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Verfahren und Vorrichtung zum Einbringen von sich verfestigenden
Stoffen in natürliche und künstliche offene und geschlossene
Hohlräume
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einbringen von Mehrkomponentenharzen in offene und in geschlossene Hohlräume natürlicher oder künstlicher Art, z. B. in Erdreich oder in Mauerwerk. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die Harzkomponenten durch Hochdruckzahnradpumpen mit Motorantrieb angesaugt, gefördert, dosiert und auf den Betriebsdruck gebracht werden und dass dann die Komponenten mittels einer Hochdruckmischkammer für Mehrkomponentenharze vermischt werden und hierauf das Harzgemisch über ein Verbindungsstück in die Hohlräume eingedrückt wird.
Eine besondere Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens zum Einbringen von Zweikomponentenharzen, die in einem Verhältnis 2 : 1 angewendet werden, ist dadurch gekennzeichnet, dass für die zwei Harzkomponenten drei Hochdruckzahnradpumpen gleichen Fördervolumens und gleicher Antriebsgeschwindigkeit verwendet werden, wobei zwei Pumpen mit der Harzkomponente beschickt werden, von der zwei Teile eingesetzt werden, und eine Pumpe mit der Harzkomponente beschickt wird. von der ein Teil ein- gesetzt wird. Die in Frage stehende technische Aufgabe konnte bisher noch nicht befriedigend gelöst werden, was mit der Erfindung erstmalig in einfacher Weise mit überraschend gutem Effekt gelungen ist.
Das erfindungsgemässe Verfahren dient zur Verfestigung unregelmässiger Materialien, die insbesondere feinste Spalte oder Risse oder schwer zugängliche Hohlräume aufweisen, indem diese mit den Mehrkomponentenharzen, z. B. durch Injektion gefüllt werden.
Eine derartige Verfestigung kann gleichermassen durchgeführt werden bei natürlichen Materialien,
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die Aufgabe darin bestehen, rissig und brüchig gewordene Teile wieder zuverfestigen sowie darin, vorgefertigte Teile miteinander zu verbinden.
Bei den Gesteinen, die einer Verfestigung bedürfen, kann es sich beispielsweise um Sedimente handeln, die durch ihre natürliche Struktur Spalte und Risse aufweisen oder die durch äussere Einflüsse, wie Druck, Senkung, Verschiebung oder Abbauarbeiten, diese Schäden erlitten haben. Diese Gesteine können sowohl unter wie über Tage auftreten.
Im ersten Fall handelt es sich vorwiegend um Hängend- oder Liegendformationen, zum Auslaufen neigende Kohle in vorwiegend steiler Lagerung und Salze, die z. B. durch Wassereinfluss ihre Festigkeit eingebüsst haben. Über Tage kommen vorwiegend Gesteine in Betracht, die durch Verwitterungen, Erdrutsch oder Senkungen (Bergschäden) Festigkeitseinbussen erlitten haben. Die letztgenannten Schäden können auch bei Bauwerken auftreten und machen sich als Risse in Mauerwerken und Beton, z. B. bei Gebäuden, Staumauern, Fundamenten und Betonstrassen bemerkbar.
Bei den oben beschriebenen Anwendungsgebieten wird das erfindungsgemässe Verfahren vorwiegend unter Anwendung von Druck ausgeführt. Beim Ausgiessen von Formen kann das Giessverfahren entweder unter Anwendung von Druck oder drucklos durchgeführt werden. Die Durchmischung der Harze geschieht in jedem Falle unter Anwendung von Druck, wobei die Komponenten blasenfrei homogenisiert werden.
Anwendungsgebiete für diese Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens sind z. B. bekannte Giessvorgänge im Elektrosektor sowie bei Verwendung von Breitschlitzaustrittsvorrichtungen die Laminiertechnik.
