DE4334801A1 - Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen Vermischen von mehreren festen und/oder flüssigen Stoffkomponenten, insbesondere zur Herstellung von Beton - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und die dazugehö­ rige Vorrichtung zum Vermischen von mehreren festen und/oder flüssigen Stoffkomponenten, wobei die Stoffkomponenten der Misch­ einrichtung genau dosiert in kontinuierlichen Massen- oder Volu­ menströmen zugeführt werden und das fertige Gemisch in einem kon­ tinuierlichen Volumenstrom aus der Mischeinrichtung ausgetragen wird. Ein vorzugsweises Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Herstellung von Beton, insbesondere von hochfestem und/oder schnell abbindendem Beton.

Beim Vermischen von Stoffen kommen vorzugsweise zwei grundsätzlich unterschiedliche Verfahren, und damit auch zwei Gruppen von maschinellen Einrichtungen zur Anwendung. Bei der einen Gruppe erfolgt der Mischvorgang in Gefäßen oder Behältern, in denen Rührwerke mit teller-, schaufel-, schrauben- oder quirl­ artigen Rührwerkzeugen angeordnet sind. Dabei kann der Mischvor­ gang diskontinuierlich (DE 26 11 054 A1) oder auch mit kontinu­ ierlicher Durchströmung der Mischeinrichtung (DE 31 42 053 A1) erfolgen. Um die zur Herstellung von Beton erforderlichen Stoff­ komponenten Zuschlagsstoff, Zement und Zusatzwasser gründlich zu einem teigigen Brei durchmischen zu können, wird heute überwie­ gend das diskontinuierliche Verfahren benutzt, wobei das Durch­ mischen der entstehenden teigigen Masse mittels schaufel- oder schneckenförmiger Rührwerke in entsprechend geformten Gefäßen er­ folgt und meist zwischen 0,5 und 3,0 Minuten dauert. Die hohen Mischzeiten sind erforderlich, um innerhalb der teigigen Masse einerseits eine gute Befeuchtung der Zementpartikel und anderer­ seits eine möglichst vollkommene Umhüllung der Zuschlagsstoff­ teile durch Zementmilch zu erreichen.

Bei den Mischeinrichtungen mit kontinuierlichem Durch­ lauf werden die Stoffkomponenten an der einen Seite des Mischge­ fäßes eingefüllt und an der anderen Seite ausgetragen. Fast immer erfolgen Transport und Mischvorgang durch die gleichen mechanisch bewegten Teile, wie Rührwerk, Schaufeln oder Schnecken. Des öfte­ ren wird auch die Schwerkraft unterstützend zum Durchströmen der Mischeinrichtung herangezogen, wobei in diesen Fällen die Rühr­ werke bzw. die mechanisch bewegten Mischwerkzeuge meist um eine senkrechte oder nahezu senkrecht angeordnete Achse rotieren. Bei der Herstellung von Beton muß auch bei diesen Mischeinrichtungen Wert darauf gelegt werden, daß die Verweilzeit der teigigen Masse in den Mischeinrichtungen groß genug ist, um die Zementpartikel zu befeuchten und die Zuschlagstoffteile mit Zementmilch zu um­ hüllen. Um dieses Ziel zu erreichen, werden häufig Stauelemente und Staukammern vorgesehen.

Die bekannten Mischeinrichtungen der beiden vorbe­ schriebenen Verfahren mit diskontinuierlichem und kontinuierli­ chem Durchlauf haben bei der Herstellung von Beton den Nachteil, daß relativ hohe Verweilzeiten in der Mischeinrichtung erforder­ lich sind. Wegen der großen Verweilzeiten eignen sich die vorbe­ schriebenen Mischeinrichtungen überhaupt nicht für die Herstel­ lung von schnell abbindendem Beton.

Derartiger Beton kommt beim Ausbau von unterirdischen Hohlräumen, wie z. B. Tunneln, Kavernen, Kanälen oder von Strecken im Bergbau zur temporären oder auch dauerhaften Sicherung der freigelegten Oberflächen als Spritzbeton zum Einsatz. Da die üb­ lichen Betoneinbautechniken nicht anwendbar sind, hat man spe­ zielle Spritzverfahren entwickelt, wobei zwischen Trocken- und Naßspritzverfahren unterschieden wird. Beim Trockenspritzverfah­ ren wird ein Trockengemisch aus Zement, Zuschlag und pulverför­ migem Erstarrungsbeschleuniger mittels Druckluft zu einer Sprit­ zdüse gefördert, wo das Zusatzwasser zugegeben wird. Gegebenen­ falls wird auch erst an der Spritzdüse ein flüssiger Erstarrungs­ beschleuniger zugemischt. Beim Naßspritzverfahren wird ein fertig gemischter Frischbeton in weicher Konsistenz meist mittels einer Pumpe zur Spritzdüse gefördert, wobei an der Spritzdüse Druckluft zur Erhöhung der Spritzgeschwindigkeit sowie ein flüssiger Er­ starrungsbeschleuniger zugeführt wird.

