DE3841123A1 - Duesenmischkoerper fuer das beton-trockenspritzen in form eines rohrstutzens - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Düsenmischkörper für das Beton- Trockenspritzen in Form eines Rohrstutzens, (a) dessen axialer Innen­ raum einen ersten Endbereich, der einen Anschluß an eine Förderleitung von im Dünnstrom gefördertem Beton-Trockengemisch aufweist und einen zweiten Endbereich, der das Austrittsende bildet, hat, (b) der radial außerhalb dieses Innenraums einen Ringraum für eine wäßrige Flüssig­ keit und eine Ringkammer für Druckluft aufweist, die jeweils an ent­ sprechende Zuleitungen angeschlossen sind und (c) Injektionskanäle für Wasser und Injektionskanäle für Druckluft hat, die in gleichen Teilwin­ kel um eine Längsachse des Düsenmischkörpers angeordnet sind, den Ringraum bzw. die Ringkammer mit dem Innenraum verbinden und paarweise zugeordnet sich in ihrem Verlauf so schneiden, daß eine Vermischung von Flüssigkeit und Druckluft auftritt und dieses Gemisch in den axial geförderten Strom des Trockengemischs injiziert wird, bevor dieses den Innenraum verläßt.

Beim Beton-Trockenspritzen ist die Zeitspanne, innerhalb der das Durchmischen des Trockengemischs mit der wäßrigen Flüssigkeit erfolgen muß, äußerst kurz. Um dennoch eine ausreichende Vermischung, die zudem noch möglichst homogen über den gesamten Durchlaßquerschnitt des Düsen­ mischkörpers erfolgt, zu erreichen, muß die Durchmischung möglichst sorgfältig und intensiv ablaufen. Dabei hat es sich als sehr vorteil­ haft herausgestellt, die Flüssigkeit gemischt mit Druckluft in den axial geförderten Trockengemischstrom zu injizieren, um unabhängig von der jeweils zugegebenen zeitlichen Menge an Flüssigkeit jeweils eine ausreichende Durchmischung zu erzielen.

Bei dem aus der DE-PS 32 33 744 vorbekannten Düsenmischkörper der eingangs genannten Art sind die Injektionskanäle paarweise angeordnete Bohrungen, die jeweils den Ringraum bzw. die Ringkammer mit dem Innen­ raum verbinden und im spitzen Winkel aufeinander zulaufen. Dabei wird eine V-förmige Anordnung beschrieben, bei der sich die beiden Injek­ tionskanäle jedes Paares an der Innenwand oder im Innenraum schneiden, also ein gemeinsames Austrittsloch oder in unmittelbarer Nähe liegende Austrittsöffnungen an der Innenwand des Innenraums haben. Eine entspre­ chende Anordnung, bei der sich die Bohrungen der Injektionskanäle jedes Paares während ihres Verlaufs schneiden, so daß eine Y-förmige Anord­ nung gebildet wird, ist aus der DE-PS 32 20 880 vorbekannt.

Düsenmischkörper der hier in Rede stehenden Art sind insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, für das Trockenspritzen von Kunststoffbe­ tonen geeignet. Bei diesen muß der Kunstharzanteil und der Wasseranteil in wechselnder Abhängigkeit voneinander geregelt werden, um beispiels­ weise bei Sanierungsarbeiten zunächst einen kunstharzreichen Beton aufspritzen zu können, der eine höhere Klebfähigkeit und eventuell ein Wassersperrvermögen hat, und anschließend, jedoch frisch auf frisch, hierauf einen kunststoffärmeren Trockenspritzbeton aufzutragen. Da man stets bemüht ist, die Menge an zugegebenem Kunstharz möglichst gering zu halten, da das Harz relativ teuer ist, ist eine gute Durchmischung und Regelbarkeit notwendig.

