EP0724671A1 - Vorrichtung zum verschiessen eines fliessfähigen mediums, insbesondere eines erhärtbaren baustoffs - Google Patents

Vorrichtung zum verschiessen eines fliessfähigen mediums, insbesondere eines erhärtbaren baustoffs

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Publication number
EP0724671A1
EP0724671A1 EP94929486A EP94929486A EP0724671A1 EP 0724671 A1 EP0724671 A1 EP 0724671A1 EP 94929486 A EP94929486 A EP 94929486A EP 94929486 A EP94929486 A EP 94929486A EP 0724671 A1 EP0724671 A1 EP 0724671A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
nozzle
piston
expulsion
tube
medium
Prior art date
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Granted
Application number
EP94929486A
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English (en)
French (fr)
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EP0724671B1 (de
Inventor
Martin Reuber
Egon Gries
Johannes Eich
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
STUMP SPEZIALTIEFBAU GMBH
Dynamit Nobel AG
Original Assignee
Dynamit Nobel AG
Suspa Spannbeton GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Dynamit Nobel AG, Suspa Spannbeton GmbH filed Critical Dynamit Nobel AG
Publication of EP0724671A1 publication Critical patent/EP0724671A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0724671B1 publication Critical patent/EP0724671B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D3/00—Improving or preserving soil or rock, e.g. preserving permafrost soil
    • E02D3/12—Consolidating by placing solidifying or pore-filling substances in the soil

Definitions

  • the invention relates to a device for firing a flowable medium, in particular a hardening building material, with the features of the preamble of claim 1.
  • a cartridge for expelling liquids under pressure is known from DE 35 45 737 C1.
  • This cartridge has a liquid and a propellant charge chamber, which are separated from one another by an expulsion piston.
  • the expulsion piston encloses a cavity and its end face directed towards the liquid column has one or more predetermined breaking points. These predetermined breaking points cause the central axial part of the end face to be separated from the remaining part of the end face as soon as the expulsion piston strikes its conical end after the propellant charge has ignited and passed through the liquid chamber.
  • This part of the expulsion piston which remains after breaking has the shape of a ring or a tube.
  • a disadvantage of these known devices is the unfavorable firing signature, ie that after the liquid has escaped due to the explosively expanding propellant gases, high noise emissions (muzzle blast) and the muzzle flash occur.
  • the invention is therefore based on the object of creating a device for firing or pulse-like acceleration of a flowable medium, such as liquids, solutions, emulsions and suspensions, in particular a hardening building material, which is essential in comparison with known devices ⁇ Lich has lower noise emissions and the muzzle flash is practically completely suppressed.
  • a flowable medium such as liquids, solutions, emulsions and suspensions, in particular a hardening building material
  • the invention therefore offers the advantage that such devices can be used in areas which require compliance with certain noise protection regulations. In addition, a reduction in the dangers for operators and other persons in the area of such a device is achieved.
  • a nozzle is arranged on the pipe mouth, which serves at the same time as a collecting device for the expulsion piston.
  • the nozzle can have an area widening into the interior of the tube, and the expulsion piston can be designed to be deformable in such a way that that after the liquid has been expelled, it rests against the inner wall of this area and essentially seals the nozzle opening in this way.
  • the expulsion piston is preferably made of a deformable material with a low specific weight in order to keep the impact forces that occur when the piston is caught low.
  • metallic materials such as aluminum or brass, corresponding metal alloys, composite materials based on plastics and reinforcing fibers can be used.
  • Thermoplastic materials such as polytetrafluoroethylene (PTFE) or polyethylene (PE) are preferably used.
  • the expulsion piston and / or the inner wall of the mouth region of the tube and / or the nozzle have grooves which are oriented and dimensioned such that they enable the propellant gases to escape slowly after the nozzle opening has been sealed, without that this would involve a substantial noise emission.
  • the expulsion piston can also be provided with at least one opening which is closed by a predetermined breaking point, the predetermined breaking point being broken up by the deformation when the expelling piston is caught in the nozzle, thereby ensuring a slow escape of the propellant gases without substantial noise emission.
  • the propellant charge is in the form of a cartridge, the expulsion piston being detachably connected to the cartridge.
  • the medium to be fired can take place either before the cartridge is inserted or by means of a suitable feed device after it has been inserted into the tube of the device.
  • a multiple nozzle body with at least two nozzles can be arranged, the nozzle block being displaced relative to the pipe after each shot in such a way that after moving a free nozzle, which is not closed by a deformed expelling piston, is located at the pipe mouth.
  • the nozzle block can be designed to be movable in the direction of the tube axis by means of a first holding and adjusting device and in a direction transverse to the tube axis by means of a second adjusting device.
  • a further device for cleaning the nozzle and / or ejecting expulsion pistons located in the nozzles can be present. This ensures that several shots in rapid succession are possible by means of the device according to the invention.
  • Figure 1 is a schematic representation of the device according to the invention for firing a flowable medium and its use for soil consolidation.
  • FIG. 2 detailed drawings of the front region of the tube of the device in Fig. 1;
  • Fig. 3 shows a further embodiment of the invention with a multiple nozzle body and Fig. 4 shows an expulsion piston in section or in plan view.
