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Verfahren und Vorrichtung zum Unterfüllen von Eisenbahnschwellen,
Betonfeldern von Autobahnen u. dgl. durch Einblasen körniger Füllstoffe mittels
Druckluft Die Erfindung betrifft ein Verfahren nebst einer Vorrichtung zum Unterfüllen
von Eisenbahnschwellen, Betonfeldern von Autobahnen, Rollfeldern u. dgl. durch Einblasen
körniger bzw. schüttbarer Füllstoffe, wie Sand, Splitt, Kies usw., die mittels Druckluft
eingeblasen werden.
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Die bekanntgewordenen Verfahren arbeiteten mit einem aus einer Düse
oder einer düsenähnlichen öffnung austretenden kontinuierlichen Luftstrahl, in welchen
das einzublasende Füllgut von außen her zugeleitet wird, worauf dieses dann unter
dem Einfluß der strömenden Druckluft, und zwar mit dieser zusammen, fortbewegt wird.
Die hierbei benutzten Zuführungseinrichtungen sind verschieden; in der Regel bestehen
sie aus einer flexiblen oder starren Leitung, in welche sowohl die Druckluft als
auch das Füllgut an einer oder auch mehreren Stellen eingeleitet werden.
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Wie bekannt, gehört Druckluft mit zu den kostspieligsten Energieträgern,
und deshalb haftet auch dem Unterfüllen von Schwellen, Betonfeldern u. dgl. der
Mangel der Unwirtschaftlichkeit an, den man bisher notgedrungen in Kauf nehmen mußte.
Gemäß der Erfindung wird dieser Mangel jedoch
auf verhältnismäßig
einfache, zuverlässige und vorteilhafte Weise vermieden. Dieses geschieht dadurch,
daß die in einer Düse oder einem düsenähnlichen Ausströmmundstück bekanntermaßen
in kinetische Energie umgewandelte potentielleDruckluft-Energie nur stoßweise, d.
h. ruckartig, wirksam wird. Versuche haben ergeben, daß bei dem später beschriebenen
und abbildungsgemäß wiedergegebenen Anwendungsbeispiel der Erfindung eine 5o°/oige
Ersparnis an Druckluft für das Einblasen von körnigem Füllgut erzielt worden ist,
ohne dabei nennenswerte nachteilige Leitungsverluste zu erfahren. ° Als weiteres
Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens ist mit Rücksicht auf die unterschiedlichen
Erfordernisse beim Zuführen der verschiedenen Stoffe die Folge der Druckstöße sowie
das Verhältnis der Ausströmzeit zur Blasdauer regelbar. Ebenso ist der Ausströmdruck
an der Düse regelbar, und zwar zwischen dem Wert Null und einem Maximum bzw. einem
Minimum und einem Maximum, wobei die Druckänderung entweder allmählich, etwa nach.
Art einer Sinuslinie, oder nach dem Verlauf einer eckigen oder sonstigen nicht gesetzmäßigen
Kurve erfolgt.
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Die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dienende Vorrichtung
besteht im wesentlichen aus einem quer in dieDruckluftleitung eingebauten, mit einer
Eindrehung für den Luftdurchtritt versehenen und von einem zugeordneten Steuerglied
beeinflußten Absperrorgan, welches durch seine hin und her gehende Bewegung die
Druckluft führende Leitung abwechselnd und in einem bestimmten Takt schließt und
wieder öffnet. Die Vorrichtung ist vorteilhafterweise so ausgebildet, daß das Absperrorgan,
das Steuerglied sowie die Druckluftleitung in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht
sind.
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Als Absperrorgan dient vornehmlich ein an sich bekannter zylindrischer
Kolbenschieber, welcher nach der Erfindung am einen Ende als nach der Stirnseite
zu offener Tauchkolben ausgebildet ist, und wobei der durch den Führungszylinder
des Kolbenschiebers und den Innenraum des Tauchkolbens gebildete Raum über eine
im Gehäuseabschlußdeckel vorgesehene regelbare Drosselvorrichtung mit der Atmosphäre
in Verbindung steht. Die Drosselvorrichtung wird in bekannter Weise von einer kalibrierten
Bohrung und einer in diese hineinragenden, axial verstellbaren, kegelförmigen Düsennadel
gebildet.
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Das Absperrorgan wird erfindungsgemäß, während der Absperrung der
Druckluftzuführungsleitung, auf der Seite mit dem Tauchkolbenteil von aus der Druckluftabgangsleitung
entnommenem Druck beaufschlagt, während es auf der gegenüberliegenden Seite beispielsweise
unter der ständigen Einwirkung einer regelbaren Gegendruckfeder steht.
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In weiterer Ausbildung der Erfindung kann, wie aus der Abbildung ersichtlich
und weiter unten noch näher beschrieben, an die Stelle der Gegendruckfeder auch
ein mit dem Absperrorgan eine Einheit bildender Stufenkolben treten, dessen schwächerer
Kolbenschaft stirnseitig ständig mit Druckluft aus der Zuführungsleitung beaufschlagt
ist.
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Das dem Absperrorgan erfindungsgemäß zugeordnete, in der Regel etwas
schwächere Steuerglied ist in einer zweiten im Gehäuse vorgesehenen, zum Absperrorgan
vorzugsweise parallel verlaufenden Bohrung angeordnet. Es ist nach weiteren Merkmalen
der Erfindung einerseits durch eine auf dem Gehäusedeckel abgestützte, einstellbare
Schließfeder belastet und auf der entgegengesetzten, flachen Stirnseite dem zwischen
dem Absperrorgan und der Austrittsdüse der Druckluftleitung jeweils herrschenden
Druck ausgesetzt und steuert eine in der gemeinsamen Trennwand zwischen ihm und
dem Absperrorgan vorgesehene Verbindungsöffnung. Diese erstreckt sich in Ruhestellung
des Steuergliedes von nahe dessen vorderer Stirnfläche bis in die zweite rückwärtige
Kolbenhälfte und ist andererseits über eine etwa auf gleicher Höhe in der Wand des
benachbarten tauchkolbenartigen Teiles des Absperrorgans angeordnete kleinere Durchgangsbohrung
mit dem Tauchkolbeninnenraum verbunden. Durch die auf solche Weise bewirkte Unterdrucksetzung
des Absperrorgans und die dadurch hervorgerufene axiale Verschiebung desselben wird
der zur Zuführung des Füllgutes benutzte Druckluftstrom zunächst unterbrochen, dann
aber, infolge allmählicherDruckentlastung der Absperrung über die genannte Drosselvorrichtung,
wieder in Tätigkeit gesetzt.
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Dieser Rhythmus wiederholt sich laufend, was den erfinderischen stoßweise
arbeitenden Druckluftstrom zur Folge hat, wobei die Verstellbarkeit der Gegenkraft
zur Rückführung* des Absperrorgans und Steuergliedes sowie die Regelbarkeit der
Drosselvorrichtung die Möglichkeit schaffen, sich dem vorhandenen Betriebsdruck
der Einblaseluft jederzeit anzupassen sowie die Frequenz der Druckstöße und den
davon abhängigen, bei jedem Stoß zuerst auf ein Maximum ansteigenden und dann auf
ein Minimum oder Null absinkenden Druck im Luftabführungsrohr zur Düse nach Belieben
zu verändern.
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In den Abbildungen sind zwei Ausführungsbeispiele der Einrichtung
zur Durchführung des erfinderischen Verfahrens sowie ein Anwendungsbeispiel desselben
dargestellt und im folgenden näher beschrieben.
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Abb. i zeigt einen Längsschnitt der Einrichtung nach Schnitt A-A der
Abb. 2 und . Abb. 2 einen Querschnitt nach Schnitt B-B der Abb. i ; . Abb. 3 ist
eine abgewandelte Ausführung der Abb. i, bei der keine Gegendruckfeder verwendet
wird; Abb, q. stellt ein Anwendungsbeispiel der Erfindung mit einem Splittblasgerät,
beispielsweise zum Unterfüllen von Eisenbahnschwellen, dar.
