Verfahren zum Vermengen einer aus körnigen Teilchen bestehenden aufgestapelten losen Masse mit einer Flüssigkeit und Vibriervorrichtung zur Ausführung des Verfahrens. Die Erfindung bezieht sich auf ein Ver fahren zum Vermengen einer aus körnigen Teilchen bestehenden aufgestapelten losen Masse mit einer Flüssigkeit sowie auf eine Vibriervorrichtung zur Ausführung des Ver fahrens.
Das Verfahren gemäss der Erfindung ist. insbesondere für Bauzwecke bestimmt; es kann aber auch auf andern Gebieten, wie z. B. in der chemischen, Bergbau- und ähnlichen Industrien, angewendet werden.
Das Verfahren gemäss vorliegender Erfin dung besteht. darin, eine aus körnigen Teil ehen bestehende aufgestapelte lose Masse mit einer Flüssigkeit zu vermengen, indem gleich zeitig mit dem Zuführen der Flüssigkeit in die lose Masse Teilchen der Masse Vibrationen ausgesetzt werden und zwecks Komprimierung der Masse ein äusserer Druck auf wenigstens einen Teil der '.Masse ausgeübt wird.
Nicht jede Flüssigkeit ist für die Trän kung einer gegebenen losen Masse geeignet, und umgekehrt kann nicht jede lose Masse durch eine gegebene Flüssigkeit durchdrungen werden. Hauptsächlich muss der Feinheits-grad der Körner der losen Masse einerseits und die Viskosität der Flüssigkeit, anderseits in Be tracht gezogen werden, besonders dann, wenn die Flüssigkeit eine Suspension ist.
Die Vibrationen können von oberhalb der Masse oder von der Seite aus erfolgen oder auch innerhalb der Masse stattfinden. Die zweckmässige Stärke, Amplitude und Frequenz der Vibrationen kann durch Ver suche bestimmt werden.
Die Frequenz der Schwingungen ist beim vorlie-enden Verfahren im allgemeinen von geringerer Wichtigkeit als zum Beispiel dort, wo gemischter Beton durch Vibration verdieh- t.et wird.
Die Vibration vermindert den Filterwider stand der losen Masse. Dies ist. augenschein lich, wenn die lose Masse als eine Mehrzahl von Sieben betrachtet wird, welche überein- andergelegt sind, wobei die Schwingungen die ser Siebe das Hindurchdringen des zu sieben den Materials (im vorliegenden Fall der Flüs sigkeit) erleichtern; jede Schwingung öffnet den Feg für die Flüssigkeit zwisehen den Körnern der losen Masse.
Die Vibrationen er leichtern die Bewegung- der Flüssigkeit in der losen Masse und richten die Flüssigkeitsströ mung, da die Flüssigkeit sich in Riehtung des geringsten Widerstandes bewegt, das ist- in der Richtung, in welcher die Vibration der losen Masse am stärksten ist.
Unter dem äussern Druck ist irgendein zusätzlicher, auf die lose Masse wirkender Druck, also nicht der Druck, welcher durch die Vibrierbewegung oder durch das Gewicht der behandelten Masse erzeugt wird, zu ver- stehen.
Die Flüssigkeit wird vorteilhaft von unten in die lose Masse eingeführt. Eine Flüssigkeit, die durch die lose Masse Strömt, erzeugt einen Strömungsdruck auf die einzelnen Körner der losen Masse, welcher Strömungsdruck von der Zähigkeit der Flüs sigkeit und der Strömungsgeschwindigkeit ab hängt. Wenn die Flüssigkeitsströmung eine vertikale Komponente aufwärts aufweist, ist der Strömungsdruck wenigstens zum Teil ent gegen der Wirkung der Schwerkraft gerichtet.
Wenn dann die Flüssigkeitsgeschwindigkeit so gross ist, dass der Strömungsdruck gleich der Wirkung der Schwerkraft auf die lose Masse in einem gegebenen Querschnitt ist, dann wer den der Strömungsdruck und die Strömungs geschwindigkeit der kritische Druck und die kritische Geschwindigkeit genannt. Wenn die Geschwindigkeit darüber erhöht wird, wird die Masse durch die Flüssigkeit aufgelockert.
Wenn ein äusserer Druck nach abwärts auf die Masse zusätzlich zu deren Schwerkraft wirkt, kann folglich die Geschwindigkeit der aufsteigenden Flüssigkeit ohne Erreichung der kritischen Geschwindigkeit erhöht wer den.
Wenn ein Aussendruck in einer seitlichen Richtung auf die lose Masse ausgeübt wird, während die Masse unter Vibrationsbehand- lung und Flüssigkeitsströmung steht, dann wird dieser Druck eine zusätzliche Herabset zung des leeren Raumes zwischen den Teil chen der losen Masse ohne beträchtliche Ände rung der entsprechenden kritischen Ge schwindigkeit erzeugen.
Wenn Wasser die gewählte Flüssigkeit ist, kann eine vollständige Durchdringung der Masse auch erhalten werden, wenn die Flüs sigkeit abwärts durch die Masse strömt.
Das erfindungsgemässe Verfahren soll nachstehend an Hand der Zeichnung beispiels weise erläutert werden.
Fig.1 bis 4 zeigen schematisch verschie dene Anwendungsmöglichkeiten des Verfah- rens. Fig. 5 zeigt eine schematische Schnittdar stellung einer Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens. Fig. 6 ist ein Schnitt einer andern Ausfüh rungsform einer Vorrichtung, mit welcher das Verfahren verwirklicht werden kann.