  • Fig. 1 shows a device 1 according to the invention for firing a flowable medium, which in special use as a cannon for injecting a hardenable building material, e.g. Liquid plastic or cement milk, in which loose rock 2 to be solidified is formed.
  • a hardenable building material e.g. Liquid plastic or cement milk
  • the device 1 can be raised and lowered via a suspension 3 and can be directed at any angle to the surface of the loose rock 2 to be consolidated.
  • the device 1 drives out injection material under high pressure in the form of a highly concentrated jet.
  • the latter penetrates the loose rock 2 over a corresponding length in the predetermined direction.
  • individual shots or series of shots can be provided.
  • the loose rock 2 of the terrain jump shown in FIG. 1 is solidified by the tensile strands 4, the strands acting as reinforcement of the terrain jump.
  • the device according to the invention can also be used, for example, in such a way that instead of directly injecting hardening building material, the holes required for consolidation are first shot into the ground or the Loker rock 2 and the holes are then fired with hardening building material.
  • the holes are produced by injecting a concentrated high-pressure water jet using the device according to the invention.
  • FIG. 2a shows a front section of the tube 5 of the injection cannon 1 in FIG. 1.
  • a nozzle 6 which can be detachably connected to the tube 5 by means of a suitable quick fastener.
  • the diameter of the outlet opening 7 of the nozzle 6 is selected such that a high-speed jet 8 (FIG. 2b) with the desired ratios of pressure, speed and diameter results depending on the pressure and the viscosity of the flowable medium to be expelled.
  • the nozzle opening 7 is adjoined by a region 9, which preferably widens like a truncated cone, which on the one hand brings about an improvement in the flow of the medium to be expelled and on the other hand fulfills the function of a collecting device described below.
  • a predetermined amount of the medium 10 to be fired for example liquid plastic, cement milk or water, is introduced into a front region of the tube 5 of the device according to the invention shown in FIG.
  • a cartridge filled with the medium in question can also be inserted into the front region of the tube 5. This has the advantage that leakage of the medium when the tube is in a downwardly inclined working position and contamination of the tube inner wall is largely avoided.
  • a propellant charge cartridge 11 which has an expulsion piston 12, is inserted into the front area of the tube 5, which is filled with the flowable medium 10, and has an expulsion piston 12, which is in the front area of a propellant charge 13 filled sleeve 14 is inserted.
  • the diameter of the expulsion piston 12 corresponds approximately to the inside diameter of the tube 5, so that the expulsion piston 12 seals the front region of the tube 5 filled with the flowable medium 10, but is nevertheless kept axially displaceable in the interior of the tube for expelling the medium.
  • the expulsion piston 12 shown in FIG. 2 is essentially cylindrical.
  • an initially cylindrical, but conically tapering cavity 15 is formed in the front area, whereby an improved seal with respect to the medium 10 is achieved when the tube 5 is passed through.
  • the improved sealing results from the forces which act through the pressure of the propellant gases 19 after the propellant charge has been ignited in the radial direction on the thin, hollow cylindrical wall 16 of the expulsion piston 12, so that the wall 16 is pressed against the inner wall of the tube 5.
  • the formation of the cavity 15 in the expulsion piston 12 results in both a weight saving and a secondary volume which suppresses or weakens the peak pressure which arises when the propellant charge 13 burns up.
  • the expulsion piston 12 is preferably made of a thermoplastic, for example PTFE (Teflon).
  • the expulsion piston 12 shown in FIG. 2 has one or more axial recesses or blind holes 17, so that the remaining thin wall 18 acts as a predetermined breaking point when the expulsion piston 12 is deformed when it is caught by the nozzle 6.
  • FIG. 4 shows in longitudinal section (FIG. 4a) and in plan view (FIG. 4b) a preferred expulsion piston 12, the end face of which is turned towards the nozzle 6 (see FIG. 2) is rounded.
  • a blind hole 17 is arranged in the tip, thereby creating a thin wall 18 which acts as a predetermined breaking point when the expulsion piston 12 is deformed. Opening the predetermined breaking point enables the propellant gases to escape slowly.
  • longitudinal grooves 27 (FIG. 4) can also be arranged on the outer surface of the expulsion piston 12. This Grooves 27 also cause the propellant gases to escape slowly when it is in contact with the nozzle.
  • the mode of operation of the device according to the invention is described below with reference to FIGS. 2a to 2c.
  • the propellant charge 13 is ignited by means of a known igniter, not shown in detail.
  • the expulsion piston 12 is released from the front region of the sleeve 14 of the propellant charge cartridge 11 and moved axially in the direction of the nozzle 6, as a result of which the medium 10 exits the nozzle opening 7 under high pressure in the form of a high-speed jet 8 - Is driven (Fig. 2b).
  • the expelling piston 12 After the medium 10 has been completely expelled, the expelling piston 12 is in the position shown in FIG. 2c. As can be seen from FIG. 2c, the expulsion piston 12 is caught under the pressure of the propellant gases 19 by the region 9 of the nozzle 6 which widens in the direction of the inner tube 6, the expulsion piston 12 suffering a deformation. As a result, the nozzle opening 7 is essentially sealed, so that the explosive expansion of the propellant gases 19 after the medium 10 has been completely expelled from the pipe 5 and the muzzle blast associated therewith and the muzzle flash also associated therewith are practically completely suppressed.
  • the expulsion piston 12 is designed by a suitable choice of its shape and the material such that it substantially completely closes the nozzle opening 7 after expelling the medium 10 without, for example, breaking.
  • the expulsion piston 12 is designed by a suitable choice of its shape and the material such that it substantially completely closes the nozzle opening 7 after expelling the medium 10 without, for example, breaking.
  • the predetermined breaking point 18 of the expulsion piston 12 is opened by the deformation that occurs, so that a slow reduction in the propellant gas pressure without significant sound emission into the area 20 in front of the nozzle opening 7 is ensured is.
  • the expelling piston can of course also have one or more non-axially extending recesses or predetermined breaking points or be provided on its outer surface with grooves 27, which after collection of the expulsion piston 12 through the region 9 of the nozzle 6 enable the propellant gases to escape slowly.
  • These grooves 27 should preferably also be sealed with a predetermined breaking point from the inner wall of the tube in order to ensure that the medium is completely expelled.
  • the area 9 of the nozzle 6 and possibly the foremost area of the inner wall of the tube 5 can have grooves which serve the same purpose.
  • the expulsion piston 12 can either be introduced into the tube 5 completely separately from the propellant charge cartridge 11 or be connected to the rear region of a cartridge receiving the medium 10, the diameter of the expulsion piston being selected in a suitable manner in each case.
  • a single cartridge can also be used, which contains both the propellant charge powder and the medium to be fired as well as the expulsion piston.
  • the nozzle can also be integrated into the cartridge, so that cleaning of the nozzle arranged at the pipe mouth is not necessary.
  • a multiple nozzle body 21 is used, in which a plurality of identical or also different nozzles are formed.
  • the multiple nozzle body 21 is held adjustable by a holding and adjusting device 30 relative to the mouth of the tube 5.
  • the multiple nozzle body 21 can be moved forwards by means of, for example, hydraulically actuated adjusting rods 22 parallel to the tube axis until the front end of the tube 5 is completely released by the relevant nozzle 6 'with its opening 24.
  • the multiple nozzle body 21 can be displaced in a plane perpendicular to the pipe axis by means of a further, for example hydraulically actuated adjusting device 25, until a further nozzle 6 'not clogged by a deformed expelling piston 12 in front of the mouth of the pipe 5 is positioned.
  • the multiple nozzle body 21 is slidably held in holding elements 23 connected to the adjusting rods 22.
  • the multiple nozzle body 21 is then moved in the direction of the mouth of the tube 5 by the holding and adjusting device 30 until the tube 5 is in intimate engagement with the opening 24 of the relevant nozzle 6 '. After reloading, the next shot can be fired immediately.
  • the nozzle body 21 can also each have a plurality of differently designed nozzles 6, with nozzles of the same type being arranged, for example, on a vertical line and different nozzles on a horizontal line in the form of a matrix.
  • a further adjustment device not shown, would be required, which moves the multiple nozzle body 21 in its plane perpendicular to the adjustment direction of the adjustment device 25. It is thereby achieved that the most varied flowable media or the firing of one and the same medium can be carried out with different characteristic values of the high-speed jet with a single multiple nozzle body.
  • the rapid succession of shots with the same medium and the same high-speed jet is ensured by the existence of several nozzles of the same type.
  • the multiple nozzle body 21 and the devices for adjusting it can also be used with other devices for firing a flowable medium, e.g. can also be used in conjunction with known devices.
  • a cleaning device 26 is indicated in FIG. 3, which, after the multiple nozzle body has been moved, ejects the deformed expelling piston 12 located in the relevant nozzle 6 'from the previous shot.
  • the cleaning device 26 can have a mandrel, the outer diameter of which essentially corresponds to the inner diameter of the nozzle opening 7 ′′.

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Description

Vorrichtung zum Verschießen eines fließfähigen Mediums, insbesondere eines erhärtbaren Baustoffs
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verschießen eines fließfähigen Mediums, insbesondere eines erhärtenden Baustoffs mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
Zum Verfestigen von Zonen des Erdreichs ist beispielsweise aus der DE 33 00 971 AI bekannt, Injektionsstränge aus erhärtendem Material unter Verwendung einer hierfür geeigneten Kanone direkt in das zu verfestigende Erdreich einzuschießen bzw. impulsartig einzubringen oder mittels dieser Kanone unter Verwendung von nicht erhärtenden Flüssigkeiten, wie beispielsweise Wasser, Bohrungen im Erdreich herzustellen, welche anschließend mit einem erhärtenden Baustoff gefüllt werden.
Des weiteren ist aus der DE 35 45 737 Cl eine Patrone zum Aus- treiben von Flüssigkeiten unter Druck bekannt. Diese Patrone weist eine Flüssigkeits- und eine Treibladungskammer auf, die durch einen Austreibkolben voneinander getrennt sind. Der Aus¬ treibkolben schließt einen Hohlraum ein und seine zur Flüssig¬ keitssäule gerichtete Stirnfläche weist eine oder mehrere Soll- bruchstellen auf. Diese Sollbruchstellen bewirken, daß der zen¬ trale axiale Teil der Stirnfläche von dem verbleibenden Teil der Stirnfläche abgetrennt wird, sobald der Austreibkolben nach Zündung der Treibladung und Durchlaufen der Flüssigkeitskammer auf deren konisches Ende auftrifft. Dieser nach dem Zerbrechen verbleibende Teil des Austreibkolbens hat die Form eines Ringes oder einer Röhre.
Nachteilig bei diesen bekannten Vorrichtungen ist die ungünstige Abschußsignatur, d.h. die nach dem Austreten der Flüssigkeit durch die sich explosionsartig ausdehnenden Treibgase entstehen¬ de hohe Schallemission (Mündungsknall) und das Mündungsfeuer.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Verschießen oder impulsartigen Beschleunigen eines fließfä¬ higen Mediums, wie Flüssigkeiten, Lösungen, Emulsionen und Sus¬ pensionen, insbesondere eines erhärtenden Baustoffs, zu schaf¬ fen, welche im Vergleich zu bekannten Vorrichtungen eine wesent¬ lich geringere Schallemission aufweist und bei der das Mündungs- feuer praktisch vollständig unterdrückt wird.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen des Patent¬ anspruchs 1.
Durch die Verwendung eines Austreibkolbens und eines auf diesen abgestimmten Mündungsbereich des Rohres ist gewährleistet, daß der Austreibkolben nach Beendigung des Austreibvorgangs die Rohrmündung im wesentlichen abdichtet, so daß das bei herkömm¬ lichen Vorrichtungen nach dem Austreiben der Flüssigkeit auf- tretende explosionsartige Ausdehnen der Treibgase vermieden wird. Hierdurch ergibt sich eine drastische Reduzierung des Mündungsknalls und eine praktisch völlige Unterdrückung des Mündungsfeuers.
Die Erfindung bietet daher den Vorteil, daß derartige Vorrich¬ tungen in Bereichen einsetzbar sind, die die Einhaltung be¬ stimmter Lärmschutzverordnungen erfordern. Darüber hinaus wird eine Reduzierung der Gefahren für Bedienpersonen und andere im Bereich einer derartigen Vorrichtung befindliche Personen er- reicht.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist an der Rohrmündung eine Düse angeordnet, welche gleichzeitig als Auf¬ fangvorrichtung für den Austreibkolben dient. Hierfür kann die Düse einen sich in das Rohrinnere erweiternden Bereich aufwei¬ sen, und der Austreibkolben derart verformbar ausgebildet sein, daß er sich nach dem Austreiben der Flüssigkeit an die Innen¬ wandung dieses Bereiches anlegt und auf diese Weise die Düsen¬ öffnung im wesentlichen abdichtet. Der Austreibkolben ist vor¬ zugsweise aus einem verformbaren Material mit geringem spezifi- schem Gewicht hergestellt, um die beim Auffangen des Kolbens auftretenden Stoßkräfte gering zu halten. Beispielsweise können metallische Werkstoffe, wie Aluminium oder Messing, entsprechen¬ de Metallegierungen, Verbundwerkstoffe auf Basis von Kunststof¬ fen und Verstärkungsfasern verwendet werden. Bevorzugt werden thermoplastische Kunststoffe wie Polytetrafluorethylen (PTFE) oder Polyethylen (PE) verwendet.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist der Aus¬ treibkolben und/oder die Innenwandung des Mündungsbereiches des Rohres und/oder der Düse Nuten auf, welche so gerichtet und bemessen sind, daß sie nach dem Abdichten der Düsenöffnung ein langsames Austreten der Treibgase ermöglichen, ohne daß hiermit eine wesentliche Schallemission verbunden wäre. Anstelle der Nuten kann der Austreibkolben auch mit zumindest einer durch eine Sollbruchstelle verschlossenen Öffnung versehen sein, wobei die Sollbruchstelle durch die Verformung beim Auffangen des Austreibkolbens in der Düse aufgebrochen wird und auf diese Weise ein langsames Entweichen der Treibgase ohne wesentliche Schallemission gewährleistet wird.
In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Treib¬ ladung in Form einer Kartusche ausgebildet, wobei der Austreib¬ kolben lösbar mit der Kartusche verbunden ist. Dabei kann das zu verschießende Medium entweder vor dem Einsetzen der Kartusche oder mittels einer geeigneten Zuführvorrichtung nach deren Ein¬ setzen in das Rohr der Vorrichtung erfolgen.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann anstelle einer ein¬ zigen Düse an der Rohrmündung ein Mehrfachdüsenkörper mit we- nigstens zwei Düsen angeordnet sein, wobei der Düsenblock nach jedem Schuß derart gegenüber dem Rohr versetzt wird, daß sich nach dem Versetzen eine freie, nicht durch einen verformten Austreibkolben verschlossene Düse an der Rohrmündung befindet. Hierzu kann der Düsenblock mittels einer ersten Halte- und Ver- stellvorrichtung in Richtung der Rohrachse und mittels einer zweiten Versteilvorrichtung in einer zur Rohrachse transversalen Richtung bewegbar ausgebildet sein.
Dabei muß gewährleistet sein, daß der Düsenblock die Rohrmündung freigegeben hat, bevor der Verschluß am hinteren Ende des Rohres geöffnet werden kann, so daß sich beim Öffnen des Verschlusses und Herausnehmen der abgeschlossenen Treibladungskartusche kein (Rest-)Druck mehr im Rohr befindet. Entsprechendes gilt auch bei Verwendung der einzelnen Düse oder eines einzelnen Düsenkörpers.
Darüber hinaus kann eine weitere Vorrichtung zum Reinigen der Düse und/oder Auswerfen von in den Düsen befindlichen Austreib¬ kolben vorhanden sein. Hierdurch ist gewährleistet, daß mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch mehrere Schüsse in ra¬ scher Aufeinanderfolge möglich sind.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dar- gestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeich¬ nung zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Verschießen eines fließfähigen Mediums und deren Verwendung zur Bodenverfestigung;
Fig. 2 Detailzeichnungen des vorderen Bereiches des Rohres der Vorrichtung in Fig. 1;
Fig. 3 eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit einem Mehrfachdüsenkörper und Fig. 4 einen Austreibkolben im Schnitt bzw. in Draufsicht.
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum Verschießen eines fließfähigen Mediums, welche im speziellen Anwendungsfall als Kanone zum Injizieren eines erhärtbaren Baustoffs, z.B. Flüssigkunststoff oder Zementmilch, in das zu verfestigende Lockergestein 2 ausgebildet ist. Die Vorrichtung 1 ist über eine Aufhängung 3 heb- und senkbar und kann in beliebigen Winkeln zur Oberfläche des zu verfestigenden Lockergesteins 2 gerichtet werden.
Die Vorrichtung 1 treibt nach Zündung einer Treibladung Injek¬ tionsmaterial unter hohem Druck in Form eines stark konzen- trierten Strahles aus. Dieser dringt in der vorbestimmten Rich¬ tung über eine entsprechende Länge in das Lockergestein 2 ein. Je nach gewünschter Eindringtiefe können dabei Einzelschüsse oder Schußserien vorgesehen werden. Nach dem Einbringen der erforderlichen Anzahl von Injektionssträngen und nach deren Erhärtung ist das Lockergestein 2 des in Fig. 1 dargestellten Geländesprungs durch die zugfesten Stränge 4 verfestigt, wobei die Stränge als Bewehrung des Geländesprungs wirken.
Der Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann aber bei- spielsweise auch in der Weise erfolgen, daß anstelle des direk¬ ten Injizierens von erhärtendem Baustoff zunächst die zur Ver¬ festigung erforderlichen Löcher in das Erdreich bzw. das Lok- kergestein 2 geschossen und die Löcher anschließend mit erhär¬ tendem Baustoff aufgefüllt werden. Dabei erfolgt das Herstellen der Löcher durch das Einschießen eines konzentrierten Hochdruck- Wasserstrahls mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
In Fig. 2a ist ein vorderer Teilbereich des Rohres 5 der Injek- tionskanone 1 in Fig. 1 dargestellt. Am vorderen Rohrende ist eine Düse 6 angeordnet, welche mittels eines geeigneten Schnell¬ verschlusses lösbar mit dem Rohr 5 verbunden sein kann. Der Durchmesser der Austrittsöffnung 7 der Düse 6 ist so gewählt, daß sich abhängig vom Druck und der Viskosität des auszutrei¬ benden fließfähigen Mediums ein Hochgeschwindigkeitsstrahl 8 (Fig. 2b) mit den gewünschten Verhältnissen von Druck, Ge- schwindigkeit und Durchmesser ergibt.
In Richtung auf das Rohrinnere schließt sich an die Düsenöffnung 7 ein sich vorzugsweise kegelstumpfartig erweiternder Bereich 9 an, der zum einen eine Verbesserung der Strömung des auszutrei- benden Mediums bewirkt und zum anderen die Funktion einer nach¬ stehend beschriebenen Auffangvorrichtung erfüllt.
In einem vorderen Bereich des Rohrs 5 der in Fig. 2a abschu߬ fertig dargestellten erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine vorbestimmte Menge des zu verschießenden Mediums 10, beispiels¬ weise Flüssigkunststoff, Zementmilch oder Wasser eingebracht. Dabei kann anstelle des direkten Einbringens des fließfähigen Mediums 10 in das Rohr 5, das dann durch einen Stopfen oder Deckel verschlossen ist, auch eine mit dem betreffenden Medium gefüllte Kartusche in den vorderen Bereich des Rohres 5 einge¬ schoben werden. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, daß ein Aus¬ treten des Mediums bei abwärts geneigter Arbeitsstellung des Rohres sowie eine Verschmutzung der Rohrinnenwand weitgehend vermieden wird.
Bei der in Fig. 2a dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist anschließend an den mit dem fließfähigen Medium 10 gefüllten vorderen Bereich des Rohres 5 eine Treibladungskartusche 11 in das Rohrinnere eingeführt, welche einen Austreibkolben 12 auf- weist, der in den vorderen Bereich einer mit einer Treibladung 13 gefüllten Hülse 14 eingesetzt ist. Der Durchmesser des Aus¬ treibkolbens 12 entspricht in etwa dem Innendurchmesser des Rohres 5, so daß der Austreibkolben 12 den mit dem fließfähigen Medium 10 gefüllten vorderen Bereich des Rohres 5 abdichtet, aber dennoch zum Austreiben des Mediums im Rohrinneren axial nach vorn verschiebbar gehalten ist. Der in Fig. 2 dargestellte Austreibkolben 12 ist im wesentlichen zylindrisch ausgebildet. In dem von der Düse 6 abgekehrten Ende ist eine zunächst zylindrische, im vorderen Bereich sich jedoch kegelförmig verjüngende Höhlung 15 ausgebildet, wodurch eine verbesserte Abdichtung gegenüber dem Medium 10 beim Durchfahren des Rohres 5 erreicht wird. Die verbesserte Abdichtung ergibt sich durch die Kräfte, die durch den Druck der Treibgase 19 nach dem Zünden der Treibladung in radialer Richtung auf die dünne, hohlzylindrische Wandung 16 des Austreibkolbens 12 wirken, so daß die Wandung 16 an die Innenwandung des Rohres 5 gepreßt wird.
Des weiteren ergibt sich durch das Ausbilden der Höhlung 15 im Austreibkolben 12 sowohl eine Gewichtsersparnis als auch ein Nebenvolumen, das den beim Abbrand der Treibladung 13 entstehen¬ den Spitzendruck unterdrückt bzw. abschwächt.
Der Austreibkolben 12 ist vorzugsweise aus einem Thermoplast, beispielsweise PTFE (Teflon) , gefertigt.
Der in Fig. 2 dargestellte Austreibkolben 12 weist eine oder mehrere axiale Ausnehmungen oder Sacklöcher 17 auf, so daß die verbleibende dünne Wandung 18 bei der Verformung des Austreib¬ kolbens 12 beim Auffangen durch die Düse 6 als Sollbruchstelle wirkt.
Fig. 4 zeigt im Längsschnitt (Fig. 4a) und in der Draufsicht (Fig. 4b) einen bevorzugten Austreibkolben 12, dessen zur Düse 6 (siehe Fig. 2) gewandte Stirnseite abgerundet ist. In der Spitze ist ein Sackloch 17 angeordnet, wodurch eine dünne Wandung 18 geschaffen ist, die bei einer Verformung des Austreibkolbens 12 als Sollbruchstelle wirkt. Durch das Öffnen der Sollbruchstelle wird den Treibgasen ein langsames Entweichen ermöglicht. An¬ stelle des Sacklochs 17 und der dünnen Wandung 18 oder zusätz- lieh dazu können auch längsverlaufende Nuten 27 (Fig. 4) auf der äußeren Oberfläche des Austreibkolbens 12 angeordnet sein. Diese Nuten 27 bewirken auch bei seinem Anliegen an der Düse ein lang¬ sames Entweichen der Treibgase.
Nachfolgend wird die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vor- richtung anhand der Figuren 2a bis 2c beschrieben. Nach dem Füllen des vorderen Bereiches des Rohres 5 mit dem zu verschie¬ ßenden fließfähigen Medium 10 und dem Einbringen der Treibla¬ dungskartusche 11 wird die Treibladung 13 mittels einer bekann¬ ten, nicht näher dargestellten Anzündvorrichtung angezündet. Unter dem hohen Druck der entstehenden Treibgase 19 wird der Austreibkolben 12 aus dem vorderen Bereich der Hülse 14 der Treibladungskartusche 11 gelöst und axial in Richtung auf die Düse 6 zubewegt, wodurch das Medium 10 unter hohem Druck in Form eines Hochgeschwindigkeitsstrahls 8 aus der Düsenöffnung 7 aus- getrieben wird (Fig. 2b) .
Nach dem vollständigen Austreiben des Mediums 10 befindet sich der Austreibkolben 12 in der in Fig. 2c dargestellten Stellung. Wie aus Fig. 2c ersichtlich, wird der Austreibkolben 12 unter dem Druck der Treibgase 19 durch den sich in Richtung des Rohr¬ inneren erweiternden Bereich 9 der Düse 6 aufgefangen, wobei der Austreibkolben 12 eine Verformung erleidet. Hierdurch wird die Düsenöffnung 7 im wesentlichen dicht verschlossen, wodurch das sich explosionsartige Ausdehnen der Treibgase 19 nach dem voll- ständigen Austreiben des Mediums 10 aus dem Rohr 5 und der damit verbundene Mündungsknall und das ebenfalls damit verbundene Mündungsfeuer praktisch vollständig unterdrückt werden.
Gegenüber bekannten Vorrichtungen zum Verschießen von fließfähi- gen Medien wird auf diese Weise eine drastische Verringerung der Abschußsignatur erreicht. Hierfür ist jedoch erforderlich, daß der Austreibkolben 12 durch eine geeignete Wahl seiner Form und des Materials derart beschaffen ist, daß er nach dem Austreiben des Mediums 10 die Düsenöffnung 7 im wesentlichen vollständig verschließt, ohne z.B. zu zerbrechen. Hierfür bieten sich vor- zugsweise verformungsarme, aber nicht verformungsfreie Austreib¬ kolben, beispielsweise aus PTFE an.
Nach dem Verschließen der Düsenöffnung 7 durch den Austreibkol¬ ben 12 gemäß Fig. 2c wird durch die auftretende Verformung die Sollbruchstelle 18 des Austreibkolbens 12 geöffnet, so daß ein langsamer Abbau des Treibgasdruckes ohne nennenswerte Schallemission in den Bereich 20 vor der Düsenöffnung 7 gewähr¬ leistet ist.
Anstelle der in Fig. 2 dargestellten Sollbruchstelle 18 in der Achse des Austreibkolbens 12 kann der Austreibkolben selbstver¬ ständlich auch eine oder mehrere nicht axial verlaufende Aus¬ nehmungen bzw. Sollbruchstellen aufweisen oder an seiner äußeren Oberfläche mit Nuten 27 versehen sein, welche nach dem Auffangen des Austreibkolbens 12 durch den Bereich 9 der Düse 6 ein lang¬ sames Entweichen der Treibgase ermöglichen. Vorzugsweise sollten diese Nuten 27 ebenfalls mit einer Sollbruchstelle gegenüber der Rohrinnenwandung abgedichtet sein, um das vollständige Austrei- ben des Mediums zu gewährleisten.
In analoger Weise kann der Bereich 9 der Düse 6 und ggf. der vorderste Bereich der Innenwandung des Rohres 5 Nuten aufweisen, die denselben Zweck erfüllen.
Des weiteren kann der Austreibkolben 12 entweder völlig getrennt von der Treibladungskartusche 11 in das Rohr 5 eingebracht wer¬ den oder mit dem rückwärtigen Bereich einer das Medium 10 auf¬ nehmenden Kartusche verbunden sein, wobei der Durchmesser des Austreibkolbens jeweils in geeigneter Weise zu wählen ist. Schließlich kann auch eine einzige Patrone verwendet werden, die sowohl das Treibladungspulver und das zu verschießende Medium als auch den Austreibkolben enthält. Dabei kann auch die Düse mit in die Patrone integriert sein, so daß die Reinigung der an der Rohrmündung angeordneten Düse entfällt. In der in Fig. 3 dargestellten Weiterbildung der Erfindung wird anstelle einer Einfachdüse 6 (Fig. 2) ein Mehrfachdüsenkörper 21 verwendet, in welchem mehrere gleichartige oder auch un¬ gleichartige Düsen ausgebildet sind. Der Mehrfachdüsenkörper 21 ist durch eine Halte- und Versteilvorrichtung 30 relativ zur Mündung des Rohres 5 verstellbar gehalten. Dabei kann der Mehr¬ fachdüsenkörper 21 mittels beispielsweise hydraulisch betätig¬ barer Verstellstangen 22 parallel zur Rohrachse nach vorn bewegt werden, bis das vordere Ende des Rohrs 5 von der betreffenden Düse 6' mit ihrer Öffnung 24 vollständig freigegeben wird.
Anschließend kann der Mehrfachdüsenkörper 21 mittels einer wei¬ teren, beispielsweise hydraulisch betätigbaren Verstelleinrich- tung 25, in einer zur Rohrachse senkrechten Ebene so verschoben werden, bis eine weitere nicht durch einen verformten Austreib¬ kolben 12 zugesetzte Düse 6' vor der Mündung des Rohres 5 posi¬ tioniert ist. Hierzu ist der Mehrfachdüsenkörper 21 in mit den Verstellstangen 22 verbundenen Halteelementen 23 verschiebbar gehalten.
In einem weiteren Schritt wird dann der Mehrfachdüsenkörper 21 durch die Halte- und Versteilvorrichtung 30 so lange in Richtung auf die Mündung des Rohres 5 zubewegt, bis das Rohr 5 in innigem Eingriff mit der Öffnung 24 der betreffenden Düse 6' steht. Nach dem erneuten Laden kann dann sofort der nächste Schuß erfolgen.
Der Düsenkörper 21 kann auch jeweils mehrere unterschiedlich ausgebildete Düsen 6 aufweisen, wobei gleichartige Düsen bei¬ spielsweise auf einer vertikalen Linie und unterschiedliche Düsen auf einer horizontalen Linie in Form einer Matrix ange¬ ordnet sind. In diesem Fall wäre eine weitere, nicht darge¬ stellte VerStelleinrichtung erforderlich, welche den Mehrfach¬ düsenkörper 21 in seiner Ebene senkrecht zur Verstellrichtung der Verstellvorrichtung 25 bewegt. Damit wird erreicht, daß mit einem einzigen Mehrfachdüsenkörper die unterschiedlichsten fließfähigen Medien oder das Verschießen ein und desselben Mediums bei unterschiedlichen charakteristi¬ schen Werten des Hochgeschwindigkeitsstrahls erfolgen kann. Die rasche Aufeinanderfolge von Schüssen mit demselben Medium und dem gleichen Hochgeschwindigkeitsstrahl wird durch das Vorhan¬ densein mehrerer gleichartiger Düsen gewährleistet.
