DE9116615U1 - Vorrichtung zur Schaumerzeugung - Google Patents
Vorrichtung zur SchaumerzeugungInfo
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Description
PATENTANWÄLTE ZENZ1 HELBER1 HOSBACH & LÄUFER ■ D-4300 ESSEN &Iacgr; · AM RUHRSTEIN
ECI, European Chemical Industries Ltd. Castleblayney, Irland
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Schaumerzeugung, wobei ein aufschäumbares flüssiges oder pastöses Medium
in eine Mischkammer gefördert, mit einem Fluid zur Aufschäumung gemischt und nach Austritt aus der Mischkammer unter
Schaumbildung entspannt wird. Ferner bezieht sich die Erfindung auf einen Schaumgenerator zur Durchführung dieses Verfahrens.
Bisher wird Schaum hauptsächlich durch mechanisches Aufmischen erzeugt. Aus der DE-C-36 31 221 Cl ist es bekannt, aus
Schaumbildner und Wasser einen Schaum zu bilden und diesem Schaum nacheinander ein hydraulisches Bindemittel, z.B. Zement,
und einen staubförmigen mineralischen Stoff beizumischen. Wenn
die Schaummasse zum Zeitpunkt des Zumischens der Hauptkomponente,
nämlich des staubförmigen mineralischen Feststoffs, mit dem Bindemittel beladen ist, besteht die Gefahr einer Lunkerbildung.
Der entstehende Schaum kann daher nicht mehr ohne weiteres weiterverarbeitet werden. Es ist ferner bekannt, jeweils
einen fertigen Schaum mit verschiedenen staubförmigen mineralischen
Stoffen innig zu vermischen und beide Schaummischungen danach zusammenzuführen und wiederum mechanisch zu einem geschäumten
Baustoff zu vermischen (EP-OS 0299482). Mit diesen bekannten mechanischen Schaumerzeugungsverfahren können nur
solche Werkstoffe aufgeschäumt werden, die relativ lange Topfund Verarbeitungszeiten (>
30 Sekunden) besitzen. Hierzu gehören Verfüllungsschäume im Bergbau sowie langsam erhärtende Reparatur-
und Dämmörtel.
Es gibt auch Verfahren zur Schaumerzeugung, bei denen der Schaum durch chemische Reaktion erzeugt wird. Hierzu gehört die
Polyurethanschaumerzeugung, bei der das aufschäumbare Medium
mit Wasser oder Luftfeuchtigkeit reagiert. Schließlich gibt es
auch Schaumerzeugungsverfahren durch Treibgas, bei denen dem aufzuschäumenden Medium Treibgas zunächst in flüssiger Form
beigemischt wird und der Schaum später durch Übergang des Treibgases von der flüssigen in die gasförmige Phase entsteht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und einen Generator zur Schaumerzeugung zur Verfügung zu stellen,
die einen bisher unerreichten Anwendungsbereich unter Einschluß von Bindemitteln mit äußerst kurzen Topf- und Verarbeitungszeiten
haben und mit geringem Aufwand den unterschiedlichen Anwendungen anpaßbar sind.
Gelöst wird diese Aufgabe verfahrensmäßig erfindungsgemäß
dadurch, daß
das aufschäumbare Medium an einer porösen Mischkammerwand
vorbeigeführt wird;
als Fluid zum Aufschäumen ein gasförmiges Medium verwendet und in gleichmäßiger Verteilung durch die poröse Mischkammerwand
in die Mischkammer eingeleitet wird; und
ein Differenzdruck zwischen den beiden Seiten der porösen
Mischkammerwand aufrechterhalten wird, bei dem der Gasübertritt in die Mischkammer gewährleistet und ein Eindringen des aufschäumbaren
Mediums in die Poren der Mischkammerwand verhindert wird. Unter dem Begriff "aufschäumbares Medium" wird im folgenden
ein fließfähiges Medium verstanden, das wenigstens eine aufschäumbare Substanz enthält oder mit wenigstens einer oberflächenaktiven
Substanz versetzt ist. Ein solches Medium kann u.U. bereits durch Mischen (teilweise) aufgeschäumt sein.
Der erfindungsgemäße Schaumgenerator zeichnet sich dadurch aus,
daß neben der Mischkammer eine Gaseinlaßkammer vorgesehen
ist;
daß zwischen Mischkammer und Gaseinlaßkammer eine poröse Trennwand angeordnet ist; und
daß ein Differenzdruckgeber vorgesehen ist, der so ausgebildet
und angeordnet ist, daß er bei der Schaumerzeugung mindestens ein solches Druckgefälle zwischen Gaseinlaßkammer und
Mischkammer aufrechterhält, welches den Durchtritt des Gases durch die Poren der Trennwand in die Mischkammer gewährleistet.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung gegenüber herkömmlichen Schaumerzeugungsverfahren und -vorrichtungen besteht
darin, daß jedes Gas, also auch Luft, CO2, Wasserdampf oder auch ein beliebiges anderes Gasgemisch bei der Schaumerzeugung
verwendet werden kann. Entsprechendes gilt auch für das aufschäumbare flüssige oder pastöse Medium. Die pneumatische
Schaumerzeugung in der Mischkammer findet kontinuierlich und derart rasch statt, daß der fertige Schaum bereits unmittelbar
nach der Zusammenführung der flüssigen bzw. pastösen aufschäumbaren
Komponente mit dem die Aufschäumung bewirkenden gasförmigen Medium entsteht. Daher läßt sich die Erfindung auch auf
solche aufschäumbaren Medien anwenden, die bisher wegen ihrer kurzen Topf- und Verarbeitungszeiten (<
30 Sekunden) für die Schaumerzeugung ungeeignet erschienen.
Die Einführung des gasförmigen Mediums durch eine mit zahlreichen Mikroporen durchsetzte Trennwand in die Mischkammer
sorgt in vorteilhafter Weise für eine optimale Verteilung der Schaumbläschen im Schaum. Bei gleichmäßiger Größe der Mikroporen
in der Trennwand ist auch eine gleichmäßige Luftbläschenbzw,
-porengröße im fertigen Schaum gewährleistet. Diese gleichmäßige Luftporengröße läßt sich gemäß einer Weiterbildung
der Erfindung voreinstellen durch geeignete Wahl der Mikroporen in der vorzugsweise tubus- oder rohrförmig ausgebildeten porösen
Trennwand. Im Betrieb selbst läßt sich in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung die Luftbläschengröße im fertigen
Schaum (außerhalb des Schaumgenerators) dadurch steuern, daß die relativen Mengenströme der aufschäumbaren und gasförmigen
Medien gesteuert werden. Durch Änderung des Verhältnisses der in die Mischkammer pro Zeiteinheit eingeführten Gas- und Flüs-
sigkeitsmengen läßt sich der Porenanteil und damit die Dichte (Gewicht) des fertigen Schaums variieren.
Die Verarbeitungsmöglichkext selbst rasch abbindender Stoffe eröffnet dem erfindungsgemäßen Schaumerzeugungsverfahren
und dem zugehörigen Schaumgenerator neue und wichtige Anwendungsgebiete. Es lassen sich vor allem auf dem Bausektor im Bereich
von Leichtmörteln, Leichtputzen, Schaumbetonen und Reaktionsharzen in situ Formteile herstellen, die aufgrund ihres
geringen Gewichts erhebliche Einsparungen erwarten lassen. Die Erfindung läßt sich aber auch uneingeschränkt zu Verfüllungsaufgaben
im Bergbau sowie zu Spezialverschäumungsaufgaben, wie der Applikation von Reparaturmörteln, Wärmedämmörteln, Schallschutzmörteln,
Baustoffen mit schallhemmenden Eigenschaften, Putzen, Maschinenputzen, Dämmörteln und Anhydritbindemitteln
und für schließlich Säureschutzaufgaben einsetzen. Geeignet ist
die Erfindung aber auch zu Löschzwecken, wobei Luft oder Kohlendioxid in der Mischkammer in einen tensidhaltigen kontinuierlichen
Wasserstrom eingeführt wird.
