DE19512098C1 - Steuervorrichtung für einen Mehrphasenstrom sowie Verfahren zum Herstellen eines Naßmörtels - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für einen mehrere Komponenten - darunter eine gasförmige - enthaltenden Mehrphasenstrom, insbesondere für einen lufthaltigen Schlamm wie Naßmörtel. Zudem erfaßt die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Naßmörtels aus mit Flüssigkeit gemischtem Trockenmörtel.

Lieferanten von Trockenmörtel schreiben für dessen Verarbeitung ein bestimmtes Verhältnis von Trockenmörtel zu Wasser vor, welches je nach Qualität verschieden sein kann und auf dem Mörtelgebinde vermerkt wird. Hält der Anwender dieses Verhältnis nicht ein, entfällt jegliche Herstellergarantie.

Beim Mischen von Mörtel und Wasser ist der Anwender auf seine Erfahrungen mit dem spezifischen Mörtel angewiesen. In der Regel wird zur Erprobung eine bestimmte Menge Naßmörtel auf einer Ebene ausgegossen und einige Zeit nach Beendigung des Fließvorganges der erreichte Durchmesser gemessen. Aus dem Vergleich mit früheren Erfahrungswerten wird die Brauchbarkeit des Naßmörtels beurteilt. Diese Methode ist umständlich, ungenau und kann nicht ständig wiederholt werden, um während der Verarbeitung die Mischung zu kontrollieren.

Einfacher ist es, den Naßmörtel über eine Kelle in einen Eimer laufen zu lassen; hier wird einfach aufgrund des beobachteten Fließverhaltens die Gebrauchsfähigkeit beurteilt. Auch diese Methode bleibt äußerst unsicher, und sie erfordert viel Erfahrung.

Es ist bekannt, bei der Verarbeitung von Fließestrich aus einem Silo den Trockenmörtel mit Wasser in einen Mischer zu mischen und anschließend mit einer Exzenterschneckenpumpe über einen Schlauch zur Verarbeitungsstelle zu pumpen. Ist dabei der Wasseranteil zu hoch, ist der Estrich nach seinem Abbinden porös. Der Estrich muß dann in aufwendiger Weise entfernt und durch einen neuen Belag ersetzt werden, der erhofftermaßen das richtige Mischungsverhältnis aufweist. Es hat sich gezeigt, daß dabei Reklamationen eigentlich mit allen ihren Folgen und Ärger und Aufwand programmiert sind.

Auf anderen Gebieten bekannte Regelgeräte für Zweiphasenströmungen können dort solche Mängel beseitigen und auch einem Neuanwender die nötige Sicherheit für eine einwandfreie Qualität geben. Deren Einsatz bei lufthaltigen Schlämmen scheitert jedoch u. a. daran, daß es sich im Falle eines Naßmörtels nicht um eine tatsächliche Zweiphasenströmung handelt, sondern um einen Dreiphasenstrom; bei dem Mischvorgang wird die im Trockenmörtel enthaltende Luft mit eingemischt, die aufgrund des schnellen Mischvorganges nicht genügend Zeit hat, aus dem Naßmörtel mit seiner hohen Viskosität zu entweichen.

Naßmörtel könnte nur mit einem Durchflußmesser gemessen werden, der keinen Widerstand im glatten Rohr aufweist. Induktive Durchflußmesser haben lediglich zwei Elektroden, die in der Rohrwand eingebaut sind und keinerlei Widerstand bieten. Diese Durchflußmesser messen die Fließgeschwindigkeit, so daß mit Hilfe des Rohrquerschnittes der Volumenstrom errechnet werden kann.

Da nun aber Luft als drittes Medium vorhanden ist, die als Volumenstrom mitgemessen wird, und da der Luftvolumenstrom nicht bekannt ist, kann auf den Volumenstrom des Naßmörtels nicht rückgeschlossen werden. Zudem hat sich bei Versuchen gezeigt, daß von einem bestimmten Luftanteil ab die Anzeige an einem Meßgerät so unruhig wird, daß mit erheblichen Meßfehlern gerechnet werden muß.

Auch auf Basis der Corioliskraft arbeitende Durchflußmesser können zum Einsatz gelangen, da auch diese Gerate mit geradem, glattem Rohr ohne Einbauten keine Widerstände anbieten. Dieses Gerät hat den Vorteil, daß ausschließlich unabhängig von allen übrigen physikalischen Größen nur der Massestrom gemessen wird. Aber auch hier darf keine Luft enthalten sein - allenfalls nur kleinste Luftblasen - da ansonsten die Massestrommessung durch unkontrollierte Bewegung der Masse verfälscht wird. Im übrigen beträgt das Kostenverhältnis zwischen einem Durchflußmesser auf der Basis der Corioliskraft zu einem induktiven Durchflußmesser etwa 6 : 1.

