EP0616839A1 - Method and device for continuously mixing of several solid and/or liquid components especially for making concrete - Google Patents
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- EP0616839A1 EP0616839A1 EP94102015A EP94102015A EP0616839A1 EP 0616839 A1 EP0616839 A1 EP 0616839A1 EP 94102015 A EP94102015 A EP 94102015A EP 94102015 A EP94102015 A EP 94102015A EP 0616839 A1 EP0616839 A1 EP 0616839A1
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
- B01F25/30—Injector mixers
- B01F25/31—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows
- B01F25/311—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows for mixing more than two components; Devices specially adapted for generating foam
Definitions
- the invention relates to a method and the associated device for mixing several solid and / or liquid substance components, the substance components being fed to the mixing device in precisely metered quantities in continuous mass or volume flows and the finished mixture being discharged from the mixing device in a continuous volume flow.
- a preferred field of application of the invention is the production of concrete, in particular high-strength and / or fast-setting concrete.
- the mixing process takes place in vessels or containers in which agitators with plate, blade, screw or whisk-like agitating tools are arranged.
- the mixing process can be carried out discontinuously (DE 26 11 054 A1) or with continuous flow through the mixing device (DE 31 42 053 A1).
- the discontinuous process is predominantly used today, whereby the mixing the dough is formed by means of paddle or screw-shaped agitators in appropriately shaped vessels and usually takes between 0.5 and 3.0 minutes.
- the long mixing times are necessary in order to achieve good moistening of the cement particles on the one hand within the doughy mass and on the other hand to achieve as complete a coating of the aggregate parts as possible with cement milk.
- the material components are filled in on one side of the mixing vessel and discharged on the other side.
- Transport and mixing are almost always carried out using the same mechanically moving parts such as agitators, blades or screws.
- Gravity is also often used to support the flow through the mixing device, in which case the agitators or the mechanically moving mixing tools usually rotate about a vertical or almost vertical axis.
- the residence time of the pasty mass in the mixing devices is long enough to moisten the cement particles and to coat the aggregate parts with cement milk.
- stowage elements and stowage chambers are often provided.
- the known mixing devices of the two above-described processes with discontinuous and continuous flow have the disadvantage in the production of concrete that relatively long residence times are required in the mixing device. Because of the long dwell times, the mixing devices described above are not at all suitable for the production of quickly setting concrete.
- Such concrete comes from the expansion of underground cavities, such as tunnels, caverns, canals or routes used in mining for temporary or permanent securing of the exposed surfaces as shotcrete. Since the usual concrete paving techniques cannot be used, special spraying methods have been developed, whereby a distinction is made between dry and wet spraying methods.
- dry spray process a dry mixture of cement, aggregate and powdery solidification accelerator is conveyed by means of compressed air to a spray nozzle, where the make-up water is added. If necessary, a liquid solidification accelerator is also only added at the spray nozzle.
- ready-mixed fresh concrete with a soft consistency is usually conveyed to the spray nozzle by means of a pump, compressed air for increasing the spraying speed and a liquid solidification accelerator being supplied to the spray nozzle.
- the solidification accelerators used to date increase the leachability of the concrete, so that at Contact between corresponding concrete components and the groundwater more components are leached out of the concrete, which can then pollute the groundwater.
- the components to be mixed are usually introduced into a vessel or a container into which compressed air is additionally introduced via nozzles or nozzle bottoms, so that mechanical swirling and, at the same time, mixing of the Material components is achieved.
- This form of mixing is characterized in that the proportion of the substances to be mixed in a unit volume of the mixing vessel is relatively small, and that a relatively rapid, preferably vortex-like movement of the substance particles takes place, which results in good mixing in a relatively short time.
- Such mixing devices are also available for a continuous run.
- the invention is based on the task of thoroughly or almost completely mixing a plurality of solid and / or liquid substance components continuously, extraordinarily quickly and with exactly predetermined mixing ratios which are to be observed very precisely over long periods of time.
- this object is achieved by a method of the generic type in which the solid substance components, individually or combined in suitable groups, are each given to a gaseous carrier medium and the mass or volume flows of the substance components are then combined in such a way at high flow velocity in a mixing section that the masses - or volume flow of the substance component or substance components with the largest quantitative proportion is first fanned out and the mass or volume flows of the other substance components to be mixed are then fed into this fanned-out mass or volume flow, which is then brought together in a crash-like manner and discharged for further use.
- the kinetic energy of the mass or volume flows is used both for the supply of the substance components to be mixed to the mixing section, for the mixing process itself and for the discharge of the finished mixture. Due to the high flow velocity of the mass or volume flows, the mixing process is completed in a very short time, usually in less than a second.
- the fanning out of the mass or volume flow of the material component with the largest proportion in terms of quantity causes an extremely favorable ratio between the volume of material and the total volume on the mixing section for the mixing process.
- a volume ratio that is favorable for the mixture is always given when the proportion of the volume of material in the total volume is as small as possible and thus it is ensured that there is a great deal of space between the individual material particles, through which the components of the other material components to be mixed and the particles of the fanned out Mass or volume flow can be supplied. This is where the mixing process begins, which is completed by the crash-like merging of the fanned-out mass or volume flow in such a way that there is then a complete or almost complete mixture which is used for further use.
- At least two mass or volume flows of the other substance components to be mixed are premixed before they are introduced into the fanned-out mass or volume flow, which further increases the mixing effect.
- the aggregate and the cement are introduced into the air streams with high dosing accuracy, and the aggregate-air volume flow fanned out in the mixing section following the transport route and the volume flows of cement-air and make-up water are introduced into the fanned-out aggregate-air volume flow with great kinetic energy.
- the centrifugal device can also be used to apply other mixtures produced by the process according to the invention.
- a mixing device which is rotationally symmetrical, and in the axis of symmetry of which there is an inlet connection for the mass or volume flow of the substance component with the largest proportion and an outlet connection for the finished substance mixture are arranged, a flow divider being provided centrally within the mixing device and at least two lateral inlet connections for the mass or volume flows of the other substance components to be mixed, which are present open into the mixing device in the region of the end of the flow divider facing the inlet or outlet for the mass or volume flow of the substance component with the largest proportion by volume.
- the mass or volume flow with the largest proportion of substance in terms of quantity is fanned out by a flow divider which is arranged centrally within the mixing device and is preferably of streamlined design.
- the remaining material components to be mixed are fed into the mixing device at several points, specifically in an area in which the mass or volume flow of the material component with the largest proportion in terms of quantity has already been fanned out. This is where the mixing starts, which is completely or almost completely completed by the crash-like merging of the fanned-out current.
- the mixing device is pear-shaped, in such a way that its radius of curvature on the output side is smaller than its radius of curvature on the input side.
- the resulting flow contour of the mixing device is favorable for the fanning-out effect in its entrance area and produces a particularly intensive crash effect in its exit area.
- two lateral inlet connections are provided for the other material components to be mixed, which are diametrically opposed and expand in width towards the mixing device in such a way that that its width at its junction with the mixing device corresponds to its diameter at this point. This ensures that all flow parts of the mass or volume flow of the substance component flowing through the mixing device are hit with the largest quantity by mass or volume flows of the other substance components to be mixed.
- mixing pear 1 shows the mixing device on which the invention is based in a particularly advantageous embodiment, the mixing device being referred to below as mixing pear 1 because of its pear-shaped housing. Due to the pear-shaped housing and the streamlined guide element 2, which is held centrally in the rotationally symmetrical mixing bulb 1 by means of a plurality of fastening ribs 3, the mass or volume flow of the material component fuses with the the largest proportion in terms of quantity, which flows in at the inlet nozzle 4 at high speed and with air as the carrier medium, in such a way that an extraordinarily favorable ratio between the volume of material and the total volume is achieved within the mixing bulb 1.
- additional nozzles 8 can be arranged on corresponding parts of the mixing pear 1, via which additional air is blown in to accelerate the flow process. This is particularly necessary because for certain applications - for example for the production of high-strength, fast-setting concrete for lining tunnels - the mixing pear 1 must work without any problems in any spatial position.
- the guide element 2 and also other parts of the mixing pear 1 which are not marked and are exposed to wear are provided with abrasion-resistant wear protection pads 9 which can be designed to be interchangeable or are made entirely of wear-resistant material. Even parts that only show greater wear over longer periods of time are built in such a way that they can be easily replaced with only minor interruptions in operation.
- inlet connections 10 for supplying the remaining material components which are to be mixed with the material component supplied via the inlet nozzle 4.
- the make-up water and the cement are supplied via the inlet nozzle 10 and premixed within these inlet nozzle before entering the actual mixing bulb 1.
- FIG. 2 also schematically shows the upstream process technology which is required for trouble-free, uniform and precisely metered concrete production.
- the aggregate as the largest proportion in terms of quantity of the later concrete is fed into a compressed air line 12 through a size-coordinated sluice device 11, the air as carrier medium conveying the aggregate via the feed line 13 to the inlet nozzle 4 of the mixing pear at high speed 1 forwards.
- the cement, in terms of quantity, is fed into the compressed air line 12 through a smaller, preferably similarly designed, sluice device 14 and passed on to the two inlet ports 10 via a feed line 15, which branches shortly before the mixing pear 1 at point 16.
- the throughput of the mixing pear 1 has to be varied and adapted to the respective conditions in certain process sequences, for example in the manufacture of tunnel jacket shells made of concrete, it is necessary that the mass or volume flows of the aggregate, the cement and the make-up water can also be changed , however, regardless of the total amount of concrete produced, the mixing ratios must be observed exactly.
- either the infeed devices for the aggregate and the Cement designed to be sensitive or other control devices are present in the feed lines.
- the make-up water the high pressure of which is generated by a corresponding pump, can be adjusted to the exact volume flow required in each case by control devices, also not shown.
- the sensors and the devices for changing the mass or volume flows are interconnected to form a complete, sensitive control system.
- FIG. 3 shows, for the advantageous exemplary embodiment according to FIG. 1, the technical details of the supply of the water, the cement-air mixture and the additional air required for acceleration, as well as the coincidence of the premixed mass or volume flow 19 from these components with the mass flow. or volume flow of the additive 20, which then together form the mass or volume flow 5.
- Cement and water are already premixed in a mixing vortex in the mass or volume flow 19 which is moved very quickly by the additional air used for acceleration.
- the mass or volume flow 5 is also a vortex flow, which serves for the further mixing of water, cement and aggregate.
- the flow rates are relatively high, so that the entire mixing process, i.e. the dwell time of the substances to be mixed in the mixing bulb 1 is less than one second.
- nozzles 21 for blowing the cement-air mixture into the inlet nozzle 10, which envelop the water nozzle 18 in an arc.
- These nozzles can be arc-shaped flat nozzles 21 or consist of a number of smaller nozzles which are arranged on enveloping sheets on both sides of the water nozzle 18.
- air and water existing volume flow in the inlet nozzle 10 are also arranged on both sides outside of the nozzle arrangement described above also arc-shaped air nozzles 22 which envelop the nozzle arrangement of water nozzle 18 and cement-air nozzles 21 and in another embodiment also from a number of smaller nozzles can exist, which are arranged on preferably two arcs.
- FIG. 4 shows a section BB according to FIG. 3 through an inlet connector 10.