Bei der V-förmigen Anordnung der Injektionskanäle jedes Paares tritt das Problem auf, daß der Abstand der Austrittsöffnungen bzw. die Größe der gemeinsamen Austrittsöffnung nur bei einer fabrikneuen Spritzdüse gegeben ist. Bei einem Betrieb der Düse werden aufgrund der hohen Abrasion, verursacht durch die abreibende und schleifende Wirkung des axial geförderten Trockengemischs, Bereiche der Innenwand des Rohr­ stutzens ausgewaschen bzw. abgetragen, so daß die ursprüngliche geome­ trische Zuordnung nicht mehr vorliegt. Bereits bei einem Betrieb von ein bis zwei Tagen ist der Abrieb so groß, daß die ursprüngliche wechselseitige Kooperation der beiden Injektionskanäle jedes Paares nicht mehr in ausreichendem Maße gegeben ist und dementsprechend die Vermischung sich verschlechtert. Nachteilig ist dabei, daß die Qualität der Durchmischung von Trockengemisch und wäßriger Flüssigkeit sich ständig, praktisch beginnend mit der Inbetriebnahme einer fabrikneuen Spritzdüse, verschlechtert.

Bei der beschriebenen Y-förmigen Anordnung der Injektionskanäle jedes Paares ist zwar die Empfindlichkeit gegen einen Abrieb der Innenwand des Düsenmischkörpers geringer, bei diesen Düsenmischkörpern ist aber das Verhältnis von Flüssigkeit, also insbesondere Wasser und Luft schwierig einzustellen. Es ist immer wieder beobachtet worden, daß bei zu hohem Luftdruck das Wasser weggedrückt und der Wasserstrom praktisch abge­ schnürt wird. Im praktischen Einsatz haben sich derartige Düsenmisch­ körper daher nicht bewährt.

Weiterhin ist aus der DE-OS 31 36 737 ein Düsenmischkörper für das Betontrockenspritzen vorbekannt, der zwei im axialen Abstand angeord­ nete Sätze von Injektionskanälen aufweist, die jeweils von einem Ring­ raum ausgehen und jeweils an der Innenwand der Spritzdüse eine Aus­ trittsöffnung haben. Die beiden Sätze von Injektionskanälen sind in einem axialen Abstand voneinander angeordnet, der größer ist als die halbe axiale Gesamtlänge des Mischkörpers. Ein erster, in Förderrich­ tung vorn liegender Satz Injektionskanäle ist für die Zuleitung von wässriger Kunststoffemulsion bestimmt, der zweite Satz Injektionskanäle dient der Zufuhr von Wasser.

Ausgehend von dem Düsenmischkörper der eingangs genannten Art liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Nachteile dieses Düsenmischkörpers zu vermeiden und den Düsenmischkörper der eingangs genannten Art dahin­ gehend weiterzubilden, daß eine zwangsweise Vormischung von Flüssigkeit und Druckluft auftritt, bevor das Druckluft-Wasser-Gemisch in den In­ nenraum des Düsenmischkörpers eintritt und daß zwischen Zwangsvermi­ schung und Eintritt in den Innenraum des Düsenmischkörpers das Druckluft-Flüssigkeit-Gemisch eine ausreichend lange Strecke durchlau­ fen muß, so daß auch nach einem Abschleifen von Bereichen der Innenwand des Ringraums die Qualität der Vermischung von Druckluft und Flüssig­ keit und die Qualität der Injektion des entsprechenden Gemisches in den Trockenluftstrom ungeändert bleibt.

Diese Aufgabe wird ausgehend von dem Düsenmischkörper der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Ringkammer konzentrisch zum Ringraum angeordnet ist, daß jedes Paar Injektionskanäle rotationssym­ metrisch zu einer Kanalachse ausgebildet ist, daß jedem Injektionskanal für Druckluft axial versetzt ein gleichachsiger Injektionskanal für Flüssigkeit zugeordnet ist, daß der jeweils innere Injektionskanal einen Trichterbereich und eine diesen zum Innenraum hin fortsetzende, mindestens 5 mm lange Bohrung aufweist, und daß der äußere Injektions­ kanal in diesem Trichterbereich mündet.

Erfindungsgemäß erfolgt die Vermischung von Flüssigkeit und Druckluft im Trichterbereich. Dieser und das Mündungsende des äußeren Injektions­ kanals bilden eine Art Saugstrahlpumpe. Das unter Druck den äußeren Injektionskanal durchströmende Medium, beispielsweise die Flüssigkeit, verläßt den äußeren Injektionskanal im Trichterbereich, dessen Ende eine Düse ausbildet. Hinter dieser Düse weitet sich der Strahl des Mediums zwangsläufig auf und reißt das ringsum ebenfalls unter Druck anliegende zweite Medium mit sich in den Trichterbereich hinein. Aber auch das andere, unter Druck in den Trichterbereich und die an­ schließende Bohrung hineinströmende Medium verursacht durch seine Strömung einen Sog im äußeren Injektionskanal, so daß das dort anste­ hende Medium mitgerissen wird. Die zwangsweise Vermischung von Flüssig­ keit und Druckluft erfolgt dabei in einem Teil des Trichterbereichs, wo der Trichter noch relativ breite Querschnittsfläche, die deutlich größer ist als die Innenfläche der Bohrung, aufweist. Ein wechselsei­ tiges Wegdrücken von Flüssigkeit oder Druckluft wird auf diese Weise verhindert. Der Bereich, in dem die zwangsweise Vermischung von Druckluft und Flüssigkeit stattfindet, ist durch die Bohrung mit dem Innenraum verbunden und, da diese eine vorgegebene Mindestlänge hat, soweit vom Innenraum entfernt, daß ein Abrieb der Bereiche der Innen­ wand des Innenraums keinen Einfluß auf die durch Mischung und die Injektion des Gemisches in den Trockenluftstrom haben. Durchmischung und Injektion werden schlagartig erst dann schlechter, wenn das den Innenraum begrenzende Material soweit aufgezehrt und sich der Innen­ durchmesser des Innenraums soweit vergrößert hat, daß die Bohrungen nur noch äußerst kurz oder völlig verschwunden sind. Dann jedoch ändert sich das Mischergebnis, das der Führer des Düsenmischkörpers ständig beobachten kann, schlagartig, so daß er einen deutlichen Hinweis er­ hält, den Düsenmischkörper auszutauschen. Vorteilhaft ist dabei, daß die Standzeit eines Düsenmischkörpers für die üblicherweise anfallenden Arbeiten, die sich typischerweise über einige Tage erstrecken, aus­ reicht und das Mischergebnis während dieser gesamten Zeit konstant bleibt.

Als sehr vorteilhaft hat es sich erwiesen, die äußeren Injektionskanäle durch Röhrchen auszubilden, die im Trichterbereich sich querschnitts­ mäßig verjüngen. Durch die Röhrchen wird eine einfache Ausbildung der äußeren Injektionskanäle erzielt, zudem lassen sich bequem Verjüngungen und düsenartige Ausbildungen am Mündungsende innerhalb des Trichterbe­ reichs ausführen. Insgesamt läßt sich der erfindungsgemäße Düsenmisch­ körper auf diese Weise relativ einfach und damit auch kostengünstig herstellen.

Vorteilhafterweise beträgt der Innendurchmesser der äußeren Injektions­ kanäle 1 bis 2,5 mm. Die größeren Innendurchmesser werden bei einem Trockengemisch benutzt, wie es der Baustoffhandel anbietet, also insbe­ sondere bei Trockengemisch mit feuergetrocknetem Sand. Die kleineren Werte eignen sich für erdfeuchte Mischungen, wie sie auf der Baustelle zubereitet werden.

Die Länge der Bohrungen der inneren Injektionskanäle kann im Grunde beliebig gewählt werden, vorteilhaft sind Injektionskanäle mit minde­ stens 10 mm Länge. Bei ihnen ist die Verschleißstrecke entsprechend groß.

