DE578650C - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Fuellstoffsaeulen in natuerlichen oderkuenstlichen Ablagerungen - Google Patents

Description

In chemischen Industrien werden vielfach in größeren Massen benötigte Grundstoffe, wie Maischen, Brei, Holzstoff, Farberden, andere Schlamme u. dgl., weiteren chemischen oder mechanischen Reaktionen in der Weise ausgesetzt, daß das betreffende Reagenz in die in Türmen, Gruben oder sonstigen Behältern gespeicherte Masse in Form von Füllstoffsäulen oder -mänteln oder als schichtenweise Einlagerungen eingebracht wird.

Die Erfindung bezweckt gegenüber diesen Methoden, welche zumeist kostspielige bauliche und Betriebsvorkehrungen erfordern, Ersparnisse an Zeit und Anlagekosten dadurch zu erzielen, daß der Grundstoff nur in großen Behältern, welche zweckmäßig auch ganz ver₇ senkt sein können, gesammelt zu werden braucht und daß die Säulen aus den zur chemischen oder mechanischen Reaktion erforderlichen Füllstoffen in dieser Speichermasse selbst, also an Ort und Stelle in einem Arbeitsgang aufgebaut werden. Je nach sachlichen Gesichtspunkten können diese Füllstoffsäulen dank ihres Herstellungsverfahrens nicht nur in jeder Länge, sondern auch mit jedem Durchmesser, und zwar sowohl gleichförmig als auch mit den oft erwünschten Verbreiterungen (Knollen) an der Sohle bzw. an gewissen Zwischenpunkten ausgestattet werden. Derlei Verbreiterungen können sogar bis zum gegenseitigen Anschluß benachbarter Säulen ausgeführt werden, also bis sie mehr oder minder geschlossene Zwischenschichten oder Platten des Füllstoffes innerhalb der Ablagerungsmasse bilden.

In jenen Fällen, wo derselbe Füllstoff im Produktionsprozeß wiederholt verwendbar ist, beispielsweise Kalkstein, Marmorbruch, Schwefelkies, Tuffstein u. dgl., gestattet das Verfahren überdies, die erzeugten Füllstoffsäulen je nach ihrer Natur mit oder ohne geeignete Verkittung in ungemein verdichteter und verfestigter Weise aufzubauen, so daß die Ablagerungsmasse ohne Gefahr für den Bestand der Füllstoffsäulen beliebig oft gewechselt werden kann.

Eine Einrichtung, mit der dieses Verfahren durchgeführt werden kann, ist in der Zeichnung in zwei verschiedenen Arbeitsstellungen in Längsschnitten dargestellt.

Die Einrichtung besteht darin, daß zwei zentrisch oder exzentrisch ineinanderliegende Rohre dadurch zu einer Art Presse ausgebildet sind, daß das äußere in die Ablagerungsmasse abzusenkende Rohr 1 (Senkrohr), das aber selbstverständlich ohne weiteres auch konisch und von vieleckigem Querschnitt sein kann, mehr oder minder nahe seinem unteren Ende