- This section shows the arrangement and shape of the individual nozzles for the supply of the additional water 18, for the supply of the cement-air mixture 21 and the supply of the additional air 22 recognizable for the embodiment in which the enveloping nozzles 21 and 22 are arcuate and the material supply to the nozzles takes place in an arrangement according to FIG. 3.
- the shape and mutual assignment of the nozzles 18, 21 and 22 produce a very rapidly flowing, turbulent, conically widening, flat volume flow 19 in which the extremely fine water droplets already mix with the cement particles and in which extensive cement moistening takes place before the mixing bulb 1 is reached.
- FIGS. 3 and 4 show an embodiment of the nozzle arrangement according to FIGS. 3 and 4 which is particularly favorable in terms of production technology, in which, for reasons of cost-effective production, all the nozzles are combined in one nozzle block which - in order to easily clean the nozzles and protect the wear in to be able to exchange easily - is designed in two parts and is held together by fastening screws 23.
- the supply opening 21 for the cement-air mixture is not curved, while the supply of the additional air required for the acceleration of the volume flow takes place via bores 22 arranged in an arc.
- the wear protection 24 for the cement feed nozzles can be opened when the nozzle is opened blocks can be easily replaced by loosening the screws 23.
- the nozzle block is attached to the inlet nozzle 10 by means of the fastening screws 25.
- the inlet connection 10 of the mixing pear 1 In order to keep the proportion of the mist-shaped volume flow 19 consisting of a mixture of cement, make-up water and air, which comes into contact with the wall of the side inlet connection 10, as low as possible, the inlet connection 10 near the mixing pear is shaped as shown in FIG. 6 that it represents a wrapping of the volume flow 19 to a certain extent.
- Fig. 6 shows a section A-A of FIG. 3 again.
- Those parts of the mist-shaped volume flow 19 which would come into contact with the wall of the inlet connection 10 are deposited there and would enter the mixing pear 1 as a liquid flow.
- the above-described shaping of the inlet connection 10 in the vicinity of the mixing pear 1 is intended to prevent this and, moreover, to cause the volume flow 19 consisting of a cement-water-air mixture to enter the mixing pear 1 and there with that from an additive.
- Air mixture existing volume flow 20 meets, still has its fog-like consistency. This ensures that the fast moving aggregate particles of the volume flow 20, which due to the fanning out have relatively large mutual distances from each other, from the mist, i.e. of cement milk, to be completely covered.
- FIG. 7 shows an advantageous exemplary embodiment of the invention, in which an insert 26 is inserted into the lower part of the mixing bulb 1 in order to achieve a shape that is optimal for the respective application.
- the guideways for the partial streams 5 can be changed by different inserts 26 in their surface and can thereby be adapted to the requirements of the respective mixing process.
- the frictional wear that occurs on the guideways due to the small radius of curvature in the lower part of the mixing pear 1 is reduced to a minimum.
- FIG. 8 schematically shows the interaction of the mixing pear 1 with a centrifugal machine 27, the concrete emerging from the mixing pear 1 via the outlet opening 7 being passed axially into a known centrifugal wheel 28, which over the largest part of its circumference is enclosed with a circumferential housing strap 29.
- the concrete is accelerated in a form-fitting manner by the blades 30 of the rapidly rotating centrifugal wheel 28, discharged in a well-bundled jet 31 and transferred in a free throw to an application surface, for example a tunnel wall.
- the mixing pear 1 and the centrifugal machine 27 are combined to form a structural unit which can be arranged on a manipulator or a swiveling boom and guided along the tunnel wall.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und die dazugehörige Vorrichtung zum Vermischen von mehreren festen und/oder flüssigen Stoffkomponenten, wobei die Stoffkomponenten der Mischeinrichtung genau dosiert in kontinuierlichen Massen- oder Volumenströmen zugeführt werden und das fertige Gemisch in einem kontinuierlichen Volumenstrom aus der Mischeinrichtung ausgetragen wird. Ein vorzugsweises Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Herstellung von Beton, insbesondere von hochfestem und/oder schnell abbindendem Beton.The invention relates to a method and the associated device for mixing several solid and / or liquid substance components, the substance components being fed to the mixing device in precisely metered quantities in continuous mass or volume flows and the finished mixture being discharged from the mixing device in a continuous volume flow. A preferred field of application of the invention is the production of concrete, in particular high-strength and / or fast-setting concrete.
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 quirlartigen Rührwerkzeugen angeordnet sind. Dabei kann der Mischvorgang diskontinuierlich (DE 26 11 054 A1) oder auch mit kontinuierlicher Durchströmung der Mischeinrichtung (DE 31 42 053 A1) erfolgen. Um die zur Herstellung von Beton erforderlichen Stoffkomponenten Zuschlagsstoff, Zement und Zusatzwasser gründlich zu einem teigigen Brei durchmischen zu können, wird heute überwiegend das diskontinuierliche Verfahren benutzt, wobei das Durchmischen der entstehenden teigigen Masse mittels schaufel- oder schneckenförmiger Rührwerke in entsprechend geformten Gefäßen erfolgt 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 andererseits eine möglichst vollkommene Umhüllung der Zuschlagsstoffteile durch Zementmilch zu erreichen.When mixing substances, two fundamentally different methods are preferably used, and therefore two groups of machine devices. In one group, the mixing process takes place in vessels or containers in which agitators with plate, blade, screw or whisk-like agitating tools are arranged. The mixing process can be carried out discontinuously (
Bei den Mischeinrichtungen mit kontinuierlichem Durchlauf werden die Stoffkomponenten an der einen Seite des Mischgefäßes 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 öfteren wird auch die Schwerkraft unterstützend zum Durchströmen der Mischeinrichtung herangezogen, wobei in diesen Fällen die Rührwerke 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 umhüllen. Um dieses Ziel zu erreichen, werden häufig Stauelemente und Staukammern vorgesehen.In the continuous-flow mixing devices, the material components are filled in on one side of the mixing vessel and discharged on the other side. Transport and mixing are almost always carried out using the same mechanically moving parts such as agitators, blades or screws. Gravity is also often used to support the flow through the mixing device, in which case the agitators or the mechanically moving mixing tools usually rotate about a vertical or almost vertical axis. In the production of concrete, importance must also be attached to these mixing devices that the residence time of the pasty mass in the mixing devices is long enough to moisten the cement particles and to coat the aggregate parts with cement milk. To achieve this goal, stowage elements and stowage chambers are often provided.
Die bekannten Mischeinrichtungen der beiden vorbeschriebenen Verfahren mit diskontinuierlichem und kontinuierlichem Durchlauf haben bei der Herstellung von Beton den Nachteil, daß relativ hohe Verweilzeiten in der Mischeinrichtung erforderlich sind. Wegen der großen Verweilzeiten eignen sich die vorbeschriebenen Mischeinrichtungen überhaupt nicht für die Herstellung von schnell abbindendem Beton.The known mixing devices of the two above-described processes with discontinuous and continuous flow have the disadvantage in the production of concrete that relatively long residence times are required in the mixing device. Because of the long dwell times, the mixing devices described above are not at all suitable for the production of quickly setting concrete.
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 üblichen Betoneinbautechniken nicht anwendbar sind, hat man spezielle Spritzverfahren entwickelt, wobei zwischen Trocken- und Naßspritzverfahren unterschieden wird. Beim Trockenspritzverfahren wird ein Trockengemisch aus Zement, Zuschlag und pulverförmigem Erstarrungsbeschleuniger mittels Druckluft zu einer Spritzdüse gefördert, wo das Zusatzwasser zugegeben wird. Gegebenenfalls wird auch erst an der Spritzdüse ein flüssiger Erstarrungsbeschleuniger 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 Erstarrungsbeschleuniger zugeführt wird.Such concrete comes from the expansion of underground cavities, such as tunnels, caverns, canals or routes used in mining for temporary or permanent securing of the exposed surfaces as shotcrete. Since the usual concrete paving techniques cannot be used, special spraying methods have been developed, whereby a distinction is made between dry and wet spraying methods. In the dry spray process, a dry mixture of cement, aggregate and powdery solidification accelerator is conveyed by means of compressed air to a spray nozzle, where the make-up water is added. If necessary, a liquid solidification accelerator is also only added at the spray nozzle. In the wet spraying process, ready-mixed fresh concrete with a soft consistency is usually conveyed to the spray nozzle by means of a pump, compressed air for increasing the spraying speed and a liquid solidification accelerator being supplied to the spray nozzle.
Beim Trockenspritzen sind die Dosiereinrichtungen oft zu ungenau, um eine hinreichende Benetzung aller Zementpartikel zu gewährleisten. Unterstützt durch die in und hinter der Spritzdüse expandierende Druckluft gelangen auf diese Weise erhebliche Mengen von unbenetztem Zementstaub und auch des chemischen Erstarrungsbeschleunigers in die Luft und führen zu einer auf die Dauer nicht zulässigen Gesundheitsgefährdung der das Spritzen ausführenden Personen.In dry spraying, the dosing devices are often too imprecise to ensure adequate wetting of all cement particles. Supported by the compressed air expanding in and behind the spray nozzle, considerable amounts of unwetted cement dust and also the chemical solidification accelerator get into the air and lead to a long-term unacceptable health hazard for the persons carrying out the spraying.
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 Wasser-Zement-Werte, die für die Qualität des Betons von entscheidender Bedeutung sind, nur sehr schwer und in der betrieblichen Praxis häufig gar nicht eingehalten werden können.Particularly serious disadvantages in both wet and dry spraying are the rebound, which is around 30%, and is mainly due to the fact that the mixing is imperfect, and the fact that the water-cement values are responsible for the quality of the concrete are of crucial importance, are very difficult and often cannot be adhered to in practice.
Des weiteren erhöhen die bisher verwendeten Erstarrungsbeschleuniger die Auslaugbarkeit des Betons, so daß bei Kontakt zwischen entsprechenden Betonbauteilen und dem Grundwasser mehr Bestandteile aus dem Beton ausgelaugt werden, die dann das Grundwasser belasten können.Furthermore, the solidification accelerators used to date increase the leachability of the concrete, so that at Contact between corresponding concrete components and the groundwater more components are leached out of the concrete, which can then pollute the groundwater.
In letzter Zeit sind daher gipsarme Sonderzemente entwickelt worden, die ohne chemische Erstarrungsbeschleuniger Erstarrungszeiten von weniger als 10 Sekunden besitzen. Diese Zemente können bei den bekannten Spritzbetonverfahren nicht eingesetzt 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 Teilreaktion würde die Reaktivität des Sonderzements derart beeinträchtigt werden, daß die Erstarrungs- und Festigkeitsentwicklung des applizierten Betons den Anforderungen für eine rasche Gebirgssicherung nicht mehr gerecht werden könnte.Recently, low-gypsum special cements have therefore been developed that have setting times of less than 10 seconds without chemical setting accelerators. These cements cannot be used in the known shotcrete processes. In the wet spraying process, the fresh concrete produced using this cement would solidify on the way to the spray nozzle. In the spraying process, this cement would come into contact with the moisture naturally contained in the aggregates, so that there would be a first partial reaction before the addition of the make-up water. Because of this partial reaction, the reactivity of the special cement would be impaired in such a way that the solidification and strength development of the applied concrete could no longer meet the requirements for rapid rock protection.
Man hat sich daher bisher damit beholfen, beim Trockenspritzverfahren die Zuschlagsstoffe zu trocknen, d.h. ihnen jegliche Feuchtigkeit zu entziehen, die vor der Zugabe des Zusatzwassers zu einer vorzeitigen Reaktion mit dem Spezialzement führen könnte. Dies ist natürlich eine gerätemäßig, zeitlich und energetisch sehr aufwendige Lösung.So far, it has been used to dry the additives in the dry spraying process, i.e. to remove any moisture that could lead to a premature reaction with the special cement before adding the make-up water. Of course, this is a very complex solution in terms of device, time and energy.
Neben der weiter oben beschriebenen ersten Gruppe von Mischeinrichtungen gibt es eine zweite Gruppe von Mischeinrichtungen, die ohne mechanisch bewegte Teile arbeitet und das physikalische 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 Druckluft über Düsen oder Düsenböden eingeleitet wird, so daß eine mechanische 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 Mischeinrichtungen gibt es auch für einen kontinuierlichen Durchlauf.In addition to the first group of mixing devices described above, there is a second group of mixing devices which works without mechanically moving parts and uses the physical principle of mechanical whirling (DE 37 39 976 A1). In this case, the components to be mixed are usually introduced into a vessel or a container into which compressed air is additionally introduced via nozzles or nozzle bottoms, so that mechanical swirling and, at the same time, mixing of the Material components is achieved. This form of mixing is characterized in that the proportion of the substances to be mixed in a unit volume of the mixing vessel is relatively small, and that a relatively rapid, preferably vortex-like movement of the substance particles takes place, which results in good mixing in a relatively short time. Such mixing devices are also available for a continuous run.
Das Prinzip des mechanischen Verwirbelns läßt sich bisher 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.The principle of mechanical intermingling has so far only been used for mixing solid, mostly fine-grained material components. This process technology in the forms known so far is not suitable for the production of concrete.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabenstellung zugrunde, mehrere feste und/oder flüssige Stoffkomponenten kontinuierlich, außerordentlich schnell und mit exakt vorgegebenen sowie über längere Zeiträume hinweg sehr genau einzuhaltenden Mischungsverhältnissen vollkommen bzw. nahezu vollkommen zu durchmischen.Starting from this prior art, the invention is based on the task of thoroughly or almost completely mixing a plurality of solid and / or liquid substance components continuously, extraordinarily quickly and with exactly predetermined mixing ratios which are to be observed very precisely over long periods of time.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren der gattungsgemäßen Art gelöst, bei dem die festen Stoffkomponenten einzeln oder in geeigneten Gruppen zusammengefaßt jeweils einem gasförmigen Trägermedium aufgegeben und die Massen- oder Volumenströme der Stoffkomponenten danach derart mit großer Strömungsgeschwindigkeit in einer Mischstrecke zusammengeführt werden, daß der Massen- oder Volumenstrom der Stoffkomponente bzw. Stoffkomponenten mit dem mengenmäßig größten Anteil zunächst aufgefächert wird und unmittelbar anschließend die Massen- oder Volumenströme der übrigen zu vermischenden Stoffkomponenten in diesen aufgefächerten Massen- oder Volumenstrom eingespeist werden, welcher danach crashartig zusammengeführt und zur weiteren Verwendung abgeführt wird.According to the invention, this object is achieved by a method of the generic type in which the solid substance components, individually or combined in suitable groups, are each given to a gaseous carrier medium and the mass or volume flows of the substance components are then combined in such a way at high flow velocity in a mixing section that the masses - or volume flow of the substance component or substance components with the largest quantitative proportion is first fanned out and the mass or volume flows of the other substance components to be mixed are then fed into this fanned-out mass or volume flow, which is then brought together in a crash-like manner and discharged for further use.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Bewegungsenergie 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.According to the present invention, the kinetic energy of the mass or volume flows is used both for the supply of the substance components to be mixed to the mixing section, for the mixing process itself and for the discharge of the finished mixture. Due to the high flow velocity of the mass or volume flows, the mixing process is completed in a very short time, usually in less than a second.
Die Auffächerung des Massen- oder Volumenstroms der Stoffkomponente mit dem mengenmäßig größten Anteil bewirkt auf der Mischstrecke ein für den Mischvorgang außerordentlich günstiges Verhältnis zwischen dem Stoffvolumen und dem Gesamtvolumen. Ein für die Mischung günstiges Volumenverhältnis ist immer dann gegeben, wenn der Anteil des Stoffvolumens am Gesamtvolumen möglichst gering und damit gewährleistet ist, daß sich zwischen den einzelnen Stoffpartikeln sehr viel Freiraum befindet, über den die zu vermischenden Bestandteile der jeweils anderen Stoffkomponenten den Partikeln des aufgefächerten Massen- oder Volumenstroms 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.The fanning out of the mass or volume flow of the material component with the largest proportion in terms of quantity causes an extremely favorable ratio between the volume of material and the total volume on the mixing section for the mixing process. A volume ratio that is favorable for the mixture is always given when the proportion of the volume of material in the total volume is as small as possible and thus it is ensured that there is a great deal of space between the individual material particles, through which the components of the other material components to be mixed and the particles of the fanned out Mass or volume flow can be supplied. This is where the mixing process begins, which is completed by the crash-like merging of the fanned-out mass or volume flow in such a way that there is then a complete or almost complete mixture which is used for further use.
In vorteilhafter Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt eine Vormischung von zumindest zwei Massen- oder Volumenströmen der übrigen zu vermischenden Stoffkomponenten vor ihrer Einführen in den aufgefächerten Massen- oder Volumenstrom, wodurch der Mischeffekt noch gesteigert wird.In an advantageous embodiment of the method, at least two mass or volume flows of the other substance components to be mixed are premixed before they are introduced into the fanned-out mass or volume flow, which further increases the mixing effect.
Besonders sinnvoll ist, das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Beton zu verwenden. Dabei werden der Zuschlagstoff und der Zement mit hoher Dosiergenauigkeit jeweils in Luftströme eingeschleust, und der Zuschlagstoff-Luft-Volumenstrom in der sich der Transportstrecke anschließenden Mischstrecke aufgefächert sowie die Volumenströme Zement-Luft und Zusatzwasser mit großer Bewegungsenergie in den aufgefächerten Zuschlagstoff-Luft-Volumenstrom eingeleitet.It is particularly useful to use the method according to the invention for the production of concrete. The aggregate and the cement are introduced into the air streams with high dosing accuracy, and the aggregate-air volume flow fanned out in the mixing section following the transport route and the volume flows of cement-air and make-up water are introduced into the fanned-out aggregate-air volume flow with great kinetic energy.
Die sehr kurzen Mischzeiten und die dabei dennoch vollständige bzw. nahezu vollständige Durchmischung machen das erfindungsgemäße 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 erfindungsgemäßen Verfahren der Mischeinrichtung separat von dem naturfeuchten Zuschlagstoff zugeführt wird. Die bisher beim Einsatz von gipsarmem Zement erforderliche aufwendige Vortrocknung des Zuschlagstoffs kann damit entfallen. Es ist natürlich auch möglich, nach dem Verfahren normal abbindenden Zement unter Zusatz eines chemischen Erstarrungsbeschleunigers zu verarbeiten.The very short mixing times and the complete or almost complete mixing thereby make the process according to the invention highly suitable for the production of fast-setting concrete, as it is e.g. is used for mountain protection in tunnel construction. In particular, low-gypsum cement can be used, since it is fed to the mixing device separately from the naturally moist aggregate by the method according to the invention. The elaborate predrying of the aggregate previously required when using low-gypsum cement can thus be dispensed with. It is of course also possible to use the method to process normal setting cement with the addition of a chemical setting accelerator.
Besonders zweckmäßig ist es, wenn der schnell abbindende Beton unmittelbar nach seiner Herstellung einer Schleudereinrichtung zugeführt wird, welche den Beton beschleunigt und leitungslos an seinen Bestimmungsort überführt.It is particularly expedient if the rapidly setting concrete is fed to a centrifugal device immediately after its production, which accelerates the concrete and transfers it to its destination without wires.
Neben Beton, insbesondere schnell abbindendem Beton, kann die Schleudereinrichtung auch zum Aufbringen anderer, nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellter Mischungen, verwendet werden.In addition to concrete, in particular quick-setting concrete, the centrifugal device can also be used to apply other mixtures produced by the process according to the invention.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen.Advantageous refinements of the method according to the invention result from the further subclaims.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Mischeinrichtung vorgeschlagen, die drehsymmetrisch ausgebildet ist, und in deren Symmetrieachse ein Einlaufstutzen für den Massen- oder Volumenstrom der Stoffkomponente mit dem größten Mengenanteil sowie ein Auslaufstutzen für das fertige Stoffgemisch angeordnet sind, wobei zentral innerhalb der Mischeinrichtung 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 Stoffkomponente mit dem größten Mengenanteil zugewandten Endes des Stromteilers in die Mischeinrichtung einmünden.To carry out the method according to the invention, a mixing device is proposed which is rotationally symmetrical, and in the axis of symmetry of which there is an inlet connection for the mass or volume flow of the substance component with the largest proportion and an outlet connection for the finished substance mixture are arranged, a flow divider being provided centrally within the mixing device and at least two lateral inlet connections for the mass or volume flows of the other substance components to be mixed, which are present open into the mixing device in the region of the end of the flow divider facing the inlet or outlet for the mass or volume flow of the substance component with the largest proportion by volume.
Die Auffächerung des Massen- oder Volumenstroms mit dem mengenmäßig größten Stoffanteil erfolgt durch einen zentral innerhalb der Mischeinrichtung angeordneten Stromteiler, der vorzugsweise stromlinienförmig ausgebildet ist. Die Zuführung der übrigen zu vermischenden Stoffkomponenten in die Mischeinrichtung erfolgt an mehreren Stellen, und zwar in einem Bereich, in welchen 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 abgeschlossen wird.The mass or volume flow with the largest proportion of substance in terms of quantity is fanned out by a flow divider which is arranged centrally within the mixing device and is preferably of streamlined design. The remaining material components to be mixed are fed into the mixing device at several points, specifically in an area in which the mass or volume flow of the material component with the largest proportion in terms of quantity has already been fanned out. This is where the mixing starts, which is completely or almost completely completed by the crash-like merging of the fanned-out current.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Mischeinrichtung birnenförmig ausgebildet, und zwar derart, daß ihr ausgangsseitiger Krümmungsradius kleiner ist als ihr eingangsseitiger Krümmungsradius. Die darauf resultierende Strömungskontur der Mischeinrichtung ist in ihrem Eingangsbereich für den Auffächerungseffekt günstig und bewirkt in ihrem Ausgangsbereich einen besonders intensiven Crasheffekt.In a further embodiment of the invention, the mixing device is pear-shaped, in such a way that its radius of curvature on the output side is smaller than its radius of curvature on the input side. The resulting flow contour of the mixing device is favorable for the fanning-out effect in its entrance area and produces a particularly intensive crash effect in its exit area.
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 erweitern, daß ihre Breite an ihrer Einmündungsstelle in die Mischeinrichtung deren Durchmesser an dieser Stelle entspricht. Dadurch ist gewährleistet, daß sämtliche die Mischeinrichtung durchströmenden Stromteile des Massen- oder Volumenstroms der Stoffkomponente mit dem mengenmäßig größten Anteil von den Massen- oder Volumenströmen der übrigen zu vermischenden Stoffkomponenten getroffen werden.In a further embodiment of the mixing device, two lateral inlet connections are provided for the other material components to be mixed, which are diametrically opposed and expand in width towards the mixing device in such a way that that its width at its junction with the mixing device corresponds to its diameter at this point. This ensures that all flow parts of the mass or volume flow of the substance component flowing through the mixing device are hit with the largest quantity by mass or volume flows of the other substance components to be mixed.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Mischeinrichrung, insbesondere zur Herstellung von Beton, ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen.Further advantageous refinements of the mixing device, in particular for the production of concrete, result from the further subclaims.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die dazugehörige Einrichtung werden nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen, insbesondere die Herstellung von Beton betreffend, näher erläutert. Es zeigt:
- Fig. 1
- einen Schnitt durch ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Mischeinrichtung mit zentraler Zufuhr für die Komponente mit dem mengenmäßig größten Anteil und seitlicher Zufuhr für die übrigen zu vermischenden Komponenten;
- Fig. 2
- ein Verfahrensschema für die Herstellung von Beton, bei dem Zuschlagstoff und Zement mit Druckluft als Trägermedium und das Zusatzwasser jeweils getrennt der Mischeinrichtung zugeführt werden;
- Fig. 3
- einen Schnitt durch einen Teilbereich der Mischeinrichtung mit seitlichem Zufuhrstutzen und Anordnung der Düsen für das Zusatzwasser und das Zement-Luft-Gemisch sowie mit äußeren Düsen für die Luftzufuhr zur zusätzlichen Beschleunigung des Volumenstromes;
- Fig. 4
- einen Schnitt B-B nach Fig. 3 mit einer Ansicht 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 Teilvolumenströme und
- Fig. 8
- eine Kombination der Mischeinrichtung mit einer Schleudermaschine, vorzugsweise zur Herstellung und zum Auftragen von Beton.
- Fig. 1
- a section through an advantageous embodiment of the mixing device with a central feed for the component with the largest amount in terms of quantity and lateral feed for the other components to be mixed;
- Fig. 2
- a process diagram for the production of concrete, in which the aggregate and cement with compressed air as the carrier medium and the make-up water are each fed separately to the mixing device;
- Fig. 3
- a section through a portion of the mixing device with lateral supply nozzle and arrangement of the nozzles for the make-up water and the cement-air mixture and with external nozzles for the air supply for additional acceleration of the volume flow;
- Fig. 4
- a section BB of Figure 3 with a view of the nozzle arrangement.
- Fig. 5
- 3 shows a plan view of a nozzle block, which contains the nozzles according to FIGS. 3 and 4, from the mixing device,
- Fig. 5.1
- 5 shows a section through the nozzle block according to FIG. 5,
- Fig. 6
- a section AA through the mixing device according to FIG. 1 and FIG. 3;
- Fig. 7
- a section through the lower part of the mixing device with an insert for straightening and forwarding the partial volume flows and
- Fig. 8
- a combination of the mixing device with a centrifugal machine, preferably for the production and application of concrete.
Aus Fig. 1 ist die der Erfindung zugrundeliegende Mischeinrichtung in einer besonders vorteilhaften Ausführung dargestellt, wobei die Mischeinrichtung wegen ihres birnenförmigen 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.1 shows the mixing device on which the invention is based in a particularly advantageous embodiment, the mixing device being referred to below as mixing pear 1 because of its pear-shaped housing. Due to the pear-shaped housing and the
Im unteren Teil der Mischbirne 1 wird deren Krümmungsradius 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 Stoffgemisch anschließend in nachgeschaltete Einrichtungen überführt.In the lower part of the mixing pear 1, its radius of curvature becomes smaller, so that the partial mass or partial volume flows 5 collide in the
Damit der Massen- oder Volumenstrom stets aufrechterhalten wird und es nicht zu Stillständen und damit zu Verstopfungen kommen kann, lassen sich an entsprechenden Teilen der Mischbirne 1 Zusatzdüsen 8 anordnen, über die zusätzliche Luft zur Beschleunigung des Strömungsvorganges eingeblasen wird. Das ist besonders aus dem Grunde erforderlich, weil für bestimmte Anwendungsfälle - beispielsweise für die Herstellung von hochfestem, schnell abbindendem Beton zur Auskleidung von Tunneln - die Mischbirne 1 in jeder räumlichen Lage störungsfrei arbeiten muß.So that the mass or volume flow is always maintained and there can be no stoppages and thus blockages,
Das Leitelement 2 und auch andere im einzelnen nicht gekennzeichnete, dem Verschleiß ausgesetzte Teile der Mischbirne 1 sind mit abrasionsbeständigen Verschleißschutzauflagen 9 versehen, 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.The
Seitlich an der eigentlichen Mischbirne 1 sind Einlaufstutzen 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 zugeführt und innerhalb dieser Einlaufstutzen vor Eintritt in die eigentliche Mischbirne 1 bereits vorvermischt.On the side of the actual mixing pear 1 there are
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 abgestimmte Einschleuseeinrichtung 11 in eine Druckluftleitung 12 eingegeben, 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 geringer 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 Einlaufstutzen 10 weitergeleitet. Da der Zuschlagstoff eine Eigenfeuchte 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.In addition to the mixing pear, FIG. 2 also schematically shows the upstream process technology which is required for trouble-free, uniform and precisely metered concrete production. The aggregate as the largest proportion in terms of quantity of the later concrete is fed into a
Da bei bestimmten Verfahrensabläufen, z.B. bei der Herstellung von Tunnelmantelschalen aus Beton, die Durchsatzleistung 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 Zusatzwassers verändert werden können, wobei jedoch unabhängig von der Gesamt- menge des hergestellten Betons die Mischungsverhältnisse jeweils exakt eingehalten werden müssen. Hierzu sind entweder die Einschleuseeinrichtungen für den Zuschlagstoff und den Zement feinfühlig regelbar ausgebildet oder in den Zuführungsleitungen 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 Volumenstroms für die drei Stoffkomponenten sind Sensoren vorhanden, mit denen die jeweiligen Stoffströme gemessen werden können. Die Sensoren und die Einrichtungen zur Veränderung der Massen- oder Volumenströme sind zu einem kompletten, feinfühlig arbeitenden Regelsystem zusammengeschaltet.Since the throughput of the mixing pear 1 has to be varied and adapted to the respective conditions in certain process sequences, for example in the manufacture of tunnel jacket shells made of concrete, it is necessary that the mass or volume flows of the aggregate, the cement and the make-up water can also be changed , however, regardless of the total amount of concrete produced, the mixing ratios must be observed exactly. For this purpose, either the infeed devices for the aggregate and the Cement designed to be sensitive or other control devices are present in the feed lines. The make-up water, the high pressure of which is generated by a corresponding pump, can be adjusted to the exact volume flow required in each case by control devices, also not shown. In addition to the devices for changing the mass or volume flow for the three material components, there are sensors with which the respective material flows can be measured. The sensors and the devices for changing the mass or volume flows are interconnected to form a complete, sensitive control system.
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 Beschleunigung dienende Zusatzluft sehr schnell bewegten Massen- oder Volumenstrom 19 werden Zement und Wasser in einem Mischwirbel bereits vorvermischt. Auch der Massen- oder Volumenstrom 5 ist nach dem Zusammentreffen der Teilströme 19 und 20 eine Wirbelströmung, 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.3 shows, for the advantageous exemplary embodiment according to FIG. 1, the technical details of the supply of the water, the cement-air mixture and the additional air required for acceleration, as well as the coincidence of the premixed mass or volume flow 19 from these components with the mass flow. or volume flow of the additive 20, which then together form the mass or
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 Anzahl kleinerer Düsen bestehen, die beiderseits der Wasserdüse 18 auf umhüllenden Bögen angeordnet sind. Zur Beschleunigung des aus Zement, Luft und Wasser bestehenden Volumenstromes im Einlaufstutzen 10 sind beidseitig außerhalb der vorbeschriebenen Düsenanordnung zusätzlich noch ebenfalls bogenförmige Luftdüsen 22 angeordnet, welche die Düsenanordnung aus Wasserdüse 18 und Zement-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.On both sides of the
Fig. 4 zeigt einen Schnitt B-B nach Fig. 3 durch einen Einlaufstutzen 10. In diesem Schnitt ist die Anordnung und Formgebung 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 erfolgt. 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 Zementpartikeln vermischen und in dem eine weitgehende Befeuchtung des Zementes erfolgt, bevor die Mischbirne 1 erreicht wird.FIG. 4 shows a section BB according to FIG. 3 through an
Die Fig. 5 und 5.1 zeigen eine fertigungstechnisch besonders günstig gestaltete Ausführungsform der Düsenanordnung gemäß 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 einfacher 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 Verschleißschutz 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 Einlaufstutzen 10 angebracht.5 and 5.1 show an embodiment of the nozzle arrangement according to FIGS. 3 and 4 which is particularly favorable in terms of production technology, in which, for reasons of cost-effective production, all the nozzles are combined in one nozzle block which - in order to easily clean the nozzles and protect the wear in to be able to exchange easily - is designed in two parts and is held together by fastening screws 23. For technical reasons, the
Durch die Düsenanordnung gemäß Fig. 3, Fig. 4 und Fig. 5 wird ein konischer, im Querschnitt flacher, schnell bewegter 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 Volumenstromes 19, der mit der Wandung des seitlichen Einlaufstutzens 10 in Berührung kommt, möglichst gering zu halten, ist der Einlaufstutzen 10 in der Nähe der Mischbirne gemäß Fig. 6 so geformt, daß er gewissermaßen eine Umhüllung des Volumenstromes 19 darstellt.3, 4 and 5, a conical, cross-sectionally flat, rapidly moving volume flow is generated, which is fed through the
Fig. 6 gibt einen Schnitt A-A nach Fig. 3 wieder. Diejenigen Teile des nebelförmigen Volumenstromes 19, die mit der Wandung des Einlaufstutzens 10 in Berührung kommen würden, schlügen sich dort nieder und würden als Flüssigkeitsstrom in die Mischbirne 1 eintreten. Die vorbeschriebene Formgebung des Einlaufstutzens 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 Mischbirne 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 Volumenstromes 20, die infolge der Auffächerung relativ große gegenseitige Abstände zueinander haben, von dem Nebel, d.h. von Zementmilch, vollkommen umhüllt werden.Fig. 6 shows a section A-A of FIG. 3 again. Those parts of the mist-shaped
Damit sämtliche die Mischbirne 1 durchströmenden Volumenstromteile 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 aufgeweitet, daß seine größte Achse dem Durchmesser der Mischbirne 1 an dieser Stelle entspricht.So that all volume flow parts of the aggregate-
Fig. 7 zeigt ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem zum Erreichen einer für den jeweiligen Anwendungsfall optimalen Formgebung in den unteren Teil der Mischbirne 1 ein Einlegestück 26 eingelegt ist. Um den Aufprall der Teilströme im Crash-Punkt 6, und damit die Mischungsqualität für jeden 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.FIG. 7 shows an advantageous exemplary embodiment of the invention, in which an
Aus Fig. 8 ist schließlich noch das Zusammenwirken der Mischbirne 1 mit einer Schleudermaschine 27 schematisch dargestellt, 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.Finally, FIG. 8 schematically shows the interaction of the mixing pear 1 with a
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