Betreffend die Ausbildung der einzelnen Düsen 6' des Mehrfach- dusenkorpers 21, beispielsweise das Versehen dieser Düsen mit Nuten zum Druckausgleich nach dem Austreiben des fließfähigen Mediums, gelten selbstverständlich die vorstehenden Ausführungen im Fall des Vorhandenseins einer Einzeldüse 6 entsprechend.
Der Mehrfachdüsenkörper 21 und die Einrichtungen zu dessen Ver¬ stellung können darüber hinaus auch mit anderen Vorrichtungen zum Verschießen eines fließfähigen Mediums, z.B. auch in Ver¬ bindung mit bekannten Vorrichtungen, verwendet werden.
Des weiteren ist in Fig. 3 andeutungsweise eine Reinigungsvor¬ richtung 26 dargestellt, die nach dem Versetzen des Mehrfachdü- senkörpers den vom vorangegangenen Schuß in der betreffenden Düse 6' befindlichen verformten Austreibkolben 12 ausstößt. Hierzu kann die Reinigungsvorrichtung 26 einen Dorn aufweisen, dessen Außendurchmesser im wesentlichen dem Innendurchmesser der Düsenöffnung 7" entspricht.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Verschießen eines fließfähigen Mediums, insbesondere eines erhärtbaren Baustoffs, mit einem Rohr (5) zur Aufnahme einer Treibladung (13) und des zu verschießen- den fließfähigen Mediums (10) und einem zwischen der Treib¬ ladung (13) und dem Medium (10) angeordneten, die Bereiche der Treibladung (13) und des Mediums (10) gegeneinander abdichtenden verschiebbaren Austreibkolben (12) ,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Austreibkolben (12) und der Mündungsbereich des Roh¬ res (5) mit der Düse (6) aufeinander abgestimmt sind, der¬ art, daß der Austreibkolben (12) nach dem Austreiben des zu verschießenden Mediums (10) im Mündungsbereich des Rohres (5) aufgefangen wird und die Öffnung (7) der Düse (6) im wesentlichen abgedichtet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Rohrmündung eine Düse (6) angeordnet ist, welche als
Auffangvorrichtung für den Austreibkolben (12) ausgebildet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet. daß die Düse (6) einen sich in das Rohrinnere erweiternden
Bereich (9) aufweist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Austreibkolben (12) derart verformbar ausgebildet ist, daß er nach dem Schuß formschlüssig mit der Innenwandung des
Bereiches (9) die Düsenöffnung (7) im wesentlichen abdich- tet, wobei ein langsames Entweichen der Treibgase ohne we¬ sentliche Schallemission erfolgt.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß der Austreibkolben (12) zumindest eine durch eine Sollbruchstelle (18) verschlossene Ausnehmung (17) aufweist, wobei die Sollbruchstelle durch das Auffangen des Austreibkolbens (12) in der Düse (6) geöffnet wird und ein langsames Entweichen der Treibgase ohne wesentliche Schallemission erfolgt.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch ge- kennzeichnet. daß der Austreibkolben (12) an seiner äußeren Oberfläche zumindest eine durch eine Sollbruchstelle gegen¬ über der Rohrinnenwand abgedichtete Nut aufweist, wobei die Sollbruchstelle durch das Auffangen des Austreibkolbens (12) in der Düse (6) geöffnet wird und ein langsames Entweichen der Treibgase ohne wesentliche Schallemission erfolgt.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß in der Innenfläche des Mündungsbereiches des Rohres (5) und/oder des Bereichs (9) der Düse (6) zu¬ mindest eine Nut (27) ausgebildet ist, welche nach dem Auf¬ fangen des Austreibkolbens (12) in der Düse (6) ein lang¬ sames Entweichen der Treibgase ohne wesentliche Schallemis¬ sion ermöglicht.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Treibladung (13) in eine Hülse (14) gefüllt ist und eine Treibladungskartusche (11) bildet und der Austreibkolben (12) lösbar mit der Kartusche (11) ver¬ bunden ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Treibladung (13) , das Medium (10) und der Austreibkolben (12) als Patrone ausgebildet sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse an der Patrone angeordnet ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß anstelle einer einzigen Düse (6) an der Rohrmündung ein Mehrfachdüsenkörper (21) mit wenigstens zwei Einzeldüsen (6*') angeordnet ist, wobei der Mehrfachdüsenkör- per (21) nach jedem Schuß derart gegenüber dem Rohr (5) versetzbar ist, daß eine freie Einzeldüse (6') an der Rohr¬ mündung angeordnet ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Mehrfachdüsenkörper (21) mittels einer ersten Halte- und Verstellvorrichtung (30) in Richtung der Rohrachse und mit¬ tels einer zweiten Versteilvorrichtung (25) in einer zur Rohrachse transversalen Richtung bewegbar ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeich¬ net r daß eine Vorrichtung (26) zum Reinigen der Düse und/ oder Auswerfen von in den Einzeldüsen (6') befindlichen Aus¬ treibkolben (12) vorhanden ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (26) einen Dorn aufweist, welcher die Ein¬ zeldüsen (6') von vorne derart durchstößt, daß der in der Düse befindliche Austreibkolben (12) ausgeworfen wird.
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