickstoffflusses detektieren und die Förderschnecke bei Detektion einer Störung in einen Reversierbetrieb schaltet, wobei die Drehgeschwindigkeit der Förderschnecke im Reversierbetrieb auf eine geringere Drehgeschwindigkeit als im Förderbetrieb einstellbar ist. Das heißt, dass die Förderschnecke bei einer Störung automatisch entgegen der eigentlichen Förderrichtung angetrieben wird, um die Störung des Dickstoffflusses zu beseitigen. Dabei wird durch die umgekehrte Drehrichtung der Förderschnecke der Dickstoff, der die Störung verursacht, praktisch „herausgesaugt". Bei der Störung kann es sich um eine Durchflussverringerung handeln, aber auch um eine völlige Verstopfung, d.h. ein Stopper im Zuführkanal oder im Ventilbereich der Fördereinheit, oder um eine Verklemmung, bei der beispielsweise Festkörper wie Steine oder Metallteile in der Förderschnecke eingeklemmt wurden und damit die Drehung der Förderschnecke erschweren oder zum Erliegen bringen.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung umfassen die Mittel zur Detektion einer Störung ein oder mehrere Drucksensoren, die eine Störung des Dickstofflusses detektieren, wenn der Druck in bestimmten Bereichen der Pumpe über einen bestimmten Grenzwert ansteigt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, bei der die Förderschnecke von einem hydraulischen Antrieb angetrieben wird, erfasst ein Drucksensor den hydraulischen Antriebsdruck des Antriebes und die Steuervorrichtung löst den Reversierbetrieb aus, wenn der Antriebsdruck einen Grenzwert überschreitet. Vorteilhafterweise ermittelt der Drucksensor auch während des Reversierbetriebes der Förderschnecke den Antriebsdruck und die Förderschnecke wird wieder in den Förderbetrieb umgeschaltet, wenn während des Reversierbetriebes eine Erhöhung des Antriebsdruckes über einen Grenzwert detektiert wird

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfasst ein Drucksensor den Förderdruck des Dickstoffes im Zuführkanal zwischen der Förderschnecke und der Fördereinheit und die Steuervorrichtung löst den Reversierbetrieb aus, wenn der Druck in diesem Bereich einen Grenzwert überschreitet. In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird die Förderschnecke von einem Elektromotor angetrieben und die Mittel zur Detektion einer Störung des Dickstoffflusses umfassen eine Strommessvorrichtung des Elektromotors.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung reversiert die Steuervorrichtung die Drehrichtung der Förderschnecke für einen vorgegebenen Zeitraum um zu gewährleisten, dass der Reversierbetrieb ausreichend lang, aber nicht zu lang ist, um z.B. das Lösen eines Stoppers zu gewährleisten.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird der Reversierbetrieb der Förderschnecke für eine vorgegebene Anzahl von Zyklen wiederholt, wenn nach dem Zurückschalten in den Förderbetrieb die Störung noch nicht beseitigt ist.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Anzahl von Reversierzyklen für den Reversierbetrieb programmierbar, dass heißt, es wird nicht endlos versucht, über den Reversierbetrieb einen Störung zu beseitigen, sondern nach beispielsweise drei Reversierzyklen wird ein Alarmsignal ausgelöst und/oder die Pumpe wird abgeschaltet, damit das Bedienpersonal die Störung an der Dickstoffpumpe untersuchen und beseitigen kann.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Drehgeschwindigkeit der Förderschnecke im Reversierbetrieb einstellbar um zu gewährleisten, dass die Förderschnecke im Reversierbetrieb nicht mit zu hoher Geschwindigkeit arbeitet.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben einer Dickstoffpumpe, bei der eine Fördereinheit zu fördernden Dickstoff pumpt, der der Fördereinheit von einer Förderschnecke im Förderbetrieb zugeführt wird und die von einer Steuervorrichtung gesteuert werden, wird die Förderschnecke bei einer Detektion einer Störung des Dickstoffflusses von der Steuervorrichtung in einen Reversierbetrieb umgeschaltet, wobei die Förderleistung der Förderschnecke im Reversierbetrieb geringer als im Förderbetrieb ist. Anhand der Zeichnungen werden im Folgenden Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren eine besonders bevorzugte Ausführungsvariante der Erfindung zeigen. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die gezeigte Ausführungsvariante beschränkt. Insbesondere umfasst die Erfindung, soweit es technisch sinnvoll ist, beliebige Kombinationen der technischen Merkmale, die in den Unteransprüchen aufgeführt oder in der Beschreibung als erfindungsrelevant beschrieben sind.