Schließlich hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Bohrungen und eventuell auch die Trichterbereiche in einer Muffe, die als separates und mit den übrigen Teilen des Düsenkörpers lösbar verbindbares Aus­ tauschteil ausgebildet ist, anzuordnen. Die Muffe bildet das einzige Verschleißteil und kann in einfacher Weise ausgetauscht werden. Hierin liegt ein besonderer Vorzug der erfindungsgemäßen Konstruktion.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den übri­ gen Ansprüchen sowie der nun folgenden Beschreibung eines nicht ein­ schränkend zu verstehenden Ausführungsbeispiels, das unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert wird. In dieser zeigen:

Fig. 1 einen Axialschnitt durch einen Düsenmischkörper nach der Erfin­ dung und

Fig. 2 das mit X gekennzeichnete Detail aus Fig. 1 in einer vergrößer­ ten Darstellung.

Der Düsenmischkörper für das Beton-Trockenspritzen hat allgemein die Form eines Rohrstutzens 20, der sich aus mehreren, im folgenden zu besprechenden Einzelteilen zusammensetzt. Er bildet einen axialen In­ nenraum 22 mit einem lichten Durchmessern von mehreren Zentimetern aus, der an seinem rückwärtigen Endbereich einen Anschluß 24 für eine För­ derleitung 26 von im Dünnstrom geförderten Beton-Trockengemisch auf­ weist, das im Sinne der Pfeile 28 durch hier nicht näher dargestellte Vorrichtungen angeliefert wird. Sein zweiter Endbereich ist das Aus­ trittsende 30 für den aufzuspritzenden, angemischten Beton. Der Innen­ raum verläuft, wie dies Fig. 1 erkennen läßt, möglichst zylindrisch und insbesondere stufenfrei, so daß das abrasiv wirkende Trockengemisch bzw. fertige Gemisch in seiner Bewegungsrichtung möglichst wenig An­ griffsfläche vorfindet. Dies schließt jedoch nicht aus, daß in Abkehr von der Darstellung gemäß Fig. 1 der Innenraum 22 im Bereich des Aus­ trittsendes 30 sich verjüngt, um hier eine Düsenwirkung zu erzielen.

Der Rohrstutzen 20 setzt sich im wesentlichen aus drei Ringkörpern 32, 34 und 36 zusammen, die im folgenden näher beschrieben werden. Sie begrenzen einen inneren, radial außerhalb des Innenraums 22 liegenden Ringraum 38 für eine wäßrige Flüssigkeit, insbesondere Wasser und eine außerhalb dieses Ringraums 38 und konzentrisch zu ihm liegende Ringkam­ mer 40 für Druckluft. Es ist allerdings auch möglich, am Ringraum 38 die Druckluft anzuschließen um der Ringkammer 40 die Flüssigkeit zuzuleiten, diese Alternative wird jedoch im folgenden nicht beschrie­ ben.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, ist die Ringkammer 38 mit einer Zuleitung 42 in Form eines Rohres verbunden, in dieser befindet sich ein Nadelventil 44. Die Ringkammer 40 ist über eine entsprechende Zuleitung 46, die ebenfalls in Form eines L-förmig abgeknickten Rohres ausgebildet ist, mit einer nicht dargestellten Druckluftquelle verbun­ den. Es ist zweckmäßig, aber nicht erforderlich, in die Zuleitung 46 ein Absperrventil einzufügen.

Die tatsächliche Gestalt der Ringkammer 40 bzw. des Ringraumes 38 ergibt sich im wesentlichen aus konstruktiven Gegebenheiten. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, befindet sich in Richtung der Pfeile 28 axial vor der Ringkammer 40 ein ringförmiger Sammelraum 48, über den die tatsächliche Verbindung mit der Zuleitung 46 erfolgt. Wenn die Zuordnung von Ringraum 38 und Ringkammer 40 als konzentrisch beschrie­ ben wird, so gilt dies für den eigentlichen Funktionsbereich, also den Bereich der im folgenden zu erläuternden Injektionskanäle, die in Fig. 2 näher dargestellt sind.

Im inneren Ringkörper 32 sind in gleichen Teilungswinkeln angeordnet zwei Sätze von Bohrungen 50 angebracht, die Bohrungen 50 jedes Satzes sind mittig gegeneinander versetzt. Diese Bohrungen sind mindestens 5 mm lang. Sie erweitern sich nach außen hin in einen Trichterbereich 52, der zur Ringkammer 40 offen ist. Bohrung 50 und Trichterbereich 52 bilden jeweils den inneren Injektionskanal aus.

Auf einer gleichen Kanalachse 56 wie Bohrung 50 und Trichterbereich 52 ist im mittleren Ringkörper 34 für jeden Kanalbereich eine Bohrung 58 angeordnet, in die ein Rohrstück 60 fest eingepreßt ist, das mit seinem Innenraum jeweils einen äußeren Injektionskanal 62 bildet. Es schließt, wie in Fig. 2 gezeigt, vorteilhafterweise (aber nicht notwendig) bündig mit der Außenfläche des mittleren Ringkörpers 34 ab und springt nach innen gegenüber diesem mittleren Ringkörper 34 soweit vor, daß das innere, freie Ende des Rohrstücks 60 innerhalb des Trichterbereichs 52 endet. Vorteilhafterweise ist dabei die Ringfläche an der Außenseite des Rohrstücks 60 bis zum Trichterbereich 52 etwa gleich groß wie der Innenquerschnitt des Rohrstücks 60 im Bereich seiner Mündung. Wie Fig. 2 zeigt, ist das Rohrstück 60 im Bereich seiner Mündung leicht düsen­ förmig nach innen hin verjüngt.

Damit die beiden Injektionskanäle 54, 62 exakt auf der Kanalachse 56 liegen, werden sie bei der Herstellung gemeinsam gebohrt oder es wird zumindest eine Lehre für die Herstellung der Bohrungen benutzt. Wenn der Innendurchmesser der Bohrung 50 dem Außendurchmesser des Rohrstücks 60 entspricht, was an einer vorteilhaften Ausführung bevorzugt wird, ist es möglich, die Bohrungen 50, 58 in einem Arbeitsgang durchzuführen und anschließend die Trichterbereiche 52 mit einem entsprechenden Boh­ rer aufzubohren sowie die Rohrstücke 60 einzusetzen.

Der äußere Ringkörper 36 dient der Begrenzung des Ringraumes 38 nach außen, er begrenzt auch den bereits besprochenen Sammelraum 48. Da die beiden außenliegenden Ringkörper 34 und 36 beim Betrieb nur mit Druckluft bzw. Flüssigkeit, jedenfalls mit abrasiv wirkenden Strömen, in Verbindung treten, ist es möglich, diese Teile 34, 36 aus einem Material mit geringem spezifischen Gewicht, beispielsweise Aluminium oder gar Kunststoff, herzustellen. Hierdurch wird das Gesamtgewicht des Düsenmischkörpers positiv verringert und die Arbeit des Düsenführers mithin erleichtert. Der innere Ringkörper 32 ist dagegen aus Messing oder sogar möglichst aus einem Material, das sehr widerstandsfähig gegen Abrasion ist, gefertigt.

Bei praktischen Betrieb liegt Wasser bzw. eine wäßrige Flüssigkeit wie z. B. eine Kunstharzemulsion, mit einem Druck von 3 bis 6 bar im Ringraum 38 an. Der Strom wird über das Ventil 44 geregelt. Druckluft mit einem Druck von 7 bar liegt ständig und ohne Möglichkeit einer Strombegrenzung in der Ringkammer 40 an. Durch Dichtungen, die hier als O-Gummidichtungen ausgeführt sind, wird ein Abschluß der einzelnen Räume gegeneinander erreicht.

