DE102020106987A1 - Foam generation structure and foam generation module with a foam generation structure - Google Patents

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Emil Nathanson
Christian Himmelsbach
Frédéric Cousseau
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Abstract

Ein Kartuschenkörper (212) weist eine Schaumerzeugungsstruktur (309) auf, die durch eine Anzahl von Gitterzellen (306) gebildet ist. Die Gitterzellen (306) wiederum sind aus Gitterstäben (403) geformt. Die Dimensionen der Gitterzellen (306) sind insbesondere mit additiven Herstellungsverfahren verhältnismäßig einfach zum genauen Einstellen von Schaumfluiden für spezifische Anwendungsbereiche beispielsweise im Zusammenhang mit einer Tunnelbohrmaschine herstellbar.A cartridge body (212) has a foam generation structure (309) which is formed by a number of grid cells (306). The grid cells (306) in turn are formed from grid bars (403). The dimensions of the grid cells (306) can be manufactured relatively easily, in particular with additive manufacturing processes, for the precise setting of foam fluids for specific areas of application, for example in connection with a tunnel boring machine.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaumerzeugungsstruktur zum Erzeugen von Schäumen für das Konditionieren von Abbaumaterial gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a foam generating structure for generating foams for conditioning degradation material according to the preamble of claim 1.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Schaumerzeugungsmodul mit einer Schaumerzeugungsstruktur.The invention further relates to a foam generation module with a foam generation structure.

Eine derartige Schaumerzeugungsstruktur und ein Schaumerzeugungsmodul mit einer Schaumerzeugungsstruktur sind aus EP 0 580 510 A1 bekannt. Die vorbekannte Schaumerzeugungsstruktur besteht aus einzelnen torisch perlenartig geformten Strömungsverwirbelungselementen, die zum Ausbilden eines Schaumerzeugungsmoduls in einer zylinderartigen Kammer angeordnet sind.Such a foam generation structure and a foam generation module with a foam generation structure are made of EP 0 580 510 A1 known. The previously known foam generation structure consists of individual toroidal, pearl-like shaped flow swirling elements which are arranged in a cylinder-like chamber to form a foam generation module.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaumerzeugungsstruktur der eingangs genannten Art und ein zugehöriges Schaumerzeugungsmodul anzugeben, die sich bei einer verhältnismäßig einfachen Herstellbarkeit durch eine gute Anpassbarkeit für das genaue Einstellen von Schäumen sowie durch eine einfache Handhabbarkeit auszeichnen.The invention is based on the object of specifying a foam generation structure of the type mentioned at the beginning and an associated foam generation module which, while being relatively simple to manufacture, are characterized by good adaptability for the precise setting of foams and simple handling.

Diese Aufgabe wird bei einer Schaumerzeugungsstruktur gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved according to the invention with a foam generation structure according to the preamble of claim 1 with the characterizing features of claim 1.

Diese Aufgabe wird weiterhin mit einem Schaumerzeugungsmodul mit den Merkmalen des Anspruchs 16 gelöst.This object is also achieved with a foam generation module having the features of claim 16.

Dadurch, dass die Strömungsverwirbelungselemente aus Gitterzellen gebildet sind, die wiederum aus Gitterstäben aufgebaut sind, lässt sich die Schaumerzeugungsstruktur insbesondere mit einem additiven Herstellungsverfahren verhältnismäßig einfach und dennoch in der Grundstruktur höchst variabel sowie auch in relativ geringen Stückzahlen recht preiswert und dennoch zum genauen Einstellen bestimmter Schäume genau angepasst herstellen.Because the flow turbulence elements are formed from grid cells, which in turn are made up of grid bars, the foam generation structure can be relatively simple, especially with an additive manufacturing process, and yet highly variable in the basic structure and also in relatively small numbers quite inexpensive and yet for the precise setting of certain foams Manufacture exactly adapted.

Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.Expedient developments of the invention are the subject of the dependent claims.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Erläuterung von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Figuren der Zeichnung.Further useful refinements and advantages of the invention emerge from the following explanation of exemplary embodiments with reference to the figures of the drawing.

Es zeigen:

  • 1 in einer stark schematisierten Seitenansicht ein Beispiel einer Tunnelbohrmaschine mit einer Schaumerzeugungseinheit, die eine Anzahl von Schaumerzeugungsmodulen aufweist,
  • 2 in einer Schnittansicht ein Ausführungsbeispiel einer Schaumlanze eines Schaumerzeugungsmoduls mit einem Kartuschenaufnahmekörper, der einen Kartuschenkörper umschließt,
  • 3 in einer Teilschnittansicht eine einstückige Ausführung einer Schaumlanze mit einem Kartuschenkörper,
  • 4 in einer Teilschnittansicht eine Schaumlanze mit einem Kartuschenaufnahmekörper und mit einem eingefügten Kartuschenkörper als Alternative für die Anordnung gemäß 3,
  • 5 in einer Teilschnittansicht die Ausführung des Kartuschenkörpers gemäß 3 mit zwei Typen von Gitterzellen einer Schaumerzeugungsstruktur, die jeweils in einer Ebene angeordnet sind,
  • 6 in einer perspektivischen Ansicht eine Ebene eines ersten Gittertyps der Schaumerzeugungsstruktur gemäß der Ausführung von 5,
  • 7 in einer perspektivischen Ansicht eine Gitterzelle der in 6 dargestellten Ebene des ersten Gittertyps,
  • 8 in einer perspektivischen Ansicht eine Ebene eines zweiten Gittertyps der Schaumerzeugungsstruktur gemäß der Ausführung von 5,
  • 9 in einer perspektivischen Ansicht eine Gitterzelle der in 8 dargestellten Ebene des zweiten Gittertyps,
  • 10 in einer Teilschnittansicht die Ausführung eines Kartuschenkörpers mit einer Schaumerzeugungsstruktur, die ausschließlich aus Gitterzellen eines dritten Typs aufgebaut ist,
  • 11 in einer perspektivischen Ansicht eine Ebene mit Gitterzellen des dritten Typs der Schaumerzeugungsstruktur nach 10,
  • 12 in einer perspektivischen Ansicht eine Gitterzelle des dritten Typs aus der in 11 dargestellten Ebene von Gitterzellen,
  • 13 in einer Seitenansicht eine Ausführung eines Kartuschenkörpers, der aus zwei Teilen besteht,
  • 14 in einer perspektivischen Ansicht eine weitere Ausführung eines Kartuschenkörpers, der mit einer durchbrochenen Außenwand ausgebildet ist, und
  • 15 in einer perspektivischen Ansicht eine weitere Ausführung eines Kartuschenkörpers, der wandfrei ausgebildet ist.
Show it:
  • 1 in a highly schematic side view, an example of a tunnel boring machine with a foam generation unit, which has a number of foam generation modules,
  • 2 in a sectional view an embodiment of a foam lance of a foam generation module with a cartridge receiving body which encloses a cartridge body,
  • 3 in a partial sectional view a one-piece design of a foam lance with a cartridge body,
  • 4th in a partial sectional view a foam lance with a cartridge receiving body and with an inserted cartridge body as an alternative to the arrangement according to FIG 3 ,
  • 5 in a partial sectional view the design of the cartridge body according to 3 with two types of grid cells of a foam generation structure, each arranged in a plane,
  • 6th in a perspective view a plane of a first lattice type of the foam generation structure according to the embodiment of FIG 5 ,
  • 7th in a perspective view a grid cell of the in 6th the plane of the first type of grid shown,
  • 8th in a perspective view a plane of a second lattice type of the foam generation structure according to the embodiment of FIG 5 ,
  • 9 in a perspective view a grid cell of the in 8th level of the second grid type shown,
  • 10 in a partial sectional view the design of a cartridge body with a foam generation structure which is built up exclusively from grid cells of a third type,
  • 11 in a perspective view a plane with grid cells of the third type of the foam generation structure according to FIG 10 ,
  • 12th in a perspective view a grid cell of the third type from FIG 11 illustrated level of grid cells,
  • 13th in a side view an embodiment of a cartridge body, which consists of two parts,
  • 14th in a perspective view another embodiment of a cartridge body, which is formed with a perforated outer wall, and
  • 15th in a perspective view a further embodiment of a cartridge body which is designed without walls.

1 zeigt in einer stark schematisierten Seitenansicht beispielhaft eine Tunnelbohrmaschine 103, die in an sich bekannter Art und Weise über ein mit Abbauwerkzeugen bestücktes drehbares Schneidrad 106 verfügt, mit dem an einer Ortsbrust 109 anstehende Geologie abbaubar und in eine in Abbaurichtung hinter dem Schneidrad 106 angeordnete Abbaukammer 112 als Abbaumaterial einförderbar ist. Das Abbaumaterial ist mittels einer beispielsweise als Schneckenförderer ausgebildeten Abfördereinheit 115 aus der Abbaukammer 112 abförderbar. 1 shows an example of a tunnel boring machine in a highly schematic side view 103 , which in a manner known per se via a rotatable cutting wheel equipped with excavation tools 106 with the one on a face 109 Pending geology can be mined and in one behind the cutting wheel in the mining direction 106 arranged excavation chamber 112 can be fed in as mining material. The mining material is by means of a conveying unit designed, for example, as a screw conveyor 115 from the mining chamber 112 conveyable.

Weiterhin ist die Tunnelbohrmaschine 103 mit einer Schaumerzeugungseinheit 118 ausgestattet, die über eine Anzahl von Schaumerzeugungsmodulen 121 verfügt. Die Schaumerzeugungsmodule 121 sind mit einem Druckluftspeicher 124 und mit einem Schaumflüssigkeitsspeicher 127 verbunden, über die mittels einer Druckluftleitungsanordnung 130 beziehungsweise mittels einer Schaumflüssigkeitsleitungsanordnung 133 den Schaumerzeugungsmodulen 121 unter Druck stehende Luft als auch aufschäumbare Schaumflüssigkeit, beispielsweise eine Tensidlösung, als schaumbildendes Fluid einspeisbar sind.Furthermore, the tunnel boring machine is 103 with a foam generation unit 118 equipped with a number of foam generation modules 121 disposes. The foam generation modules 121 are with a compressed air reservoir 124 and with a foam liquid reservoir 127 connected via the means of a compressed air line arrangement 130 or by means of a foam liquid line arrangement 133 the foam generation modules 121 Pressurized air as well as foamable foam liquid, for example a surfactant solution, can be fed in as a foam-forming fluid.

