BESCHREIBUNG
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine aus der DE-PS-2 918451 bekannte Vorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art dient zum Feindosieren von flüssigen Zusatzmitteln, die dem Anmachwasser bei der Herstellung von Beton oder Mörtel beigemischt werden.
Eines der angegebenen Zusatzmittel kann beispielsweise ein Luftporenbildner sein. Im Mantel des als Strahlrohr dienenden Rohres sind mehrere Lufteinlässe vorhanden, die der Durchwirbelung und der Oberflächenvergrösserung des Zusatzmittel Wasser-Gemisches dienen sollen. Die zum Anmachen des Betons oder Mörtels benötigte Wassermenge ist relativ gross, so dass sie beispielsweise für die Erzeugung von Schaum in keinem optimalen Verhältnis zur benötigten Menge eines als Zusatzmittel dienenden Schäumungsmittels steht.
Offenbar genügt diese bekannte Vorrichtung den Anforderungen bei der Herstellung von Leichtbeton nicht. Bei der Überprüfung eines unter Verwendung der bekannten Vorrichtung mit einem Schäumungsmittel hergestellten Leichtbetons hat es sich gezeigt, dass dieser in seiner Struktur eine uneinheitliche Qualität aufweist. Die festgestellten Mängel lassen darauf schliessen, dass Unregelmässigkeiten des Schaumes die Ursache bilden.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass die Gleich.
mässigkeit des Leichtbetons von der Stabilität sowie der Einheitlichkeit der Porenstruktur des Schaumes abhängt. Der Erfindung stellt sich deshalb die Aufgabe, eine Vorrichtung zur Erzeugung von kalibriertem Schaum zu schaffen, die eine gleichmässige Vermischung eines als Zusatzmittel dienenden Schäumungsmittels mit dem Wasser und eine exakte Dosierung bei gleichbleibendem Mischungsverhältnis gewährleistet.
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Dadurch, dass die Beimischung des Schäumungsmittels aus einer die Treibdüse umgebenden Ringkammer nur in eine zur Schaumerzeugung benötigte Wassermenge bei konstanten Druckverhältnissen erfolgt, ist eine gleichmässige Verteilung des Schäumungsmittels im Waser bei gleichbleibendem Mischungsverhältnis gewährleistet. Damit sind die Voraussetzungen für die Herstellung von Schaumbeton in einer einheitlichen Qualität geschaffen.
Eine bevorzugte Ausführungsform nach Anspruch 2 sorgt für eine im wesentlichen laminare Strömung des Wassers auf dem Weg zur Mischstrecke und trägt somit zu einem noch gleichmässigeren Mischungsverhältnis bei.
Bei einer Ausführungsform nach Anspruch 3 befindet sich die Treibdüse in einer Einschnürung, womit ein ausreichend hoher Unterdruck in der Saugleitung erzeugt wird, um auch bei unterschiedlichem Niveau des Schäumungsmittels in seinem Behälter eine konstante Ansaugmenge zu gewährleisten.
Eine Ausführungsform nach Anspruch 4 hat sich in bezug auf die Druckverhältnisse vor und nach der Treibdüse als besonders vorteilhaft erwiesen.
Eine Ausführungsform nach Anspruch 5 sorgt für eine Vervollkommnung der Durchmischung des Wassers mit dem Schäumungsmittel.
Eine Ausführungsform nach Anspruch 6 ist strömungstechnisch besonders günstig, um beispielsweise Verwirbelungen im Beimischbereich zu vermeiden. Ferner ist eine solche Ausführung einfacher herstellbar als von einer Zylinderform abweichende Formen.
Eine Ausführungsform nach Anspruch 7 wirkt sich stabilisierend auf den erzeugten Schaumstrahl aus.
Bei einer Ausführungsform nach Anspruch 8 ist eine geradlinige und damit ausreichende Luftzufuhr zur Schaumbildung gewährleistet.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung unterscheidet sich von der eingangs zum Stand der Technik genannten Vorrichtung nach der DE-PS-2 918 451, bei der die Saugleitung in der Art einer Abzweigleitung unmittelbar in radialer Richtung in den Injektor mündet, insbesondere durch die Anordnung einer Ringkammer und die zur Aufrechterhaltung von gleichbleibenden Druckverhältnissen bestimmten Mitteln, wie Druckminderventil und Drossel. Vorzugsweise ist das Druckminderventil einstellbar und die Drossel auswechselbar, so dass eine Anpassung an veränderte Verhältnisse, wie beispielsweise eine andere Viskosität des Zusatzmittels, leicht vorzunehmen ist.