Durch die DE 27 01 508 B2 ist eine Steuervorrichtung zur Herstellung von Naßmörtel bekannt geworden, mit welcher der unter der Fördereinrichtung auftretende Druck gemessen wird. Aus dem Patent Abstract of Japan, Sect. M. Vol. 14, Nr. 58 (1990) - JP 1-285 310 (A) - ist es bekannt, Durchflußmengen zu messen, dies jedoch ohne Steuerung des Flüssigkeitszuflusses beim Mischen. Schließlich wird mit der DE 28 12 715 A1 vorgeschlagen, die Volumenanteile bei Mehrphasenströmungen durch Kompression des Gasanteils zu ermitteln.

In Kenntnis dieses Standes der Technik hat sich der Erfinder das Ziel gesetzt, das Herstellen von Fließestrich ohne die erkannten Mängel zu ermöglichen.

Zur Lösung dieser Aufgabe führt die Lehre nach dem unabhängigen Patentanspruch, die Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungen wieder.

Nach der Erfindung umfaßt eine Steuervorrichtung für einen mehrere Komponenten enthaltenden Mehrphasenstrom, insbesondere für einen lufthaltigen Schlamm wie Naßmörtel als Gemisch von Trockensubstanz und Flüssigkeit, eine einen Druck einstellende Fördereinrichtung, einen dahinter angeordneten Durchflußmesser sowie eine dem Durchflußmesser nachgeschaltete starre oder verstellbare Drossel als Strömungswiderstand zur Erzeugung eines Staudrucks und zur Komprimierung von Luft in der Mehrphasenströmung, wobei der Durchflußmesser an einen Rechner angeschlossen ist, der über ein Stellglied die Wasserzufuhr steuert.

Über den Rechner und entsprechende elektronische Komponenten wird ein bestimmtes vorgegebenes Verhältnis von Trockenmörtel und Wasser eingestellt und bei Veränderungen der Teilströme nachgeregelt, so daß immer ein konstantes Gewichtsverhältnis von Trockenmörtel und Wasser gewährleistet wird.

Zum Herstellen eines Naßmörtels wird erfindungsgemäß nach dem Messen von dessen Durchfluß in einer Förderleitung ein Gegendruck aufgebaut, und die im Naßmörtel eingeschlossene Luft komprimiert. Die Komprimierung erfolgt dergestalt, daß der Volumenanteil an Luft nur noch einen Bruchteil des Volumenanteils beträgt, der ohne Gegendruck an Luftvolumen vorhanden gewesen wäre.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann der Strömungswiderstand nach dem Durchflußmesser variabel eingestellt werden. Beispielsweise wird eine dem Durchflußmesser nachgeschaltete starre oder verstellbare Drossel als Strömungswiderstand eingesetzt.

Um eine gleichmäßige Verteilung der gasförmigen Komponente zu erreichen, ist der Durchflußmesser in einem etwa vertikalen Förderrohr angeordnet. Letzterem soll auch ein Druckmeßgerät zugeordnet sein.

Im Rahmen der Erfindung liegt es, daß der Durchflußmesser mit einem anderseits an einen Wasserdurchflußmesser angeschlossenen Rechner verbunden ist.

Als günstig hat es sich erwiesen, dem Wasserdurchflußmesser ein Stellglied in der Wasserleitung nachzuordnen und dieses mit dem Rechner als seinem Steuergerät zu verbinden.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich - wie erwähnt - dadurch aus, daß nach einem Messen des Durchflusses des druckgeförderten Naßmörtels ein Gegendruck aufgebaut und mit diesem die im Naßmörtel eingeschlossene Luft komprimiert wird; durch den Gegendruck wird der Luftanteil des Naßmörtels vermindert.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt skizzenhaft in

Fig. 1 eine Anlage zum Aufbringen eines Fließestrichs auf einen Betonboden;

Fig. 2 ein Meßgerät der Anlage.

Am Austrag eines Silos 10 für Trockenmörtel ist ein Mischer 12 mit nachgeschalteter Exzenterschneckenpumpe 14 angeordnet, die mittels einer Leitung 16 an ein Regelgerät 18 angeschlossen ist. In dieses mündet eine bei 20 angedeutete Wasserzuleitung, deren Austrittsstutzen bei 21 angedeutet ist. Ein an diesen anschließender Wasserschlauch 22 führt zum Mischer 12; das darin geförderte Wasser wird im Mischer 12 dem Trockenmörtel zugegeben und erzeugt Naßmörtel.

Vom Regelgerät 18 geht - unter Zwischenschaltung einer Druckerzeugungseinheit 24 - ein Förderschlauch 26 aus, dessen freies Ende mit einem Austragsmundstück 28 versehen ist, aus dem in Fig. 1 Fließestrich 30 auf einen Betonboden 32 gelangt.

Gemäß Fig. 2 durchströmt der Naßmörtel im Regelgerät 18 ein darin vertikales Förderrohr 34, in das ein Durchflußmesser 36 integriert ist. Neben dem Förderrohr 34 verläuft in Fig. 2 ein Wasserrohr 38 in Form eines liegenden U mit in Strömungsrichtung x einem Wasserdurchflußmesser 40 nachgeordnetem Stellglied 42.

In Förderrichtung z für den Naßmörtel nach dem Durchflußmesser 36 wird im Förderrohr 34 dank des Druckerzeugungsgerätes 24 - beispielsweise einer starren oder verstellbaren Drossel - ein Gegendruck aufgebaut, der im Förderstrom des Förderrohres 34 die Luft so komprimiert, daß der Volumenanteil an Luft nur noch ein Bruchteil des Volumenanteiles ist, der ohne Gegendruck vorhanden gewesen wäre.

Im Regelgerät 18 verarbeitet ein bei 44 nur angedeuteter Rechner oder Computer mit Display 45 die vom Durchflußmesser 36 für Naßmörtel sowie vom Wasserdurchflußmesser 40 zugeführten Meßwerte und verstellt dann das Stellglied 42 so lange, bis der Wasserstrom den Wert erreicht hat, der zum vorgegebenen Gewichtsverhältnis als Sollwert führt.

Der Druck im Förderrohr 34 wird an einem Druckmeßgerät 46 gemessen und vom Rechner 44 zur exakten Korrektur mit verarbeitet.

Bei einem Luftanteil von etwa 20% - bei Atmosphärendruck - wird durch einen Gegendruck von 20 bar der Luftanteil auf 1% zusammengedrückt. Der gemessene Naßmörtelstrom wird somit um 1% zu hoch gemessen. Dieser Meßfehler kann auch noch berücksichtigt werden, wenn bei sonst konstanten Parametern mit zwei verschiedenen Gegendrücken P₁, P₂ gemessen wird. Unter Verwendung der Formel

worin
Q₁, Q₂ = Naßmörtel mit Luft (Anzeige am Meßgerät 36);
P₁, P₂ = Druck kurz hinter der Meßstelle;
QL₁ = Luftstrom in 1/min beim Druck P₁

ist der Luftstrom beim Druck P₁ leicht errechenbar; der Naßmörtelstrom kann dann exakt errechnet und angezeigt werden.

Da der Förderschlauch 26 bis zur Stelle der Verarbeitung einen Widerstand je nach Länge und Querschnitt aufweist, kann dieser für den notwendigen Gegendruck mit einbezogen werden. Ist der Förderschlauch 26 lang genug - beispiels­ weise 100 m - und der Gegendruck dank der anderen Schlauchparameter wie Querschnitt und Strömungsgeschwindig­ keit ausreichend, kann auch ohne eine besondere Drossel gearbeitet werden.

Das Meß- oder Förderrohr 34 muß im Regelgerät 18 senkrecht angeordnet sein, um eine gleichmäßige Verteilung der Luftblasen im Volumenstrom zu erreichen; dies ist erforderlich, um ungleichmäßige Luftansammlungen zu vermeiden, welche reproduzierbare Meßwerte verhindern würden.

Claims (7)

1. Steuervorrichtung für einen mehrere Komponenten enthaltenden Mehrphasenstrom, insbesondere für einen lufthaltigen Schlamm wie Naßmörtel als Gemisch von Trockensubstanz und Flüssigkeit, mit einer einen Druck einstellenden Kördereinrichtung (14), einem dahinter angeordneten Durchflußmesser (36) sowie eine dem Durchflußmesser (36) nachgeschaltete starre oder verstellbare Drossel als Strömungswiderstand (24) zur Erzeugung eines Staudrucks und zur Komprimierung von Luft in der Mehrphasenströmung, wobei der Durchflußmesser (36) an einen Rechner (44) angeschlossen ist, der über ein Stellglied (42) die Wasserzufuhr steuert.

2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchflußmesser (36) in einem etwa vertikalen Förderrohr (34) angeordnet ist.

3. Steuervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Förderrohr (34) ein Druckmeßgerät (46) zugeordnet ist.

4. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wasserdurchflußmesser (40) mit dem Rechner (44) verbunden ist.

5. Steuervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Wasserdurchflußmesser (40) das Stellglied (42) in der Wasserleitung (38) nachgeordnet ist.

6. Verfahren zum Herstellen eines Naßmörtels aus mit Flüssigkeit gemischter Trockensubstanz unter Verwendung der Steuervorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei zum Messen des Durchflusses des druckgeförderten Naßmörtels ein Staudruck aufgebaut und mit diesem die im Naßmörtel eingeschlossene Luft komprimiert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftstrom bei einem Druck P₁ errechnet wird durch worin
(Q₁, Q₂ = Naßmörtel mit Luft,
(P₁, P₂ = Druck kurz hinter Meßstelle,
(QL₁ = Luftstrom in 1/min bei Druck P₁.