Beim Trockenspritzen sind die Dosiereinrichtungen oft zu ungenau, um eine hinreichende Benetzung aller Zementpartikel zu gewährleisten. Unterstützt durch die in und hinter der Spritz­ düse expandierende Druckluft gelangen auf diese Weise erhebliche Mengen von unbenetztem Zementstaub und auch des chemischen Er­ starrungsbeschleunigers in die Luft und führen zu einer auf die Dauer nicht zulässigen Gesundheitsgefährdung der das Spritzen ausführenden Personen.

Besonders schwerwiegende Nachteile sind sowohl beim Naß- als auch beim Trockenspritzen der Rückprall, der bei etwa 30% liegt, und hauptsächlich darauf zurückzuführen ist, daß die Durchmischung unvollkommen ist, sowie die Tatsache, daß die Was­ ser-Zement-Werte, die für die Qualität des Betons von entschei­ dender Bedeutung sind, nur sehr schwer und in der betrieblichen Praxis häufig gar nicht eingehalten werden können.

Des weiteren erhöhen die bisher verwendeten Erstar­ rungsbeschleuniger die Auslaugbarkeit des Betons, so daß bei Kontakt zwischen entsprechenden Betonbauteilen und dem Grund­ wasser mehr Bestandteile aus dem Beton ausgelaugt werden, die dann das Grundwasser belasten können.

In letzter Zeit sind daher gipsarme Sonderzemente ent­ wickelt worden, die ohne chemische Erstarrungsbeschleuniger Er­ starrungszeiten von weniger als 10 Sekunden besitzen. Diese Ze­ mente können bei den bekannten Spritzbetonverfahren nicht einge­ setzt werden. Beim Naßspritzverfahren würde der unter Verwendung dieses Zementes hergestellte Frischbeton schon auf dem Wege zur Spritzdüse erstarren. Beim Spritzverfahren käme dieser Zement mit der in den Zuschlagsstoffen naturgemäß enthaltenen Feuchtigkeit in Berührung, so daß es schon vor der Zugabe des Zusatzwassers zu einer ersten Teilreaktion kommen würde. Aufgrund dieser Teilreak­ tion würde die Reaktivität des Sonderzements derart beeinträch­ tigt werden, daß die Erstarrungs- und Festigkeitsentwicklung des applizierten Betons den Anforderungen für eine rasche Gebirgs­ sicherung nicht mehr gerecht werden könnte.

Man hat sich daher bisher damit beholfen, beim Trocken­ spritzverfahren die Zuschlagsstoffe zu trocknen, d. h. ihnen jeg­ liche Feuchtigkeit zu entziehen, die vor der Zugabe des Zusatz­ wassers zu einer vorzeitigen Reaktion mit dem Spezialzement füh­ ren könnte. Dies ist natürlich eine gerätemäßig, zeitlich und energetisch sehr aufwendige Lösung.

Neben der weiter oben beschriebenen ersten Gruppe von Mischeinrichtungen gibt es eine zweite Gruppe von Mischeinrich­ tungen, die ohne mechanisch bewegte Teile arbeitet und das physi­ kalische Prinzip des mechanischen Wirbelns benutzt (DE 37 39 976 A1). Hierbei werden die zu vermischenden Komponenten meist in ein Gefäß oder in einen Behälter eingegeben, in den zusätzlich Druck­ luft über Düsen oder Düsenböden eingeleitet wird, so daß eine me­ chanische Verwirbelung und gleichzeitig eine Vermischung der Stoffkomponenten erreicht wird. Gekennzeichnet ist diese Form des Mischens dadurch, daß der Anteil der zu vermischenden Stoffe in einer Volumeneinheit des Mischgefäßes relativ gering ist, und daß eine relativ schnelle, vorzugsweise wirbelartige Bewegung der Stoffteilchen erfolgt, wodurch sich in verhältnismäßig kurzer Zeit eine gute Durchmischung einstellt. Derartige Mischeinrich­ tungen gibt es auch für einen kontinuierlichen Durchlauf.

Das Prinzip des mechanischen Verwirbelns läßt sich bis­ her allerdings nur für das Vermischen fester, meist feinkörniger Stoffkomponenten anwenden. Für das Herstellen von Beton ist diese Verfahrenstechnik in den bisher bekannt gewordenen Formen nicht geeignet.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfin­ dung die Aufgabenstellung zugrunde, mehrere feste und/oder flüs­ sige Stoffkomponenten kontinuierlich, außerordentlich schnell und mit exakt vorgegebenen sowie über längere Zeiträume hinweg sehr genau einzuhaltenden Mischungsverhältnissen vollkommen bzw. nahe­ zu vollkommen zu durchmischen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren der gattungsgemäßen Art gelöst, bei dem die festen Stoffkompo­ nenten einzeln oder in geeigneten Gruppen zusammengefaßt jeweils einem gasförmigen Trägermedium aufgegeben und die Massen- oder Volumenströme der Stoffkomponenten danach derart mit großer Strö­ mungsgeschwindigkeit in einer Mischstrecke zusammengeführt wer­ den, daß der Massen- oder Volumenstrom der Stoffkomponente bzw. Stoffkomponenten mit dem mengenmäßig größten Anteil zunächst auf­ gefächert wird und unmittelbar anschließend die Massen- oder Vo­ lumenströme der übrigen zu vermischenden Stoffkomponenten in die­ sen aufgefächerten Massen- oder Volumenstrom eingespeist werden, welcher danach crashartig zusammengeführt und zur weiteren Ver­ wendung abgeführt wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Bewegungs­ energie der Massen- oder Volumenströme sowohl für die Zufuhr der zu vermischenden Stoffkomponenten zur Mischstrecke, für den Mischvorgang selbst sowie für den Austrag der fertigen Mischung genutzt. Aufgrund der großen Strömungsgeschwindigkeit der Massen- oder Volumenströme ist der Mischvorgang in sehr kurzer Zeit, in der Regel in einer Zeit unter einer Sekunde, beendet.