Zusammengefasst ergeben sich bei der Schaumerzeugung mit der erfindungsgemässen Vorrichtung folgende Vorteile: - eine optimale Vermischung des Wassers mit dem Schäumungsmittel, - eine gleichmässig feine Porenstruktur, - ein stabiler Schaum, - ein sehr kleiner Streubereich, - eine gleichmässige Struktur und eine gleichmässige Festig keit des fertigen Schaumbetons, der auch hydrophobiert sein kann.
Ein wesentlicher Faktor bei der Verwendung von Schaumbeton ist die Einsparung von Kies, der heute nicht mehr in unbegrenzten Mengen verfügbar ist. Bei zweckmässiger Dosierung wirkt sich zudem die Einsparung von Zement günstig auf den Preis des fertigen Schaumbetons aus. Durch die mit der erfindungsgemässen Vorrichtung erreichbaren Vorteile ist es möglich, die benötigten Festigkeitswerte mit einem geringeren Raumgewicht als bisher zu erzielen.
Das erzielbare Raumgewicht des fertigen Schaumbetons kann zwischen 400 und 1600 kg/m3 liegen. Der Schaum allein hat ein Raumgewicht von 40 kg/m3.
Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine tragbare Vorrichtung zur Schaumerzeugung, und
Fig. 2 eine Beruhigungsstrecke, einen Injektor und eine Zerstäuberdüse nach der Fig. 1, jedoch im Längsschnitt.
Die in der Fig. 1 dargestellte Vorrichtung zur Schaumerzeugung weist einen Behälter 10 zur Aufnhme eines flüssigen Schäumungsmittels auf. Der Deckel 12 des Behälters 10 dient als Träger aller weiteren Elemente dieser Vorrichtung. An einem Traggriff 14 lässt sich die Vorrichtung tragen und auch bei der Schaumerzeugung kalten, um den erzeugten Schaumstrahl beispielsweise in den Einfülltrichter eines rotierenden Freifallmischers zu richten.
Ein Druckwasseranschluss 16 dient zum Anschliessen eines nicht dargestellten Schlauches, um die Vorrichtung mit einer Wasserleitung zu verbinden. An den Druckwasseranschluss 16 schliesst sich ein, einen Betätigungshebel 18 aufweisender Absperrhahn 20 an. Dem Absperrhahn 20 ist ein einstellbares Druckminderventil 22 nachgeordnet, um den im allgemeinen höheren Druck eines Wasserleitungsnetzes auf einen konstanten Druck von beispielsweise 2 bar zu reduzieren. Dem Druckminderventil 22 schliesst sich eine Beruhigungsstrecke 24 an, die dazu dient, dem nachfolgenden Injektor 26 das zugeführte Wasser in einer, mindestens annähernd laminaren Strömung zuzuführen. Dem Injektor 26 folgt in Strömungsrichtung 28 ein Rohrstück 30, welches eine Zerstäuberdüse 32 trägt.
An einem Sechskant des Rohrstücks 30 sind drei, um 120 Grad zueinander versetzt angeordnete Streben 34 zum Tragen eines beiderends stirnseitig offenen, zylindrischen Strahlrohres 36 befestigt. Das Strahlrohr 36 ist in der Fig. 1 zum Sichtbarmachen der darin befindlichen Elemente im Bereich der Luftansaugseite 40 ausgebrochen dargestellt. Die Zerstäuberdüse 32 ist auf ein innerhalb des Strahlrohres 36 angeordnetes Sieb 38 gerichtet, welches zur Schaumbildung dient.
In der Fig. 2 sind insbesondere die wesentlichen Elemente des Injektors 26 sowie der Zerstäuberdüse 32 aus der Schnittdarstellung ersichtlich. Der Injektor 26 weist eine Treibdüse 42 auf, die von einer in Strömungsrichtung 28 offenen Ringkammer 44 umgeben ist. In die Ringkammer 44 mündet eine aus dem Behälter 10 gemäss Fig. 1 herausgeführte Saugleitung 46. Der wirksame Querschnitt der Saugleitung 46 ist durch eine auswechselbare Drossel 48 begrenzt.
In Strömungsrichtung 28 vor der Treibdüse 42 ist eine sich konisch verengende Fangdüse 50 und nach der Treibdüse 42 ein sich konisch erweiternder Diffusor 52 angeordnet. Der Öffnungswinkel des Diffusors 52 ist kleiner als derjenige der Fangdüse 50. Durch die Anordnung der Fangdüse 50 und des Diffusors 52 befindet sich die Treibdüse 42 in einer Einschnürung, welche einen relativ hohen Unterdruck in der Saugleitung 46 bewirkt. Die Ringkammer 44 ist zylindrisch und geht stufenlos in den Diffusor 52 über.