Es zeigen:

Figur 1 Eine schematische Ansicht einer

Dickstoffpumpe gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung

Figur 2 Eine schematische Ansicht einer

Dickstoffpumpe gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung

Figur 3 Eine schematische Ansicht einer

Dickstoffpumpe gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung Figur 1 zeigt eine Dickstoffpumpe 10 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung die im Wesentlichen eine Fördereinheit 20, eine Förderschnecke 30 mit einer Hydraulik-Antriebseinheit 43 und eine Steuervorrichtung 40 aufweist.

Die mit einem Hydraulikmotor 31 hydraulisch betriebene Förderschnecke 30 und die Fördereinheit 20 werden von einer hydraulischen Antriebseinheit 43 mit Hydrauliköl versorgt. Die hydraulische Antriebseinheit 43 beinhaltet einen Motor 43a, der beispielsweise ein Verbrennungs- oder Elektromotor ist und der die Hydraulikpumpe 43b zum Betrieb der Fördereinheit 20 und die Hydraulikpumpe 43c zum Betrieb der Förderschnecke 30, antreibt. Die Steuereinheit 40 steuert die Hydraulikölfördermenge der Hydraulikpumpen 43b und 43c jeweils getrennt und kann damit jeweils die Geschwindigkeiten der Fördereinheit 20 und der Förderschnecke 30 getrennt regeln.

Die Fördereinheit 20 verfügt über einen Hydrauliksteuerblock 44, der die Funktionen der Fördereinheit 20 weitgehend automatisch hydraulisch steuert. Zwischen der Hydraulik-Antriebseinheit 43, bzw. der Hydraulikpumpe 43c, und dem Hydraulikmotor 31 der Förderschnecke 30 befindet sich eine Steuerung 43d für den Antrieb der Förderschnecke 30, die von der Steuereinheit 40 gesteuert wird. Die Steuerung besteht beispielsweise aus einem elektrisch gesteuerten Magnetventil, dass den hydraulischen Antriebsmotor 31 der Förderschnecke 30 durch Verstellen der Flussrichtung des Hydrauliköls in Förderbetriebsrichtung und in die Reversierbetriebsrichtung stellen kann.

Die Fördereinheit 20 besteht beispielsweise aus einer Zwei-Zylinder- Kolbenpumpe 20. Die Zwei-Zylinder-Kolbenpumpe 20 saugt mit zwei gegensinnig laufenden Förderkolben, die von Hydraulikzylindern angetrieben werden, Dickstoff über den Zuführkanal 1 1 von der Förderschnecke 30 an und pumpt diesen über einen Auslass 21 mit hohem Druck z.B. in eine Förderleitung.

Die Förderschnecke 30 umfasst insbesondere eine Förderschneckenachse 32, auf die Förderschneckenwendel 32a und 32b aufgebracht sind. Die Wendel 32b sind bevorzugt unterbrochen (sog. Paddel), wodurch sich eine Vorzerkleinerung des durch die Zuführöffnung 33 zugeführten Dickstoffes erreichen lässt, was den Dickstoff in seiner Beschaffenheit etwas homogener macht und damit die Pumpeigenschaften des Dickstoffes verbessert.