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Das Gehäuse der Einrichtung ist mit i bezeichnet. Es besitzt in der
Mitte eine zylindrische Bohrung 2, in welcher der erfindungsgemäße Kolbenschieber
3 hin und her gleitend angeordnet ist, der
mittels eines in der
Gehäusewand befestigten, mit dem hervorstehenden Ende in einer Längsnut 4 des Schiebers
eingreifenden Stiftes 5 gegen Verdrehung gesichert ist. Die Zylinderbohrung2 ist
am hinteren Ende durch einen am Abschlußdeckel 6 vorgesehenen hohlen, zylindrischen
Ansatz 7 begrenzt, gegen den der Kolbenschieber 3 in der gezeichneten Ruhestellung
anliegt. Diese Einstellung wird bei diesem Ausführungsbeispiel durch die auf der
gegenüberliegenden Stirnseite des Kolbenschiebers lastende Gegendruckfeder 8 gewährleistet,
welche andererseits auf der Stellschraube 9 abgestützt ist, die in das im vcrjüngten
Gehäusehals i' angeordnete Gewindezwischenstück io eingeschraubt und durch die Gegenmutter
i i gesichert ist.
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Die Bohrung 2 für den Kolbenschieber wird nach der Erfindung von einer
Bohrung 12 etwa rechtwinklig durchquert, derart, daß die Bohrungsachsen sich gegenseitig
schneiden. An den Enden der Bohrung 12 ist der ankommende bzw. abgehende Teil der
Druckluftleitung 13 bzw. 13' befestigt. Ferner ist der Kolbenschieber 3 auf der
Höhe der Querbohrung 12 mit der erfindungsgemäßen Eindrehung 14 versehen und außerdem
der sich daran anschließende Schieberteil 3' durch Anordnung eines inneren Hohlraumes
15, der nach dem Deckel 6 zu offen ist, tauchkolbenartig ausgebildet. Der Innenraum
15 dieses Tauchkolbens ist gemäß der Erfindung weiterhin über eine im Deckelteil
7 angeordnete enge Bohrung 16 und zwei oder mehrere Bohrungen 17 in der Hohlschraube
18 mit der Atmosphäre verbunden. Hierbei bilden die Bohrung 16 und die in diese
hineinragende Kegelspitze i9 der Stellschraube 2o eine an sich bekannte Drosselvorrichtung.
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Zum Kolbenschieber 3 vorzugsweise parallel verlaufend ist eine Zylinderbohrung
21 im Gehäuse i angeordnet, die am unteren Ende auf einen -etwas kleineren Durchmesser
abgesetzt und mit der Querbohrung 1z der Druckluftabgangsleitung unmittelbar verbunden
ist. Gegen den Absatz schlägt der erfindungsgemäße Steuerkolben 22 im Ruhezustand
an, was durch die Schließfeder 23 bewerkstelligt wird, deren Vorspannung durch die
Stellschraube 24 nach Bedarf geändert werden kann. Der Steuerkolben 22 ist im vorliegenden
Beispiel im Durchmesser kleiner ausgeführt als der Kolbenschieber 3. Des weiteren
ist gemäß der Erfindung in der gemeinsamen Wand zwischen den Zylinderbohrungen 2
und 21 für den Kolbenschieber bzw. Steuerkolben eine beispielsweise rund ausgeführte
Verbindungsöffnung 25 angeordnet, die sich in der Ruhelage des Steuerkolbens 22
vom rückwärtigen Teil desselben bis nahe an die vordere Kolbenstirnfläche erstreckt.
Diese Öffnung 25 übergreift andererseits die Durchgangsbohrung 26 in der Wand des
Tauchkolbens 3', wodurch beim Verschieben des Steuerkolbens 22 eine Verbindung zwischen
der Druckluftleitung 13' und dem Innenraum 15 des Tauchkolbens 3' hergestellt
wird.
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Die Wirkungsweise der Einrichtung ist folg--- Ae: Sobald der zum Unterblasen
bestimmte Druckluftstrom in Bewegung gesetzt ist, strömt dieser, gemäß den angedeuteten
Richtungspfeilen in Abb. i,' vom Leitungsabschnitt der Druckluftleitung 13 über
die Eindrehung 14 in den Leitungsabschnitt der Druckluftleitung 13' bzw.
zu der an deren Ende befindlichen, nicht mit dargestellten Austrittsdüse Durch den
Stau an der Düse erfolgt ein Druckaufbau in der Druckluftleitung i3', der sich auf
den Steuerkolben 22 auswirkt und diesen, entgegen dem auf ein bestimmtes Maß eingestellten
Druck der Feder 23, nach links verschiebt, so daß der Druck über die Verbindungsöffnungen
25 und 26 in den Innenraum 15 des Tauchkolbenteiles 3' vom Kolbenschieber
3 gelangen kann. Dadurch wird der Kolbenschieber i nach rechts bewegt, wobei schließlich
die Querbohrung 12 durch den zylindrischen Teil 3' des Kolbenschiebers abgeschlossen
und damit der Druckluftstrom unterbrochen wird.
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Der hierauf sich einstellende allmähliche Druckabfall in der Druckluftleitung
13' hat nun zur Folge, daß der Steuerkolben 22 bei gleichzeitigem Schließen der
Öffnung 25 von der Feder 23 wieder in seine Ruhelage zurückgedrückt wird. Inzwischen
strömt aber auch die im Ipnenraum 15 des Tauchkolbens 3' befindliche Druckluft,
je nach Einstellung der Dnasselvorrichtung 16, i9, unter gleichzeitiger Drucksenkung
mehr oder weniger schnell in die Atmosphäre ab, wodurch dann der Kolbenschieber
3 von der Gegendruckfeder 8 ebenfalls wieder in die Ruhelage geführt wird, so daß
schließlich auch die Durchtrittsbohrung 26 in der Tauchkolbenwand wieder mit der
gegenüberliegenden Verbindungs-Öffnung 25 zum Steuerkolbenzylinder 21 Verbindung
erhält. Nachdem nun die Unterbrechung der Druckluftleitung 13 durch die Eindrehung
14 im Kolbenschieber wieder aufgehoben ist, beginnt das Spiel von neuem, so daß
an der Düse-der Druckluftleitung 13' fortlaufend Druckstöße zur Auswirkung
gelangen.
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Wie eingangs erwähnt, kann die erfindungsgemäße Einrichtung auf verschiedene
Drücke der Blasluft und unterschiedlichen- Hub des Kolbenschiebers 3 eingestellt
bzw. benutzt werden. Dies wird durch die Veränderung der Vorspannung der Gegendruckfedern
8 und 23 sowie durch die Verstellung der Drosselvorrichtung 16, i9 erreicht, wobei
sich viele Kombinationen bzw. Möglichkeiten ergeben, die es gestatten, die an der
Ausblasdüse der Druc.kluftlei,tung 13' herrschenden Druckverhältnisse sowie den
zeitlichen Verlauf des Druckanstieges und Druckabfalles an der Ausströmdüse ebenso
mannigfach zu variieren, so daß außer sinusförmigen auch andere, z. B. eckige oder
sonstige, nicht gesetzmäßig verlaufende Kennlinien des Druck-Geschwindigkeit-Diagramms
des Blasluftstromes erzielt werden können, wodurch es schließlich ermöglicht wird,
sich den durch die jeweilige Eigenart der verschier:-nen Füllstoffe bedingten Erfordernissen
hinsichtlich Luftstoßwechsel, Druckhöhe und Luftgeschwindigkeit weitestgehend anzupassen.
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Die in Abb.3 gezeigte Ausführungsform der Einrichtung zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in ihrem allgemeinen Aufbau und
bei
Verwendung der gleichen Teile, im wesentlichen die gleiche. DieAbweichung besteht
lediglich darin, daß an die Stelle der Gegendruckfeder 8 (Abb. i) nunmehr Druckluft
als Rückstellkraft für den Kolbenschieber getreten ist. Zu diesem Zweck ist der
Kolbenschieber 3 am vorderen Ende mit einem kolbenartigen Schaft 3o, der einen geringeren
Durchmesser als der Kolbenschieber besitzt, versehen und in der Zylinderbohrung2
für denKolbenschieber eine Zylinderbüchse 31 eingesetzt, welche mit dem freien Ende
des Gehäusehalses i' bündig abschließt. Wie aus der Darstellung ersichtlich ist;
ragt das vordere Ende des mit dem Kolbenschieber 3 einen Stufenkolben bildenden
Kolbenschaftes 30 in Ruhestellung bereits in die Zylinderbüchse 31 hinein,
so daß zwischen beiden Teilen ein Ringraum 32 gebildet wird, der durch einen Kanal
33 nach außen entlüftet wird.
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Ferner ist im Hals 1' des Gehäuses eine Längsbohrung 34 vorgesehen,
die einerseits mit der Druckluftleitung 12, 13 und andererseits - mit dem Innern
35 der Zylinderbüchse 31, und zwar über einen Hohlraum 36 der Abschlußkappe 37,
Verbindung hat. Nachdem die wirksame Fläche des Tauchkolbens 3' größer bemessen
ist als diejenige des Kolbenschaftes 30 vom Stufenkolben, hat der Kolbenschieber
3 beim vorübergehenden Zutritt der Druckluft zum Tauchkolben die-Tendenz, nach rechts
zu wandern und dabei die Druckluftleitung 12 abzusperren, während anschließend bei
zunehmender Druckabnahme im Raum 15 des Tauchkolbens 3' die Druckbelastung am Kolbenschaft
30 überwiegt, so daß diese dann den Kolbenschieber 3 wieder in die Ausgangsstellung
zurückführt.
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Der Unterschied dieser Ausführung gegenüber der in Äbb. i dargestellten
besteht darin, daß bei etwaigen Schwankungen des Betriebsdruckes der Druckluft das
jeweils aus der Belastung auf der einen wie auf der anderen Seite des Kolbenschiebers
3 resultierende Kräfteverhältnis zahlenmäßig stets das gleiche ist, wogegen dieses
bei der Ausführung nach Abb. i mit Federkraft durch Veränderung der Federvorspannung
mittels der Stellschraube 9 gegebenenfalls etwas ausgeglichen werden muß.
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Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der vorstehend
beschriebenen Einrichtung ist beispielsweise in Abb.4 veranschaulicht. Hier handelt
es sich darum, mittels eines an sich bekannten Splittblasgerätes zum Zwecke der
Unterfüllung neu ausgerichteter Gleisanlagen Splitt od. dgl. in den Hohlraum unterhalb
der angehobenen Schienenträger (Schwellen) zu stopfen, um diesen wieder eine neue
und ebene Auflage zu verschaffen.
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Das dargestellte Gerät besteht im wesentlichen aus einem im Querschnitt
etwa rinnenartig gestalteten. Unterteil 41 und einem an den Unterteil anschließenden
Splittbehälter 43 sowie einem Rohrstück 44, das einen Regulierschieber 45 für den
Splittabfluß enthält. Obenauf befindet sich ein mit Handgriffen versehenes Druckluftagggregat
46, etwa nach Art eines Drucklufthammers, mit dessen Hilfe der mit einer Spitze
42 versehene Unterteil 41 des Gerätes in die Bettung eingetrieben werden kann.
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Das Füllgut 47 gelangt nahe der Austrittsdüse 48 der Druckluftleitung
49 in den Luftstrahl und anschließend in den Hohlraum 5o unter der Schwelle 51,
der sich allmählich mit Splitt füllt. Die zur Erzeugung der einzelnen Druckluftstöße
nach der Erfindung vorgesehene Einrichtung i ist zweckmäßig am oberen Ende der Druckluftleitung
49 in diese eingebaut, was ohne weiteres auch nachträglich auf einfache Weise erfolgen
kann. Nachdem bei der erfindungsgemäßen Einrichtung durch den Hinundhergang des
Kolbenschiebers 3 gleichzeitig gewisse Körperschwingungen erzeugt werden, kann diese
vorteilhaft noch als Vibrator benutzt werden, um einen stockungsfreien Abfluß des
Splittes aus dem Behälter 43 zu gewährleisten. Wie längere Versuche mit einem nach
der Erfindung arbeitenden Splittblasgerät eindeutig gezeigt haben, war der Luftverbrauch
um die Hälfte niedriger als gewöhnlich, so daß gleichzeitig die doppelte Anzahl
von Blasgeräten mit ein und derselben Kompressoranlage betrieben werden konnte.
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Die Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist auf die hier dargestellten und beschriebenen Ausführungs- und Anwendungsbeispiele
nicht beschränkt. So läßt sich die Ausführung der Vorrichtung sinngemäß auch in
anderer Form verwirklichen, wobei es wesentlich ist, daß ein von der zur Bewegung
des Füllgutes benutzten Druckluft und/oder fremden Kräften, z. B. mechanische, elektrische,
magnetische oder erdmagnetische (Schwerkraft) Kräfte, beeinflußter Mechanismus vorgesehen
ist, welcher eine fortlaufende Unterbrechung und Wiedereröffnung des Druckluftstromes
bewirkt, und gleichzeitig Mittel vorgesehen sind, welche eine absolute Anpassung
der Einrichtung an den jeweils vorhandenen Betriebsdruck der Druckluft und die beliebige
Änderung deren Stoßfrequenz erlauben.