Fig. 7 und 8 zeigen verschiedene Arbeits stufen bei Anwendung des Verfahrens zum Verdichten des Bodens.
Fig. 9 ist ein Teilschnitt 1m grösseren Mass stab nach Schnittlinie 9-9 der Fig. 5. Fig.10 zeigt schematisch die Anwendung, des Verfahrens für Bauzwecke.
Fig.11 zeigt in. schematischer Form ein Ausführungsbeispiel der Vibriervorrichtung gemäss der Erfindung.
Fig.12 zeigt eine etwas andere Ausfüh rungsform der Vibriervorrichtung gemäss der Erfindung, und Fig. 13 veranschaulicht die Vorrichtung nach Fig.12 im Betrieb und in an einem fahr baren Gerüst aufgehängtem Zustand.
In den Fig.1 bis 4 ist eine körnige, aufge stapelte lose Masse 10 gezeigt, welche einen Teil des Bodens bildet, wobei der unbehan delte oder bereits behandelte Teil 11 desselben eine Auflagefläche des zu behandelnden Bo denteils 10 bildet. Der äussere Druck 12 auf die Masse 10, die Vibrationen 13 und eine Flüssigkeitsströmung 14 werden gleichzeitig auf die Masse 10 an einer vorbestimmten Rieb tung zur Wirkung gebracht.
Nach Fig.1 wirkt der äussere Druck 1 ? von allen Seiten auf die Masse 10 ein. Naeh Fig. 2 ist der äussere Druck 12a senkrecht zur Auflagefläche 11 gerichtet, während der Ein fluss der' Flüssigkeitsströmung 14 und der Vi- brationen 13 gegenüber der Fig.1 unverän dert bleibt.
In Fig. 3 ist der äussere Druck 12a senk recht gegen die Auflagefläche 11 gerichtet, wogegen die Flüssigkeitsströmung 14a ent gegengesetzt zur Richtung dieses Druckes 12c gerichtet ist. In Fig. 4 wirkt der äussere Druck 12b in lotrechter Richtilng, wogegen die Flüssigkeitsströmung 14b entgegengesetzt zur Richtung des äussern Dreckes 12b erfolgt.
Fig. 5 zeigt eine Vorrichtung für die Er zeugung von Betonrohren, Leitungen oder dergleichen, wobei der die körnige lose Masse bildende Betonzuschlagstoff 15 in eine Form eingefüllt ist, welche eine feste Wand 7 6 und eine dehnbare Wand 17 besitzt.
Gemäss Fig.5 liegen die Wände 16, 1 7 und der Betonmlschlagstoff 15 auf einer Grundplatte 18 auf, welcher @Tibrationen er teilt werden und in welcher Löcher für den Durchgang von Rohren 19, 20 vorhanden sind, um das flüssige Fluidum, welches in diesem Fall flüssiges Zementbindemittel sein kann. von unten der Masse 1.5 zuzuführen. wie es durch die Pfeile 21 und 22 angedeutet ist. Eine Leitung 23 ist auf einer Deckelplatte 18n angeordnet, die durch die Wand 17 abgestützt ist.
Diese Leitung 23 besitzt ein Ventil 24 und ein Dritekmessinstrument 25 und gestattet den Zutritt von komprimierter Flüssigkeit oder Luft in den durch die Wand 17 um schlossenen Raum 26, so dass, wenn die kom primierte Flüssigkeit oder Luft in diesem Raum 26 eingeführt wird, die Wand 17 in der Richtung der Pfeile 27 und 28 in seit licher Richtung gedrückt Lind zwischen der Platte 18a und der Grundplatte 18 senkrecht zu der durch die Pfeile 21 und 22 angedeute ten Strömung des Zementbreies ausgedehnt wird.
Da auf die Masse 15 ein äusserer Druck in seitlicher Richtung ausgeübt wird, darf die Geschwindigkeit. des Zementbindemittels in Aufwärtsrichtung nicht n -L gross sein. Daher wird nur ein verhältnismässig kleiner Druck von 0,1 bis 0,2 Atü gewählt.. Der äussere Druck und die Vibrationen bewirken zusam men eine hohe Verdichtung des Zuschlagstof fes, so dass ein sparsamer Verbrauch von Ze ment erreicht wird, während der so erhaltene Betonkörper eine sehr hohe Dichtigkeit und Festigkeit besitzt.
Fig. 9 zeigt im Schnitt einen Teil der ver schiebbaren Wand 17, welche Wandteile 1.7a. 17b aufweist, die durch Streifen 17c aus nach giebigem Material, vorteilhaft Gummi, mit einander verbunden sind, so dass die ganze Wand 17 nachgibt, wenn komprimierte Luft oder Flüssiekeit in den Raum 26 der Vorrich tung eingeführt. wird.
Während der Formun,- von Betonrohren zwischen den Wänden 1.6 und 17 und während Luft oder Flüssigkeits- druck und Zementbrei in der erwähnten Weise zur Wirkung gebracht werden, wird eine Vibration auf die Masse 15 über die Vi- brier-Grundplatte 18 und durch irgendeine bekannte Vorrichtung ausgeübt.
Dadurch wird der Zementbrei sieh mit der Masse 15 vollständig vermischen und sich zwischen den Körnern der Hasse verbreiten; der Druck und die j'ibr ationen bewirken, dass das Volu men der ZR-isehenräume zwischen den Kör nern beträchtlich herabgesetzt und somit ein kompakter Beton erzeugt wird.