eine Querwand 4 besitzt, durch deren öffnung 2 das unten abgeschlossene Innenrohr (Plunger) 3 bzw. die Kolbenstange 3', welche natürlich auch als massive Körper ausgebildet werden können, hindurchgeführt wird. Dadurch entsteht im untersten Senkrohrteile 5 ein oben abgeschlossener Druckraum 6, in welchem schon allein mittels des Plungers 3 der eingefüllte Stoff 7 (Füllstoff) unter Druck gesetzt werden kann. Um diese Druckwirkung auf den gesamten Querschnitt ausüben zu· können, kann auch an der Decke des Druckraumes ein ringförmiger Kolben 18 (Fig. 3 bis 6) angeordnet werden, welcher die Bewegung des nunmehr als Kolbenstange wirkenden Plungers innerhalb der Druckkammer 6 infolge entsprechender Kupplung mitmacht. In Fig. 3 bis 6 sind Anfangs- und Zwischenstellung eines solchen Kolbens veranschaulicht. Die lichte Weite der Querwandöffnung 2 wird so gewählt, daß praktisch hinreichende Abdichtung gegen den Plunger entsteht·. Mittels Dichtungsringen aus Gummi, Leder o. dgl. läßt sich aber auch vollkommene Abdichtung erzielen. Die Querwand 4 ist zweckmäßig so gestaltet, daß sie oben eine Art Trichter bildet, der die Füllstoffmasse in die Durchtrittsöffnung 2 leitet. Der Plungerkopf 8 ist so ausgebildet, daß er sowohl auf dem oberen Senkrohrrande 9 aufliegen als auch mittels geeigneter Zugorgane 10 erfaßt und um den Weg des Leerganges 11 angehoben werden kann. Überdies ist der Plungerkopf noch durch Seilschlingen 12 o.dgl. mit dem Senkrohr 1 derart gekoppelt, daß sein Leergang auch nach oben entsprechend begrenzt wird. Dieser Hub kann aber auch durch Anschläge 13 begrenzt werden, die am Plungerschaft in entsprechender Höhe verstellbar angebracht sind und den oberen Rand 9 des Senkrohres nicht überschreiten können, oder auch auf beliebige andere Weise. Der Fuß des Plungers hingegen ist zweckmäßigerweise so ausgebildet, daß er die Mitnahme des Ringkolbens (Scheibenkolbens) 18 innerhalb des Druckraumes ermöglicht, indem er beispielsweise konisch geformt ist (Fig. 5 und 6) oder durch vorspringende Mitnehmer 20 (Fig. 3 und 4) o. dgl. bzw. durch eine Kombination dieser Möglichkeiten (Fig. 5 und 6) eine Kupplung mit dem Kolben herstellt. Die Kupplung des Ringkolbens mit dem Plunger kann selbstverständlich nicht nur zwangsläufig, wie in Fig. 5 und 6, sondern auch willkürlich, wie in Fig. 3 und 4, von oben steuerbar erfolgen, wenn beispielsweise nur mit dem Tauchkolben 3, wie in Fig. 1, gearbeitet werden soll. In Fig. 3 und 4 erfolgt die Betätigung der Mitnehmerbolzen, also Kupplung von Plunger und Scheibenkolben willkürlich von oben. Während jedoch der Druckhub des Ringkolbens 18 der Fig. 3 bis 6 am einfachsten zwangsläufig mit dem Plungerfuß 3' erfolgt, kann der Rückgang auch ohne jede Verbindung mit dem Plunger durch elastische Aufhängung des Kolbens oder durch eigene Zugorgane 22 von oben herbeigeführt werden. Durch letztere Methode wird der Kolben gleichzeitig in seiner obersten Ruhelage festgehalten; im anderen Falle müssen besondere Vorkehrungen dafür getroffen werden, wie es beispielsweise durch Einziehen in einen Konus 23 (Fig. 5 und 6) oder durch Einschnappen von Sperrklinken, ähnlich wie innen o. dgl., erfolgt. Die automatische Kupplung des Plungers und Kolbens muß also so ausgebildet sein, daß sie in der Höchstlage des Scheibenkolbens geöffnet wird, sobald*erst der Kolben mit Sicherheit in anderweitigen Arretierungen hängengeblieben ist.