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Eine Vorrichtung für die angeführten Anwendungsgebiete'muss folgende Merkmale aufweisen :
1. Erzeugung hoher Drücke in der Maschine für den Mischvorgang,
2. Erhaltung dieser Drücke und Übertragung in das zu injizierende Gebiet,
3. einwandfreie Dosierung der Harzkomponenten,
4. kontinuierliche Arbeitsweise,
5. leichte Reinigungsmöglichkeiten der Betriebsteile, die mit dem gemischten Harz in Berührung gebracht wurden.
Gemäss der Erfindung kann eine zum Einbringen von Mehrkomponentenharzen in offenen und geschlossenen Hohlräumen geeignete Vorrichtung aus einer der Zahl der Komponenten entsprechenden Zahl von Hochdruckzahnradpumpen mit Motorantrieb als Förder- und Dosierorgane bestehen, die Zuleitungen zu Vorratsbehältern für die Harzkomponenten besitzen und die, gegebenenfalls über Druckausgleichtöpfe, durch Hochdruckschläuche mit einer Hochdruckmischkammer für Mehrkomponentenharze verbunden sind, die in der Austrittsöffnung ein Verbindungsstück zu einem auszugiessenden Hohlraum besitzt.
Bei der erfindungsgemässen Vorrichtung kann man alle Hochdruckzahnradpumpen durch einen Motor über einen Getriebekasten antreiben. Hiebei hat man die Möglichkeit, durch Auswechseln der Zahnräder im Getriebekasten das Mischungsverhältnis zu variieren.
Um bei Zweikomponentenharzen, wie z. B. Epoxyharz oder Polyesterharzen, die beiden Komponenten in einem breiten Mischungsverhältnis kombinieren zu können, kann es auch zweckmässig sein, jede Förderpumpe mit einem stufenlos regelbaren Getriebeantrieb auszurüsten. Die beiden Getriebe können auch durch ein Gestänge gekoppelt werden, so dass eine Variation der Gesamtfördermenge unter Konstanthaltung des einmal eingestellten Mischungsverhältnisses möglich ist.
Als Hochdruckzahnradpumpen kommen solche in Frage, mit denen man Drücke von 50 bis 400 Atmosphären erzeugen und längere Zeit halten kann.
Als Hochdruckmischkammer können an sich bekannte Vorrichtungen Verwendung finden. Besonders geeignet ist eine Hochdruckmischkammer, in der ein Mischorgan umläuft, das von aussen durch eine in die Mischkammer eingeführte Welle angetrieben wird, wobei der Mischkammer ausserhalb der Welleneinführung eine Vorkammer vorgeschaltet ist, durch welche eine der zu mischenden Komponenten auf dem Wege in die Mischkammer hindurchgeleitet wird.
In der Verbindung von Vorkammer und Mischkammer kann eine Drossel bzw. ein Rückschlagventil angeordnet sein, wodurch für einen höheren Druck in der Vorkammer gesorgt wird. Durch diese Ausbildung der Hochdruckkammer wird verhindert, dass Teile des gemischten Mehrkomponentenharzes in die Welleneinführung eindringen, was zu ernsten Betriebsstörungen führen könnte.
Da die Zahnradpumpen von einer bestimmten Viskosität ab fördern, kann es erforderlich sein, Harze von sehr hoher Viskosität durch Erwärmen auf förderbare Viskosität zu bringen, was durch Aufheizen der Vorratsbehälter erfolgen kann. Dies ist besonders dann zu berücksichtigen, wenn die Harze noch Füllstoffe enthalten.
Eine besondere Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung in Richtung auf das Einbringen von Zweikomponentenharzen, die im Verhältnis 2 : 1 angewendet werden, besteht aus drei Hochdruckzahnradpumpen gleichen Fördervolumens und gleicher Antriebsgeschwindigkeit, die durch einen regelbaren Getriebemotor angetrieben werden und die eine Zuleitung zu zwei Vorratsbehältern für die beiden Harzkomponenten besitzen und die weiter, gegebenenfalls über Druckausgleichtöpfe, durch Hochdruckschläuche mit einer Hochdruckmischkammer für Zweikomponentenharze verbunden sind, wobei zwei Pumpen mit dem Vorratsbehälter jener Harzkomponente verbunden sind, von der zwei Teile eingesetzt werden, und eine Pumpe mit dem Vorratsbehälter jener Harzkomponente verbunden ist, von der ein Teil eingesetzt wird.