An einer Hydraulikleitung 36 zwischen der Hydraulikpumpe 43c für die Förderschnecke 30 und der Steuerung 43d für den Antrieb der Förderschnecke 30 ist ein Drucksensor 34 angebracht, der den Druck des Hydrauliköls, der für den Antrieb der Förderschnecke 30 notwendig ist, sowohl im Förderbetrieb als auch im Reversierbetrieb, erfasst.

Während des normalen Pumpbetriebes bzw. Förderbetriebes führt die Förderschnecke 30 der Fördereinheit 20, wie oben beschrieben, den Dickstoff zu. Solange keine Störung auftritt, bzw. kein Stopper im Bereich der Förderschneckenwendel 32a, dem Zuführkanal 1 1 oder in der Fördereinheit 20 vorliegt, wird die Förderschnecke 30 mit einem relativ konstanten Hydraulikdruck, der mit dem Drucksensor 34 ermittelt wird, vom Antriebsmotor 31 angetrieben. Sobald durch eine Störung des Dickstoffflusses die Zuführung des Dickstofffes von der Förderschnecke 30 zur Fördereinheit 20 behindert wird, stellt sich am Antrieb 31 der Förderschnecke 30 ein erhöhter Hydraulikdruck am Sensor 34 ein, der von der Steuereinrichtung 40 über die Sensorleitung 41 erfasst und ausgewertet wird. Sobald der Hydraulikdruck am Sensor 34 einen bestimmten Schwellwert Rev _P-B (Reversier, Druck P, Betrieb) überschreitet, ggfs. für einen gewissen Zeitraum, z.B. 2 oder 3 Sekunden, veranlasst die Steuereinrichtung 40 über die Steuerung 43d eine Umkehrung des Hydraulikflusses über die Hydraulikleitungen 36 zum Antriebsmotor 31 . Dadurch wird die Förderschnecke 30 rückwärts angetrieben, d.h. sie wird in den Reversierbetrieb umgeschaltet. Während des Reversierbetriebes fördert die Förderschnecke 30 den in der Fördereinheit 20, dem Zuführkanal 1 1 bzw. am hinteren Ende der Förderschnecke 20 befindlichen Dickstoff zurück. Gegebenenfalls werden zurückgeförderte Teile im Dickstoff, z.B. größere Steine oder Metallteile, durch die unterteilte Formgebung der Förderwendel 32b im Reversierbetrieb zerkleinert, so dass sie beim Umschalten der Förderschnecke 30 zurück in den Förderbetrieb keine Störung mehr beim Pumpen verursachen können. Zumindest wird aber während des Reversierbetriebes der Druck des Dickstoffes z.B. im Zuführkanal 1 1 verringert, was zu einer gewissen „Neusortierung" des Dickstoffes in diesem Bereich führen kann und beim Umschalten in den Förderbetrieb dadurch keine Störung mehr ausgelöst wird. Nachdem der Reversierbetrieb der Förderschnecke 30 für einen gewisse Anzahl von Umdrehungen Rev _Um d (beispielsweise zwischen 4 bis 8 Umdrehungen) voreingestellt mit einer gewissen Reveresierfördergeschwindigkeit Rev _So ii, die über die Eingabeeinheit 42 vom Bedienpersonal vorgegeben werden kann, aufrecht erhalten wurde, wird die Förderschnecke 30 wieder in den Förderbetrieb zurückgeschaltet und über die Steuervorrichtung 40 wird der Hydraulikdruck des Sensors 34 weiter beobachtet. Sollte der Druck nach dem Umschalten in den Förderbetrieb wieder schnell über den Schwellwert Rev _P-B ansteigen, erfolgt eine erneute Umschaltung der Förderschnecke 30 in den Reversierbetrieb. Nach einer über die Eingabevorrichtung 41 gegebenenfalls vorgebbaren Anzahl von Reversierzyklen Rev _AnZ! mit der keine Verbesserung der Pumpbarkeit des Dickstoffes erreicht wurde, d.h. der Druck steigt immer wieder über den Schwellwert Rev _P-B an, wird die Steuervorrichtung 40 die Dickstoffpumpe 10 bevorzugt abschalten und/oder ein Alarmsignal auslösen, damit die Anlage vom Bedienpersonal untersucht und eine Störung des Dickstoffflusses manuell, ggfs. durch Öffnen der Pumpe, beseitigt werden kann.