Nach Fig. 6, die schematisch die Herstel lung von Beton- oder Asphaltblöcken darstellt, wird der äussere Druck durch mechanische Mittel 29 erzeugt. Das flüssige Fluidum (wel ches z. B. Bitumen sein kann), das durch die Leitung 30 zugeführt wird, wird durch die Heizspule 31, die am Ende der Leitung 30 liegt, erwärmt.
Der körnige Zuschlagstoff 32 ist in einem Behälter 33 eingebracht, welcher Vibrationen unterworfen wird, wie es durch die gewellte Linie 34 angedeutet ist.
Fig. 7, 8 und 10 zeigen Anwendungen des Verfahrens für die Verdichtung des Bodens. Gemäss Fig. 7 und 8 wird ein Rohr 37 in den Boden 39 bis zur Zone 40 eüigetrieben. Durch das leere, vom Bodenmaterial befreite Rohr 37 wird der Vibrator 38 hinuntergelassen, der mit einer Verlängerung<B>38e</B> versehen ist, die über das Rohr 37 vorsteht.
Wenn der Vibrator 38 zur zu bearbeitenden Töne 40 gebracht ist, wird Wasser oder ein ähnliches flüssiges Flui dum in das Rohr 37 eingegossen, bis eine Höhe 35a erreicht ist, und nun wird während den durch den Vibrator 38 erzeugten Vibrationen diese Wassersäule aufrechterhalten, so dass nicht nur eine Zuführung von Flüssigkeit zu der Zone 40 stattfindet, sondern auch ein äusserer Druck auf das in der Zone 40 befind liche laterial ausgeübt wird, da.
das Niveau dieser Wassersäule über dem Grundwasser stand 36 gehalten wird. Nachdem der Vibrator in der Zone 40 unter den vorstehend erwähn ten Bedingungen und während einer bestimm ten Zeitdauer gearbeitet hat, wird das Rohr 37 zur Zone 41 (Fug. 8) zurückgezogen, und der V ibrator 38 arbeitet in dieser Zone, um hier die körnige Masse zu verdichten. Der nach der Behandlung gebildete Boden ist durch die Zahlen 45 (Fig. 7) und 46 (Fig. 8) angedeu tet. Statt das Rohr 37 mit dem Vibrator 38 aus dem Boden herauszuziehen, könnte das Rohr 37 auch im Boden verbleiben.
Fig.10 zeigt die Anwendung des Verfah rens für die Verdichtung von sandförmigem Boden. Der Vibrator 38 ist mit dem Rohr 38b gekuppelt, welches von im wesentlichen glei chem Durchmesser wie der des Vibrators 38 ist. Um den Vibrator 38 in die gezeichnete Lage zui bringen, wird er zuerst auf den Bo den aufgesetzt, während Wasser durch Düsen -. 92, 93 dem Grind 78 zugeführt wird.
Der Vi- brator 38 wird dann in Betrieb gesetzt, wäh rend ein äLisserer Druck auf den Grund durch das Gewicht 77 ausgeübt wird, das aus aus wechselbaren Elementen 74, 75, 76 besteht, so dass dadurch der Grund eine breiartige Masse wird, und zwar besonders der Teil des Grun des, der den Vibr ator 38 umgibt und in des sen Nähe liegt. Die Teile 38, 38b können auf diese Weise leicht in den Grund gesenkt werden, sogar, wenn dünne Lehmlagen usw. im Grind ent halten sind oder wenn Mischungen solcher Ma terialien vorhanden sind. Dabei entsteht ein trichterförmiges Loch 70.
In Fig.10 ist der Zustand gezeigt, nachdem der Vibrator die gewünschte Tiefe im Grund 78 in der Zone 71 erreicht hat, welche nun von unten nach oben den ersten zu verdichtenden Teil des Bodens bildet.
Wenn nun im Grund 78 eine Schicht nach der andern verdichtet werden soll, kann die Zufuhr von Wasser zu den beiden Düsen 92, 93 abgestellt werden, aber eine Wassersäule 72 innerhalb des trichterförmigen Loches 70 wird auf dem Wasserstand 35b aufrechterhalten, indem Wasser von irgendeiner äussern Quelle in das Loch 70 gepumpt wird. Dieses Wasser dringt in die Umgebung der unter Behand lung stehenden Zone 71 (siehe Pfeil 79), aber auch teilweise in die darüber liegenden Zonen des Grundes 78.
Eine andere Möglichkeit bestünde darin, Wasser von unten durch die Düsen 92, 93 der Zone 71 zuzuführen, so dass dieses Wasser von -unten nach oben steigt mit einer Geschwindig keit, die -unter der kritischen Geschwindig keit ist.
In beiden Fällen wird dem trichterförmi gen Loch 70 Material (Erde) 73 während der Ausübung des Verfahrens den jeweilig unter Behandlung stehenden Schichten des Grundes 78 zugeführt; dieses zugeführte Material 73 wird gleichzeitig mit dem Grund 78 verdich tet, während der Vibrator 38 und das Rohr 38b nach oben von Schicht zu Schicht heraus gezogen werden.
Versuche haben ergeben, dass das dem Trichter 70 zugeführte lose Material 73 we nigstens die gleiche Dichte und Tragfähigkeit wie der den Trichter umgebende verdichtete Boden bekommt.