Die Auffächerung des Massen- oder Volumenstroms der Stoffkomponente mit dem mengenmäßig größten Anteil bewirkt auf der Mischstrecke ein für den Mischvorgang außerordentlich günsti­ ges Verhältnis zwischen dem Stoffvolumen und dem Gesamtvolumen. Ein für die Mischung günstiges Volumenverhältnis ist immer dann gegeben, wenn der Anteil des Stoffvolumens am Gesamtvolumen mög­ lichst gering und damit gewährleistet ist, daß sich zwischen den einzelnen Stoffpartikeln sehr viel Freiraum befindet, über den die zu vermischenden Bestandteile der jeweils anderen Stoffkom­ ponenten den Partikeln des aufgefächerten Massen- oder Volumen­ stroms zugeführt werden können. Hierbei setzt der Mischvorgang ein, der durch das crashartige Zusammenführen des aufgefächerten Massen- oder Volumenstroms so abgeschlossen wird, daß danach eine vollkommene bzw. nahezu vollkommene Mischung vorliegt, die der weiteren Verwendung zugeführt wird.

In vorteilhafter Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt eine Vormischung von zumindest zwei Massen- oder Volumenströmen der übrigen zu vermischenden Stoffkomponenten vor ihrem Einführen in den aufgefächerten Massen- oder Volumenstrom, wodurch der Mischeffekt noch gesteigert wird.

Besonders sinnvoll ist, das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Beton zu verwenden. Dabei werden der Zu­ schlagstoff und der Zement mit hoher Dosiergenauigkeit jeweils in Luftströme eingeschleust, und der Zuschlagstoff-Luft-Volumenstrom in der sich der Transportstrecke anschließenden Mischstrecke auf­ gefächert sowie die Volumenströme Zement-Luft und Zusatzwasser mit großer Bewegungsenergie in den aufgefächerten Zuschlagstoff- Luft-Volumenstrom eingeleitet.

Die sehr kurzen Mischzeiten und die dabei dennoch voll­ ständige bzw. nahezu vollständige Durchmischung machen das erfin­ dungsgemäße Verfahren im hohen Maße zur Herstellung von schnell abbindendem Beton geeignet, wie er z. B. zur Gebirgsabsicherung beim Tunnelbau eingesetzt wird. Insbesondere kann dabei gipsarmer Sonderzement zum Einsatz kommen, da dieser nach dem erfindungsge­ mäßen Verfahren der Mischeinrichtung separat von dem naturfeuch­ ten Zuschlagstoff zugeführt wird. Die bisher beim Einsatz von gipsarmem Zement erforderliche aufwendige Vortrocknung des Zu­ schlagstoffs kann damit entfallen. Es ist natürlich auch möglich, nach dem Verfahren normal abbindenden Zement unter Zusatz eines chemischen Erstarrungsbeschleunigers zu verarbeiten.

Besonders zweckmäßig ist es, wenn der schnell abbinden­ de Beton unmittelbar nach seiner Herstellung einer Schleuderein­ richtung zugeführt wird, welche den Beton beschleunigt und lei­ tungslos an seinen Bestimmungsort überführt.

Neben Beton, insbesondere schnell abbindendem Beton, kann die Schleudereinrichtung auch zum Aufbringen anderer, nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellter Mischungen, verwendet werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Mischeinrichtung vorgeschlagen, die drehsymmetrisch ausge­ bildet ist, und in deren Symmetrieachse ein Einlaufstutzen für den Massen- oder Volumenstrom der Stoffkomponente mit dem größten Mengenanteil sowie ein Auslaufstutzen für das fertige Stoffge­ misch angeordnet sind, wobei zentral innerhalb der Mischeinrich­ tung ein Stromteiler vorgesehen ist und mindestens zwei seitliche Einlaufstutzen für die Massen- oder Volumenströme der übrigen zu vermischenden Stoffkomponenten vorhanden sind, die im Bereich des dem Einlaufstutzen für den Massen- oder Volumenstrom der Stoff­ komponente mit dem größten Mengenanteil zugewandten Endes des Stromteilers in die Mischeinrichtung einmünden.