Das Verfahren mit dieser Schachtfüllungspresse besteht z. B. nach Fig. 5 und 6 darin, daß in das in üblicher Weise in die Ablagerung eingetauchte oder abgesenkte Senkrohr 1 eine bestimmte Menge Füllstoff eingeschüttet wird. Durch das Hochziehen des Plungers 3' (Fig. 5) vor, während oder nach dem Einschütten des Füllstoffes 7 gelangt zunächst der Ringkolben 18 in seine Höchststellung, worauf die öffnung 2 in der Querwand 4 freigelegt wird und der Füllstoff in den Druckraum 6 der Presse gelangt. Durch Aufsetzen des Plungers 3' auf die eingefüllte Masse wird die Öffnung 2 wieder geschlossen, Plunger und Ringkolben gekuppelt und der Druckraum 6 unter Druck gestellt. Der Druck wird erzeugt durch das Gewicht des Plungers 3', des darüberliegenden Klotzes und nötigenfalls auch durch Schläge mit diesem Klotz. Durch diesen Druck wird der Füllstoff im rings geschlossenen Druckraum 6 zunächst verdichtet und bei hinreichendem Druck aus dem Druckraum unten hinausgedrängt. Wird dabei oder nachher das Senkrohr 1 hochgezogen, so ist der dadurch frei werdende Schacht bereits mit verdichtetem Füllstoff solid ausgefüllt, und jede Einschnürung der so entstehenden kompakten Säule ist ausgeschlossen. Bei weiterer Vergrößerung des Plungerdruckes bzw. Kolbendruckes im Innenraum 6 können auch Schachterweiterungen erzeugt werden. Bei Entkupplung des ringförmigen Scheibenkolbens 18 (Fig. 3 und 4) bzw. bei gänzlicher Weglassung desselben (Fig. ι und 2), wird sich bei noch weiterer Vergrößerung des statischen oder dynamischen Plungerdruckes der Druck in der Füllmasse nach hydrostatischen Gesetzen fortpflanzen und unter der Annahme, daß die umgebende Ablagerung den auf sie entfallenden verhältnismäßig geringfügigen Druck schließlich ohne wesentliches Nachgeben aufzunehmen imstande ist, wird die auf die Querwand 4 (Fig. 1) bzw. den dort anliegenden entkuppelten Ringkolben (Fig. 3) entfallende Druckdifferenz als auf-

wärts gerichtete Komponente sich sogar in einer Hebung des Senkrohres ι auswirken können.

Andererseits unterliegt es aber keinem Anstand, in jenen Fällen, wo man die Pressung der Füllstoffe nicht bis zu dem zum Ausfahren benötigten Aufwärtsdrucke zu erhöhen wünscht bzw. wenn mit Hufe des Ringkolbens der gesamte Querschnitt der Füllmasse unter Druck

ίο gehalten werden soll, dieses Ausfahren der Apparatur aus dem Schacht auch durch irgendwelche äußere Zugmittel 14 (Fig. 1 und 2) zu bewerkstelligen.

Die fortschrittliche Wirkung dieses Verfahrens gegenüber den bisher üblichen Methoden der Herstellung von derlei Füllstoffsäulen besteht nicht nur in der größeren Wirtschaftlichkeit des Absenkungsverfahrens gegenüber jeder anderen Einbaumethode, sondern auch in dem Umstände, daß die Absenkung von Schächten kleineren Durchmessers hinreicht, um im Wege des Preßverfahrens dieselben auf größeren Durchmesser zu erweitern. Diese Erweiterung erscheint tatsächlich in jeder in Betracht kommenden künstlichen oder natürlichen Ablagerung erzielbar, indem einfach eine größere mechanische Arbeit durch längere Zeit aufgewendet wird, wenn es sich um Überwindung größerer Außenwiderstände handelt.

Diesbezüglich ist eine Kontrolle dadurch gegeben, daß die Höhe der Plungerhübe 15 beobachtet wird, sie gibt ein zuverlässiges Maß für die unten am Senkrohr erzielte ausweitende Wirkung. Zur näheren Erklärung sei angeführt, daß in weichen Massen oft schon das Eigengewicht des Plungers 3 hinreicht, um einen Arbeitsgang des Plungers in der vollen Länge 11 seines Saughubes zu ermöglichen. In diesem Falle kann eben der in den Druckraum 6 gelangte Füllstoff 7 ohne jede Schwierigkeit um das Maß der Plungerverdrängung auch eine Verdrängung der Ablagerung erzeugen und dementsprechend aus dem Druckraum austreten. Wird dieses Pressen fortgesetzt, so treten naturgemäß immer größere Widerstände der nun immer mehr verdichteten Ablagerung auf, dann bedarf man zur Erzielung voller Druckhübe des Plungers auch einer Vergrößerung der Plungerdrücke durch Schläge mit einem mehr oder minder schweren Klotz. Es ist selbstverständlich, daß in jenen Fällen, wo es sich von vornherein um festere Ablagerungsschichten handelt, auch von vornherein eine größere Preßarbeit des Plungers aufzuwenden sein wird. Unter allen Umständen sind aber durch ein entsprechendes Maß mechanischer Arbeit an beliebigen Punkten der Schachttiefe oder auch in der ganzen Schachtlänge Schachterweiterungen erzielbar, wobei es nur eine Frage der Abmessungen von Außen- und Innenrohr bzw. der Konsistenz des zu verarbeitenden Füllstoffes bildet, ob mit oder ohne Verbreiterung des Plungerfußes durch den Ringkolben zu arbeiten sein wird. Das Verfahren hat also den Vorteil, nach Bedarf sowohl mit Tauchkolben (Plunger) als auch mit Scheibenkolben arbeiten zu können.