Mit den Schaumerzeugungsmodulen 121, die bezüglich ihrer Schaumerzeugungseigenschaften zweckmäßigerweise unterschiedlich ausgestaltet sind, lässt sich jeweils ein Schaumfluid mit spezifischen Eigenschaften erzeugen und über eine erste Schaumleitungsanordnung 136 der Abfördereinheit 115, über eine zweite Schaumleitungsanordnung 139 der Abbaukammer 112 und über eine dritte Schaumleitungsanordnung 142, die abschnittsweise durch eine Drehdurchführung 145 und durch das Schneidrad 106 verläuft, dem unmittelbar vor der Ortsbrust 109 liegenden Abbauraum für jeden Einsatzbereich jeweils speziell konditioniertes Schaumfluid jeweils über Injektionsdüsen 148 zuführen.With the foam generation modules 121 , which are expediently designed differently with regard to their foam generation properties, a foam fluid with specific properties can each be generated and via a first foam line arrangement 136 the discharge unit 115 , via a second foam line arrangement 139 the mining chamber 112 and via a third foam line arrangement 142 , which in sections through a rotating union 145 and through the cutting wheel 106 runs directly in front of the face 109 Lying dismantling room for each area of use specially conditioned foam fluid in each case via injection nozzles 148 respectively.

2 zeigt in einer teilgeschnittenen Schnittansicht in einem Längsschnitt ein Ausführungsbeispiel eines Schaumerzeugungsmoduls 121. Das Schaumerzeugungsmodul 121 gemäß 2 verfügt als Schaumlanze über einen als Rohrteil zylinderartig ausgebildeten Kartuschenaufnahmekörper 203 beispielsweise aus Stahl, der endseitig mit jeweils einem Ringflansch 206, 209 zum Anschluss an die Druckluftleitungsanordnung 130, die Schaumflüssigkeitsleitungsanordnung 133 und eine der Schaumleitungsanordnungen 136, 139, 142 eingerichtet ist. In den Kartuschenaufnahmekörper 203 ist ein Kartuschenkörper 212 eingefügt, wobei der Kartuschenaufnahmekörper 203 und der im Wesentlichen zylinderartig ausgebildete Kartuschenkörper 212 so aufeinander angepasst dimensioniert sind, dass diese weitgehend spaltfrei ineinandergreifen. Zum beidseitigen endseitigen fluidischen Abdichten und Fixieren sind endseitige O-Ringe 215 vorhanden, die in entsprechende O-Ringnuten 218 des Kartuschenkörpers 212 eingefügt sind. 2 shows in a partially sectioned sectional view in a longitudinal section an embodiment of a foam generation module 121 . The foam generation module 121 according to 2 As a foam lance, it has a cartridge receiving body designed as a tube part in the manner of a cylinder 203 for example made of steel, each end with an annular flange 206 , 209 for connection to the compressed air line arrangement 130 , the foam liquid conduit assembly 133 and one of the foam conduit assemblies 136 , 139 , 142 is set up. In the cartridge receptacle 203 is a cartridge body 212 inserted, the cartridge receiving body 203 and the cartridge body, which is designed essentially in the manner of a cylinder 212 are dimensioned so that they are adapted to one another so that they engage in one another largely without any gaps. End-side O-rings are used for fluidic sealing and fixing at both ends 215 present in corresponding O-ring grooves 218 of the cartridge body 212 are inserted.

Weiterhin sind in der Darstellung gemäß 2 zwei Schnellkupplungen 221, 224 dargestellt, die zum Verbinden des Kartuschenaufnahmekörpers 203 mit einem Leitungsendstück 227 der Schaumflüssigkeitsleitungsanordnung 133 beziehungsweise mit einem Leitungsendstück 230 einer Schaumleitungsanordnung 136, 139, 142 eingerichtet ist. Die Leitungsendstücke 227, 230 weisen bei diesem Ausführungsbeispiel hierfür jeweils einen Ringflansch 233, 236 auf, die jeweils einem Ringflansch 206, 209 des Kartuschenaufnahmekörpers 203 gegenüberliegen. Radial außenseitig der Paare von mit ihren Flachseiten aneinander anstoßenden Ringflanschen 206, 209, 233, 236 ist jeweils eine Quetschdichtung 239, 242 vorhanden, die durch Einwirken der Schnellkupplungen 221, 224 beim Spannen den Spalt zwischen den Paaren von Ringflanschen 206, 209, 233, 236 abdichtet.Furthermore, in the representation according to 2 two quick-release couplings 221 , 224 shown, for connecting the cartridge receiving body 203 with a cable end piece 227 the foam liquid line arrangement 133 or with a cable end piece 230 a foam line arrangement 136 , 139 , 142 is set up. The pipe end pieces 227 , 230 in this exemplary embodiment each have an annular flange for this purpose 233 , 236 on, each with an annular flange 206 , 209 of the cartridge receiving body 203 opposite. Radially on the outside of the pairs of ring flanges abutting one another with their flat sides 206 , 209 , 233 , 236 is a pinch seal 239 , 242 available by the action of the quick-release couplings 221 , 224 when clamping the gap between the pairs of ring flanges 206 , 209 , 233 , 236 seals.

Zudem lässt sich der Darstellung gemäß 2 entnehmen, dass der Kartuschenaufnahmekörper 203 an seinem bei bestimmungsgemäßer Verwendung dem Leitungsendstück 230 einer Schaumleitungsanordnung 136, 139, 142 zugewandten Ende mit einer Anschlagschulter 245 ausgebildet ist, die für den Kartuschenkörper 212 in Strömungsrichtung der Schaumflüssigkeit einen Stoppanschlag bildet.In addition, according to the representation 2 infer that the cartridge receiving body 203 on its cable end piece when used as intended 230 a foam line arrangement 136 , 139 , 142 facing end with a stop shoulder 245 is designed for the cartridge body 212 forms a stop in the direction of flow of the foam liquid.

3 zeigt in einer teilgeschnittenen Seitenansicht ein Ausführungsbeispiel eines Kartuschenkörpers 212, der eine außenseitige geschlossene, druckfeste Wand 303 als Umgrenzung aufweist und der mit einer aus einer Vielzahl von in 3 sehr schematisch dargestellten, Strömungsverwirbelungselemente bildenden Gitterzellen 306 aufgebauten Schaumerzeugungsstruktur 309 ausgebildet ist. Die Schaumerzeugungsstruktur 309 ist somit einstückig mit der Wand 303 geformt und von dieser radial außenseitig fluiddicht umschlossen. Die Druckfestigkeit der Wand 303 ist dabei so eingerichtet, dass sie gegenüber den üblichen Betriebsdrücken bei zur Schaumerzeugung dienenden Schaumlanzen ausreichend widerstandsfähig ist. 3 shows in a partially sectioned side view an embodiment of a cartridge body 212 , the one outside closed, pressure-resistant wall 303 as a boundary and the one with one of a large number of in 3 very schematically shown grid cells forming flow turbulence elements 306 built-up foam generation structure 309 is trained. The foam generation structure 309 is thus in one piece with the wall 303 shaped and enclosed by this radially on the outside in a fluid-tight manner. The compressive strength of the wall 303 is set up in such a way that it is sufficiently resistant to the normal operating pressures of foam lances used to generate foam.

An dem Kartuschenkörper 212 gemäß dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel sind endseitig in der Wand 303 in Umfangsrichtung umlaufende Ringnuten 312, 315 ausgebildet. In den an den Kartuschenkörper 212 angrenzenden Leitungsendstücken 227, 230 der Schaumflüssigkeitsleitungsanordnung 133 beziehungsweise einer Schaumleitungsanordnung 136, 139, 142 sind ebenfalls in Umfangsrichtung umlaufende Ringnuten 318, 321 ausgebildet. In die Ringnuten 312, 315, 318, 321 greift in der Darstellung gemäß 3 bestimmungsgemäß jeweils eine Ringschulter einer Schnellkupplung 221, 224 ein. Innenseitig der Schnellkupplungen 221, 224 ist jeweils eine Quetschdichtung 239, 242 eingefügt, um den stumpfen Stoß zwischen dem Kartuschenkörper 212 und den Leitungsendstücken 227, 230 fluiddicht abzudichten.On the cartridge body 212 according to the in 3 illustrated embodiment are at the end in the wall 303 in the circumferential direction circumferential annular grooves 312 , 315 educated. In the to the cartridge body 212 adjacent pipe end pieces 227 , 230 the foam liquid line arrangement 133 or one Foam line arrangement 136 , 139 , 142 are also circumferential annular grooves 318 , 321 educated. In the ring grooves 312 , 315 , 318 , 321 applies in the representation accordingly 3 one ring shoulder of a quick coupling as intended 221 , 224 a. Inside of the quick couplings 221 , 224 is a pinch seal 239 , 242 inserted to the butt joint between the cartridge body 212 and the cable end pieces 227 , 230 to seal fluid-tight.

4 zeigt in einer teilgeschnittenen Ansicht ein Ausführungsbeispiel eines Kartuschenkörpers 212 gemäß der Erfindung, bei der unter anderem detaillierter der grundsätzliche Aufbau einer Schaumerzeugungsstruktur 309 gemäß der Erfindung dargestellt ist. Aus der Darstellung gemäß 4 lässt sich entnehmen, dass die Gitterzellen 306 der Schaumerzeugungsstruktur 309 aus einer Vielzahl von Gitterstäben 403 aufgebaut sind, die gitterartig miteinander verbunden sind und der Schaumerzeugungsstruktur 309 eine verhältnismäßig hohe innere Steifigkeit verleihen. 4th shows in a partially sectioned view an embodiment of a cartridge body 212 according to the invention, in which, inter alia, the basic structure of a foam generation structure 309 is shown according to the invention. From the representation according to 4th it can be seen that the grid cells 306 the foam generation structure 309 from a variety of bars 403 are constructed, which are connected to one another in a grid-like manner and the foam generation structure 309 give a relatively high internal rigidity.

Weiterhin lässt sich der Darstellung gemäß 4 entnehmen, dass bei diesem Ausführungsbeispiel ein Kartuschenaufnahmekörper 203 als druckstabiler Hohlzylinder beispielsweise aus Stahl mit einer entsprechend der Gestalt der Wand 303 des Kartuschenkörpers 212 gemäß 3 geformten Außenwand 406 ausgebildet ist. Dadurch lässt sich der Kartuschenaufnahmekörper 203 mit einem eingefügten Kartuschenkörper 212 insbesondere bei sehr hohen Drücken als direkter Ersatz für den einstückigen Kartuschenkörper 212 gemäß dem Ausführungsbeispiel nach 3 verwenden.Furthermore, according to the representation 4th infer that in this embodiment a cartridge receiving body 203 as a pressure-stable hollow cylinder made of steel, for example, with a shape corresponding to the shape of the wall 303 of the cartridge body 212 according to 3 shaped outer wall 406 is trained. This allows the cartridge receiving body 203 with an inserted cartridge body 212 especially at very high pressures as a direct replacement for the one-piece cartridge body 212 according to the embodiment according to 3 use.

5 zeigt in einer teilgeschnittenen Seitenansicht ein Ausführungsbeispiel eines Kartuschenkörpers 212 mit einer Schaumerzeugungsstruktur 309 gemäß der Erfindung mit einer teilweise aufgebrochen dargestellten Wand 303. Aus 5 ist ersichtlich, dass dieses Ausführungsbeispiel über alternierende Gitterebenen 503, 506 verfügt, wobei eine erste Gitterebene 503 mit Gitterzellen 306 eines ersten Typs A und eine zweite Gitterebene 506 mit Gitterzellen 306 eines zweiten Typs B gebildet sind. Die Gitterebenen 503, 506 mit den Gitterzellen 306 des Typ A beziehungsweise des Typs B sind bei diesem Ausführungsbeispiel bis auf die randseitigen Gitterebenen 503, 506 regelmäßig in einem etwa gleichen Abstand voneinander beabstandet, wobei in Längsrichtung zwischen einer Gitterebene 503, 506 mit einem Typ A, B von Gitterzellen 306 jeweils eine Gitterebene 506, 503 mit dem anderen Typ B, A von Gitterzellen 306 angeordnet ist. Somit wechseln sich die Gitterebenen 503, 506 der Typen A, B in Längsrichtung ab. 5 shows in a partially sectioned side view an embodiment of a cartridge body 212 with a foam generating structure 309 according to the invention with a wall shown partially broken away 303 . the end 5 it can be seen that this embodiment has alternating lattice planes 503 , 506 has, with a first grid level 503 with grid cells 306 of a first type A and a second lattice level 506 with grid cells 306 of a second type B. are formed. The lattice levels 503 , 506 with the grid cells 306 of type A or type B. are in this exemplary embodiment up to the edge-side lattice planes 503 , 506 regularly spaced from one another at approximately the same distance, with in the longitudinal direction between a lattice plane 503 , 506 with a type A, B. of grid cells 306 one grid level each 506 , 503 with the other guy B. , A of grid cells 306 is arranged. Thus the grid levels alternate 503 , 506 of types A, B. in the longitudinal direction.

6 zeigt in einer perspektivischen Ansicht die erste Gitterebene 503 mit den Gitterzellen 306 des Typs A bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 5. Der Darstellung gemäß 6 lässt sich entnehmen, dass die Gitterstäbe 403 der Gitterzellen 306 des Typs A in Bezug auf die erste Gitterebene 503 in drei Richtungen schräg ausgerichtet sind und in zentralen, in der Mitte einer Gitterzelle 306 liegenden Kreuzungspunkten 603 innenseitig zusammenlaufen sowie dort miteinander verbunden sind. 6th shows the first grid level in a perspective view 503 with the grid cells 306 of type A in the embodiment according to 5 . According to the representation 6th it can be seen that the bars 403 of the grid cells 306 of type A with respect to the first lattice level 503 are aligned obliquely in three directions and in central, in the middle of a grid cell 306 lying crossing points 603 converge on the inside and are connected to one another there.

7 zeigt in einer perspektivischen Ansicht eine Gitterzelle 306 des Typs A mit den diese Gitterzelle 306 bildenden Gitterstäben 403 bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 5. Aus 7 ist ersichtlich, dass die Gitterzelle 306 eine kubusartige oder in einem Spezialfall würfelartige Gestalt aufweist, wobei sich die Gitterstäbe 403 von den Ecken des Kubus oder Würfels in allen drei Raumrichtungen diagonal schräg zu dessen Mitte erstrecken und in im Wesentlichen mittig liegenden Kreuzungspunkt 603 zusammenlaufen sowie dort miteinander verbunden sind. Hier sind die Gitterstäbe 403 also innenseitig angeordnet. Die virtuellen Kanten beziehungsweise virtuellen randseitigen Seitenflächen der Gitterzellen 306 des Typs A hingegen sind frei von Gitterstäben 403. 7th shows a grid cell in a perspective view 306 of type A with the this grid cell 306 forming bars 403 in the embodiment according to 5 . the end 7th it can be seen that the grid cell 306 has a cube-like or, in a special case, cube-like shape, with the bars 403 extend from the corners of the cube or cube in all three spatial directions diagonally obliquely to its center and at the essentially centrally located intersection point 603 converge and are connected there. Here are the bars 403 so arranged on the inside. The virtual edges or virtual edge-side side surfaces of the grid cells 306 Type A, on the other hand, are free from bars 403 .

8 zeigt in einer perspektivischen Ansicht die zweite Gitterebene 506 des Ausführungsbeispiels eines Kartuschenkörpers 212 gemäß 5. Der Darstellung gemäß 8 lässt sich entnehmen, dass bei den ebenfalls kubusartig oder im Spezialfall würfelartig ausgebildeten Gitterzellen 306 des Typs B deren Gitterstäbe 403 auf den virtuellen Seitenflächen des Kubus beziehungsweise Würfels angeordnet sind und in außenseitigen Kreuzungspunkten 803 zusammenlaufen sowie dort miteinander verbunden sind. Hier sind die Gitterstäbe 403 also randseitig angeordnet. Der Innenraum einer Gitterzelle 306 des Typs B hingegen ist frei von Gitterstäben 403. 8th shows the second grid level in a perspective view 506 of the embodiment of a cartridge body 212 according to 5 . According to the representation 8th it can be seen that in the case of the grid cells, which are likewise designed in the manner of a cube or, in the special case, of a cube-like design 306 of the type B. their bars 403 are arranged on the virtual side surfaces of the cube or cube and at crossover points on the outside 803 converge and are connected there. Here are the bars 403 so arranged at the edge. The interior of a grid cell 306 of the type B. however, it is free of bars 403 .

9 zeigt in einer perspektivischen Ansicht eine Gitterzelle 306 des Typs B mit den auf den virtuellen Seitenflächen angeordneten Gitterstäben 403 bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 5. Die außenseitigen Kreuzungspunkte 803 liegen dabei in etwa in der Mitte der virtuellen Seitenflächen der Gitterzellen 306 des Typs B, während der Innenraum der Gitterzellen 306 des Typs B sowie deren virtuellen Kanten frei von Gitterstäben 403 sind. 9 shows a grid cell in a perspective view 306 of the type B. with the bars arranged on the virtual side surfaces 403 in the embodiment according to 5 . The outside crossing points 803 lie approximately in the middle of the virtual side surfaces of the grid cells 306 of the type B. while the interior of the grid cells 306 of the type B. as well as their virtual edges free of bars 403 are.

Der Aufbau des Kartuschenkörpers 212 gemäß 5 bis 9 mit den alternierenden Gitterebenen 503, 506 mit den Gitterzellen 306 aus den verschieden ausgebildeten Typen A und B zeichnet sich dadurch aus, dass bei einem additiven Fertigungsverfahren, auch als 3-D-Druck bezeichnet, typischerweise mit einem Metall, einer Metalllegierung oder einem Kunststoff in jeder Gitterebene 503, 506 genügend Freiraum zum Entfernen von nicht zu Gitterstäben 403 verbundenen, weiterhin losen Pulvermaterials vorhanden ist, wobei die Gitterebenen 503, 506 aufgrund ihrer unterschiedlichen Struktur für durchtretende Schaumflüssigkeit und durchtretende Druckluft in Längsrichtung einen verhältnismäßig großen Strömungsquerschnitt bilden und für eine sehr effektive Erzeugung eines Schaumfluids sorgen.The structure of the cartridge body 212 according to 5 until 9 with the alternating lattice levels 503 , 506 with the grid cells 306 from the differently trained types A and B. is characterized in that in an additive manufacturing process, also referred to as 3-D printing, typically with a metal, a metal alloy or a plastic in each grid level 503 , 506 enough clearance for removing not too Bars 403 connected, further loose powder material is present, the lattice planes 503 , 506 due to their different structure for foam liquid and compressed air passing through, form a relatively large flow cross-section in the longitudinal direction and ensure a very effective generation of a foam fluid.

10 zeigt in einer teilweise aufgerissenen Seitenansicht entsprechend 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines einstückigen Kartuschenkörpers 212 entsprechend dem Ausführungsbeispiel gemäß 3, der jedoch mit einheitlichen Gitterzellen 306 eines Typs C ausgebildet ist, die jeweils in Gitterebenen 1003 angeordnet sind. 10 shows in a partially torn side view accordingly 5 another embodiment of a one-piece cartridge body 212 according to the embodiment according to 3 , but with uniform grid cells 306 of a type C. is formed, each in lattice planes 1003 are arranged.

11 zeigt in einer perspektivischen Ansicht eine Gitterebene 1003 gemäß 10, wobei sich aus der Darstellung gemäß 11 erkennen lässt, dass die Gitterzellen 306 des Typs C eine räumlich verhältnismäßig dichte Anordnung von Gitterstäben 403 aufweisen. 11 shows a lattice plane in a perspective view 1003 according to 10 , whereby from the representation according to 11 reveals that the grid cells 306 of the type C. a spatially relatively dense arrangement of bars 403 exhibit.

12 zeigt in einer perspektivischen Ansicht eine Gitterzelle 306 des Typs C bei dem Ausführungsbeispiel eines Kartuschenkörpers 212 gemäß 10 und 11. Die kubusartig oder im Spezialfall würfelartig ausgebildete Gitterzelle 306 des Typs C lässt sich als Synthese der Gitterzellen 306 der Typen A sowie B mit innenseitigen und mit randseitigen Gitterstäben 403 auffassen. Der Typ C von Gitterzellen 306 weist sowohl sich von den Eckpunkten nach in drei Richtungen diagonal innen zu einem innenseitigen Kreuzungspunkt 603 zusammenlaufende Gitterstäbe 403 als auch auf den virtuellen Seitenflächen der Gitterzelle 306 liegende und zu außenseitigen Kreuzungspunkten 803 zusammenlaufende Gitterstäbe 403 auf, wobei auch bei der Gitterzelle 306 des Typs C die virtuellen Seitenkanten frei von Gitterstäben 403 sind. 12th shows a grid cell in a perspective view 306 of the type C. in the embodiment of a cartridge body 212 according to 10 and 11 . The cube-like or, in the special case, cube-like lattice cell 306 of the type C. can be seen as a synthesis of the grid cells 306 of types A as well as B. with inside and with edge bars 403 grasp. The guy C. of grid cells 306 points both from the corner points in three directions diagonally inside to an inside crossing point 603 converging bars 403 as well as on the virtual side surfaces of the grid cell 306 lying and crossing points on the outside 803 converging bars 403 on, and also with the grid cell 306 of the type C. the virtual side edges free of bars 403 are.

Daraus ergibt sich, dass die Gitterzellen 306 des Typs C bereits für sich allein genommen einen sehr hohen Strömungsquerschnitt für das durchtretende Gemisch aus schaumbildender Schaumflüssigkeit und Druckluft haben, was zu einer besonders effektiven Bildung von Schaumfluid führt.It follows that the grid cells 306 of the type C. in and of themselves have a very high flow cross-section for the mixture of foam-forming foam liquid and compressed air flowing through, which leads to a particularly effective formation of foam fluid.

13 zeigt in einer Seitenansicht eine Weiterbildung eines Kartuschenkörpers 212, der in Längsrichtung geteilt und zweiteilig mit einer ersten Einsatzkörperhälfte 1303 sowie mit einer zweiten Einsatzkörperhälfte 1306 als Einsatzkörper ausgebildet ist. Die jeweils einstückig mit einer Wand 303 sowie mit einer Schaumerzeugungsstruktur 309 ausgestalteten Einsatzkörperhälften 1303, 1306 sind mit radial außen liegenden, abgewinkelten Randkanten 1309 ausgebildet, die eine zueinander komplementäre Gestalt aufweisen, so dass eine bestimmungsgemäße gleiche Ausrichtung der Einsatzkörperhälften 1303, 1306 mit der Schaumerzeugungsstruktur 309 in jeweils gleicher Richtung sichergestellt ist. In zusammengefügter Anordnung entspricht der zweiteilige Kartuschenkörper 212 in dem Ausführungsbeispiel gemäß 13 funktional dem einteiligen Kartuschenkörper 212 in den Ausführungsbeispielen gemäß 4, 5 und 10. 13th shows a further development of a cartridge body in a side view 212 , which is divided in the longitudinal direction and in two parts with a first insert body half 1303 as well as with a second insert body half 1306 is designed as an insert body. Each integral with a wall 303 as well as with a foam generation structure 309 designed insert body halves 1303 , 1306 are with radially outer, angled edges 1309 formed, which have a shape complementary to one another, so that a proper alignment of the insert body halves 1303 , 1306 with the foam generation structure 309 is ensured in each case in the same direction. In the assembled arrangement, the two-part cartridge body corresponds 212 in the embodiment according to 13th functionally the one-piece cartridge body 212 in the exemplary embodiments according to 4th , 5 and 10 .

Beim Herstellen einer Schaumerzeugungsstruktur 309 mit Gitterzellen 306 des voranstehend erläuterten Typs C ist die zweiteilige Ausgestaltung gemäß 13 jedoch besonders vorteilhaft, da hier bei einem additiven Herstellungsverfahren verbleibendes loses Pulvermaterial auf verhältnismäßig kurzen Wegen aus den zwischen den Randkanten 1309 liegenden Innenseiten austreten kann.When making a foam generating structure 309 with grid cells 306 of the type discussed above C. is the two-part design according to 13th however, it is particularly advantageous because, in the case of an additive manufacturing process, the loose powder material remaining on relatively short distances from between the marginal edges 1309 can leak lying insides.

14 zeigt in einer perspektivischen Ansicht eine weitere Ausführung eines Kartuschenkörpers 212, der wie die Kartuschenkörper 212 bei den Ausführungsbeispielen gemäß 4, 5 und 10 einteilig, aber abweichend von diesen Ausführungsbeispielen mit einer durch Freiräume 1403 durchbrochenen äußeren einstückigen Wandstruktur 1406 ausgebildet ist. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 14 ist die Wandstruktur 1406 durch eine Anzahl von gewinkelt zur Längsachse ausgerichteten, verhältnismäßig schmalen und hier spiralförmigen Ringsträngen 1409 gebildet, die durch Abschlussringe 1412, 1415 in axialer Richtung begrenzt den Kartuschenkörper 212 versteifen. 14th shows a further embodiment of a cartridge body in a perspective view 212 who like the cartridge body 212 in the embodiments according to 4th , 5 and 10 in one piece, but deviating from these exemplary embodiments with one through free spaces 1403 openwork outer one-piece wall structure 1406 is trained. In the embodiment according to 14th is the wall structure 1406 by a number of relatively narrow and here spiral-shaped ring strands aligned at an angle to the longitudinal axis 1409 formed by locking rings 1412 , 1415 limits the cartridge body in the axial direction 212 stiffen.

Die Ausführung eines Kartuschenkörpers 212 gemäß 14 findet zweckmäßigerweise bevorzugt in Verbindung mit einer Schaumerzeugungsstruktur 309 mit Gitterzellen 306 des Typs C Verwendung, da bei einem additiven Herstellungsverfahren im Innenraum des Kartuschenkörpers 212 befindliches loses Pulvermaterial bei verhältnismäßig dicht gepackten Gitterstäben 403 auch über die Außenseite der Wandstruktur 1406 austreten kann.The execution of a cartridge body 212 according to 14th expediently preferably in connection with a foam generation structure 309 with grid cells 306 of the type C. Use because in an additive manufacturing process in the interior of the cartridge body 212 loose powder material located in relatively tightly packed bars 403 also on the outside of the wall structure 1406 can emerge.

Die Wandstruktur 1406 verleiht auch mit den Freiräumen 1403 dem Kartuschenkörper 212 zum einen eine relativ hohe mechanische Stabilität als auch einen außenseitigen Schutz der Schaumerzeugungsstruktur 309.The wall structure 1406 also gives with the free spaces 1403 the cartridge body 212 on the one hand, a relatively high mechanical stability and, on the other hand, protection of the foam generation structure on the outside 309 .

15 zeigt in einer perspektivischen Ansicht einen einteiligen Kartuschenkörper 212, der abweichend von den voranstehend erläuterten Ausführungsbeispielen von Kartuschenkörpern 212 wandfrei in dem Sinne ist, dass auch die radial außen liegenden Gitterzellen 306 außenseitig völlig frei liegen. Dieses Ausführungsbeispiel findet seinen Einsatz zweckmäßigerweise in Verbindung mit einer Schaumerzeugungsstruktur 309 mit Gitterzellen 306 des Typs C, da diese durch die Vielzahl von Kreuzungspunkten 603, 803 bereits eine verhältnismäßig hohe inhärente Stabilität hat und nicht zwingend einer außenseitigen Stabilisierung durch eine Wand 303 oder durch eine Wandstruktur 1406 bedarf. 15th shows a one-piece cartridge body in a perspective view 212 , which deviates from the above-explained embodiments of cartridge bodies 212 is wall-free in the sense that also the radially outer grid cells 306 completely free on the outside. This exemplary embodiment is expediently used in connection with a foam generation structure 309 with grid cells 306 of the type C. as this is due to the multitude of intersection points 603 , 803 already has a relatively high inherent stability and not necessarily one external stabilization by a wall 303 or through a wall structure 1406 requirement.