Eine besonders gleichmäßige Aufschäumung und Verteilung der Luftporen im Schaum ergibt sich in Weiterbildung der Erfindung
dadurch, daß während der Schaumerzeugung eine im wesentlichen laminare Strömung des aufschäumbaren Mediums in der Mischkammer
aufrechterhalten wird. Der Schaumgenerator hat zu diesem Zweck ein im wesentlichen zylindrisches Gehäuses, in welchem Misch-
und Gaseinlaßkammern konzentrisch angeordnet sind. Die die Mischkammer begrenzende poröse Trennwand ist vorzugsweise ein
tubus- oder rohrförmiges Kunststofformteil, in welchem radiale
Durchgangswege freigebende Mikroporen bei einer Porengröße zwischen 5 und 500 &mgr;&idiagr;&eegr;, insbesondere zwischen 10 und 250 &mgr;&idiagr;&eegr; ausgebildet
sind.
Neben der besonders einfach aufgebauten zylindrischen Bauform des Gehäuses mit konzentrischer Anordnung der Misch- und
Gaseinlaßkammern sind aber auch andere Gehäusebauformen möglich, so beispielsweise Mehrkammersysteme mit mehreren paral-
lelen Mischkammern, die eine gemeinsame Gaseintrittskammer
durchdringen und jeweils durch geeignete poröse Kunststofformteile
als Trennwände begrenzt sind; eine einfache etwas weniger wirksame Bauform ist die Nebeneinanderanordnung von Misch- und
Gaseinlaßkammern mit einer im wesentlichen ebenen porösen Trennwand.
Zweckmäßige Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigt:
Fig. 1 die wesentlichen Komponenten - teilweise geschnitten und teilweise in Form eines Blockschaltbildes eines
Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Schaumgenerators.
In Fig. 1 sind die wesentlichen Komponenten des neuen Schaumgenerators dargestellt. Kern des Schaumgenerators ist ein
Aufschäumkopf mit einem Gehäuse 1, in welchem eine zylindrische Mischkammer 3 und eine zur Mischkammer 3 konzentrisch angeordnete
Gaseinlaßkammer 5 angeordnet sind. Die Mischkammer und die Gaseinlaßkammer sind durch eine tubus- oder rohrartige Trennwand
7 unterteilt. Die Trennwand 7 besteht aus einem rohrförmigen Kunststofformteil, das zumindest in Radialrichtung mit Mikroporen
versehen ist. Die Porengröße der Trennwand 7 richtet sich nach dem Anwendungsfall; es gibt für andere Zwecke tubus-
oder rohrförmige Kunststofformteile der bei der Erfindung verwendbaren
Art mit Porengrößen zwischen etwa 5 und 250 &mgr;&idiagr;&eegr;. Die
Größe der Poren ist jedoch bei der Erfindung unkritisch. Günstig ist eine gleichmäßige Porengröße und eine gleichmäßige
Verteilung der Poren über die Länge und den Umfang des tubus- oder rohrförmigen Kunststofformteils 7.
Die Gaseinlaßkammer 5 ist außen von einer zylindrischen Umfangswand
9 begrenzt. Die die Kammern 3 und 5 begrenzenden Wände 7 und 9 sind zwischen zwei Flanschen 11 und 12 lösbar ge-
haltert. Die Flansche 11 und 12 können nach Lösen von Haltebolzen 13 axial auseinandergezogen werden, wodurch die in geeigneten
Nuten der beiden Flansche einfassenden zylindrischen Wände 7 und 9 ebenso wie die Misch- und Gaseinlaßkammern 3 und 5
freigelegt werden können. Die beiden Flansche 11 und 12 sind mit axialen Durchgangsstutzen 15 und 16 versehen, deren Öffnungsquerschnitte
demjenigen der Mischkammer 3 genau angepaßt sind.