Das Verfahren hat aber außerdem noch die weitere fortschrittliche Wirkung, daß die für das Absenken von wiedergewinnbaren Schachtverrohrungen sonst so schwierige Frage der Rohrverbindungen von vornherein entfällt, denn es ist bei dem geschilderten Verfahren ganz gleichgültig, ob das äußere Senkrohr 1 aus einem oder aus mehreren Stücken, mit oder ohne gegenseitige Verbindung der Schüsse zusammengesetzt ist, da ja sowohl während des Absenkens als während des Ausfahrens das Senkrohr stets nur auf Druck beansprucht wird; während des Absenkens durch statischen oder dynamischen Druck des Klotzes von oben; während des Ausfahrens durch den Druck der Füllmasse infolge der Plungerkräfte oder aber durch den mittels äußerer Zugorgane ausgeübten Druck von unten. Dies ermöglicht nicht nur eine ungemein weitgehende Vereinfachung der Apparatur, sondern auch eine weitgehende Erhöhung der Betriebssicherheit durch Entfall aller in. Rohrverbin- go düngen gelegenen Störungsursachen. Die vorgeschilderten Vorzüge gelten selbstverständlich nur für das äußere Senkrohr 1, während das Plungerrohr 3 in der im Maschinenbau üblichen Weise beliebig durch Nippelverbindungen o. dgl. auf die dem Senkrohr 1 entsprechende Länge gebracht werden muß.

Sowohl die beschriebene Vorrichtung als das Verfahren sind selbstverständlich auch für andere als chemische Zwecke verwendbar, wenn es sich überhaupt um die Herstellung von Füllstoff- oder Tragsäulen in natürlichen oder künstlichen Ablagerungen handelt. Als Beispiele dieser Art seien angeführt: die Sand- und Schotterfilter in der Wasserversorgung, insbesondere aus Flußgebieten, wo die Entnahme vorteilhaft statt aus offenen Brunnen schon aus mit Sand oder Schotter gefüllten Bodenschächten geschieht; die Sickerschächte im landwirtschaftlichen Meliorationswesen, wo mittels schottergefüllter Tiefschächte die Entwässerung großer Flächen durch ihre lotrechte Verbindung mit einem noch so tief liegenden Kiesgrund viel wirksamer als durch ein Netz von Gräben und Kanälen erreichbar ist; die Baugrundverbesserung mittels an Ort und Stelle hergestellter Brunnen oder Pfähle, gebildet aus Schotter bzw. Kies mit oder ohne Bindemittel, deren sonstige Herstellung zumeist nicht nur zeitraubend und kostspielig, sondern auch mehr oder minder betriebsunsicher ist.

Claims (18)

1. Patentansprüche:

   ι. Verfahren zur Herstellung von Füll· stoffsäulen in natürlichen oder künstlichen Ablagerungen mittels in diese abgesenkter Rohre, durch die hindurch· der Füllstoff unter Wiederausfahren der Rohre in den so gebildeten Hohlraum der Ablagerung eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet,