Die Kartuschenkörper 212 gemäß 5, 10, 13, 14 und 15 werden zweckmäßigerweise mit einem Kartuschenaufnahmekörper 203 gemäß 2 oder gemäß 4 eingesetzt, da hier keine geschlossene druckfeste Wand 303 erforderlich ist.The cartridge body 212 according to 5 , 10 , 13th , 14th and 15th are expediently with a cartridge receiving body 203 according to 2 or according to 4th used because there is no closed pressure-resistant wall here 303 is required.

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • EP 0580510 A1 [0003]EP 0580510 A1 [0003]

Claims (16)

Schaumerzeugungsstruktur zum Erzeugen eines Schaumfluids für das Konditionieren von Abbaumaterial mit in einer Strömungsrichtung eines schaumbildenden Fluids angeordneten Strömungsverwirbelungselementen (306), dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsverwirbelungselemente aus Gitterstäben (403) gebildete Gitterzellen (306) sind.Foam generating structure for generating a foam fluid for conditioning degradation material with flow swirling elements (306) arranged in a flow direction of a foam-forming fluid, characterized in that the flow swirling elements are grid cells (306) formed from grid bars (403). Schaumerzeugungsstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gitterzellen (306) regelmäßig angeordnet sind.Foam generation structure according to Claim 1 , characterized in that the grid cells (306) are arranged regularly. Schaumerzeugungsstruktur nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gitterzellen (306) sich periodisch wiederholend angeordnet sind.Foam generation structure according to Claim 1 or Claim 2 , characterized in that the grid cells (306) are arranged in a periodically repeating manner. Schaumerzeugungsstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei verschieden ausgebildete Typen (A, B) von Gitterzellen (306) vorhanden sind.Foam generating structure according to one of the Claims 1 until 3 , characterized in that at least two differently designed types (A, B) of grid cells (306) are present. Schaumerzeugungsstruktur nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass Gitterzellen (306) jeweils eines Typs (A, B) in jeweils einer Ebene (503, 506) angeordnet sind.Foam generation structure according to Claim 4 , characterized in that grid cells (306) of one type (A, B) each are arranged in one plane (503, 506). Schaumerzeugungsstruktur nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass Ebenen (503, 506) mit Gitterzellen (306) eines Typs (A, B) regelmäßig voneinander beabstandet sind und wenigstens eine Ebene (503, 506) mit Gitterzellen (306) eines anderen Typs (B, A) einschließen.Foam generation structure according to Claim 4 or Claim 5 , characterized in that planes (503, 506) with grid cells (306) of one type (A, B) are regularly spaced from one another and include at least one plane (503, 506) with grid cells (306) of another type (B, A) . Schaumerzeugungsstruktur nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Gitterstäbe (403) eines Typs (A) von Gitterzellen (306) innenseitig angeordnet sind.Foam generating structure according to one of the Claims 4 until 6th , characterized in that the grid bars (403) of a type (A) of grid cells (306) are arranged on the inside. Schaumerzeugungsstruktur nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Gitterstäbe (403) eines Typs (B) von Gitterzellen (306) randseitig angeordnet sind.Foam generating structure according to one of the Claims 4 until 6th , characterized in that the lattice bars (403) of a type (B) of lattice cells (306) are arranged on the edge. Schaumerzeugungsstruktur nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Gitterstäbe (403) eines Typs (C) von Gitterzellen (306) randseitig und innenseitig angeordnet sind.Foam generating structure according to one of the Claims 4 until 6th , characterized in that the lattice bars (403) of a type (C) of lattice cells (306) are arranged on the edge and on the inside. Schaumerzeugungsstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der Gitterstäbe (403) in Kreuzungspunkten (603, 803) miteinander verbunden sind.Foam generating structure according to one of the Claims 1 until 9 , characterized in that at least some of the bars (403) are connected to one another at crossing points (603, 803). Schaumerzeugungsstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine außenseitige Umgrenzung (303, 1406) vorhanden ist, die die Gitterzellen (306) umgibt.Foam generating structure according to one of the Claims 1 until 10 , characterized in that there is an outside boundary (303, 1406) which surrounds the grid cells (306). Schaumerzeugungsstruktur nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Umgrenzung eine geschlossene Wand (303) ist.Foam generation structure according to Claim 11 , characterized in that the boundary is a closed wall (303). Schaumerzeugungsstruktur nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die die Wand (303) druckfest ist.Foam generation structure according to Claim 12 , characterized in that the wall (303) is pressure-resistant. Schaumerzeugungsstruktur nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Umgrenzung eine durch Freiräume (1403) durchbrochene Wandstruktur (1406) ist.Foam generation structure according to Claim 11 , characterized in that the boundary is a wall structure (1406) perforated by free spaces (1403). Schaumerzeugungsstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl von zueinander passenden Einsatzkörpern (1303, 1306) vorhanden sind.Foam generating structure according to one of the Claims 1 until 14th , characterized in that a number of matching insert bodies (1303, 1306) are present. Schaumerzeugungsmodul mit wenigstens einer Schaumerzeugungsstruktur (309) nach einem der Ansprüche 1 bis 15.Foam generation module with at least one foam generation structure (309) according to one of the Claims 1 until 15th .
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