Die Auffächerung des Massen- oder Volumenstroms mit dem mengenmäßig größten Stoffanteil erfolgt durch einen zentral in­ nerhalb der Mischeinrichtung angeordneten Stromteiler, der vor­ zugsweise stromlinienförmig ausgebildet ist. Die Zuführung der übrigen zu vermischenden Stoffkomponenten in die Mischeinrichtung erfolgt an mehreren Stellen, und zwar in einem Bereich, in wel­ chen der Massen- oder Volumenstrom der Stoffkomponente mit dem mengenmäßig größten Anteil bereits aufgefächert ist. Hier setzt die Vermischung ein, die durch das crashartige Zusammenführen des aufgefächerten Stroms vollständig bzw. nahezu vollständig abge­ schlossen wird.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Misch­ einrichtung birnenförmig ausgebildet, und zwar derart, daß ihr ausgangsseitiger Krümmungsradius kleiner ist als ihr eingangssei­ tiger Krümmungsradius. Die darauf resultierende Strömungskontur der Mischeinrichtung ist in ihrem Eingangsbereich für den Auffä­ cherungseffekt günstig und bewirkt in ihrem Ausgangsbereich einen besonders intensiven Crasheffekt.

In weiterer Ausgestaltung der Mischeinrichtung sind zwei seitliche Einlaufstutzen für die übrigen zu vermischenden Stoffkomponenten vorgesehen, die sich diametral gegenüberliegen und sich in ihrer Breite zur Mischeinrichtung hin derart erwei­ tern, daß ihre Breite an ihrer Einmündungsstelle in die Misch­ einrichtung deren Durchmesser an dieser Stelle entspricht. Da­ durch ist gewährleistet, daß sämtliche die Mischeinrichtung durchströmenden Stromteile des Massen- oder Volumenstroms der Stoffkomponente mit dem mengenmäßig größten Anteil von den Mas­ sen- oder Volumenströmen der übrigen zu vermischenden Stoffkom­ ponenten getroffen werden.

Weitere vorteilhafter Ausgestaltungen der Mischeinrich­ rung, insbesondere zur Herstellung von Beton, ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die dazugehörige Einrichtung werden nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dar­ gestellten Ausführungsbeispielen, insbesondere die Herstellung von Beton betreffend, näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch ein vorteilhaftes Aus­ führungsbeispiel der Mischeinrichtung mit zentraler Zufuhr für die Komponente mit dem mengenmäßig größten Anteil und seitlicher Zufuhr für die übrigen zu vermischenden Kom­ ponenten;

Fig. 2 ein Verfahrensschema für die Herstellung von Beton, bei dem Zuschlagstoff und Zement mit Druckluft als Trägermedium und das Zusatzwas­ ser jeweils getrennt der Mischeinrichtung zu­ geführt werden;

Fig. 3 einen Schnitt durch einen Teilbereich der Mischeinrichtung mit seitlichem Zufuhrstut­ zen und Anordnung der Düsen für das Zu­ satzwasser und das Zement-Luft-Gemisch sowie mit äußeren Düsen für die Luftzufuhr zur zu­ sätzlichen Beschleunigung des Volumenstromes;

Fig. 4 einen Schnitt B-B nach Fig. 3 mit einer An­ sicht der Düsenanordnung;

Fig. 5 eine Draufsicht auf einen Düsenblock, der die Düsen gemäß Fig. 3 und Fig. 4 enthält, von der Mischeinrichtung her gesehen,

Fig. 5.1 einen Schnitt durch den Düsenblock gemäß Fig. 5,

Fig. 6 einen Schnitt A-A durch die Mischeinrichtung gemäß Fig. 1 und Fig. 3;

Fig. 7 einen Schnitt durch den unteren Teil der Mischeinrichtung mit einem Einlegestück zum Richten und zur Fortleitung der Teilvolumen­ ströme und

Fig. 8 eine Kombination der Mischeinrichtung mit einer Schleudermaschine, vorzugsweise zur Herstellung und zum Auftragen von Beton.

Aus Fig. 1 ist die der Erfindung zugrundeliegende Mischeinrichtung in einer besonders vorteilhaften Ausführung dargestellt, wobei die Mischeinrichtung wegen ihres birnenför­ migen Gehäuses nachfolgend als Mischbirne 1 bezeichnet wird. Aufgrund des birnenförmigen Gehäuses und des stromlinienförmigen Leitelements 2, das mittels mehrerer Befestigungsrippen 3 zentral in der rotationssymmetrischen Mischbirne 1 gehalten wird, fächert sich der Massen- oder Volumenstrom der Stoffkomponente mit dem mengenmäßig größten Anteil, der an dem Einlaufstutzen 4 mit hoher Geschwindigkeit und mit Luft als Trägermedium zuströmt, in einer solchen Weise auf, daß innerhalb der Mischbirne 1 ein für den Mischvorgang außerordentlich günstiges Verhältnis zwischen dem Stoffvolumen und dem Gesamtvolumen erreicht wird.

Im unteren Teil der Mischbirne 1 wird deren Krümmungs­ radius kleiner, so daß die Teilmassen- oder Teilvolumenströme 5 im Bereich 6 aufeinanderprallen und in einem Crash die endgültige Durchmischung bewirken. Über den Auslaufstutzen 7 wird das Stoff­ gemisch anschließend in nachgeschaltete Einrichtungen überführt.