Als Zweikomponentenharze, die im Verhältnis 2 : 1 eingesetzt werden, kommen z. B.
Systeme aus Epoxyharzen und Polyaminoamiden in Frage.
Die an sich nicht naheliegende Anordnung, ein Zweikomponentensystem mit drei Zahnradpumpen zu fördern, hat folgende Vorteile :
1. Es können Pumpen mit gleicher Kennlinie zur Anwendung kommen, d. h. die Fördermenge aller Pumpen bleibt auch bei verschiedener Drehzahl identisch, und das Mischungsverhältnis wird nicht beeinflusst.
2. Die Pumpen können sternförmig um eine Antriebswelle gelagert werden, was eine fertigungstechnische Vereinfachung bedeutet.
3. Durch die Verwendung von drei Pumpen der gleichen Bauart ergeben sich durch die Typisierung der Ersatzteile Vorteile bei Reparaturen und Auswechselarbeiten.
Der Antrieb der Zahnradpumpen für die erfindungsgemässen Vorrichtungen kann durch Motore erfol-
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gen, wobei die Energiezahl beliebig ist. Falls kein Lösungsmittel im System vorhanden ist, können auch Elektromotore, die nicht explosionsgeschützt sind, verwendet werden.
Die Dosierung und Förderung durch Zahnradpumpen ergibt eine kontinuierliche Funktionsweise. Durch eine Trennung der Mischkammer vom Grundgerät ist eine Anwendung auch auf Baustellen mit erheblichen Schwierigkeitsgraden möglich. Durch die getrennte Zufuhr der Komponenten zur Mischkammer ist die Entfernung des Arbeitsortes vom Grundgerät beliebig. Da nur die Mischkammer mit reaktionsfähigem Harzgemisch in Berührung gebracht wird, ist die Reinigung des Gerätes denkbar einfach. Die Kammer wird nach der Arbeit entweder mit Wasser durchspült oder durch einen einkomponentigen Spülvorgang gereinigt.
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kung hierauf näher erläutert.
Bei der Ausführungsform gemäss Fig. 1 sind zwei handelsübliche Vorratsbehälter 1, 2 vorgesehen, die auswechselbar mittels Schraubverschlüssen mit dem Gerät durch Plastikschläuche verbunden sind ; in den beiden Behältern befinden sich die beiden Harzkomponenten. Durch zwei Zahnradpumpen 3,4 werden die Harze angesaugt, dosiert und der Hochdruckmischkammer (Fig. 3) zugeführt.
Im beschriebenen Fall haben die Pumpen 3,4 gleiches Fördervolumen. Das Mischungsverhältnis lässt sich durch Auswechseln der Antriebsräder im Getriebekasten 7 variieren, d. h. bei veränderter
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bemotor 6.
Von den beiden druckerzeugenden Zahnradpumpen 3,4 wird das Harz nun durch zwei Druckleitungen 8,9 und durch flexible Hochdruckschläuche der Mischkammer (Fig. 3) zugeführt, die wie oben beschrieben ausgeführt ist.
Da die Durchmischung der Harze erst in der Hochdruckmischkammer erfolgt, können die Zuführungsschläuche bei ausserhalb der Maschine liegender Mischkammer beliebig lang sein.
In der Harzleitung 9 befindet sich ein Manometer 14, das einmal den Betriebsdruck anzeigt, zum andern über einen Kontakt bei Auftreten von Überdrücken die Maschine ausser Funktion setzt. An der durchgehenden Antriebswelle des Getriebemotors befindet sich ein Drehzahlmesser 15, der einmal die augenblickliche Fördermenge anzeigt, zum andern die Gesamtmenge auf einem Zählwerk festhält.
Bei der Ausführungsform gemäss Fig. 2 befinden sich wieder in zwei handelsüblichen Vorratsbehältern
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ten.
Durch drei Zahnradpumpen 3,4, 5 werden die Harze eingesaugt, dosiert und der Hochdruckmischkammer 12 zugeführt. Im beschriebenen Fall sind die Pumpen 3,4 gemeinsam für die Förderung jener Komponente vorgesehen, von der zwei Teile eingesetzt werden. Die Pumpe 5 übernimmt die Förderung des Harzes, von dem nur ein Teil eingesetzt wird. Alle drei Pumpen haben das gleiche Fördervolumen und gleiche Antriebsgeschwindigkeit. Im beschriebenen Fall haben die Pumpen ein Fördervolumen von 10 cm3 Umdr/min. Die Betriebsgeschwindigkeit der Anlage liegt zwischen 20 und 8 0 Umdr/min, was einer Förderleistung von 35 bis 145 kg/h entspricht. Als Antrieb der Pumpe dient ein stufenlos regelbarer Getriebemotor 6. Die Kraftübertragung vollzieht sich über Zahnräder 7.
Von den drei druckerzeugenden Zahnradpumpen 3,4, 5 wird das Harz nun über zwei Druckleitungen 8,9 durch flexible Hochdruckschläuche 10,11 der Mischkammer 12 (s. Fig. 3) zugeführt.
Die Harzausgangsleitungen der Pumpen 3,4 sind bei dieser Bauart der Vorrichtung zu einer Druckleitung 8 zusammengefasst worden. Da die Durchmischung der Harze erst in der Hochdruckmischkammer erfolgt, können die Zuführungsschläuche 10,11 bei ausserhalb der Maschine liegenden Mischkammern beliebig lang sein. An der Austrittsöffnung der Mischkammer 12 befindet sich ein Manometer 14a und ein Anschlussstück 13 für die Injektions- bzw. Giessvorrichtung.
Ein- und Ausschalten der Maschine geschieht durch einen Schalter an der Mischkammer. In der Harzleitung 9 befindet sich ein Manometer 14, das einmal den Betriebsdruck anzeigt, zum andern über einen Kontakt bei Auftreten von Überdrücken das Gerät ausser Funktion setzt. An der Antriebswelle des Getriebemotors befindet sich ein Drehzahlmesser 15, der einmal die augenblickliche Fördermenge anzeigt, zum andern die Gesamtmenge auf einem Zählwerk festhält.
In Fig. 3 und 4 ist die Hochdruckmischkammer an einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht, u. zw. in Fig. 3 im Längsschnitt und in Fig. 4 im Querschnitt nach der Linie A-B in Fig. 3.
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Die Hochdruckkammern werden von einem starkwandigen Zylinder 18 gebildet, der an den Enden mit zwei Innengewinden 20 bzw. 19 für den Anschluss des Antriebsmotors 21 bzw. einer Schlauchleitung zur Düse versehen ist. Durch eine Querwand 22 im Zylinder 18 ist dieser in eine Mischkammer M und eine Vorkammer V unterteilt, die beide durch eine Umgehungsleitung 23 verbunden sind. Ausserdem sind an die Mischkammer bei 24 und an die Vorkammer bei 25 die Zuleitungen für die beiden Mischungskomponenten anzuschliessen, von denen beispielsweise das Kunstharz bei 24 und der Härter bei 25 zugeführt wird.
In der Mischkammer ist ein drehbar gelagertes Mischorgan angedeutet, das ein sternförmiges Verteilerrad 26, eine mit Einschnitten und Ausschnitten versehene Wirbelscheibe 27 und ein perforiertes Mischkreuz 28 umfasst, und durch eine Zwischenwelle 29 mit dem Antriebsmotor 21 gekuppelt ist. Die Zwischenwelle 29 dreht sich in einem Lager 30 in der Querwand 22, das durch eine Stopfbüchse 31 abgedichtet sein kann.