Wenn im Trichter 70 ein Betonkörper er stellt werden soll, genüg-, es, als Material 73 einen Zuschlagstoff zu wählen und darauf von unten durch die Düse 93 (an Stelle von Was ser) Zementbrei oder ein anderes flüssiges Bindemittel nach oben einzubringen, wobei die Wasserdüse 92 abgestellt ist. Es ist unwesent lich, dass der BetonzLischlagstoff unter dem Grundwasserstand 36b zugeführt wird, da der langsam steigende Zementbrei bewirkt, dass das Wasser aufwärts innerhalb des Zuschlag stoffes steigt, ohne den Zementbrei zu ver dünnen.
Gleichzeitig wird der Zuschlagstoff durch den Vibr ator 38 vibriert, der dann zu- sarmnen mit dem Rohr 38b nach und nach zurückgezogen wird.
Wenn man in sehr grossen Tiefen arbeitet, kann es vorteilhaft sein, innerhalb des Rohres 38b einen oder mehrere zusätzliche Vibrato ren anzuordnen.
Es ist zu beachten, dass nach Fig. 7 und 8 die Wassersäule 35 in dem Rohr 37 einge schlossen ist, wodurch die Strömung des Was sers unmittelbar auf die zu behandelnde Zone 40 bzw. 41 gerichtet ist, wogegen gemäss Fig. 10 die Flüssigkeit. 72 sowohl in den Boden 7 8 über dem Vibr ator 38 als auch in die Zone 71 eindringt. Der Hauptteil der Flüssigkeit geht aber in die Zone 71 infolge der Vibra tion und des grösseren Wasserdruckes.
Bei den beschriebenen Beispielen wurde vorausgesetzt, dass der Grund aus körnigem Material, wie z. B. grobem Sand oder Kies, besteht und nur verhältnismässig kleine Zwi- schenschichten oder Zusätze von Ton oder der gleichen von nichtkörniger Eigenschaft hat.
Die in Fig.ll gezeigte Vorrichtung weist ein Gehäuse 110 auf, welches flüssigkeitsdicht ist und als Ailtriebsmittel einen Elektromotor <B>111</B> enthält. Die Motorwelle 1_12 ist über eine Gelenkkupplung 113, 115 mit der Welle 115 des exzentrisch auf der Welle sitzenden Ge wichtes<B>116,117</B> verbunden.
Die Trennwand 118 bildet den äussern Ab schluss des Gehäuses 110; der Elektromotor <B>111</B> ist auf einer Platte 119 abgestützt, welche auf Winkelstücken 120 ruht. Zwischen den Winkelstücken 120 und der Platte 119 liegt ein Isolierring 121, um den Motorenraum flüs- sigkeitsdiclit zu halten. Der Stromzufluss zum Motor 11.1 erfolgt durch das Kabel 122, wel ches durch eine flüssigkeitsdichte, im Ab schlussdeekel 1.18 vorgesehene Büchse 123 hin durchgeht.
Die Welle 11_5 des Exzentergewich- tes 116,<B>117</B> ist in einem Lager 124 der untern Verschlussplatte 125 gelagert und geht mit Spiel durch eine Öffnung 126 der Trennwand 127. Wenn der Motor 117. in Betrieb gesetzt wird, dreht sich das Exzentergewicht 1.16, 117 in dein durch Trennwände 125, 1.27 und das Gehäuse<B>1.1.0</B> begrenzten Raum und übt einen seitlichen Druck auf die Trennwände 125, 127 aus, da die Kupplung<B>113,</B> 114 nachgibt. Das Lager 12-L und die Trennwände 725, 127 über tragen die Vibrationen des Exzentergewielltes 116, 117 auf das Gehäuse 110.
Das Gehäuse 110 ist an seinem Ende 128 finit konisellen Wanduntren versehen.
Durch das Gehäuse 1.10 gehen in Längs richtung ausserhalb des Bereiches des Exzen- tergewiclites Leitungen 129, 130 hindurch, welche an ihrem einen Ende in Düsen 131 bzw. 132 endigen.
131 ist eine Düse, welche zum Beispiel für die Zuführung von Zementbrei zu der zu be- handelnden körnigen Masse ausgebildet ist, wogegen die Düse 132 gestattet, Wasser oder eine ähnliche Flüssigkeit unter den Vibrator während dessen Betätigung zu leiten.
Die Leitungen l.29, 130 erstrecken sieh über das andere Ende des Gehäuses 110 hin- aus zu einem Veiltilgelläuse 133, welches finit einem Handgriff 1.33a versehen ist, der die Verbindung der Rohre 129, 130 mit entspre chenden Schläuchen oder biegsamen Rohren 131, 135 gestattet.
Bei der in Fig. l l gezeigten Lage 11--III gestattet die Betätigung des Handgriffes 133, da.ss die flüssige Substanz vom Schlauch 135 zum Rohr 129 fliesst, wo gegen in der Lage I-IV des Handgriffes der Schlauch 134 mit dem Rohr 130 verbunden ist, uni die Zuführung irgendeiner andern Flüssigkeit zii gestatten.
Die Regulierung des Druckes und der Ge schwindigkeit der verschiedenen Fluidien ciurcli die Zufuhrzone kann auf irgendeine passende Weise, z. B. durch ein Regulierventil oder einen Hahn, erfolgen, der sich im Ge- bäuse 133 befinden kann.
Die zugeführte Flüssigkeit kann irgend eine Affinität mit. dem zu behandelnden Bo den haben oder mit diesem chemisch reagieren.
Um in gewissen Fällen eine Flüssigkeits strömung (z. B. Wasserströmung) zum vor- dern Ende 128 des Gehäuses 110 hin zu er zeugen, sind Rohre 129a, 130a vorgesehen, wel che in Düsen 131a bzw. 132 am hintern Ende des Gehäuses 110 endigen und mittels Häh nen 7.33b, 133c gesteuert, werden können. So niit können am hintern und/oder vordern Ende des Gehäuses 110 wahlweise Flüssigkei ten zugeführt werden.
In Fig.12 ist eine ähnliche Vorrichtung dargestellt, welche ein flüssigkeitsdichtes Gre- häuse 140 aufweist, das einen Motor 141 ent hält, der zwischen Trennwänden 142, 143 an geordnet ist, welche an der zylindrischen In nenwand 1..10a, des Gehäuses befestigt sind. Ein Deckel 144 mit Griff 144a ist mittels Bol zen 145 wegnehmbar auf der Grundplatte 142 befestigt.
Der Motor 141 besitzt eine Welle 146, die mit einer Welle 147, die das exzen- trische Gewicht 14$ trägt, verbunden- ist, wel che Welle in im untern Teil 140b des Gehäu ses 140 liegenden. Lagern 149, 150 gelagert ist.
Das Exzentergewicht 148 ist in ein zylin drisches Gehäuse 151 eingeschlossen, das durch ringförmige Glieder 152, 153 abgestützt ist, welche an der zylindrischen Innenwand des untern Gehäuseteils 140b befestigt sind. Eine Endverschlussplatte 154 ist vorgesehen, welche das Vortriebende des CTelnäuses 140 schliesst und welche einen vorstehenden Teil <B>155</B> besitzt, der seitliche Öffnungen 156,<B>157</B> besitzt, durch welehe einwärts gerichtete En den 158,<B>159</B> von Rohren 160, 161 vorstehen.
Diese Rohre 160, 161 erstrecken sich in der Längsrichtung des Gehäuses 140a., 140b und sind an Schläuchen 162 bzw. 163 (Fig.l3) und an nicht gezeichnete Reguliermittel, um verschiedene Flüssigkeitsströmungen durch die Leitungen zu ermöglichen, angeschlossen.
Dichtungen und Verbindungen, durch die Bezugszahlen 164,<B>165,</B> 166, 167 und 168 an gedeutet, sind zur Lagerung des Exzenter- gewiehtes 148 im Gehäuse 151 vorgesehen. Zum Unterschied vom Beispiel nach Fig.11 liegen die Rohre 160, 161 ausserhalb des Ge häuses 140a, 140b und wirken somit als seit liche Stampfflossen,
wenn die Vibriervorrich- tung Vibrationen infolge der Betätigung des Motors 141 und Exzentergewiehtes 148 ausge setzt ist.
Es geht. aus dem Vorstehenden hervor, da.ss während der Drehung des Motors 141 bei hoher Geschwindigkeit die ganze Vorrichtung nach Fig. 12 am Griff 144a schwingt, mittels welchem die Vorrichtung an einer Welle 170 aufgehängt ist, die an einem Seil 171 eines Kranes 172 (Fig.13) gehalten ist. Die Vor richtung kann somit im Loch 173 Stampf- und seitliche Vibrierbewegungen ausführen. Durch die Rohre 160, 161 können auch be stimmte chemische Substanzen zugeführt wer den, um aus der körnigen losen Masse einen harten und festen Körper zu machen.
Die Vorrichtung nach Fig.11 kann in glei cher Weise für den gleichen Zweck verwendet werden wie die in bezug auf Fig.12 und 13 beschriebene Vorrichtung. Ein weiterer Unterschied der in Pig.12 gezeigten Vorrichtung gegenüber der in Fig.11 dargestellten liegt darin, dass das Ar- beits- oder Vorschitbende 169 nicht konisch ist;
es ist aber auch so geformt, dass ein Ein dringen des Endes<B>169</B> in den Boden 174, in welchem das Loch 173 gebildet wird, erleieli- tert ist.
Die in den Fig. 11 und 12 gezeigten Vor richtungen können dazu benutzt werden, um in den Boden Bauteile, wie Rohre, Pfähle usw., einzuführen, welche der Vibriervorrich- tung bis zur gewünschten Bodentiefe folgen können. Die Vibriervorrichtung kann dann herausgezogen werden, wogegen das Rohr iln Boden verbleiben kann. Dem Zwischenraum zwischen dem Rohr und den Wänden des ge bildeten Trichters kann dabei körniges loses Material (Erde) zugeführt werden, welches gleichzeitig mit dem körnigen Material des Bodens verdichtet werden kann.
Versuche haben ergeben, dass das so zugeführte lose Material wenigstens die gleiche Dichte und Tragfähigkeit wie der .verdichtete, den gebil deten Hohlraum umgebende Boden annimmt.
Aus Fig.11 ist weiter ersichtlich, dass das Gehäuse<B>11.0</B> des Vibrators mit einem Rohr 110a gekuppelt ist, welches von gleichem Durchmesser wie der des Gehäuses 110 ist. Das Rohr 110a ist bei 110b (Fig.11) lösbar mit dem Vibratorgehäuse <B>110</B> verbunden.
Es ist zu beachten, dass bei allen beschrie benen Beispielen gleichzeitig sowohl ein äusse rer Druck auf die körnige lose Masse ans geübt wird, als auch die Masse Vibrationen ausgesetzt Lund ihr eine Flüssigkeit zugeführt wird.
A method of mixing a piled loose mass consisting of granular particles with a liquid and vibrating device to carry out the method. The invention relates to a process for mixing a stacked loose mass consisting of granular particles with a liquid and to a vibrating device for carrying out the process.