Damit der Massen- oder Volumenstrom stets aufrechter­ halten wird und es nicht zu Stillständen und damit zu Verstopfun­ gen kommen kann, lassen sich an entsprechenden Teilen der Misch­ birne 1 Zusatzdüsen 8 anordnen, über die zusätzliche Luft zur Beschleunigung des Strömungsvorganges eingeblasen wird. Das ist besonders aus dem Grunde erforderlich, weil für bestimmte Anwen­ dungsfälle - beispielsweise für die Herstellung von hochfestem, schnell abbindendem Beton zur Auskleidung von Tunneln - die Mischbirne 1 in jeder räumlichen Lage störungsfrei arbeiten muß.

Das Leitelement 2 und auch andere im einzelnen nicht gekennzeichnete, dem Verschleiß ausgesetzte Teile der Mischbirne 1 sind mit abrasionsbeständigen Verschleißschutzauflagen 9 ver­ sehen, die auswechselbar gestaltet sein können oder komplett aus verschleißfestem Werkstoff hergestellt sind. Auch Teile, die nur über längere Zeiträume hinweg größeren Verschleiß aufweisen, sind so gebaut, daß sie mit nur geringen Betriebsunterbrechungen leicht ausgewechselt werden können.

Seitlich an der eigentlichen Mischbirne 1 sind Einlauf­ stutzen 10 zur Zufuhr der übrigen Stoffkomponenten angebracht, die mit der über den Einlaufstutzen 4 zugeführten Stoffkomponente vermischt werden sollen. Im Falle der Betonherstellung werden über die Einlaufstutzen 10 das Zusatzwasser und der Zement zuge­ führt und innerhalb dieser Einlaufstutzen vor Eintritt in die eigentliche Mischbirne 1 bereits vorvermischt.

Aus Fig. 2 ist schematisch neben der Mischbirne auch die vorgeschaltete Verfahrenstechnik ersichtlich, die zu einer störungsfreien, gleichmäßigen und in der Zusammensetzung genau dosierbaren Betonherstellung benötigt wird. Der Zuschlagstoff als mengenmäßig größter Anteil am späteren Beton wird durch eine in der Größe auf den benötigten Massen- oder Volumenstrom abgestimm­ te Einschleuseeinrichtung 11 in eine Druckluftleitung 12 eingege­ ben, wobei die Luft als Trägermedium den Zuschlagstoff über die Zuführungsleitung 13 mit hoher Geschwindigkeit zum Einlaufstutzen 4 der Mischbirne 1 weiterleitet. Der Zement als mengenmäßig ge­ ringer Anteil wird durch eine kleinere, vorzugsweise gleichartig aufgebaute Einschleuseeinrichtung 14 in die Druckluftleitung 12 eingegeben und über eine Zuführungsleitung 15, die sich kurz vor der Mischbirne 1 an der Stelle 16 verzweigt, zu den beiden Ein­ laufstutzen 10 weitergeleitet. Da der Zuschlagstoff eine Eigen­ feuchte besitzt, darf zur Einhaltung eines genauen Wasser-Zement- Wertes nur die benötigte Differenz-Wassermenge als Zusatzwasser über die Leitung 17 zugeführt werden, die in einer entsprechend aufgebauten Düse 18 in einen feinen Tröpfchennebel verwandelt und in den Einlaufstutzen 10 überführt wird.

Da bei bestimmten Verfahrensabläufen, z. B. bei der Herstellung von Tunnelmantelschalen aus Beton, die Durchsatzlei­ stung der Mischbirne 1 variiert und den jeweiligen Verhältnissen angepaßt werden muß, ist es erforderlich, daß auch die Massen- oder Volumenströme des Zuschlagstoffes, des Zementes und des Zu­ satzwassers verändert werden können, wobei jedoch unabhängig von der Gesamtmenge des hergestellten Betons die Mischungsverhält­ nisse jeweils exakt eingehalten werden müssen. Hierzu sind entwe­ der die Einschleuseeinrichtungen für den Zuschlagstoff und den Zement feinfühlig regelbar ausgebildet oder in den Zuführungslei­ tungen andere Regeleinrichtungen vorhanden. Das Zusatzwasser, dessen hoher Druck durch eine entsprechende Pumpe erzeugt wird, kann durch ebenfalls nicht dargestellte Regeleinrichtungen auf den genauen, jeweils benötigten Volumenstrom eingestellt werden. Neben den Einrichtungen zur Veränderung des Massen- oder Volumen­ stroms für die drei Stoffkomponenten sind Sensoren vorhanden, mit denen die jeweiligen Stoffströme gemessen werden können. Die Sen­ soren und die Einrichtungen zur Veränderung der Massen- oder Vo­ lumenströme sind zu einem kompletten, feinfühlig arbeitenden Re­ gelsystem zusammengeschaltet.