Der eine Flansch 11 hat bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel einen Einlaß 17, durch den das gasförmige Medium, insbesondere
Luft in die Gaseinlaßkammer 5 eingeleitet wird. In beiden Flanschen 11 und 12 sind Ringnuten 19 zur Aufnahme von
als Dichtelemente dienenden O-Ringen ausgebildet. Mit Hilfe der Ringdichtungen soll der im wesentlichen gasdichte Abschluß des
Gehäuses 1 zwischen Gaseinlaßkammer 5 und der Außenatmosphäre hergestellt werden. Dieser Gasabschluß ist aber unkritisch, da
die zur Schaumerzeugung erforderliche Gaszufuhr kontinuierlich über den Einlaß 14 in die Gaseinlaßkammer erfolgt, wobei etwaige
Leckströme problemlos ausgeglichen werden können.
Ein geeignetes aufschäumbares, vorzugsweise flüssiges, ggf.
aber auch pastöses Medium wird mit Hilfe der Pumpe 21 in den Einlaßstutzen 15 gedrückt. Gleichzeitig wird ein zum Aufschäumen
benötigtes Gas, beispielsweise Luft, mit Hilfe eines Kompressors 23 über die Leitung 25 in den Gaseinlaß 17 gedrückt.
Über einen Regler 27, dessen Meßwerte eine in der Zeichnung nicht dargestellte geeignete Meßanordnung liefert, werden die
Leistungen der Pumpe 21 und des Kompressors 23 derart eingestellt, daß in der Mischkammer 3 ein Druck pi herrscht, der
mindestens um den Differenzdruck &Dgr;&rgr; niedriger ist als der Druck
P2 in der die Mischkammer umgebenden Gaseinlaßkammer 5.
Aufgrund dieses Druckgefälles &Dgr;&rgr; ist ein Medienaustausch grundsätzlich nur von der Gaseinlaßkammer 5 aus in Richtung der
Mischkammer 3 möglich. Ein Eindringen des zumeist flüssigen aufschäumbaren Mediums aus der Mischkammer 3 in Richtung der
Gaseinlaßkammer 5 hätte nämlich den ungünstigen Effekt, daß das aufschäumbare Medium die Mikroporen in der rohrförmigen Trennwand
3 mehr oder weniger stark schließt und dadurch die Funktion des Schaumgenerators beeinträchtigt.
Bei Einhaltung des vorgegebenen Druckgradienten &Dgr;&rgr; können die Fördermengen der Fördervorrichtungen 21 und 23 derart relativ
zueinander variiert werden, daß sich die Luftbläschengröße nach Auswurf des in der Mischkammer 3 gebildeten Schaums steuern
läßt. Damit kann auch die Dichte (das Gewicht) des geschäumten Fertigprodukts varriiert werden.
Die Umfangswand 9 besteht vorzugsweise aus einem durchsichtigen
Kunststoff. Eine durchsichtige Umfangswand 9 hat den Vorteil, daß der Zustand der porösen Trennwand 7 laufend kontrolliert
und die Trennwand ggf. frühzeitig ausgewechselt werden kann, um einem übermäßigen Druckabfall an der Trennwand 7 in
Folge Ablagerungen in den Mikroporen vorzubeugen. Wie aus dem schematischen Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1
leicht zu erkennen ist, ist das Gehäuse 1 (Generator-Aufschäumkopf)
problemlos in jeder Größe herstellbar. Die Generatorleistung kann demgemäß dem jeweiligen Anwendungsfall angepaßt werden.
Auch die relative Kammergrößen sowie die Ein- und Austrittsquerschnitte der Flüssigkeit und der Luft sind ohne beachtliche
Einflüsse auf die Herstellungskosten oder die Betriebskosten. Das Gehäuse 1 selbst ist eine starre Baueinheit,
die bei Anbringung geeigneter Handgriffe oder auch in der aus der Zeichnung ersichtlichen Form durch Anfassen am Gehäuse
selbst leicht zu manipulieren ist. Die Verbindungsleitungen zwischen den Fördervorrichtungen 21 und 23 und dem Gehäuse 1
können flexibel sein und dadurch eine behinderungsfreie Bewegung des Aufschäumkopfs (Gehäuse mit Auslaß) ermöglichen.
Claims (10)
1. Schauragenerator zur Erzeugung von Schaum aus einem aufschäumbaren
flüssigen oder pastösen Medium und einem gasförmigen Medium mit einer Mischkammer (3) und einer selektiv betätigbaren
Fördervorrichtung (21, 23) zum Transport der Medien durch die Mischkammer,
dadurch gekennzeichnet ,
daß neben der Mischkammer (3) eine Gaseinlaßkammer (5) vorgesehen ist;
daß zwischen Mischkammer und Gaseinlaßkammer eine poröse Trennwand (7) angeordnet ist;
daß ein Differenzdruckgeber (27) vorgesehen ist, der so
ausgebildet und angeordnet ist, daß er bei der Schaumerzeugung mindestens ein solches Druckgefälle (&Dgr;&rgr;) zwischen Gaseinlaßkammer
(5) und Mischkammer (3) aufrechterhält, welches den Durchtritt des Gases durch die Poren der Trennwand (7) in die
Mischkammer (3) gewährleistet; und
daß die Mischkammer so ausgebildet ist, daß das aufschäumbare Medium im wesentlichen laminar hindurchströmt.
2. Schaumgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischkammer (3) von der porösen Trennwand (7) rohrartig
umschlossen ist und die Ein- und Auslässe (15, 16) des schaumbildenden Mediums axial an entgegengesetzten Stirnseiten der
Mischkammer angeordnet sind.
3. Schaumgenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Misch- und Gaseinlaßkammern in einem abge-
schlossenen Gehäuse (1) angeordnete konzentrische Kanunern (3, 5) sind.
4. Schaumgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als poröse Trennwand (7) ein tubus-
oder rohrförmiges Kunststofformteil vorgesehen ist, das mit
etwa radial verlaufenden Mikroporen bei einer Porengröße zwischen 5 und 500 &mgr;&pgr;&igr; versehen ist.
5. Schaumgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Porengröße in der porösen Trennwand
(7) im wesentlichen einheitlich ist.
6. Schaumgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß der Strömungsquerschnitt vom Einlaß (15) durch die Mischkammer (3) zum Auslaß (16) im wesentlichen
konstant ist.
7. Schaumgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) eine die Gaseinlaßkammer
(5) konzentrisch umschließende Umfangswand (9) und zwei
Flansche (11, 12) aufweist, zwischen denen die poröse Trennwand (7) und die Umfangswand (9) lösbar gehaltert sind, und daß
beide Flansche mit axialen Durchgangsstutzen (15, 16) versehen sind, deren Öffnungsquerschnitte demjenigen der Mischkammer (3)
angepaßt sind.
8. Schaumgenerator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangswand (9) aus einem transparenten, klarsichtigen
Material besteht.
9. Schaumgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (23, 21) zum Steuern der der
Gaseinlaßkammer (5) zugeführten Luftmenge und/oder der in die
Mischkammer geförderten Menge des aufschäumbaren Mediums vorgesehen
sind.
10. Schaumgenerator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördervorrichtung eine in die Mischkammer (3) fördernde
Pumpe (21) mit steuerbarer Förderleistung und einen der Gaseinlaßkammer (5) vorgeschalteten Kompressor (23) mit steuerbarer
Kompressorleistung aufweist.
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