Im beschriebenen Fall ist die Durchführung der Zwischenwelle 29 durch die Vorkammer V nach aussen zum Antriebsmotor 21 durch eine Hochdruckabdichtung abgedichtet. Diese besteht aus einem zylindrischen Drehteil 32 mit zwei Vierkantkupplungen, nämlich 33 für die Zwischenwelle 29 und 34 für den Antriebsmotor 21. Auf der Aussenseite des Drehteils 32 befinden sich abwechselnd nicht fixierte Dichtungsringe aus Stahl 35 und aus Polytetrafluoräthylen 36. Der Drehteil 32 rotiert in einem Gleitlager 37 aus Sonderbronze.
Der Druck aus der Vorkammer V Überträgt sich durch eine Bohrung 38 der Zwischenwelle 29 auf den Drehteil 32 und auf die Dichtungsringe 35,36. Der Drehteil 32 kann nicht ausweichen, weil er am Ende auf einem Drucklager 41 gelagert ist, während die lockeren Stahlringe 35 die Polytetrafluoräthylenringe 36 abdichtend gegen die Gleitlagerwand 37 pressen.
Der Lagerung des Mischorgans am Austrittsende der Mischkammer dient ein Zentriereinsatz 39, der Durchbrüche für den Durchtritt des Gemenges aufweist. Zwischen dem Zylinder 18 und dem Anschlussstutzen 19 ist eine Lochplatte 40 eingefügt.
Nachstehend sei die Ausführung des Injektionsverfahrens gemäss der Erfindung an Hand eines Beispieles näher beschrieben.
In zerklüftetem Gestein mit weit verzweigten Rissen in hoherAnzahl werden Bohrungen vorgenommen, deren Tiefe vom jeweiligen Material abhängt. Für einen einwandfreien Abschluss des Bohrloches gegen das Injektionsgut wird entweder dadurch gesorgt, dass man ein Tränkrohr verwendet, das mit einer verstellbaren Manschette versehen ist oder dadurch, dass man das Bohrloch mit einem verschliessbaren Konus versieht. Dieser Konus kann z. B. ein Hahnstück oder eine Kugelrückschlagvorrichtung besitzen. Die Verbindung mit der Injektionsvorrichtung kann durch Verschraubung oder Bajonettverschluss erfolgen. Man kann diese Harzinjektion mit dem Verfahren der Ankerung kombinieren. Ein Zuganker, der am Bohrlochende entweder durch Spreizung oder Verklebung fixiert wird, ist mit dem oben beschriebenen Anschlusskonus versehen, durch den die Injektion vollzogen wird.
Nach Beendigung der Injektion wird der Anker verspannt.
Bei vereinzelt auftretenden Spalten und Rissen grösserer Art (gebrochene Betonplatten z. B. bei Stra- ssen oder Fundamenten) kann die Injektion nachfolgendem Verfahren durchgeführt werden :
Der Riss wird oberflächlich mit einem Abdichtungsmittel organischer oder anorganischer Natur verschlossen. Man lässt eine Eintrittsöffnung für die Injektion, gegebenenfalls auch eine Austrittsöffnung offen und injiziert das Mehrkomponentenharz. Diese Methode wird auch bei der Verklebung von vorgefertigten Bauteilen zur Anwendung kommen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Einbringen von sich verfestigenden Stoffen in natürliche und künstliche offene und geschlossene Hohlräume (Gesteine, Mineralien wie Salz, Kohle usw., Beton, Mauerwerk od. dgl.) durch Ansaugen der Stoffe mittels Pumpen und Verpressen mittels Druckvorrichtungen, dadurch gekenn- zeichnet, dass als sich verfestigende Stoffe Mehrkomponentenharze verwendet werden, welche durch Hochdruckzahnradpumpen mit Motorantrieb angesaugt, gefördert, dosiert und auf den Betriebsdruck gebracht werden, dass dann die Komponenten mittels einer Hochdruckmischkammer für Mehrkomponentenharze vermischt werden und hierauf das Harzgemisch über ein Verbindungsstück in die Hohlräume gedrückt wird.