Fig. 3 zeigt für das vorteilhafte Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 die technischen Einzelheiten der Zufuhr des Wassers, des Zement-Luft-Gemisches und der zur Beschleunigung benötigten Zusatzluft, sowie das Zusammentreffen des vorvermischten Massen- oder Volumenstromes 19 aus diesen Komponenten mit dem Massen- oder Volumenstrom des Zuschlagstoffes 20, die dann gemeinsam den Massen- oder Volumenstrom 5 bilden. Im dem durch die zur Be­ schleunigung dienende Zusatzluft sehr schnell bewegten Massen- oder Volumenstrom 19 werden Zement und Wasser in einem Mischwir­ bel bereits vorvermischt. Auch der Massen- oder Volumenstrom 5 ist nach dem Zusammentreffen der Teilströme 19 und 20 eine Wir­ belströmung, die der weiteren Vermischung von Wasser, Zement und Zuschlagstoff dient. Um die Mischvorgänge zu begünstigen, sind die Strömungsgeschwindigkeiten relativ hoch, so daß der gesamte Mischvorgang, d. h. die Verweilzeit der zu vermischenden Stoffe, in der Mischbirne 1 kleiner ist als eine Sekunde.

Beidseitig der Wasserdüse 18 sind Zufuhrdüsen 21 für das Einblasen des Zement-Luft-Gemisches in den Einlaufstutzen 10 vorgesehen, welche die Wasserdüse 18 bogenförmig umhüllen. Diese Düsen können bogenförmige Flachdüsen 21 sein oder aus einer An­ zahl kleinerer Düsen bestehen, die beiderseits der Wasserdüse 18 auf umhüllenden Bögen angeordnet sind. Zur Beschleunigung des aus Zement, Luft und Wasser bestehenden Volumenstromes im Einlauf­ stutzen 10 sind beidseitig außerhalb der vorbeschriebenen Düsen­ anordnung zusätzlich noch ebenfalls bogenförmige Luftdüsen 22 angeordnet, welche die Düsenanordnung aus Wasserdüse 18 und Ze­ ment-Luft-Düsen 21 umhüllen und in einer anderen Ausführungsform ebenfalls aus einer Anzahl von kleineren Düsen bestehen können, die auf vorzugsweise zwei Kreisbögen angeordnet sind.

Fig. 4 zeigt einen Schnitt B-B nach Fig. 3 durch einen Einlaufstutzen 10. In diesem Schnitt ist die Anordnung und Form­ gebung der einzelnen Düsen für die Zufuhr des Zusatzwassers 18, für die Zufuhr des Zement-Luft-Gemisches 21 und die Zufuhr der Zusatzluft 22 für diejenige Ausführungsform zu erkennen, bei der die umhüllenden Düsen 21 und 22 bogenförmig ausgebildet sind und die Stoffzufuhr zu den Düsen in einer Anordnung gemäß Fig. 3 er­ folgt. Durch die Formgebung und gegenseitige Zuordnung der Düsen 18, 21 und 22 wird ein sehr schnell strömender, turbulenter, sich konisch erweiternder, flacher Volumenstrom 19 erzeugt, in dem sich die äußerst feinen Wassertröpfchen bereits mit den Zement­ partikeln vermischen und in dem eine weitgehende Befeuchtung des Zementes erfolgt, bevor die Mischbirne 1 erreicht wird.

Die Fig. 5 und 5.1 zeigen eine fertigungstechnisch be­ sonders günstig gestaltete Ausführungsform der Düsenanordnung ge­ mäß Fig. 3 und Fig. 4, bei der aus Gründen einer kostengünstigen Fertigung alle Düsen in einem Düsenblock zusammengefaßt sind, der - um die Düsen leicht reinigen und den Verschleißschutz in ein­ facher Weise austauschen zu können - zweigeteilt gestaltet ist und durch Befestigungsschrauben 23 zusammengehalten wird. Aus fertigungstechnischen Gründen ist die Zufuhröffnung 21 für das Zement-Luft-Gemisch nicht gekrümmt, während die Zufuhr der für die Beschleunigung des Volumenstromes benötigten Zusatzluft über bogenförmig angeordnete Bohrungen 22 erfolgt. Der Verschleiß­ schutz 24 für die Zement-Zufuhrdüsen kann beim Öffnen des Düsen­ blocks durch Lösen der Schrauben 23 leicht ausgetauscht werden. Mittels der Befestigungsschrauben 25 wird der Düsenblock am Ein­ laufstutzen 10 angebracht.

Durch die Düsenanordnung gemäß Fig. 3, Fig. 4 und Fig. 5 wird ein konischer, im Querschnitt flacher, schnell be­ wegter Volumenstrom erzeugt, der durch die Einlaufstutzen 10 der Mischbirne 1 zugeleitet wird. Um den Anteil des aus einem Gemisch aus Zement, Zusatzwasser und Luft bestehenden nebelförmigen Volu­ menstromes 19, der mit der Wandung des seitlichen Einlaufstutzens 10 in Berührung kommt, möglichst gering zu halten, ist der Ein­ laufstutzen 10 in der Nähe der Mischbirne gemäß Fig. 6 so ge­ formt, daß er gewissermaßen eine Umhüllung des Volumenstromes 19 darstellt.