Der erfindungsgemäße Düsenmischkörper eignet sich auch zum Anfeuchten von Sand beim Sandstrahlen.

Claims (10)

1. Düsenmischkörper für das Beton-Trockenspritzen in Form eines Rohr­ stutzens (20), (a) dessen axialer Innenraum (22) einen ersten Endbe­ reich, der einen Anschluß (24) an eine Förderleitung (26) von im Dünnstrom gefördertem Beton-Trockengemisch aufweist, und einen zwei­ ten Endbereich, der das Austrittsende (30) bildet, hat, (b) der radial außerhalb dieses Innenraums (22) einen Ringraum (38) für eine wässrige Flüssigkeit und eine Ringkammer (40) für Druckluft auf­ weist, die jeweils an entsprechende Zuleitungen (42, 46) angeschlos­ sen sind und (c) der Injektionskanäle (54, 62) für die Flüssigkeit und die Druckluft hat, die in gleichen Teilungswinkeln um eine Längsachse angeordnet sind, den Ringraum (38) bzw. die Ringkammer (40) mit dem Innenraum (22) verbinden und paarweise zugeordnet sich in ihrem Verlauf so schneiden, daß eine Vermischung von Flüssigkeit und Druckluft auftritt und dieses Gemisch in den axial geförderten Strom des Trockengemischs injiziert wird, bevor dieses den Innenraum (22) verläßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringkammer (40) konzentrisch zum Ringraum (38) angeordnet ist, daß jedes Paar Injektionskanäle (54, 62) rotationssymmetrisch zu einer Kanalachse (56) ausgebildet ist, daß jedem Injektionskanal für Druckluft axial versetzt ein gleich­ achsiger Injektionskanal für Flüssigkeit zugeordnet ist, und daß der jeweils innere Injektionskanal (52) einen Trichterbereich (54) und eine diesen zum Innenraum (22) hin fortsetzende, zumindest 5 mm lange Bohrung (50) aufweist und der äußere Injektionskanal (62) im Trichterbereich (52) mündet.

2. Düsenmischkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Injektionskanäle (62) jeweils durch ein Rohrstück (60) ge­ bildet sind, daß sich im Trichterbereich (52) vorzugsweise quer­ schnittsmäßig verjüngt.

3. Düsenmischkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser der äußeren Injektionskanäle (62) 1 bis 2,5 mm beträgt.

4. Düsenmischkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Bohrung (50) der inneren Injektionskanäle minde­ stens 10 mm lang ist.

5. Düsenmischkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in der Zuleitung (42 bzw. 46) für Flüssigkeit ein Regelventil (44), insbesondere Nadelventil angeordnet ist und die Zuleitung (46 bzw. 42) für Druckluft direkt mit einer Druckluftquel­ le in Verbindung steht.

6. Düsenmischkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kegelwinkel des Trichterbereichs 60 bis 120 Grad, vorzugsweise 90 Grad beträgt.

7. Düsenmischkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die lichte Querschnittsfläche der Bohrung (50) 1 bis 2 mal, vorzugsweise 1,5 mal so groß ist wie diejenigen der äußeren Injektionskanäle (62).

8. Düsenmischkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die lichte Querschnittsfläche der äußeren Injektions­ kanäle (62) und die Größe der Ringfläche zwischen Trichterbereich (52) und Austrittsende der äußeren Injektionskanäle (62) sich um weniger als 30% unterscheiden und vorzugsweise gleich groß sind.

9. Düsenmischkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine die Bohrungen (50) und eventuell auch die Trich­ terbereiche (52) ausbildende Muffe als Teil eines inneren Ringkör­ pers (32) lösbar mit den übrigen Teilen des Düsenmischkörpers ausge­ bildet und als Austauschteil einfach ausgetauscht werden kann.

10. Düsenmischkörper nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Durchmesser der Bohrung (50) dem Außendurchmesser des Rohrstücks (60) entspricht.