The method according to the invention is. in particular intended for building purposes; but it can also be used in other areas, such as In the chemical, mining and similar industries.
The method according to the present invention exists. In the process of mixing a stacked loose mass with a liquid, which consists of granular parts, by exposing particles of the mass to vibrations at the same time as the liquid is fed into the loose mass and, for the purpose of compressing the mass, external pressure on at least part of the '. Mass is exercised.
Not every liquid is suitable for impregnating a given loose mass and, conversely, not every loose mass can be penetrated by a given liquid. Mainly the degree of fineness of the grains of the loose mass on the one hand and the viscosity of the liquid on the other hand have to be taken into account, especially if the liquid is a suspension.
The vibrations can take place from above the mass or from the side or take place within the mass. The appropriate strength, amplitude and frequency of the vibrations can be determined by searching.
The frequency of the vibrations is generally less important in the present process than, for example, where mixed concrete is thickened by vibration.
The vibration reduces the filter resistance of the loose mass. This is. Apparently, if the loose mass is regarded as a plurality of sieves which are superimposed, the vibrations of these sieves facilitating the penetration of the material to be sieved (in the present case the liquid); each oscillation opens the sweep for the liquid between the grains of loose mass.
The vibrations facilitate the movement of the liquid in the loose mass and direct the flow of the liquid, since the liquid moves in the direction of the least resistance, that is in the direction in which the vibration of the loose mass is strongest.
The external pressure is to be understood as any additional pressure acting on the loose mass, ie not the pressure that is generated by the vibrating movement or by the weight of the mass being treated.
The liquid is advantageously introduced into the loose mass from below. A liquid that flows through the loose mass creates a flow pressure on the individual grains of the loose mass, which flow pressure depends on the viscosity of the liquid and the flow velocity. When the liquid flow has an upward vertical component, the flow pressure is at least in part directed against the action of gravity.
If then the liquid velocity is so great that the flow pressure is equal to the effect of gravity on the loose mass in a given cross-section, then who the flow pressure and the flow velocity is called the critical pressure and the critical velocity. When the speed is increased above this, the mass is loosened by the liquid.
If an external downward pressure acts on the mass in addition to its gravity, the speed of the ascending liquid can consequently be increased without reaching the critical speed.
If an external pressure is exerted on the loose mass in a lateral direction while the mass is under vibration treatment and liquid flow, then this pressure becomes an additional reduction of the empty space between the particles of the loose mass without significant change of the corresponding critical one Generate speed.
If water is the liquid of choice, complete penetration of the mass can also be obtained when the liquid flows downward through the mass.
The inventive method will be explained below with reference to the drawing, for example.
FIGS. 1 to 4 schematically show various possible applications of the method. Fig. 5 shows a schematic sectional representation of a device for performing the method. Fig. 6 is a section of another Ausfüh approximate form of an apparatus with which the method can be implemented.
Fig. 7 and 8 show different stages of work when using the method for compacting the soil.
Fig. 9 is a partial section 1m larger scale according to section line 9-9 of Fig. 5. Fig.10 shows schematically the application of the method for building purposes.
11 shows, in schematic form, an embodiment of the vibrating device according to the invention.
FIG. 12 shows a somewhat different embodiment of the vibrating device according to the invention, and FIG. 13 illustrates the device according to FIG. 12 in operation and in a state suspended from a mobile scaffolding.
In Figures 1 to 4, a granular, stacked loose mass 10 is shown, which forms part of the bottom, the untreated or already treated part 11 of the same forms a bearing surface of the Bo dteils 10 to be treated. The external pressure 12 on the mass 10, the vibrations 13 and a liquid flow 14 are brought into effect simultaneously on the mass 10 at a predetermined friction device.
According to Fig. 1, the external pressure 1 acts? on the mass 10 from all sides. According to FIG. 2, the external pressure 12a is directed perpendicularly to the bearing surface 11, while the influence of the liquid flow 14 and the vibrations 13 remains unchanged compared to FIG.
In Fig. 3, the external pressure 12a is directed perpendicularly right against the support surface 11, whereas the liquid flow 14a is directed opposite to the direction of this pressure 12c. In FIG. 4 the external pressure 12b acts in a vertical direction, whereas the liquid flow 14b takes place in the opposite direction to the direction of the external dirt 12b.
Fig. 5 shows a device for the generation of concrete pipes, lines or the like, wherein the granular loose mass forming concrete aggregate 15 is poured into a form which has a solid wall 7 6 and an expandable wall 17. Die Abbaßstoff 15 sind in den der Granular Loose-Matter 15.
According to Figure 5, the walls 16, 17 and the concrete impact 15 on a base plate 18, which @Tibrationen he shares and in which holes for the passage of pipes 19, 20 are available to the liquid fluid, which in this Case can be liquid cement binder. feed from below the mass 1.5. as indicated by arrows 21 and 22. A line 23 is arranged on a cover plate 18n which is supported by the wall 17.
This line 23 has a valve 24 and a Dritekmessinstrument 25 and allows the entry of compressed liquid or air into the space 26 enclosed by the wall 17, so that when the compressed liquid or air is introduced into this space 26, the wall 17 pressed in the direction of arrows 27 and 28 in since Licher direction and extended between the plate 18a and the base plate 18 perpendicular to the flow of cement paste indicated by the arrows 21 and 22.
Since an external pressure is exerted on the mass 15 in a lateral direction, the speed may. of the cement binder in the upward direction should not be n -L. Therefore, only a relatively small pressure of 0.1 to 0.2 Atü is chosen. The external pressure and the vibrations together cause a high compression of the aggregate, so that an economical consumption of cement is achieved while the resulting Concrete body has a very high density and strength.
Fig. 9 shows in section part of the ver sliding wall 17, which wall parts 1.7a. 17b, which are connected to one another by strips 17c of flexible material, advantageously rubber, so that the entire wall 17 yields when compressed air or liquid is introduced into the space 26 of the device. becomes.
During the formation of concrete pipes between the walls 1.6 and 17 and while air or liquid pressure and cement paste are brought into effect in the manner mentioned, a vibration is applied to the mass 15 via the vibrating base plate 18 and by any known one Device exercised.
In this way the cement paste will mix completely with the mass 15 and spread among the grains of hatred; the pressure and vibrations cause the volume of the ZR-ishen spaces between the grains to be reduced considerably and thus a compact concrete is produced.
According to FIG. 6, which schematically shows the production of concrete or asphalt blocks, the external pressure is generated by mechanical means 29. The liquid fluid (which may be bitumen, for example) that is supplied through the line 30 is heated by the heating coil 31, which is located at the end of the line 30.
The granular aggregate 32 is placed in a container 33, which is subjected to vibrations, as is indicated by the wavy line 34.
Figures 7, 8 and 10 show applications of the method for soil compaction. According to FIGS. 7 and 8, a pipe 37 is driven into the ground 39 up to the zone 40. The vibrator 38, which is provided with an extension <B> 38e </B> protruding from the tube 37, is lowered through the empty tube 37, which has been freed from the soil material.
When the vibrator 38 is brought to the tone 40 to be processed, water or a similar liquid fluid is poured into the pipe 37 until a height 35a is reached, and now this column of water is maintained during the vibrations generated by the vibrator 38, so that not only does a supply of liquid to the zone 40 take place, but also an external pressure is exerted on the material located in the zone 40, since.
the level of this water column above the groundwater is maintained 36. After the vibrator has worked in zone 40 under the above-mentioned conditions and for a certain period of time, pipe 37 is withdrawn to zone 41 (Fig. 8), and vibrator 38 works in this zone, around the granular one Compact mass. The soil formed after the treatment is indicated by the numbers 45 (Fig. 7) and 46 (Fig. 8). Instead of pulling the tube 37 out of the ground with the vibrator 38, the tube 37 could also remain in the ground.
Fig.10 shows the application of the method for the compaction of sandy soil. The vibrator 38 is coupled to the tube 38b, which is of substantially the same diameter as that of the vibrator 38 is. To bring the vibrator 38 in the position shown, it is first placed on the floor, while water through nozzles -. 92, 93 is fed to the grind 78.
The vibrator 38 is then put into operation, while an external pressure is exerted on the ground by the weight 77, which consists of exchangeable elements 74, 75, 76, so that the ground becomes a pulpy mass, namely especially the part of the ground that surrounds the vibrator 38 and is close to it. The parts 38, 38b can easily be sunk into the ground in this way, even if thin layers of clay etc. are contained in the grind or if mixtures of such materials are present. This creates a funnel-shaped hole 70.
FIG. 10 shows the state after the vibrator has reached the desired depth in the ground 78 in the zone 71, which now forms the first part of the ground to be compacted from bottom to top.
If one layer after the other is to be compacted in the ground 78, the supply of water to the two nozzles 92, 93 can be turned off, but a column of water 72 within the funnel-shaped hole 70 is maintained at the water level 35b by water from any outside Source is pumped into hole 70. This water penetrates into the vicinity of the zone 71 under treatment (see arrow 79), but also partially into the zones of the ground 78 above it.
Another possibility would be to supply water from below through the nozzles 92, 93 of the zone 71, so that this water rises from the bottom to the top at a speed which is below the critical speed.
In both cases, the funnel-shaped hole 70 material (soil) 73 is supplied to the respective treated layers of the ground 78 while the method is being carried out; this supplied material 73 is compacted simultaneously with the base 78 while the vibrator 38 and the tube 38b are pulled up from layer to layer.
Tests have shown that the loose material 73 fed to the funnel 70 has at least the same density and load-bearing capacity as the compacted soil surrounding the funnel.
If in the funnel 70 a concrete body he is to be, it is enough to choose an aggregate as material 73 and then from below through the nozzle 93 (in place of what water) cement paste or another liquid binder to be introduced upwards, with the Water nozzle 92 is turned off. It is immaterial that the concrete aggregate be added below the groundwater level 36b, as the slowly rising cement paste causes the water to rise upward within the aggregate without thinning the cement paste.
At the same time, the aggregate is vibrated by the vibrator 38, which is then gradually pulled back together with the tube 38b.
When working at very great depths, it can be advantageous to arrange one or more additional vibrators within the tube 38b.
It should be noted that according to FIGS. 7 and 8, the water column 35 is enclosed in the pipe 37, whereby the flow of the water is directed directly to the zone 40 and 41 to be treated, whereas according to FIG. 10 the liquid. 72 penetrates both into the ground 7 8 above the vibrator 38 and into the zone 71. The main part of the liquid goes into zone 71 as a result of the vibration and the greater water pressure.
In the examples described, it was assumed that the base of granular material, such as. B. coarse sand or gravel, and only has relatively small intermediate layers or additions of clay or the like of non-granular properties.
The device shown in Fig.ll has a housing 110 which is liquid-tight and contains an electric motor 111 as a drive means. The motor shaft 1_12 is connected via an articulated coupling 113, 115 to the shaft 115 of the weight 116, 117 which is seated eccentrically on the shaft.
The partition 118 forms the outer end of the housing 110; The electric motor 111 is supported on a plate 119 which rests on angle pieces 120. An insulating ring 121 lies between the angle pieces 120 and the plate 119 in order to keep the engine compartment liquid-tight. The current flow to the motor 11.1 occurs through the cable 122, which passes through a liquid-tight sleeve 123 provided in the end cap 1.18.
The shaft 11_5 of the eccentric weight 116, 117 is mounted in a bearing 124 of the lower closing plate 125 and goes with play through an opening 126 of the partition wall 127. When the motor 117 is put into operation, it rotates the eccentric weight 1.16, 117 in the space delimited by partition walls 125, 1.27 and the housing <B> 1.1.0 </B> and exerts a lateral pressure on the partition walls 125, 127, since the coupling <B> 113, < / B> 114 yields. The bearing 12-L and the partition walls 725, 127 transmit the vibrations of the eccentric shaft 116, 117 to the housing 110.
The housing 110 is provided at its end 128 with finely conical bottom walls.
Lines 129, 130 pass through the housing 1.10 in the longitudinal direction outside the area of the eccentric weight, which ends at one end in nozzles 131 and 132, respectively.
131 is a nozzle which is designed for example for the supply of cement paste to the granular mass to be treated, whereas the nozzle 132 allows water or a similar liquid to be passed under the vibrator during its operation.
The lines 1.29, 130 extend beyond the other end of the housing 110 to a valve housing 133, which is finitely provided with a handle 1.33a, which enables the connection of the tubes 129, 130 with corresponding hoses or flexible tubes 131, 135 permitted.
In the position 11 - III shown in FIG. 11, the actuation of the handle 133 allows the liquid substance to flow from the hose 135 to the tube 129, whereas in the position I-IV of the handle the hose 134 with the pipe 130 is connected to allow the supply of any other liquid zii.
The regulation of the pressure and the speed of the various fluids ciurcli the feed zone can be in any convenient way, e.g. B. by a regulating valve or a cock, which can be located in the housing 133.
The supplied liquid can have any affinity with. have the floor to be treated or react chemically with it.
In order to generate a flow of liquid (eg water flow) to the front end 128 of the housing 110 in certain cases, tubes 129a, 130a are provided which end in nozzles 131a and 132 at the rear end of the housing 110, respectively and controlled by means of cocks 7.33b, 133c. In this way, liquids can optionally be supplied to the rear and / or front end of the housing 110.
A similar device is shown in FIG. 12, which has a liquid-tight housing 140 which holds a motor 141 which is arranged between partition walls 142, 143 which is attached to the cylindrical inner wall 1..10a of the housing are. A cover 144 with a handle 144a is removably attached to the base plate 142 by means of bolts 145.
The motor 141 has a shaft 146 which is connected to a shaft 147 which carries the eccentric weight 14, which shaft is located in the lower part 140b of the housing 140. Bearings 149, 150 is stored.
The eccentric weight 148 is enclosed in a cylin drical housing 151 which is supported by annular members 152, 153 which are attached to the cylindrical inner wall of the lower housing part 140b. An end closure plate 154 is provided, which closes the driving end of the C-housing 140 and which has a protruding part 155 which has lateral openings 156, 157 through which inwardly directed ends 158 , <B> 159 </B> protrude from tubes 160, 161.
These tubes 160, 161 extend in the longitudinal direction of the housing 140a., 140b and are connected to hoses 162 and 163 (Fig.l3) and to regulating means (not shown) in order to allow different liquid flows through the lines.
Seals and connections, indicated by the reference numbers 164, 165, 166, 167 and 168, are provided for mounting the eccentric thread 148 in the housing 151. In contrast to the example according to FIG. 11, the tubes 160, 161 are located outside the housing 140a, 140b and thus act as lateral tamping fins,
when the vibrating device is exposed to vibrations due to the actuation of the motor 141 and eccentric weight 148.
It works. from the foregoing that during the rotation of the motor 141 at high speed the whole device according to FIG. 12 swings on the handle 144a by means of which the device is suspended from a shaft 170 which is attached to a rope 171 of a crane 172 (FIG .13) is held. The device can thus perform tamping and lateral vibrating movements in the hole 173. Certain chemical substances can also be fed through the pipes 160, 161 in order to make a hard and solid body out of the granular loose mass.
The device according to FIG. 11 can be used in the same manner for the same purpose as the device described with reference to FIGS. 12 and 13. Another difference between the device shown in Pig.12 and the one shown in FIG. 11 is that the working or advancing end 169 is not conical;
however, it is also shaped in such a way that the end 169 can penetrate the base 174 in which the hole 173 is formed.
The devices shown in FIGS. 11 and 12 can be used to introduce components, such as pipes, piles, etc., into the ground, which can follow the vibrating device to the desired depth. The vibrating device can then be pulled out, whereas the tube can remain in the ground. The space between the pipe and the walls of the funnel formed ge can be fed granular loose material (earth), which can be compacted at the same time with the granular material of the soil.
Tests have shown that the loose material supplied in this way assumes at least the same density and load-bearing capacity as the compacted soil surrounding the cavity formed.
It can also be seen from FIG. 11 that the housing 11.0 of the vibrator is coupled to a tube 110a which is of the same diameter as that of the housing 110. The tube 110a is detachably connected to the vibrator housing 110b (FIG. 11).
It should be noted that in all the examples described, both external pressure is exerted on the granular loose mass and the mass is exposed to vibrations and a liquid is supplied to it.