Der Zerstäuberdüse 32 ist, bezogen auf die Strömungsrichtung 28, eine Wirbelkammer 54 vorgelagert. In die Zerstäuberdüse 32 ist ein Drallkörper 56 eingesetzt, um dem erzeugten Schaumstrahl einen Drall zu erteilen.
Um die dargestellte Vorrichtung zu betreiben, ist der Behälter 10 mit einem Schäumungsmittel zu füllen. Der Druckwasseranschluss 16 wird mittels eines Schlauches mit einer Wasserleitung verbunden. Nach dem Öffnen des Absperrhahns 20 schiesst ein Wasserstrahl durch die Treibdüse 42 und erzeugt in der Saugleitung 46 einen Unterdruck, so dass das Schäumungsmittel durch die Drossel 48 in die Ringkammer 44 angesaugt und anschliessend mit dem Wasserstrahl vermischt wird. Dabei ist es von Bedeutung, dass der durch die Treibdüse 42 gerichtete Wasserstrahl weitgehend frei von Turbulenzen und Wirbeln ist und dass die Saugleitung so kurz wie möglich gehalten wird, um eine gleichmässige Mitnahme des angesaugten Schäumungsmittels zu gewährleisten.
Im Diffusor 52 erfolgt eine leichte Entspannung und in der Wirbelkammer 54 wird die Durchmischung des Wassers mit dem Schäumungsmittel vervollkommnet. Der durch den Drallkörper 56 aus der Zerstäuberdüse 32 austretende Strahl saugt aus der Umgebung durch die Luftansaugseite 40 des Strahlrohres 36 Luft an, mit der er sich vermischt. Beim Auftreffen des Strahles auf das Sieb 38 erfolgt die Schaumbildung mit einer gleichmässigen Porenstruktur. Die Stabilität des erzeugten Schaumes ist von der Einhaltung vorbestimmter Parameter abhängig. Die Einhaltung dieser Parameter ist durch die erfindungsgemässe Vorrichtung gewährleistet.
DESCRIPTION
The invention relates to a device according to the preamble of claim 1.
A device known from DE-PS-2 918451 of the type specified in the preamble of claim 1 is used for the fine metering of liquid additives which are mixed with the mixing water in the production of concrete or mortar.
One of the specified additives can be, for example, an air-entraining agent. In the jacket of the pipe serving as a jet pipe, there are several air inlets which are intended to whirl and enlarge the surface area of the water-mixture additive. The amount of water required to mix the concrete or mortar is relatively large, so that it is, for example, not ideal for the production of foam in relation to the required amount of a foaming agent used as an additive.
Apparently, this known device does not meet the requirements for the production of lightweight concrete. When checking a lightweight concrete produced using the known device with a foaming agent, it has been shown that the structure of the lightweight concrete is non-uniform. The deficiencies found suggest that irregularities in the foam are the cause.
The invention is based on the knowledge that the same.
light weight concrete depends on the stability and uniformity of the pore structure of the foam. The object of the invention is therefore to create a device for the production of calibrated foam which ensures a uniform mixing of a foaming agent serving as an additive with the water and an exact dosage with a constant mixing ratio.
The object is achieved according to the invention by the features specified in the characterizing part of claim 1.
The fact that the foaming agent is admixed from an annular chamber surrounding the propellant nozzle only into a quantity of water required for foam generation at constant pressure conditions ensures a uniform distribution of the foaming agent in the water with a constant mixing ratio. This creates the prerequisites for the production of foam concrete in a uniform quality.
A preferred embodiment according to claim 2 ensures an essentially laminar flow of the water on the way to the mixing section and thus contributes to an even more uniform mixing ratio.
In one embodiment according to claim 3, the driving nozzle is in a constriction, whereby a sufficiently high negative pressure is generated in the suction line in order to ensure a constant suction quantity in its container even with different levels of the foaming agent.
An embodiment according to claim 4 has proven to be particularly advantageous in relation to the pressure conditions before and after the driving nozzle.
An embodiment according to claim 5 ensures that the mixing of the water with the foaming agent is perfected.
An embodiment according to claim 6 is particularly favorable in terms of flow technology, for example in order to avoid turbulence in the admixing area. Furthermore, such an embodiment is easier to produce than shapes deviating from a cylindrical shape.
An embodiment according to claim 7 has a stabilizing effect on the foam jet generated.
In one embodiment according to claim 8, a rectilinear and thus sufficient air supply for foam formation is ensured.