Fig. 6 gibt einen Schnitt A-A nach Fig. 3 wieder. Die­ jenigen Teile des nebelförmigen Volumenstromes 19, die mit der Wandung des Einlaufstutzens 10 in Berührung kommen würden, schlü­ gen sich dort nieder und würden als Flüssigkeitsstrom in die Mischbirne 1 eintreten. Die vorbeschriebene Formgebung des Ein­ laufstutzens 10 in der Nähe der Mischbirne 1 soll dies verhindern und darüber hinaus bewirken, daß der aus einem Zement-Wasser- Luft-Gemisch bestehende Volumenstrom 19, wenn er in die Misch­ birne 1 eintritt und dort mit dem aus einem Zuschlagstoff-Luft- Gemisch bestehenden Volumenstrom 20 zusammentrifft, noch voll seine nebelförmige Konsistenz hat. Hierdurch wird gewährleistet, daß die sich schnell bewegenden Zuschlagstoffteilchen des Volu­ menstromes 20, die infolge der Auffächerung relativ große gegen­ seitige Abstände zueinander haben, von dem Nebel, d. h. von Ze­ mentmilch, vollkommen umhüllt werden.

Damit sämtliche die Mischbirne 1 durchströmenden Vo­ lumenstromteile des Zuschlagstoff-Luft-Volumenstromes 20 von dem Zement-Zusatzwasser-Luft-Volumenstrom 19 getroffen werden, ist der Einlaufstutzen 10 in der Nähe der Mischbirne 1 so aufgewei­ tet, daß seine größte Achse dem Durchmesser der Mischbirne 1 an dieser Stelle entspricht.

Fig. 7 zeigt ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem zum Erreichen einer für den jeweiligen Anwen­ dungsfall optimalen Formgebung in den unteren Teil der Mischbirne 1 ein Einlegestück 26 eingelegt ist. Um den Aufprall der Teil­ ströme im Crash-Punkt 6, und damit die Mischungsqualität für je­ den Anwendungsfall optimal zu gestalten, können durch in ihrer Oberfläche unterschiedliche Einlegestücke 26 die Führungsbahnen für die Teilströme 5 verändert und dadurch den Erfordernissen des jeweiligen Mischvorganges angepaßt werden. Außerdem läßt sich durch Verwendung hochverschleißfester Werkstoffe zur Herstellung des Einlegestückes 26 der durch den kleinen Krümmungsradius im unteren Teil der Mischbirne 1 zwangsläufig an den Führungsbahnen auftretende Reibverschleiß auf ein Minimum absenken.

Aus Fig. 8 ist schließlich noch das Zusammenwirken der Mischbirne 1 mit einer Schleudermaschine 27 schematisch darge­ stellt, wobei der über die Austrittsöffnung 7 aus der Mischbirne 1 austretende Beton axial in ein an sich bekanntes Schleuderrad 28 weitergeleitet wird, das auf dem größten Teil seines Umfangs von einem mitumlaufenden Gehäusegurt 29 umschlossen ist. Durch die Schaufeln 30 des schnell umlaufenden Schleuderrades 28 wird der Beton formschlüssig beschleunigt, in einem gut gebündelten Strahl 31 ausgetragen und leitungslos im freien Wurf auf eine Auftragsfläche, beispielsweise eine Tunnelwand, überführt. Die Mischbirne 1 und die Schleudermaschine 27 werden dabei zu einer baulichen Einheit zusammengefügt, die auf einem Manipulator oder einem schwenkbaren Ausleger angeordnet und an der Tunnelwandung entlanggeführt werden kann.

Claims (19)

1. Verfahren zum kontinuierlichen Mischen von mehreren festen und/oder flüssigen Stoffkomponenten, wobei die Stoffkom­ ponenten der Mischeinrichtung genau dosiert in kontinuierlichen Massen- oder Volumenströmen zugeführt werden, und das fertige Gemisch in einem kontinuierlichen Massen- oder Volumenstrom aus der Mischeinrichtung ausgetragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die festen Stoffkomponenten einzeln oder in geeigneten Grup­ pen zusammengefaßt jeweils einem gasförmigen Trägermedium aufge­ geben und die Massen- oder Volumenströme der Stoffkomponenten danach derart mit großer Strömungsgeschwindigkeit in einer Misch­ strecke zusammengeführt werden, daß der Massen- oder Volumenstrom der Stoffkomponente (bzw. Stoffkomponenten) mit dem mengenmäßig größten Anteil zunächst aufgefächert wird und unmittelbar an­ schließend die Massen- oder Volumenströme der übrigen zu vermi­ schenden Stoffkomponenten in diesen aufgefächerten Massen- oder Volumenstrom eingespeist werden, welcher danach crashartig zusam­ mengeführt und zur weiteren Verwendung abgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorvermischung von zumindest zwei Massen- oder Volumenströ­ men der übrigen zu vermischenden Stoffkomponenten erfolgt, ehe diese in den aufgefächerten Massen- oder Volumenstrom eingeführt werden.

3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das aus der Mischstrecke austretende Stoffgemisch unmittelbar in eine Schleudereinrichtung (27, 28) weitergeleitet wird, welche das Stoffgemisch beschleunigt und leitungslos an seinen Bestimmungsort überführt.

4. Verfahren zum Herstellen von Beton nach einem der vor­ stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Zuschlagstoff und Zement mit hoher Dosiergenauigkeit jeweils in Luftströme ein­ geschleust werden, daß der Zuschlagstoff-Luft-Volumenstrom aufge­ fächert wird, und daß die Volumenströme Zement-Luft und Zusatz­ wasser mit großer Bewegungsenergie in den aufgefächerten Zu­ schlagstoff-Luft-Volumenstrom eingeleitet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des zugeführten Zusatzwassers genau auf die laufend ge­ messene Eigenfeuchte des Zuschlagstoffes abgestimmt wird, so daß die Gesamtwassermenge stets exakt dem vorgegebenen Wasser-Zement- Wert entspricht.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei kurzfristig betrieblich not­ wendig werdenden Unterbrechungen des Mischvorganges die Zufuhr von Zement und Zuschlagstoff direkt unterbrochen und die Zufuhr von Zusatzwasser und Luft zunächst aufrechterhalten bleibt, um die Mischeinrichtung direkt im Anschluß an die Betriebsunterbre­ chung automatisch zu reinigen.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Reinigung zusätzlich Wasser in die Mischeinrichtung (1) ein­ geleitet wird.

8. Mischeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie drehsymmetrisch ausgebildet ist, und daß in ihrer Symmetrieachse ein Einlaufstutzen (4) für den Massen- oder Volumenstrom (20) der Stoffkomponente mit dem größten Mengenanteil sowie ein Auslauf­ stutzen (7) für das fertige Stoffgemisch liegt, wobei zentral in­ nerhalb der Mischeinrichtung (1) ein Stromteiler (2) angeordnet ist, und mindestens zwei seitliche Einlaufstutzen (10) für die Massen- oder Volumenströme der übrigen zu vermischenden Stoffkom­ ponenten vorgesehen sind, die im Bereich des dem Einlaufstutzen (4) zugewandten Endes des Stromteilers (2) in die Mischeinrich­ tung (1) einmünden.

9. Mischeinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich­ net, daß sie birnenförmig ausgebildet ist, derart, daß ihr aus­ gangsseitiger Krümmungsradius kleiner ist als ihr eingangsseiti­ ger Krümmungsradius.

10. Mischeinrichtung nach einem der Ansprüche 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromteiler (2) stromlinienförmig ausgebildet ist.

11. Mischeinrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwei seitliche Einlaufstutzen (10) vorgesehen sind, die sich diametral gegenüberliegen und sich in ihrer Breite zur Mischeinrichtung (1) hin derart erweitern, daß ihre Breite an ihrer Einmündungsstelle in die Mischeinrichtung (1) deren Durchmesser an dieser Stelle entspricht.

12. Mischeinrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß in den Einlaufstutzen (10), in der Mischeinrichtung (1) und im Auslaufstutzen (7) Beschleunigungs­ düsen (8, 22) angeordnet sind, aus denen ein Trägermedium mit hoher Bewegungsenergie austritt, um eine einwandfreie Durchströ­ mung der Mischeinrichtung (1) und den Austrag der durchmischten Stoffe zu gewährleisten, sowie Strömungsstillstände und Verstop­ fungen zu vermeiden.

13. Mischeinrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Teile und Bereiche, die einem besonderen Verschleiß durch die auftreffenden bzw. entlangströ­ menden Stoffströme ausgesetzt sind, über einen besonderen Ver­ schleißschutz (9) verfügen, und derart ausgebildet sind, daß der Verschleißschutz selbst und/oder die betreffenden Teile leicht auswechselbar sind.

14. Mischeinrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß am Boden der Mischeinrichtung (1) ein leicht austauschbares Einlegestück (26) angeordnet ist, dessen Kontur für die Weiterleitung der Teilvolumenströme (5) auf den gewünschten Mischvorgang und Crash-Effekt (6) zugeschnitten ist, und das vorzugsweise aus hochverschleißfestem Werkstoff herge­ stellt ist.

15. Mischeinrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 4, dadurch gekennzei­ chnet, daß in jedem Einlaufstutzen (10) eine Hochdruckdüse (18) zum Eindüsen des Zusatzwassers und mindestens eine Flachdüse (21) oder eine entsprechende Anzahl kleinerer Düsen zum Einblasen des Zement-Luft-Gemisches vorgesehen ist.

16. Mischeinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Hochdruckdüse (18) zentrisch im Einlaufstutzen (10) angeordnet ist, und von den Zufuhrdüsen (21) für das Zement- Luft-Gemisch kreisförmig oder annähernd kreisförmig umhüllt ist, und daß die Zufuhrdüsen (21) in einem vorgegebenen Winkel zur Längsachse der Hochdruckdüse (18) angeordnet sind.

17. Mischeinrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zufuhrdüsen (21) von ebenfalls bogenförmig aus­ gebildeten Flachdüsen (22) bzw. einer Anzahl entsprechend ange­ ordneter kleinerer Düsen umhüllt sind, durch die zusätzlich Luft in die seitlichen Einlaufstutzen (10) eingeblasen wird.

18. Mischeinrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausbildung und Anordnung sämtli­ cher Düsen (18, 21, 22) in den seitlichen Einlaufstutzen (10) einen flachen, konisch aufgefächerten, turbulenten Volumenstrom (19) für das Zusatzwasser und das Zement-Luft-Gemisch erzeugen.

19. Mischeinrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Formgebung des Einlaufstutzens (10) kurz vor der Mischeinrichtung (1) der äußeren Form des Volumenstroms (19) entspricht.