EP0724671B1 - Vorrichtung zum verschiessen eines fliessfähigen mediums, insbesondere eines erhärtbaren baustoffs - Google Patents

Vorrichtung zum verschiessen eines fliessfähigen mediums, insbesondere eines erhärtbaren baustoffs Download PDF

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EP0724671B1
EP0724671B1 EP94929486A EP94929486A EP0724671B1 EP 0724671 B1 EP0724671 B1 EP 0724671B1 EP 94929486 A EP94929486 A EP 94929486A EP 94929486 A EP94929486 A EP 94929486A EP 0724671 B1 EP0724671 B1 EP 0724671B1
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EP
European Patent Office
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nozzle
tube
expulsion piston
expulsion
medium
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP94929486A
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English (en)
French (fr)
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EP0724671A1 (de
Inventor
Martin Reuber
Egon Gries
Johannes Eich
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
STUMP SPEZIALTIEFBAU GMBH
Dynamit Nobel AG
Original Assignee
Stump Spezialtiefbau GmbH
Dynamit Nobel AG
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Publication date
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Publication of EP0724671A1 publication Critical patent/EP0724671A1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D3/00—Improving or preserving soil or rock, e.g. preserving permafrost soil
    • E02D3/12—Consolidating by placing solidifying or pore-filling substances in the soil

Definitions

  • the invention relates to a device for firing a flowable medium, especially a hardening building material with the features of the preamble of claim 1.
  • injection strands made of hardening Material directly using a suitable cannon to shoot into the soil to be solidified or in an impulse bring in or by using this cannon non-hardening liquids, such as water, Drill holes in the ground, which then with be filled with a hardening building material.
  • a cartridge for expulsion of liquids known under pressure has a liquid and a propellant charge chamber, the are separated from each other by an expulsion piston.
  • the expulsion piston encloses a cavity and its to the liquid column directed end face has one or more predetermined breaking points on. These predetermined breaking points cause the central axial part of the end face of the remaining part of the End face is separated as soon as the expelling piston Ignition of the propellant charge and passage through the liquid chamber strikes at its conical end.
  • This after breaking The remaining part of the expulsion piston has the shape of a ring or a tube.
  • a disadvantage of these known devices is the unfavorable Launch signature, i.e. after the liquid has leaked caused by the explosively expanding propellant gases high noise emission (muzzle blast) and the muzzle flash.
  • the invention is therefore based on the object of a device for firing or accelerating a flowable Medium, such as liquids, solutions, emulsions and suspensions, especially of a hardening building material, which is a significant compared to known devices has lower noise emissions and the muzzle flash is almost completely suppressed.
  • a flowable Medium such as liquids, solutions, emulsions and suspensions
  • the invention therefore offers the advantage that such devices can be used in areas that comply with certain Noise protection regulations require. Beyond that a reduction of the dangers for operators and others in the People in the area of such a device are reached.
  • the Pipe mouth arranged a nozzle which also serves as a collecting device serves for the expulsion piston.
  • the Nozzle have an area widening into the interior of the tube, and the expulsion piston is designed to be deformable, that after the liquid has been expelled, it adheres to the inner wall This area creates and in this way the nozzle opening essentially seals.
  • the expulsion piston is preferred made of a deformable material with little specific Weight made to catch the piston keep occurring impact forces low.
  • metallic materials such as aluminum or brass, corresponding Metal alloys, composite materials based on plastics and reinforcing fibers are used.
  • thermoplastics such as polytetrafluoroethylene (PTFE) or polyethylene (PE) is used.
  • the expulsion piston has and / or the inner wall of the mouth area of the Pipe and / or the nozzle grooves, which are so directed and are dimensioned so that they seal after the nozzle opening Enable slow escape of the propellant gases without this a substantial noise emission would be connected.
  • the driving piston can also be grooved with at least one a predetermined breaking point be provided opening, wherein the predetermined breaking point due to the deformation when the Expulsion piston is broken open in the nozzle and on this Way a slow escape of propellant gases without essential Sound emission is guaranteed.
  • the propellant charge is formed in the form of a cartridge
  • the expulsion piston is detachably connected to the cartridge. This can be too any medium that shoots out before inserting the cartridge or by means of a suitable feed device after its insertion done in the tube of the device.
  • the nozzle block after each shot is offset against the pipe so that after moving a free one, not deformed by one Ejection piston sealed nozzle is located at the pipe mouth.
  • the nozzle block can be operated by means of a first holding and adjusting device in the direction of the pipe axis and by means of a second adjustment device in a transverse to the tube axis Be designed to be movable in the direction.
  • a device 1 for firing according to the invention a flowable medium, which in the special application as a cannon for injecting a hardenable building material, e.g. Liquid plastic or cement milk, in the solidified Loose rock 2 is formed.