The device according to the invention differs from the device mentioned at the beginning of the prior art according to DE-PS-2 918 451, in which the suction line, in the manner of a branch line, opens directly into the injector in the radial direction, in particular by the arrangement of an annular chamber and the to maintain constant pressure ratios, such as pressure reducing valve and throttle. The pressure reducing valve is preferably adjustable and the throttle can be replaced, so that it can be easily adapted to changing conditions, such as a different viscosity of the additive.
In summary, there are the following advantages in foam generation with the device according to the invention: - an optimal mixing of the water with the foaming agent, - a uniformly fine pore structure, - a stable foam, - a very small scattering range, - a uniform structure and a uniform strength of the finished foam concrete, which can also be hydrophobic.
An essential factor when using foam concrete is the saving of gravel, which is no longer available in unlimited quantities. With appropriate dosing, the saving of cement also has a favorable effect on the price of the finished foam concrete. The advantages achievable with the device according to the invention make it possible to achieve the required strength values with a lower density than previously.
The density of the finished foam concrete can be between 400 and 1600 kg / m3. The foam alone has a density of 40 kg / m3.
An exemplary embodiment of the invention is explained in more detail with reference to the drawing. It shows:
Fig. 1 is a portable device for foam generation, and
Fig. 2 shows a calming section, an injector and an atomizing nozzle according to Fig. 1, but in longitudinal section.
The device for foam generation shown in FIG. 1 has a container 10 for holding a liquid foaming agent. The lid 12 of the container 10 serves as a carrier for all other elements of this device. The device can be carried on a carrying handle 14 and can also be cold during foam generation in order to direct the generated foam jet, for example, into the filling funnel of a rotating free-fall mixer.
A pressurized water connection 16 is used to connect a hose, not shown, to connect the device to a water pipe. A shut-off valve 20, which has an actuating lever 18, is connected to the pressurized water connection 16. An adjustable pressure reducing valve 22 is arranged downstream of the shut-off valve 20 in order to reduce the generally higher pressure of a water supply network to a constant pressure of, for example, 2 bar. The pressure reducing valve 22 is followed by a calming section 24, which serves to supply the downstream injector 26 with the water supplied in an at least approximately laminar flow. The injector 26 is followed in the flow direction 28 by a pipe section 30 which carries an atomizing nozzle 32.
On a hexagon of the pipe section 30, three struts 34 are arranged, offset by 120 degrees to one another, for supporting a cylindrical jet pipe 36 which is open at both ends. The jet pipe 36 is shown broken out in FIG. 1 to make the elements therein visible in the region of the air intake side 40. The atomizer nozzle 32 is directed towards a sieve 38 arranged inside the jet tube 36, which serves for foam formation.
2 shows in particular the essential elements of the injector 26 and the atomizing nozzle 32 from the sectional view. The injector 26 has a drive nozzle 42 which is surrounded by an annular chamber 44 which is open in the flow direction 28. A suction line 46 leads out of the container 10 according to FIG. 1 into the annular chamber 44. The effective cross section of the suction line 46 is limited by an interchangeable throttle 48.
Arranged in the direction of flow 28 in front of the driving nozzle 42 is a conically narrowing catching nozzle 50 and after the driving nozzle 42 is a conically widening diffuser 52. The opening angle of the diffuser 52 is smaller than that of the catching nozzle 50. The arrangement of the catching nozzle 50 and the diffuser 52 means that the driving nozzle 42 is constricted, which causes a relatively high negative pressure in the suction line 46. The annular chamber 44 is cylindrical and merges smoothly into the diffuser 52.
In relation to the direction of flow 28, a swirl chamber 54 is arranged in front of the atomizing nozzle 32. A swirl body 56 is inserted into the atomizer nozzle 32 in order to impart a swirl to the foam jet generated.
In order to operate the device shown, the container 10 must be filled with a foaming agent. The pressurized water connection 16 is connected to a water pipe by means of a hose. After the shut-off valve 20 has been opened, a water jet shoots through the driving nozzle 42 and generates a negative pressure in the suction line 46, so that the foaming agent is sucked into the annular chamber 44 through the throttle 48 and then mixed with the water jet. It is important here that the water jet directed through the driving nozzle 42 is largely free of turbulence and eddies and that the suction line is kept as short as possible in order to ensure a uniform entrainment of the foaming agent drawn in.
A slight relaxation takes place in the diffuser 52 and the mixing of the water with the foaming agent is perfected in the swirl chamber 54. The jet emerging from the atomizer nozzle 32 through the swirl body 56 draws air from the environment through the air intake side 40 of the jet tube 36, with which it mixes. When the jet hits the sieve 38, the foam is formed with a uniform pore structure. The stability of the foam produced depends on the adherence to predetermined parameters. Compliance with these parameters is ensured by the device according to the invention.