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Verfahren und Vorrichtung zum chargenweisen Dosieren eines pulverförmigen Stoffes, z. B. Zement, und zur Herstellung kolloidaler Mischungen, beispielsweise von Zementmörtel oder Beton
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum chargenweisen Dosieren eines pulverförmigen Stoffes, z. B.
Zement, und zur Herstellung kolloidaler Mischungen, beispielsweise von Zementmörtel oder Beton sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, bei dem die festen Teilchen des Zementes mit Wasser und eventuell zusätzlich mit ebenfalls flüssigen Additiven gemischt werden, so dass diese mehr oder weniger einzeln in der Flüssigkeit suspendiert sind, wobei das Mischen der Stoffe in an sich bekannter Weise mittels einer Pumpe im Umwälzverfahren erfolgt und das fertige, noch pumpbare Mischgut mittels derselben Pumpe aus dem Mischbehälter zum Verbrauchsort, beispielsweise einer Betonmischmaschine, gepumpt wird.
Das Mischen derartiger Stoffe erfordert die Zugabe der Mischungskomponenten in möglichst genau abgemessener Menge. Zum Dosieren von Flüssigkeiten sind zweckmässige Einrichtungen bekannt, wie Messbehälter mit Pegelstandmessem oder Durchflussmesser, die auch mit geringem Aufwand an elektrischen Schaltmitteln die Dosierung automatisch steuern.
Das einwandfreie Dosieren der pulverförmigen Stoffe erforderte bisher wegen der sehr unterschiedli- chenSchüttgewichte die Mengenmessung nach Gewicht, die deshalb für den Zement zur Betonherstellung auch amtlich vorgeschrieben wurde. Der damit verbundene konstruktive Aufwand ist jedoch erheblich, da nicht nur eine möglichst genaue, und gleichzeitig dem rauhen Baubetrieb entsprechende robuste Waage benötigt wird, sondern darüber hinaus, insbesondere bei automatischer Dosierung, Fördermittel wie Zuteilschnecken, pneumatische Förderrinnen, Tragkettenförderer, oder reine Zuteilmittel, wie z. B. eine Zellenradschleuse, deren meist elektrischer Antrieb erst eine automatische Abschaltung bei Erreichen des Sollgewichtes ermöglicht.
Alle diese Mittel sind dabei zusätzlich mit dem Nachteil eines zum Teil erheblichen und vor allem nicht konstanten Nachlaufes behaftet, der selten einwandfrei korrigiert werden kann.
Es. ist anderseits bekannt, dass es für die Güte des Betons vorteilhaft ist, wenn der Zementleim vorbereitend aus Zement, Wasser und eventuell Additiven kolloidal vorgemischt hergestellt und erst anschlie- ssend mit den körnigen Komponenten gemischt wird. Für diesen Zweck wurden bereits Einrichtungen vorgeschlagen, die mittels einer Schleudermühle oder eines Rührwerkes das Mischen besorgen. Die Entleerung des die Charge an Zementleim enthaltenden Mischbehälters erfolgt dabei meist durch Pressluft, nachdem
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dem Mischbehälter absaugt und wieder in denselben zurückdrückt. Es wurde auch bereits vorgeschlagen, die Zuleitungen für die Mischungskomponenten düsenartig in die Pumpen-Druckleitungen einmünden zu lassen.
Die Entleerung erfolgt hiebei durch eine von der Druckleitung abzweigende zum Verbrauchsort führende Förderleitung, wobei mittels Absperrorganen nach Art eines Mehrwegeventils die Wege freigegeben bzw. geschlossen werden.
Alle diese bekannten Einrichtungen setzen voraus, dass vorbereitend abgemessene Mengen der zu mischenden Stoffe eingefüllt werden müssen, wobei auch der Mischbehälter selbst schon als Behälter einer Waage ausgebildet wurde.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, den erheblichen Mischeffekt einer nach dem Umwälz- verfahren arbeitenden Mischpumpe und die Möglichkeit, das fertige Mischgut mittels derselben Pumpe wegzufördern, nutzbar zu machen ohne den Aufwand für eine Waage und einen zusätzlichen Antrieb er- fordernde Förder-und Zuteilmittel für die pulverförmige Komponente.
Es wurde gefunden, dass die pulverförmige Komponente einwandfrei indirekt dosiert werden kann durch Abnahme der Messwerte zum Abschalten des Zulaufes an dem sich bildenden Mischgut, wenn die in an sich bekannter Weise vordosierten flüssigen Mischungskomponenten vor oder gleichzeitig mit dem
Bindemittel, z. B. Zement, in den Mischbehälter gelangen, wobei die Mengenmessung des pulverförmigen
Stoffes indirekt durch Abnahme der Messwerte an dem sich bildenden Mischgut erfolgt, indem der Strö- mungswiderstand und/oder der Pegelstand des sich bildenden Mischgutes gemessen wird.
Die Messung des mit zunehmender Konzentration des Hydrosols steigenden Strömungswiderstandes in der Pumpendruckleitung erfolgt vorzugsweise mittels einer federbelasteten Stauklappe und einer mit der Fe- der verbundenen Kontakteinrichtung, die den Messwert abgreift, auf das Stellglied überträgt und bei einer eingestellten Federbelastung den Zulauf des Bindemittels abschaltet.
Da bei bekannten spezifischen Gewichten der zu mischenden Stoffe, z. B. Wasser 1,0 kg/l und Ze- ment 3, 0 kg/l, Volumen und Gewicht des Mischgutes in einfacher und genauer Weise zu bestimmen und einzustellen ist, wenn das Mischungsverhältnis, hier der Wasser/Zementwert, gegeben ist, kann jedoch vorzugsweise die Messung derart erfolgen, dass in dem gleichzeitig als Messbehälter ausgebildeten Mischbehälter Pegelstandmesser angeordnet sind, die in an sich bekannter Weise mit Kontakteinrichtungen verbunden sind. Vorzugsweise übernimmt ein Minimalstands-Pegel mit seinem Kontakt dabei die Sicherung eines für das vorzugsweise ununterbrochene Arbeiten der Misch- und Förderpumpe notwendigen konstanten Mindest-Füllstandes und das Einleiten der neuen Füllung nach Entleerung.
Ein Maximalstands-Pegelmesser kann dann in an sich bekannter Weise entsprechend der Sollmenge eingestellt werden und übernimmt das Abschalten des Zementzulaufes. Die Mengenmessung erfolgt dabei also als Differenzmessung zwischen zwei Pegelständen in einem in diesem Bereich zweckmässigerweise prismatisch ausgebildeten Teil des Mess- und Mischbehälters. Es ist jedoch selbstverständlich auch möglich, die Schaltfunktionen des unteren und oberen Pegelstandsmessers zu vertauschen. Als Pegelstandsmesser können sowohl Schwimmerwächter wie auch Messelektroden angeordnet sein.
Vorteilhaft ist die Anordnung eines an sich bekannten kontinuierlich anzeigenden elektronischen Pegelstandsmessers und die Übertragung der Anzeige auf eine mit einstellbaren Schaltkontakten verseheneAnzeigevorrichtung. Es ist bei diesem Verfahren ledig- lich dafür Sorge zu tragen, dass die vordosierte Flüssigkeitsmenge früher in den Messbehälter gelangt ist als der indirekt zu messende Zement.
Es ist vorteilhaft, wenn die Misch- und Förderpumpe ununterbrochen arbeitet und in an sich bekannt ter Weise die Absperrventile der Zu- und Ableitungen als Stellglieder ausgebildet sind. Die Funktionen können mit verhältnismässig geringem Aufwand an bekannten Schaltmitteln abhängig voneinander automatisch gesteuert werden. Das Einleiten der Entleerung ist jedoch stets abhängig von der Aufnahmebereit- schaft der Folgestufe und wird deshalb vorzugsweise von Hand betätigt, wobei das Betätigungsorgan zweckmässig als Handtaster ausgebildet und am Bedienungsstand der Folgestufe angeordnet ist. Soferne diese kontinuierlich arbeitet, erfolgt die Entleerung vorzugsweise in einen Zwischenbehälter, aus dem die Entnahme dann in bekannter Weise ebenfalls kontinuierlich erfolgt.
Wesentlich für die Erfindung ist es, die Umwälz-Druckleitung der Mischpumpe so zu führen, dass mittels der Pumpe auch die Zuförderung des Zementes, vorzugsweise aus einem Baustellen-Hochsilo bewirkt wird. Nach der Erfindung wird dies erreicht durch injektorartiges Absaugen des Zementes aus dem Auslauf des Vorratssilos mittels einer an sich bekannten, injektorartig in die Druckleitung der Pumpe mündenden Abzugsleitung aus dem Zementsilo. Dabei wird das Auslaufen des Inhaltes durch die Schwerkraft unterstützt durch die Saugwirkung und gleichzeitig weitgehend die betrieblich nachteilige Brücken bildung oberhalb des Siloauslaufes vermieden. Dies kann zusätzlich unterstützt werden durch Einblasen von Luft in den unteren Teil des Silos zum Auflockern des Inhaltes. Dabei wird das Gebläse vorzugsweise von einem zweiten Wellenende des Pumpenmotors angetrieben.
Zur Beschleunigung der Dispersion ist es weiter vorteilhaft, die Mündung der Umwälz-Druckleitung düsenartig auszubilden und sie vor der vorzugsweise vertikal angeordneten Absaugöffnung annähernd horizontal anzuordnen, so dass sich keine Ablagerungen am Grunde des Mischbehälters bilden können und vor der Absaugöffnung eine besonders starke Verwirbelung auftritt. Ebenso können weitere bekannte Mittel für diesen Zweck angeordnet sein, wie z. B. eine im Mischgut Vibration erzeugende Einrichtung nach Art einer Flüssigkeitspfeife, oder bei der Pumpe angeordnete, eine Scherwirkung erzeugende Prallkränze.
Für die zusätzliche Verarbeitung eines vorzugsweise flüssigen Additivs ist es zweckmässig, ausserhalb
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des Mischbehälters mit diesem verbunden einen Vorratsbehälter für das Additiv anzuordnen von vorzugs- weise schlankem Querschnitt, und den Inhalt mittels einer vorzugsweise am Boden des Vorratsbehälters angeordneten Dosierpumpe durch eine vorzugsweise mit Drosselventil versehene durchsichtige Leitung in- jektorartig in die Wasserzuleitung einzuführen. Zur Anzeige des noch verfügbaren Behälterinhaltes ist es zweckmässig, im Vorratsbehälter einen an sich bekannten Schwimmer mit von aussen sichtbarem Peilstab vorzusehen.
Für die Einmündung der Flüssigkeits-Zuleitung bieten sich zwei vorteilhafte Möglichkeiten. Bei An- ordnung der Einmündung in der Umwälz-Druckleitung vor der Einmündung des Zementes erfolgt weit- gehend eine selbsttätige Reinigung des an sich unzugänglichen Rohrinnern. Bei Anordnung der Einmün- dung etwa zentrisch im oberen Teil des Mischbehälters und Einbau eines Prallkörper vor der Mündung wird das unter Druck austretende Wasser gegen die Behälterwand versprüht und reinigt diese weitgehend selbsttätig von dem anhaftenden und zum Verkrusten neigenden Zementleim-Film.
Bei Anordnung von zwei getrennt anzeigenden Messelektroden für die Peilung des unteren und des oberen Pegelstandes ist es zweckmässig, den für die Abschaltung des Zement-Zulaufes benutzten Pegel- standsmesser mit einem von aussen ablesbaren, mit Skalenteilung versehenen Peilstab zu verbinden.
Bei Anordnung der Vorrichtung oberhalb eines Betonmischers erfolgt die Entleerung des Mischbehäl- ters ohne Rückstand in der Entleerungs-Druckleitung und in kürzester Zeit, was insbesondere für grössere
Anlagen von betrieblicher Bedeutung ist. Es ist dabei jedoch zweckmässig, durch in die in den Misch- behälter einmündenden Druck- und Saugleitungen eingebaute Einrichtungen nach Art von Rückstauventilen sicherzustellen, dass der Behälterinhalt bei Ausfall der Mischpumpe nicht gegen den Zementsilo hin zurückfliessen kann.
Bei Anordnung der Vorrichtung als selbständige Baueinheit dicht bei einem Zementsilo verbleibt nach beendeter Entleerung ein Rückstand im steigenden Strang der Entleerungs-Druckleitung, der erfindungsgemäss laufend durch eine dicht hinter den Absperrventilen angeordnete dünne Verbindungsleitung, die injektorartig in die Umwälz-Druckleitung einmündet, in den Umwälzstrom zurückgefördert wird, um ein Sedimentieren in der andernfalls zeitweise in Ruhe befindlichen Hydrosol-Säule zu vermeiden.
Die Zeichnungen zeigen rein schematisch zwei Ausführungsbeispiele einer Vorrichtung nach der Erfindung.
Fig. 1 ist ein schematischer Schnitt und teilweise Ansicht durch eine Vorrichtung, bei der die Vordosierung des Wassers mittels eines an sich bekannten Durchflussmessers, die Dosierung eines flüssigen Additivs aus einem schlanken Vorratsbehälter mittels einer Dosierpumpe, und die Mengenmessung des Zementes indirekt über Pegelstandsmessung mittels zweier getrennter Tauch-Elektroden erfolgt.
In dieser insbesondere für geringe Durchsatzleistungen bevorzugten Form ist ein Mess- und Mischbehälter 1 von rundem Querschnitt und vorzugsweise schlanker Form oben abgedeckt mit einer Platte 2, auf der alle Einrichtungen wie Pumpenmotor 3, Injektordüse 4 für das Absaugen des Zementes, Durchflussmesser 5 und Magnetventil 6 für die Dosierung des Wassers, Absperrventile 7, 8, 9 für die Zementzuführung bzw. für die Umwälz-Druckleitung bzw. die Entleerungs-Druckleitung sowie die Messelektroden 10, 11 mit ihren Tauchstäben 12, 13, unter einer leicht abnehmbaren Abdeckhaube 14 angeordnet sind.
Aus einem Silo 15, dessen Auslauf beim Füllen und ausser Betrieb mit einer Drosselklappe 16 abgesperrt ist, wird der pulverförmige Inhalt, z. B. Zement, durch die die Schwerkraft unterstützende Injektorwirkung des durch eine Injektordüse strömenden, zuerst flüssigen, beim weiteren Absaugen dann zunehmend steifer werdenden, aber noch pumpbar bleibenden Inhaltes des Mischbehälters 1 abgesaugt und durch die Umlauf-Druckleitung staubfrei in den Mischbehälter 1 gefördert.
Die Mündung der Druckleitung 17 ist düsenartig ausgebildet und endet annähernd horizontal vor der Ansaugöffnung 18 der Mischpumpe 19, die von dem vertikal darüber angeordneten Motor 3 angetrieben wird. Der Inhalt des Behälters 1 gelangt durch die Mischpumpe 19 und die Umwälz-Druckleitung bei gesperrtem Ventil 9 und geöffnetem Ventil 8 in den Behälter l zurück und wird zunehmend dispergiert, wobei sich weitgehend ein thixotroper Zustand einstellt, der bis zu verhältnismässig hohen Konzentrationsgraden die Pumpbarkeit des Mischgutes gewährleistet, die durch Zusätze plastifizierender Additive, oder Anordnungen von nicht dargestellten, eine Vibration oder eine Schwerwirkung erzeugender Einrichtungen noch verbessert werden kann.
Von den im Beispiel zur Pegelstanesmessung angeordneten Messelektroden übernimmt die Elektrode 10 mit ihrem Tauchstab 12 die Überwachung des vorzugsweise konstanten Minimal-Pegelstandes 21, und die Elektrode 11 mit ihrem Tauchstab 13, dessen oberes Ende 22 mit aus der Abdeckhaube 14 herausragender und von aussen ablesbarer Skalenteilung versehen ist, die Überwachung des je nach Sollmenge einstellbaren oberen Pegelstandes 23. Die Einstellung der Sollmenge erfolgt im Beispiel mittels der Fixierschraube 24 für den Tauchstab 13. Nach Schliessen des Zementzulauf-Absperr-
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ventils 7 bei Erreichen der an der Skala des Tauchstabes 13 eingestellten Sollmenge dauert das Mischen bis zur Entleerung, die durch Öffnen des Ventils 9 und gleichzeitiges Schliessen des Ventils 8 bei oder nach Herstellen der Aufnahmebereitschaft der Folgestufen, z.
B. eines Betonmischers, eventuell von diesem selbst eingeleitet und durch Zurückschalten der Ventile 8, 9 bei Erreichen des Minimal-Pegelstandes 21 beendet wird. Gleichzeitig mit Erreichen des Minimal-Pegelstandes wird der Wasserzulauf wieder ge- öffnet. Ebenfalls vorzugsweise gleichzeitig, aber wahlweise auch erst nach beendetem Wassereinlauf, wird auch das Absperrventil 7 für den Zementzulauf wieder geöffnet.
Bei Zusatz eines flüssigen Additivs kann dieses mit an sich bekannten Mitteln, beispielsweise einer Dosierpumpe 25 aus einem Vorratsbehälter 26 in dosierter Menge entnommen werden. Nach der Erfindung wird die Mündung der Zuleitung 27 für das Additiv vorzugsweise mit injektorartig ausgebildeter Düse 28 in die Zuleitung für das Wasser hinter dessen Absperrorgan 6 eingeführt, um eine frühzeitige innige Vormischung mit dem Wasser zu erzielen.
Fig. 2 zeigt schematisch und beispielhaft eine andere bevorzugte Ausführungsform. Bei dieser ist der Mess-und Mischbehälter l so hoch, beispielsweise über einem Betonmischer, angeordnet, dass das fertige Mischgut ohne eine in der Entleerungsleitung verbleibenden Restmenge und gleichzeitig durch Schwerkraft und Pumpwirkung in kürzester Zeit zu dem nicht dargestellten Verbraucher gelangt. Die Überwindung des HöhenunterschiedeszwischendemAuslaufdesZementsilosIS und dem Mischbehälter 1 erfolgt auch hiebei lediglich durch die motorisch angetriebene Pumpe 19 über die injektorartige Einmündung des Zementzulaufes 4. Um bei Stillstand der Pumpe 19, z.
B. durch Ausfall des- Netzstromes. ein Zurückfliessen des Behälterinhaltes zum Zementsilo zu verhindern, sind in den Rohrleitungen geeignete Mittel angeordnet, so in der Druckleitung eine über denHöchst-Füllstand 23 hinaufreichendeRohrschleife29 und in der Saugleitung eine Rückstauklappe 30. Für die Mengenmessung des Mischgutes und damit die indirekte Mengenmessung des Zementes ist im Beispiel der Fig. 2 eine einzige Tauchelektrode 31 dargestellt, die die im Behälter befindliche Menge kontinuierlich anzeigt und auf eine Anzeigevorrichtung 32 überträgt, auf der in bekannter Weise Minimum-Maximum-Kontakteinrichtungen 33, 34 femeinstellbar derartig angeordnet
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Das erfindungsgemässe Verfahren ist nicht beschränkt auf die Herstellung von Mörtel. Es kann mit gleichem Vorteil für andere Mischungskomponenten, beispielsweise für die Herstellung eines thixotropen kolloidalen Ton-Wassergemisches angewendet werden. Ebenso ist die Vorrichtung nicht beschränkt auf die
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Der überraschende Effekt besteht vor allem darin, dass die verschiedenen Aufgaben auf wirtschaftlichste Art gelöst werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum chargenweisenDosieren eines pulverförmigen Stoffes, z. B. Zement, und zur Herstellung kolloidaler Mischungen, beispielsweise von Zementmörtel oder Beton, bei dem die festen Teilchen des Zementes mit Wasser und eventuell zusätzlich mit ebenfalls flüssigen Additiven gemischt werden, so dass diese mehr oder weniger einzeln in der Flüssigkeit suspendiert sind, wobei das Mischen der Stoffe mittels einer Pumpe im Umwälzverfahren und das Wegfördern des fertigen Mischgutes mittels derselben Pumpe erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die in an sich bekannter Weise vordosierten flüssigen Mischungskomponenten vor oder gleichzeitig mit dem Bindemittel, z. B.
Zement, in einen Mischbehälter (l) gelangen und dass die Mengenmessung des pulverförmigen Stoffes indirekt durch Abnahme der Messwerte an dem sich bildenden Mischgut erfolgt, indem der Strömungswiderstand und/oder der Pegelstand des sich bildenden Mischgutes gemessen wird.