Im Reversierbetrieb sollte die Förderleistung der Förderschnecke 30 geringer als im Förderbetrieb sein, da der im Reversierbetrieb zurückgeförderte Dickstoff sonst unter Umständen mit hoher Geschwindigkeit bzw. hohem Druck aus der Zuführöffnung 33 herausgedrückt wird, was zu Schäden oder anderen Problemen im Bereich der Zuführung 33 der Förderschnecke 30 führen kann. Aus diesem Grund kann für den Reversierbetrieb eine Förderleistung Rev _S oii über die Eingabeeinheit 42 eingestellt werden, die beispielsweise 25% - 50 % der Betriebsförderleistung der Förderschnecke 30 betragen kann.

Bei der ini Figur 1 dargestellten Ausführungsform der Erfindung wird der Hydraulikdruck der Antriebseinheit 31 vorteilhafterweise über den Sensor 34 auch im Reversierbetrieb überwacht. Sollte über diesen Drucksensor 34 für den Reversierbetrieb ein erhöhter Antriebsdruck, der über einem Schwellwert Rev _P-R (Reversierbetrieb Druck P Reversier) liegt, festgestellt werden, wird die Förderschnecke 30, gegebenenfalls nach einer kurzen Wartezeit von beispielsweise 3 Sekunden, bereits wieder in den Förderbetrieb umgeschaltet, noch bevor die vorgegebene Anzahl von Reversierumdrehungen Rev _Anz erreicht ist. Im Fall eines hohen Druckes am Sensor 34 im Reversierbetrieb ist zu vermuten, dass beispielsweise ein Stein oder ähnliches zwischen den Förderschneckenwendeln 32a und dem Förderschneckengehäuse oder zwischen den Förderschneckenwendeln bei einer Doppelförderschnecke eingeklemmt ist, weshalb es nicht ratsam ist, die eingestellte Anzahl von Reversierumdrehungen auszuführen, denn dadurch könnten die Schneckenwendel 32a oder das Gehäuse der Förderschnecke 30 beschädigt werden. Stattdessen wird die Förderschnecke 30 zügig wieder in den Förderbetrieb umgeschaltet, um die Störung hierdurch zu beseitigen, d.h. in diesem Beispiel, dass ein eingeklemmter Stein durch mehrmaliges Umschalten zwischen Förder- und Reversierbetrieb gelöst wird.

In Figur 2 ist eine zweite Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei der ein Drucksensor 37 am Zuführkanal 1 1 zwischen der Förderschnecke 30 und der Fördereinheit 20 angeordnet ist. Auch bei dieser Ausführungsform wird bevorzugt ein hydraulischer Antrieb 31 für den Betrieb der Förderschnecke 30 eingesetzt, aber im Gegensatz zu der Ausführungsform gemäß Figur 1 wird hier der Druck des geförderten Dickstoffes gemessen, wodurch sich auf eine Störung im Förderbetrieb schliessen lässt.

Die Funktionalität dieser Ausführungsform bei dem Überschreiten eines - Schwellwertes Rev P-Z (Reversierbetrieb Druck P Zuführheinheit) läuft analog zu der ersten Ausführungsform ab. Da bei diesem Ausführungsbeispiel eine Druckmessung im Reversierbetrieb keine Erkenntnisse über eine Störung, beispielsweise einen eingeklemmten Stein in der Förderschnecke 30 bringt, kann eine Druckmessung im Reversierbetrieb nicht für die Steuerung des Reversierbetriebes verwendet werden. In Figur 3 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der die Förderschnecke 30 nicht von einem Hydraulikmotor, sondern von einem Elektromotor 1 1 angetrieben wird. Für diesen Zweck ist eine Spannungsquelle 52 vorgesehen, die über einen von der Steuereinheit 40 gesteuerten Regler 54 den Motor 51 mit Strom versorgt. In der Zuleitung zum Motor 51 , zwischen dem Regler 54 und dem Motor 51 , ist eine Strommessvorrichtung 53 angeordnet, die den für den Betrieb des Motors 51 notwendigen Strom über die Kontrollleitung 41 an die Steuereinheit 40 meldet. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung kann der erfasste Stromfluss zum Betrieb des Elektromotors 51 analog zum Antriebsdruck des Hydraulikmotors 31 , gemäss dem Ausführungsform nach Figur 1 , verwendet werden.

Die Ausführungsformen der Erfindung gemäß den Figuren sind auch untereinander kombinierbar. Dass heisst, dass beispielsweise der Drucksensor 37 nach dem Ausführungsbeispiel gemäß der Figur 2 auch mit dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 kombiniert werden kann und der jeweils zuerst auslösende Drucksensor (34 oder 37) den Reversierbetrieb der Schnecke auslöst. Ebenso könnte der Drucksensor 37 aus Figur 2 mit einem elektrischen Förderschneckenantrieb gemäss Figur 3 zusätzlich Anwendung finden.

Eine weitere mögliche Ausführungsform der Erfindung wäre, mit bekannten Maßnahmen den Füllungsgrad der Zwei-Zylinder-Kolbenpumpe 20, wie z.B. aus der o.g. Schrift EP 0562398 B1 bekannt ist, als Indikator für das Auslösen des Reversierbetriebes zu verwenden. Dass heißt, sobald ein sehr geringer Füllungsgrad der Zwei-Zylinder-Kolbenpumpe erfasst wird, wird eine Störung des Dickstoffflusses vermutet und die Förderschnecke 30 in den Reversierbetrieb umgeschaltet.

Bezuaszeichenliste

10 Dickstoffpumpe

1 1 Zuführkanal

20 Fördereinheit / Zwei-Zylinder-Kolbenpumpe 21 Auslass

30 Zuführeinheit / Förderschnecke

31 Hydraulikantrieb Förderschnecke

32 Förderschneckenachse

32a Förderschneckenwendel glatt

32b Förderschneckenwendel unterteilt

33 Zuführöffnung

34 Hydraulikdrucksensor Antrieb

35 Steuerleitung für Reversiervorgang

36 Hydraulikleitung Antrieb Förderschnecke 37 Drucksensor Zuführkanal

40 Steuervorrichtung

41 Sensorleitung

42 EinVAusgabeeinrichtung

43 Hydraulik-Antriebseinheit

43a Antriebsmotor Hydraulikpumpen

43b Hydraulikpumpe Fördereinheit 43c Hydraulikpumpe Förderschnecke

43d Steuerung Antrieb Förderschnecke

44 Hydraulik-Steuerblock Zweizylinder-Kolbenpumpe 51 Elektrischer Antrieb Förderschnecke

52 Spannungsquelle Antrieb

53 Strommesser Antrieb

54 Elektrische Motorregelung

Rev p-B Grenzwert Hydraulikdruck im Förderbetrieb

Rev P-R Grenzwert Hydraulikdruck im Reversierbetrieb Rev i-eGrenzwert Strom im Förderbetrieb

Rev i- _R Grenzwert Strom im Reversierbetrieb

Rev p-z Grenzwert Druck Zuführkanal

Rev soii Drehgeschwindigkeit Reversieren

Rev Anz Anzahl Rerversierzyklen

Rev umd Anzahl Reversierumdrehungen