  • the device 1 is a Suspension 3 can be raised and lowered and can be at any angle Surface of the loose rock 2 to be consolidated directed will.
  • the device 1 drives injection material after ignition of a propellant charge under high pressure in the form of a highly concentrated Beam out. This penetrates in the predetermined direction over a corresponding length in the loose rock 2. Depending on the desired depth of penetration, single shots can be made or shot series are provided. After inserting the required number of injection strands and after their Hardening is the loose rock 2 of that shown in Fig. 1 Terrain jump solidified by the tensile strands 4, wherein the strands act as reinforcement of the terrain jump.
  • the use of the device according to the invention can, for example also be done in such a way that instead of direct Injecting hardening building material first for solidification necessary holes in the ground or the Lokkergestein 2 shot and then the holes with hardening Building material to be filled up.
  • the manufacturing takes place the holes by injecting a concentrated high pressure water jet by means of the device according to the invention.
  • Fig. 2a is a front portion of the tube 5 of the injection cannon 1 shown in Fig. 1.
  • a nozzle 6 is arranged, which by means of a suitable quick-release fastener can be detachably connected to the tube 5.
  • the diameter of the outlet opening 7 of the nozzle 6 is selected that depends on the pressure and the viscosity of the expelled flowable medium a high-speed jet 8 (Fig. 2b) with the desired ratios of pressure, speed and diameter results.
  • the nozzle opening follows 7 an area 9 which preferably widens like a truncated cone on the one hand an improvement in the flow of the expelled Medium causes and secondly the function of one below described collecting device met.
  • a front area of the tube 5 of the ready to fire in Fig. 2a shown device according to the invention is a predetermined amount of the medium 10 to be fired, for example Liquid plastic, cement milk or water introduced.
  • the medium 10 to be fired for example Liquid plastic, cement milk or water introduced.
  • a cartridge 11 in introduced the inside of the tube, which has an expulsion piston 12, the one in the front with a propellant charge 13 filled sleeve 14 is inserted.
  • the diameter of the expulsion piston 12 corresponds approximately to the inside diameter of the Tube 5, so that the expulsion piston 12 with the flowable Seals medium 10 filled front area of tube 5, but still to expel the medium axially inside the pipe is kept slidable forward.
  • the expulsion piston 12 shown in FIG. 2 is essentially cylindrical. In the end facing away from the nozzle 6 is initially cylindrical, but in the front area itself conical tapered cavity 15 formed, whereby a improved sealing against the medium 10 when driving through the tube 5 is reached.
  • the improved sealing results by the forces caused by the pressure of the propellant gases 19 igniting the propellant charge in the radial direction on the thin, hollow cylindrical wall 16 of the expulsion piston 12 act, so that the wall 16 is pressed against the inner wall of the tube 5 becomes.
  • Expulsion piston 12 both a weight saving and a Auxiliary volume, which arises when the propellant charge 13 burns up Peak pressure suppressed or weakened.
  • the expulsion piston 12 is preferably made of a thermoplastic, for example PTFE (Teflon).
  • the expulsion piston 12 shown in FIG. 2 has one or several axial recesses or blind holes 17 so that the remaining thin wall 18 during the deformation of the expulsion piston 12 when caught by the nozzle 6 as a predetermined breaking point works.
  • Fig. 4 shows in longitudinal section (Fig. 4a) and in plan view (Fig. 4b) a preferred ejection piston 12, the nozzle 6th (see Fig. 2) facing end face is rounded.
  • a blind hole 17 is arranged, as a result of which a thin wall 18 is created, when the expulsion piston 12 is deformed acts as a predetermined breaking point.
  • longitudinal grooves 27 (Fig. 4) on the outer surface of the expulsion piston 12 may be arranged. This Grooves 27 cause a slow even when it is in contact with the nozzle Escape of the propellant gases.
  • the expulsion piston 12 After the medium 10 has been completely expelled the expulsion piston 12 in the position shown in Fig. 2c. As can be seen from Fig. 2c, the expulsion piston 12 is under the pressure of the propellant gases 19 through in the direction of the pipe interior widening area 9 of the nozzle 6, the Expulsion piston 12 undergoes deformation. This will make the Nozzle opening 7 is essentially sealed, which means that explosive expansion of the propellant gases 19 after complete Expulsion of the medium 10 from the tube 5 and thus associated muzzle blast and the associated associated Muzzle flashes are practically completely suppressed.
  • the expulsion piston 12 by a suitable choice of its shape and of the material is such that after it has been driven out of the medium 10, the nozzle opening 7 essentially completely closes without e.g. to break.
  • the expulsion piston can of course be the axis of the expulsion piston 12 also one or more non-axially extending recesses or predetermined breaking points or on its outer Surface be provided with grooves 27, which after collection of the expulsion piston 12 through the area 9 of the nozzle 6 a slow one Allow propellants to escape.
  • these grooves 27 also with a predetermined breaking point against the Pipe inner wall to be sealed to completely expel to ensure the medium.
  • the area 9 of the nozzle 6 and possibly the foremost region of the inner wall of the tube has 5 grooves, that serve the same purpose.
  • the expulsion piston 12 can either be completely separate are introduced into the tube 5 from the propellant charge cartridge 11 or with the rear area of a medium accommodating the medium 10 Cartridge connected, the diameter of the Expulsion piston is to be selected in a suitable manner.
  • a single cartridge can also be used both the propellant powder and the medium to be fired as well as the expulsion piston.
  • the nozzle can also be used with integrated into the cartridge so that the cleaning of the the nozzle arranged in the pipe mouth is omitted.
  • a multiple nozzle body 21 used, in which several similar or dissimilar Nozzles are formed.
  • the multiple nozzle body 21 is relative to a holding and adjusting device 30
  • the mouth of the tube 5 is kept adjustable.
  • the multiple nozzle body can 21 by means of, for example, hydraulically operated Adjustment rods 22 moved forward parallel to the tube axis be until the front end of the tube 5 from the concerned Nozzle 6 'with its opening 24 is completely released.
  • the multiple nozzle body 21 can then be for example, hydraulically operated adjustment device 25, so displaced in a plane perpendicular to the pipe axis until another is not deformed by a driven piston 12 added nozzle 6 'positioned in front of the mouth of the tube 5 is.
  • the multiple nozzle body 21 is shown in FIG Adjustment rods 22 connected holding elements 23 slidably held.
  • the multiple nozzle body 21 through the holding and adjusting device 30 so long in the direction moved towards the mouth of the tube 5 until the tube 5 in intimate Engagement with the opening 24 of the relevant nozzle 6 'is. After the next shot can then be fired immediately.
  • the nozzle body 21 can also be several different in each case trained nozzles 6 ', with similar nozzles for example on a vertical line and different Nozzles arranged on a horizontal line in the form of a matrix are. In this case there would be another one, not shown Adjustment device required, which the multiple nozzle body 21 in its plane perpendicular to the direction of adjustment the adjusting device 25 moves.
  • the multiple nozzle body 21 and the devices for adjusting it can also be used with other devices for firing a flowable medium, e.g. also in connection with known devices.
  • FIG. 3 26 a cleaning device is indicated in FIG. 3 26 shown after moving the multi-nozzle body that of the previous shot in that The nozzle 6 'located deformed expelling piston 12 ejects.
  • the cleaning device 26 can have a mandrel, whose outer diameter is essentially the inner diameter of the Corresponds to nozzle opening 7 '.

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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verschießen eines fließfähigen Mediums, insbesondere eines erhärtenden Baustoffs mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
Zum Verfestigen von Zonen des Erdreichs ist beispielsweise aus der DE 33 00 971 A1 bekannt, Injektionsstränge aus erhärtendem Material unter Verwendung einer hierfür geeigneten Kanone direkt in das zu verfestigende Erdreich einzuschießen bzw. impulsartig einzubringen oder mittels dieser Kanone unter Verwendung von nicht erhärtenden Flüssigkeiten, wie beispielsweise Wasser, Bohrungen im Erdreich herzustellen, welche anschließend mit einem erhärtenden Baustoff gefüllt werden.
Des weiteren ist aus der DE 35 45 737 C1 eine Patrone zum Austreiben von Flüssigkeiten unter Druck bekannt. Diese Patrone weist eine Flüssigkeits- und eine Treibladungskammer auf, die durch einen Austreibkolben voneinander getrennt sind. Der Austreibkolben schließt einen Hohlraum ein und seine zur Flüssigkeitssäule gerichtete Stirnfläche weist eine oder mehrere Sollbruchstellen auf. Diese Sollbruchstellen bewirken, daß der zentrale axiale Teil der Stirnfläche von dem verbleibenden Teil der Stirnfläche abgetrennt wird, sobald der Austreibkolben nach Zündung der Treibladung und Durchlaufen der Flüssigkeitskammer auf deren konisches Ende auftrifft. Dieser nach dem Zerbrechen verbleibende Teil des Austreibkolbens hat die Form eines Ringes oder einer Röhre.
Nachteilig bei diesen bekannten Vorrichtungen ist die ungünstige Abschußsignatur, d.h. die nach dem Austreten der Flüssigkeit durch die sich explosionsartig ausdehnenden Treibgase entstehende hohe Schallemission (Mündungsknall) und das Mündungsfeuer.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Verschießen oder impulsartigen Beschleunigen eines fließfähigen Mediums, wie Flüssigkeiten, Lösungen, Emulsionen und Suspensionen, insbesondere eines erhärtenden Baustoffs, zu schaffen, welche im Vergleich zu bekannten Vorrichtungen eine wesentlich geringere Schallemission aufweist und bei der das Mündungsfeuer praktisch vollständig unterdrückt wird.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Durch die Verwendung eines Austreibkolbens und eines auf diesen abgestimmten Mündungsbereich des Rohres ist gewährleistet, daß der Austreibkolben nach Beendigung des Austreibvorgangs die Rohrmündung im wesentlichen abdichtet, so daß das bei herkömmlichen Vorrichtungen nach dem Austreiben der Flüssigkeit auftretende explosionsartige Ausdehnen der Treibgase vermieden wird. Hierdurch ergibt sich eine drastische Reduzierung des Mündungsknalls und eine praktisch völlige Unterdrückung des Mündungsfeuers.
Die Erfindung bietet daher den Vorteil, daß derartige Vorrichtungen in Bereichen einsetzbar sind, die die Einhaltung bestimmter Lärmschutzverordnungen erfordern. Darüber hinaus wird eine Reduzierung der Gefahren für Bedienpersonen und andere im Bereich einer derartigen Vorrichtung befindliche Personen erreicht.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist an der Rohrmündung eine Düse angeordnet, welche gleichzeitig als Auffangvorrichtung für den Austreibkolben dient. Hierfür kann die Düse einen sich in das Rohrinnere erweiternden Bereich aufweisen, und der Austreibkolben derart verformbar ausgebildet sein, daß er sich nach dem Austreiben der Flüssigkeit an die Innenwandung dieses Bereiches anlegt und auf diese Weise die Düsenöffnung im wesentlichen abdichtet. Der Austreibkolben ist vorzugsweise aus einem verformbaren Material mit geringem spezifischem Gewicht hergestellt, um die beim Auffangen des Kolbens auftretenden Stoßkräfte gering zu halten. Beispielsweise können metallische Werkstoffe, wie Aluminium oder Messing, entsprechende Metallegierungen, Verbundwerkstoffe auf Basis von Kunststoffen und Verstärkungsfasern verwendet werden. Bevorzugt werden thermoplastische Kunststoffe wie Polytetrafluorethylen (PTFE) oder Polyethylen (PE) verwendet.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist der Austreibkolben und/oder die Innenwandung des Mündungsbereiches des Rohres und/oder der Düse Nuten auf, welche so gerichtet und bemessen sind, daß sie nach dem Abdichten der Düsenöffnung ein langsames Austreten der Treibgase ermöglichen, ohne daß hiermit eine wesentliche Schallemission verbunden wäre. Anstelle der Nuten kann der Austreibkolben auch mit zumindest einer durch eine Sollbruchstelle verschlossenen Öffnung versehen sein, wobei die Sollbruchstelle durch die Verformung beim Auffangen des Austreibkolbens in der Düse aufgebrochen wird und auf diese Weise ein langsames Entweichen der Treibgase ohne wesentliche Schallemission gewährleistet wird.
In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Treibladung in Form einer Kartusche ausgebildet, wobei der Austreibkolben lösbar mit der Kartusche verbunden ist. Dabei kann das zu verschießende Medium entweder vor dem Einsetzen der Kartusche oder mittels einer geeigneten Zuführvorrichtung nach deren Einsetzen in das Rohr der Vorrichtung erfolgen.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann anstelle einer einzigen Düse an der Rohrmündung ein Mehrfachdüsenkörper mit wenigstens zwei Düsen angeordnet sein, wobei der Düsenblock nach jedem Schuß derart gegenüber dem Rohr versetzt wird, daß sich nach dem Versetzen eine freie, nicht durch einen verformten Austreibkolben verschlossene Düse an der Rohrmündung befindet. Hierzu kann der Düsenblock mittels einer ersten Halte- und Verstellvorrichtung in Richtung der Rohrachse und mittels einer zweiten Verstellvorrichtung in einer zur Rohrachse transversalen Richtung bewegbar ausgebildet sein.
Dabei muß gewährleistet sein, daß der Düsenblock die Rohrmündung freigegeben hat, bevor der Verschluß am hinteren Ende des Rohres geöffnet werden kann, so daß sich beim Öffnen des Verschlusses und Herausnehmen der abgeschlossenen Treibladungskartusche kein (Rest-)Druck mehr im Rohr befindet. Entsprechendes gilt auch bei Verwendung der einzelnen Düse oder eines einzelnen Düsenkörpers.
Darüber hinaus kann eine weitere Vorrichtung zum Reinigen der Düse und/oder Auswerfen von in den Düsen befindlichen Austreibkolben vorhanden sein. Hierdurch ist gewährleistet, daß mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch mehrere Schüsse in rascher Aufeinanderfolge möglich sind.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1
eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Verschießen eines fließfähigen Mediums und deren Verwendung zur Bodenverfestigung:
Fig. 2
Detailzeichnungen des vorderen Bereiches des Rohres der Vorrichtung in Fig. 1;
Fig. 3
eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit einem Mehrfachdüsenkörper und
Fig. 4
einen Austreibkolben im Schnitt bzw. in Draufsicht.
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum Verschießen eines fließfähigen Mediums, welche im speziellen Anwendungsfall als Kanone zum Injizieren eines erhärtbaren Baustoffs, z.B. Flüssigkunststoff oder Zementmilch, in das zu verfestigende Lockergestein 2 ausgebildet ist. Die Vorrichtung 1 ist über eine Aufhängung 3 heb- und senkbar und kann in beliebigen Winkeln zur Oberfläche des zu verfestigenden Lockergesteins 2 gerichtet werden.
Die Vorrichtung 1 treibt nach Zündung einer Treibladung Injektionsmaterial unter hohem Druck in Form eines stark konzentrierten Strahles aus. Dieser dringt in der vorbestimmten Richtung über eine entsprechende Länge in das Lockergestein 2 ein. Je nach gewünschter Eindringtiefe können dabei Einzelschüsse oder Schußserien vorgesehen werden. Nach dem Einbringen der erforderlichen Anzahl von Injektionssträngen und nach deren Erhärtung ist das Lockergestein 2 des in Fig. 1 dargestellten Geländesprungs durch die zugfesten Stränge 4 verfestigt, wobei die Stränge als Bewehrung des Geländesprungs wirken.
Der Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann aber beispielsweise auch in der Weise erfolgen, daß anstelle des direkten Injizierens von erhärtendem Baustoff zunächst die zur Verfestigung erforderlichen Löcher in das Erdreich bzw. das Lokkergestein 2 geschossen und die Löcher anschließend mit erhärtendem Baustoff aufgefüllt werden. Dabei erfolgt das Herstellen der Löcher durch das Einschießen eines konzentrierten Hochdruck-Wasserstrahls mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
In Fig. 2a ist ein vorderer Teilbereich des Rohres 5 der Injektionskanone 1 in Fig. 1 dargestellt. Am vorderen Rohrende ist eine Düse 6 angeordnet, welche mittels eines geeigneten Schnellverschlusses lösbar mit dem Rohr 5 verbunden sein kann. Der Durchmesser der Austrittsöffnung 7 der Düse 6 ist so gewählt, daß sich abhängig vom Druck und der Viskosität des auszutreibenden fließfähigen Mediums ein Hochgeschwindigkeitsstrahl 8 (Fig. 2b) mit den gewünschten Verhältnissen von Druck, Geschwindigkeit und Durchmesser ergibt.
In Richtung auf das Rohrinnere schließt sich an die Düsenöffnung 7 ein sich vorzugsweise kegelstumpfartig erweiternder Bereich 9 an, der zum einen eine Verbesserung der Strömung des auszutreibenden Mediums bewirkt und zum anderen die Funktion einer nachstehend beschriebenen Auffangvorrichtung erfüllt.
In einem vorderen Bereich des Rohrs 5 der in Fig. 2a abschußfertig dargestellten erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine vorbestimmte Menge des zu verschießenden Mediums 10, beispielsweise Flüssigkunststoff, Zementmilch oder Wasser eingebracht. Dabei kann anstelle des direkten Einbringens des fließfähigen Mediums 10 in das Rohr 5, das dann durch einen Stopfen oder Deckel verschlossen ist, auch eine mit dem betreffenden Medium gefüllte Kartusche in den vorderen Bereich des Rohres 5 eingeschoben werden. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, daß ein Austreten des Mediums bei abwärts geneigter Arbeitsstellung des Rohres sowie eine Verschmutzung der Rohrinnenwand weitgehend vermieden wird.
Bei der in Fig. 2a dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist anschließend an den mit dem fließfähigen Medium 10 gefüllten vorderen Bereich des Rohres 5 eine Treibladungskartusche 11 in das Rohrinnere eingeführt, welche einen Austreibkolben 12 aufweist, der in den vorderen Bereich einer mit einer Treibladung 13 gefüllten Hülse 14 eingesetzt ist. Der Durchmesser des Austreibkolbens 12 entspricht in etwa dem Innendurchmesser des Rohres 5, so daß der Austreibkolben 12 den mit dem fließfähigen Medium 10 gefüllten vorderen Bereich des Rohres 5 abdichtet, aber dennoch zum Austreiben des Mediums im Rohrinneren axial nach vorn verschiebbar gehalten ist.
Der in Fig. 2 dargestellte Austreibkolben 12 ist im wesentlichen zylindrisch ausgebildet. In dem von der Düse 6 abgekehrten Ende ist eine zunächst zylindrische, im vorderen Bereich sich jedoch kegelförmig verjüngende Höhlung 15 ausgebildet, wodurch eine verbesserte Abdichtung gegenüber dem Medium 10 beim Durchfahren des Rohres 5 erreicht wird. Die verbesserte Abdichtung ergibt sich durch die Kräfte, die durch den Druck der Treibgase 19 nach dem Zünden der Treibladung in radialer Richtung auf die dünne, hohlzylindrische Wandung 16 des Austreibkolbens 12 wirken, so daß die Wandung 16 an die Innenwandung des Rohres 5 gepreßt wird.
Des weiteren ergibt sich durch das Ausbilden der Höhlung 15 im Austreibkolben 12 sowohl eine Gewichtsersparnis als auch ein Nebenvolumen, das den beim Abbrand der Treibladung 13 entstehenden Spitzendruck unterdrückt bzw. abschwächt.
Der Austreibkolben 12 ist vorzugsweise aus einem Thermoplast, beispielsweise PTFE (Teflon), gefertigt.
Der in Fig. 2 dargestellte Austreibkolben 12 weist eine oder mehrere axiale Ausnehmungen oder Sacklöcher 17 auf, so daß die verbleibende dünne Wandung 18 bei der Verformung des Austreibkolbens 12 beim Auffangen durch die Düse 6 als Sollbruchstelle wirkt.
Fig. 4 zeigt im Längsschnitt (Fig. 4a) und in der Draufsicht (Fig. 4b) einen bevorzugten Austreibkolben 12, dessen zur Düse 6 (siehe Fig. 2) gewandte Stirnseite abgerundet ist. In der Spitze ist ein Sackloch 17 angeordnet, wodurch eine dünne Wandung 18 geschaffen ist, die bei einer Verformung des Austreibkolbens 12 als Sollbruchstelle wirkt. Durch das Öffnen der Sollbruchstelle wird den Treibgasen ein langsames Entweichen ermöglicht. Anstelle des Sacklochs 17 und der dünnen Wandung 18 oder zusätzlich dazu können auch längsverlaufende Nuten 27 (Fig. 4) auf der äußeren Oberfläche des Austreibkolbens 12 angeordnet sein. Diese Nuten 27 bewirken auch bei seinem Anliegen an der Düse ein langsames Entweichen der Treibgase.
Nachfolgend wird die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung anhand der Figuren 2a bis 2c beschrieben. Nach dem Füllen des vorderen Bereiches des Rohres 5 mit dem zu verschießenden fließfähigen Medium 10 und dem Einbringen der Treibladungskartusche 11 wird die Treibladung 13 mittels einer bekannten, nicht näher dargestellten Anzündvorrichtung angezündet. Unter dem hohen Druck der entstehenden Treibgase 19 wird der Austreibkolben 12 aus dem vorderen Bereich der Hülse 14 der Treibladungskartusche 11 gelöst und axial in Richtung auf die Düse 6 zubewegt, wodurch das Medium 10 unter hohem Druck in Form eines Hochgeschwindigkeitsstrahls 8 aus der Düsenöffnung 7 ausgetrieben wird (Fig. 2b).
Nach dem vollständigen Austreiben des Mediums 10 befindet sich der Austreibkolben 12 in der in Fig. 2c dargestellten Stellung. Wie aus Fig. 2c ersichtlich, wird der Austreibkolben 12 unter dem Druck der Treibgase 19 durch den sich in Richtung des Rohrinneren erweiternden Bereich 9 der Düse 6 aufgefangen, wobei der Austreibkolben 12 eine Verformung erleidet. Hierdurch wird die Düsenöffnung 7 im wesentlichen dicht verschlossen, wodurch das sich explosionsartige Ausdehnen der Treibgase 19 nach dem vollständigen Austreiben des Mediums 10 aus dem Rohr 5 und der damit verbundene Mündungsknall und das ebenfalls damit verbundene Mündungsfeuer praktisch vollständig unterdrückt werden.
Gegenüber bekannten Vorrichtungen zum Verschießen von fließfähigen Medien wird auf diese Weise eine drastische Verringerung der Abschußsignatur erreicht. Hierfür ist jedoch erforderlich, daß der Austreibkolben 12 durch eine geeignete Wahl seiner Form und des Materials derart beschaffen ist, daß er nach dem Austreiben des Mediums 10 die Düsenöffnung 7 im wesentlichen vollständig verschließt, ohne z.B. zu zerbrechen. Hierfür bieten sich vorzugsweise verformungsarme, aber nicht verformungsfreie Austreibkolben, beispielsweise aus PTFE an.
Nach dem Verschließen der Düsenöffnung 7 durch den Austreibkolben 12 gemäß Fig. 2c wird durch die auftretende Verformung die Sollbruchstelle 18 des Austreibkolbens 12 geöffnet, so daß ein langsamer Abbau des Treibgasdruckes ohne nennenswerte Schallemission in den Bereich 20 vor der Düsenöffnung 7 gewährleistet ist.
Anstelle der in Fig. 2 dargestellten Sollbruchstelle 18 in der Achse des Austreibkolbens 12 kann der Austreibkolben selbstverständlich auch eine oder mehrere nicht axial verlaufende Ausnehmungen bzw. Sollbruchstellen aufweisen oder an seiner äußeren Oberfläche mit Nuten 27 versehen sein, welche nach dem Auffangen des Austreibkolbens 12 durch den Bereich 9 der Düse 6 ein langsames Entweichen der Treibgase ermöglichen. Vorzugsweise sollten diese Nuten 27 ebenfalls mit einer Sollbruchstelle gegenüber der Rohrinnenwandung abgedichtet sein, um das vollständige Austreiben des Mediums zu gewährleisten.
In analoger Weise kann der Bereich 9 der Düse 6 und ggf. der vorderste Bereich der Innenwandung des Rohres 5 Nuten aufweisen, die denselben Zweck erfüllen.
Des weiteren kann der Austreibkolben 12 entweder völlig getrennt von der Treibladungskartusche 11 in das Rohr 5 eingebracht werden oder mit dem rückwärtigen Bereich einer das Medium 10 aufnehmenden Kartusche verbunden sein, wobei der Durchmesser des Austreibkolbens jeweils in geeigneter Weise zu wählen ist. Schließlich kann auch eine einzige Patrone verwendet werden, die sowohl das Treibladungspulver und das zu verschießende Medium als auch den Austreibkolben enthält. Dabei kann auch die Düse mit in die Patrone integriert sein, so daß die Reinigung der an der Rohrmündung angeordneten Düse entfällt.
In der in Fig. 3 dargestellten Weiterbildung der Erfindung wird anstelle einer Einfachdüse 6 (Fig. 2) ein Mehrfachdüsenkörper 21 verwendet, in welchem mehrere gleichartige oder auch ungleichartige Düsen ausgebildet sind. Der Mehrfachdüsenkörper 21 ist durch eine Halte- und Verstellvorrichtung 30 relativ zur Mündung des Rohres 5 verstellbar gehalten. Dabei kann der Mehrfachdüsenkörper 21 mittels beispielsweise hydraulisch betätigbarer Verstellstangen 22 parallel zur Rohrachse nach vorn bewegt werden, bis das vordere Ende des Rohrs 5 von der betreffenden Düse 6' mit ihrer Öffnung 24 vollständig freigegeben wird.
Anschließend kann der Mehrfachdüsenkörper 21 mittels einer weiteren, beispielsweise hydraulisch betätigbaren Verstelleinrichtung 25, in einer zur Rohrachse senkrechten Ebene so verschoben werden, bis eine weitere nicht durch einen verformten Austreibkolben 12 zugesetzte Düse 6' vor der Mündung des Rohres 5 positioniert ist. Hierzu ist der Mehrfachdüsenkörper 21 in mit den Verstellstangen 22 verbundenen Halteelementen 23 verschiebbar gehalten.
In einem weiteren Schritt wird dann der Mehrfachdüsenkörper 21 durch die Halte- und Verstellvorrichtung 30 so lange in Richtung auf die Mündung des Rohres 5 zubewegt, bis das Rohr 5 in innigem Eingriff mit der Öffnung 24 der betreffenden Düse 6' steht. Nach dem erneuten Laden kann dann sofort der nächste Schuß erfolgen.
Der Düsenkörper 21 kann auch jeweils mehrere unterschiedlich ausgebildete Düsen 6' aufweisen, wobei gleichartige Düsen beispielsweise auf einer vertikalen Linie und unterschiedliche Düsen auf einer horizontalen Linie in Form einer Matrix angeordnet sind. In diesem Fall wäre eine weitere, nicht dargestellte Verstelleinrichtung erforderlich, welche den Mehrfachdüsenkörper 21 in seiner Ebene senkrecht zur Verstellrichtung der Verstellvorrichtung 25 bewegt.
Damit wird erreicht, daß mit einem einzigen Mehrfachdüsenkörper die unterschiedlichsten fließfähigen Medien oder das Verschießen ein und desselben Mediums bei unterschiedlichen charakteristischen Werten des Hochgeschwindigkeitsstrahls erfolgen kann. Die rasche Aufeinanderfolge von Schüssen mit demselben Medium und dem gleichen Hochgeschwindigkeitsstrahl wird durch das Vorhandensein mehrerer gleichartiger Düsen gewährleistet.
Betreffend die Ausbildung der einzelnen Düsen 6' des Mehrfachdüsenkörpers 21, beispielsweise das Versehen dieser Düsen mit Nuten zum Druckausgleich nach dem Austreiben des fließfähigen Mediums, gelten selbstverständlich die vorstehenden Ausführungen im Fall des Vorhandenseins einer Einzeldüse 6 entsprechend.
Der Mehrfachdüsenkörper 21 und die Einrichtungen zu dessen Verstellung können darüber hinaus auch mit anderen Vorrichtungen zum Verschießen eines fließfähigen Mediums, z.B. auch in Verbindung mit bekannten Vorrichtungen, verwendet werden.
Des weiteren ist in Fig. 3 andeutungsweise eine Reinigungsvorrichtung 26 dargestellt, die nach dem Versetzen des Mehrfachdüsenkörpers den vom vorangegangenen Schuß in der betreffenden Düse 6' befindlichen verformten Austreibkolben 12 ausstößt. Hierzu kann die Reinigungsvorrichtung 26 einen Dorn aufweisen, dessen Außendurchmesser im wesentlichen dem Innendurchmesser der Düsenöffnung 7' entspricht.

Claims (14)

  1. Vorrichtung zum Verschießen eines fließfähigen Mediums, insbesondere eines erhärtbaren Baustoffs, mit einem Rohr (5) zur Aufnahme einer Treibladung (13) und des zu verschießenden fließfähigen Mediums (10) und einem zwischen der Treibladung (13) und dem Medium (10) angeordneten, die Bereiche der Treibladung (13) und des Mediums (10) gegeneinander abdichtenden verschiebbaren Austreibkolben (12),
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Austreibkolben (12) und der Mündungsbereich des Rohres (5) mit der Düse (6) aufeinander abgestimmt sind, derart, daß der Austreibkolben (12) nach dem Austreiben des zu verschießenden Mediums (10) im Mündungsbereich des Rohres (5) aufgefangen wird und die Öffnung (7) der Düse (6) im wesentlichen abgedichtet ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Rohrmündung eine Düse (6) angeordnet ist, welche als Auffangvorrichtung für den Austreibkolben (12) ausgebildet ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (6) einen sich in das Rohrinnere erweiternden Bereich (9) aufweist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Austreibkolben (12) derart verformbar ausgebildet ist, daß er nach dem Schuß formschlüssig mit der Innenwandung des Bereiches (9) die Düsenöffnung (7) im wesentlichen abdichtet, wobei ein langsames Entweichen der Treibgase ohne wesentliche Schallemission erfolgt.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Austreibkolben (12) zumindest eine durch eine Sollbruchstelle (18) verschlossene Ausnehmung (17) aufweist, wobei die Sollbruchstelle durch das Auffangen des Austreibkolbens (12) in der Düse (6) geöffnet wird und ein langsames Entweichen der Treibgase ohne wesentliche Schallemission erfolgt.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Austreibkolben (12) an seiner äußeren Oberfläche zumindest eine durch eine Sollbruchstelle gegenüber der Rohrinnenwand abgedichtete Nut aufweist, wobei die Sollbruchstelle durch das Auffangen des Austreibkolbens (12) in der Düse (6) geöffnet wird und ein langsames Entweichen der Treibgase ohne wesentliche Schallemission erfolgt.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Innenfläche des Mündungsbereiches des Rohres (5) und/oder des Bereichs (9) der Düse (6) zumindest eine Nut (27) ausgebildet ist, welche nach dem Auffangen des Austreibkolbens (12) in der Düse (6) ein langsames Entweichen der Treibgase ohne wesentliche Schallemission ermöglicht.
  8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Treibladung (13) in eine Hülse (14) gefüllt ist und eine Treibladungskartusche (11) bildet und der Austreibkolben (12) lösbar mit der Kartusche (11) verbunden ist.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Treibladung (13), das Medium (10) und der Austreibkolben (12) als Patrone ausgebildet sind.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse an der Patrone angeordnet ist.
  11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle einer einzigen Düse (6) an der Rohrmündung ein Mehrfachdüsenkörper (21) mit wenigstens zwei Einzeldüsen (6') angeordnet ist, wobei der Mehrfachdüsenkörper (21) nach jedem Schuß derart gegenüber dem Rohr (5) versetzbar ist, daß eine freie Einzeldüse (6') an der Rohrmündung angeordnet ist.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Mehrfachdüsenkörper (21) mittels einer ersten Halte- und Verstellvorrichtung (30) in Richtung der Rohrachse und mittels einer zweiten Verstellvorrichtung (25) in einer zur Rohrachse transversalen Richtung bewegbar ist.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung (26) zum Reinigen der Düse und/ oder Auswerfen von in den Einzeldüsen (6') befindlichen Austreibkolben (12) vorhanden ist.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (26) einen Dorn aufweist, welcher die Einzeldüsen (6') von vorne derart durchstößt, daß der in der Düse befindliche Austreibkolben (12) ausgeworfen wird.
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