   ίο daß die Füllstoffmasse in einem durch eine Querwand (4) im unteren Teil des Senkrohres (1) abgesonderten Druckraum (6) mittels eines diese Querwand durchsetzenden Plungers (Tauchkolbens) (3) unter Druck gestellt und beim Herausdrängen aus dem Senkrohre verdichtet wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gesamte im Druckraum befindliche Füllstoff durch einen im Druckraum angeordneten Scheibenkolben (18) mit Hilfe des nunmehr als 'Kolbenstange wirkenden Plungers (3') im vollen Querschnitt gleichmäßig unter Druck gestellt bzw. hinausgedrängt wird.
3. 3- Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdichtung im Druckraum entweder durch Tauchkolben oder durch Scheibenkolben erfolgen kann.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange mit dem Scheibenkolben beim Eintritt in- den Druckraum gekuppelt wird und beim Austritt aus dem Druckraum ausgekuppelt wird.
5. 5. Verfahren nach Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckhub des Scheibenkolbens (18) durch den Plunger (3') erfolgt, während der Rückgang des Scheibenkolbens sowohl mit dem Plunger als auch unabhängig vom Plunger erfolgen kann.
6. 6. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Preßdruck in der Füllstoffm'asse durch ein auf den Plunger (3) wirkendes Belastungsgewicht statisch hervorgerufen wird.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der durch Gewichtswirkung in der Füllstoffmasse erzeugte Preßdruck auf dynamischem Wege durch Schläge auf den Plunger (3) bzw. auf die Kolbenstange (3') verstärkt wird.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllstoffmasse durch die für den Durchtritt des Plungers (3) dienende öffnung (2) in der Querwand (4) des Senkrohfes (1) in den Druckraum (6) eingebracht wird, sobald diese öffnung vom Plunger bei seinem Hochgehen freigelegt worden ist.
9. 9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Arbeit'shubes (15) des Plungers durch Begrenzung der Hubhöhe seines Kopfes (8) dem angestrebten Maße der Verdichtung der Füllstoffmasse oder der im Wege der verdichteten Füllstoffmasse bewirkten Schachterweiterung . angepaßt wird.
10. 10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Preßdruck des Plungers ohne Scheibenkolben nach dem Verdichten der Füllstoffmasse weiter fortgesetzt wird, um das Senkrohr (1) durch hydrostatischen Druck aus dem Schachte zu heben.
11. 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß bei vorzeitigem Anheben des Senkrohres durch den hydrostatischen Druck während der Füllstoffverdichtung zur Herstellung des gewünschten . Verdichtungsdruckes das Senkrohr samt dem Plunger durch gemeinsame Belastung-oder Schlagwirkung neuerlich in die Ablagerung abgesenkt wird.
12. 12. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Querwand (4) im Senkrohr (1), die den Druckraum (6) der Schachtfüllungspresse am unteren Ende des Senkrohres von dessen übrigem Hohlräume absondert und mit einer Öffnung versehen ist, die der Plunger mehr oder weniger abdichtend durchfährt.
13. 13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Querwand (4) an ihrer Oberseite trichterförmig ist, während an ihrer Unterseite ein ringförmiger Scheibenkolben (18) gelagert werden kann. .
14. 14. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Ansprüchen 1 und 10, gekennzeichnet durch ein Senkrohr (1), das aus miteinander nicht zugfest verbundenen einzelnen Schüssen von der erforderlichen Gesamtlänge zusammengesetzt ist.
15. τζ. Vorrichtung zur Ausführung des Ver-. fahrens nach Ansprüchen 1, 2 und 9, dadurch' gekennzeichnet, daß zwischen dem Plunger (3) und dem Senkrohre (1) einer- no seits eine Hubbegrenzung zum Einstellen der jeweils zulässigen größten Hublänge des Plungers, anderseits eine Maßteilung vorgesehen ist, welche die wirklich vollführte Hublänge und damit die allfäUige Ausweitang der Füllstoffsäule festzustellen gestattet '
16. 16. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Ansprüchen 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung des Plungerfußes (3') mit dem Scheibenkolben (18) durch Bund, Klemmung oder
17. durch Federklinken (20) bzw. durch eine Kombination dieser Möglichkeiten erfolgt. 17. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Ansprüchen 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückgang des Scheibenkolbens unabhängig vom Plunger durch äußere Zugorgane, welche am Kolben angreifen und außen oder innen vom Rohr hochgehen, oder durch elastische Aufhängung des Kolbens erfolgt.
18. 18. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fixierung des Scheibenkolbens in seiner Höchstlage durch Reibung, elastische oder willkürliche Aufhängung oder durch Sperrklinken erfolgt.

    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen