EP2143498A1 - Spritzdüse aus thermoplastischem Material unterschiedlicher Härte - Google Patents

Spritzdüse aus thermoplastischem Material unterschiedlicher Härte Download PDF

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EP2143498A1
EP2143498A1 EP08159920A EP08159920A EP2143498A1 EP 2143498 A1 EP2143498 A1 EP 2143498A1 EP 08159920 A EP08159920 A EP 08159920A EP 08159920 A EP08159920 A EP 08159920A EP 2143498 A1 EP2143498 A1 EP 2143498A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
spray nozzle
region
main
shore
hardness
Prior art date
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Application number
EP08159920A
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English (en)
French (fr)
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EP2143498B1 (de
Inventor
Remo Osswald
Erich Jenny
Stefan Zehnder
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Sika Technology AG
Original Assignee
Sika Technology AG
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Filing date
Publication date
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04F—FINISHING WORK ON BUILDINGS, e.g. STAIRS, FLOORS
    • E04F21/00—Implements for finishing work on buildings
    • E04F21/02—Implements for finishing work on buildings for applying plasticised masses to surfaces, e.g. plastering walls
    • E04F21/06—Implements for applying plaster, insulating material, or the like
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C—APPARATUS FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C17/00—Hand tools or apparatus using hand held tools, for applying liquids or other fluent materials to, for spreading applied liquids or other fluent materials on, or for partially removing applied liquids or other fluent materials from, surfaces
    • B05C17/005—Hand tools or apparatus using hand held tools, for applying liquids or other fluent materials to, for spreading applied liquids or other fluent materials on, or for partially removing applied liquids or other fluent materials from, surfaces for discharging material from a reservoir or container located in or on the hand tool through an outlet orifice by pressure without using surface contacting members like pads or brushes
    • B05C17/00503—Details of the outlet element

Definitions

  • the invention relates to the field of spray nozzles, in particular the spray nozzles for wet and dry sprayed concrete.
  • the spray nozzle according to the invention comprises a hollow body made of a thermoplastic material having an inlet region, a subsequent main region which optionally narrows to a minimum cross-section, optionally an outlet region, and an outlet end, wherein the thermoplastic material of the inlet region has a higher Shore A hardness than that thermoplastic material in at least one area of the main area.
  • Spray nozzles are used in various areas.
  • a spray nozzle is used when wet shotcrete or dry sprayed concrete is to be applied to a building surface.
  • surface sections inside a tunnel are spray-cast, which acts as a cladding layer, insulation layer, static base layer or protective layer.
  • Spray nozzles can also be used in other fields, for example in the food industry.
  • a spray nozzle which has a special angle of inclination to the nozzle inner wall.
  • the speed of the shotcrete In order for the shotcrete to be applied to the building surface with a certain consistency or quality, the speed of the shotcrete must be set to a certain value.
  • the speed of the shotcrete is adjusted in the spray nozzle by the cross-sectional profile of the nozzle. It is generally known from hydrodynamics that in a tube which is traversed by a medium, the flow velocity at cross-sectional constriction increases at a constant volumetric flow and correspondingly lowers at cross-sectional widening (continuity equation). According to this equation of continuity, the velocity of the shotcrete is increased in a spray nozzle by cross-sectional constriction in a main region of the nozzle. In an exit area of the nozzle, the shotcrete is applied to the building surface at the desired speed.
  • a major problem with existing spray nozzles is that due to the sandy components of the sprayed concrete and the high flow rate of the shotcrete inside the nozzle a strong abrasion and a strong material stress, especially in the area of the cross-sectional constriction, i. where the nozzle narrows for the first time in a minimum cross-section occurs.
  • the abrasion or wear often results in the nozzle breaking at the point of greatest wear.
  • existing nozzles must be replaced with current use in relatively short time intervals for new nozzles.
  • the expenses relating to the working time when changing the nozzle and the material costs of the nozzles themselves represent a not inconsiderable cost factor, which must be minimized.
  • spray nozzles were made of wear-resistant material such as steel.
  • wear-resistant material such as steel.
  • the spray nozzle according to the invention comprises, in particular, a hollow body made of a thermoplastic material having an inlet region, a subsequent main region which optionally narrows to a minimum cross-section, optionally an outlet region, and an outlet end, wherein the thermoplastic material of the inlet region has a higher Shore A hardness than the thermoplastic material in at least a portion of the main area.
  • the advantages of the invention can be seen in the fact that the use of thermoplastic materials with a lower Shore A hardness in the main region reduces the abrasion intensity in the interior of the nozzle, in particular in the region of the cross-sectional constriction.
  • the nozzle according to the invention is deformable at the essential point, in particular in the region of the cross-sectional constriction. This can lead to the autonomous imparting of oversize particles in the case of any oversize particles and the nozzle according to the invention is thereby less clogged.
  • the spray nozzle according to the invention comprises a hollow body made of a thermoplastic material having an inlet region, a subsequent main region, which optionally narrows to a minimum cross-section, optionally an outlet region, and an outlet end, characterized in that the thermoplastic material of the inlet region has a higher Shore A hardness has as the thermoplastic material in at least a portion of the main area.
  • the "at least one area" of the main area in one embodiment represents substantially the entire main area if the main area is essentially made of a thermoplastic material having a certain Shore A hardness.
  • the Shore A hardness of the thermoplastic material of the main region may also increase or decrease continuously or gradually.
  • the Shore A hardness is lower in at least one area of the main area than in the area of entry.
  • minimum cross-section refers to the location of the spray nozzle with the smallest inner diameter and thus the smallest minimum cross-sectional area.
  • the job is called “minimal cross-section” designated, which has the smallest inner diameter for the first time in the main flow direction.
  • the minimum cross-section may, for example, be in the main region immediately after the inlet region, or, if the main region directly in the outlet end terminates immediately at the outlet end, or it may be located somewhere between the end of the inlet region in the flow direction and the outlet end. If the minimum cross section is not at the outlet end and the nozzle narrows only at the beginning of the main region and then has the same inner diameter, ie a circular cylindrical shape, up to the outlet end, the location of the minimal cross section lies in the main region.
  • the main area narrows to a minimum cross-section.
  • the entire nozzle has a cylindrical shape and both the inlet region as well as the main region and optionally the outlet region have the same inner diameter.
  • Shore A hardness denotes the hardness of the thermoplastic material, as determined according to DIN 53505.
  • the Shore A hardness of the thermoplastic material at the entry region is at least 10, preferably at least 20, more preferably at least 40 higher than the at least one region of the main region, in particular at the minimum cross section.
  • the Shore A hardness is preferably 70 to 95, more preferably 80 to 90, and at least one region of the main region, especially the minimum cross section, 35 to 70, preferably 40 to 60, more preferably 50 to 60.
  • the spray nozzle preferably has the lowest Shore A value in the region of the minimum cross section.
  • the thermoplastic material in at least one region of the main region, in particular in the region of the minimum cross section, is thus softer than the thermoplastic material in the inlet area.
  • the softer thermoplastic material is preferably easily deformable, which has the advantage that even larger grains can flow through the spray nozzle without clogging the nozzle.
  • the usually circular diameter can deform in the minimum cross-section and thus allow the passage of bulky materials.
  • the entire entrance area is made of a Shore A hardness and then immediately merges into the main area with a lower Shore A hardness, the entire main area being made of the same material having the same lower Shore A hardness.
  • Shore A hardness may occur at the transition between the entrance region and the main region and the Shore A hardness in the transition region is somewhere between the Shore A hardness of the entrance region and the Shore A hardness Shore-A hardness of the main area comes to rest.
  • the Shore A hardness of the entrance area as well as the Shore A hardness of the main area and possibly the exit area can also change within the areas.
  • the Shore A hardness may decrease continuously or gradually from the entrance end to the exit end or may decrease or increase within the entry area and remain the same in the main area or vice versa.
  • it is essential that the Shore A hardness of the thermoplastic material at the entry region is higher than in at least one region of the main region, in particular at the minimum cross-section, preferably at least 10, preferably at least 20, even more preferably at least 40 higher.
  • the spray nozzle comprises an inlet area and a main area.
  • the inner cross-section narrows in the main flow direction in the inlet area and also at the beginning of the main area until the minimum cross section in the main area is reached is and then preferably remains substantially equal to the exit end.
  • the spray nozzle from the inlet end to the minimum cross section has a substantially conical shape and from the minimum cross section to the outlet end a substantially circular cylindrical shape.
  • the spray nozzle comprises, in addition to the inlet region and the main region, an outlet region with an outlet end.
  • the Shore A hardness of the exit region is preferably at least 10 higher than the minimum cross section of the main region.
  • the Shore A hardness of the exit region is between 40 to 80, more preferably between 50 to 80.
  • the main region narrows continuously to a minimum cross-section which forms the exit end.
  • the spray nozzle preferably forms the shape of a hollow truncated cone.
  • the nozzle in this embodiment preferably has no exit area in addition to the main area.
  • the minimum cross-section that is, the location of the nozzle with the smallest inner diameter, at the outlet end of the nozzle.
  • the exit end is made of a softer thermoplastic material having a lower Shore A hardness than the entry region.
  • the entrance end has the highest value of the Shore A hardness and the Shore A hardness decreases in the main flow direction to the exit end by at least 10, preferably by at least 20, more preferably by at least 40.
  • the entire entrance area is of a Shore A hardness and then immediately merges into the main area with a lower Shore A hardness, the entire main area being made of the same material with the same lower Shore A hardness.
  • the Shore A hardness of the thermoplastic material may also gradually decrease from the inlet end in the main flow direction to the outlet end.
  • the entire nozzle has a cylindrical shape and both the inlet area as well as the main area and optionally the exit area have the same inner diameter.
  • the entrance area is preferably made of a harder thermoplastic material and the entire main area is made of a softer thermoplastic material having at least a 10 Shore A hardness lower.
  • the spray nozzle may have one or more injection channels.
  • the injection channels can preferably be arranged in the region of the inlet region. In this area, the flow velocity of the concrete is lowest. This avoids that when introducing other substances, the main flow is disturbed or becomes turbulent.
  • the length of the inlet region from the inlet end measured in the main flow direction to the transition of the main region measures between 50 and 150 mm, preferably between 70 and 135 mm, and the length of the main region from the end of the inlet region in the main flow direction to the outlet end between 100 and 500 mm, preferably between 200 and 300 mm, more preferably between 220 and 280 mm.
  • the total length of a shotcrete nozzle is preferably from the inlet end to the outlet end in the main flow direction measured between 300 and 700 mm, preferably between 300 and 500 mm.
  • the length of the inlet region preferably remains the same, but the length of the main region is preferably between 50 and 300 mm, preferably between 100 and 250 mm, and the length of the outlet region is between 20 and 200 mm, preferably between 50 and 180 mm, more preferably between 80 and 120 mm.
  • the minimum cross section is between 5 and 80 mm in the main flow direction after the inlet region. This means that the thermoplastic material is preferably already softer 5 to 80 mm before the minimum cross-section than in the entrance area.
  • the spray nozzle in the region of the minimum cross section and / or at the outlet end, for example, the smallest inner diameter of about 40 to 50 mm.
  • this inner diameter increases over time with heavy use.
  • inner diameter may increase, for example, from 50 mm to 55 mm until the spray nozzle wall becomes too thin and the nozzle breaks.
  • the inventive spray nozzle is made of a thermoplastic material.
  • the thermoplastic material contains at least one thermoplastic polymer, wherein the thermoplastic polymer is selected from the group consisting of polyurethane, polyolefin, polyamide, polyester, polycarbonate, polyacetate, and a homo- or copolymer containing at least one monomer unit M1 , which is selected from the group consisting of olefin, in particular ethylene, propylene, butylene, isobutylene, chlorinated ethylene, chlorosulfonated ethylene, vinyl acetate, vinyl alcohol, vinyl chloride (meth) acrylate, (meth) acrylic acid, fumaric acid, fumaric acid esters, maleic acid, maleic acid esters, maleic anhydride, styrene, acrylonitrile, Butadiene, and isobutadiene.
  • the thermoplastic polymer is selected from the group consisting of polyurethane, polyolefin, polyamide, polyester, polycarbonate
  • the thermoplastic polymer is a thermoplastic polyurethane.
  • Polyurethane-based polymers are prepared from polyisocyanate, preferably from polyurethane prepolymers containing several isocyanate groups.
  • the polyurethane prepolymer is obtained from the reaction of at least one polyisocyanate with a compound having two or more NCO-reactive functional groups.
  • NCO-reactive groups are in particular hydroxyl, mercapto or primary or secondary amino groups.
  • As a compound having two or more NCO-reactive functional groups in particular polyols, polyamines, or polyamino alcohols. Examples of polyamino alcohols are diethanolamine, ethanolamine, triethanolamine.
  • polyether polyols As polyols, polyether polyols, polyester polyols and polycarbonate polyols are preferred.
  • Preferred polyols are diols. Particular preference is given to mixtures of polyols, in particular a mixture of lower and higher molecular weight polyols, in particular diols, especially lower and higher molecular weight polyether, polyester and polycarbonate polyols, preferably a mixture of lower and higher molecular weight polyester, polyether and polycarbonate diols.
  • Low molecular weight polyols preferably have a molecular weight of 50 to 500 g / mol.
  • polyester polyols preferably have a molecular weight above 500 g / mol, more preferably from 550 to 5000 g / mol, particularly preferably from 800 to 3000 g / mol.
  • Particularly suitable as polyester polyols are those which are prepared, for example, from dihydric to trihydric alcohols, for example 1,2-ethanediol, diethylene glycol, 1,2-propanediol, dipropylene glycol, 1,4-butanediol, 1,5-pentanediol, 1, 6-hexanediol, neopentyl glycol, glycerol, 1,1,1-trimethylolpropane or mixtures of the abovementioned alcohols, with organic dicarboxylic acids or their anhydrides or esters, for example succinic acid, glutaric acid, adipic acid, suberic acid, sebacic acid, dodecanedicarboxylic acid, maleic acid, fum
  • polyester polyols are polyester polyols of adipic acid, sebacic acid or dodecanedicarboxylic acid as the dicarboxylic acid and of hexanediol or neopentyl glycol as the dihydric alcohol.
  • polyurethane prepolymers of polyols and polyisocyanates in particular of diols, preferably polyesterdiol, polyetherdiol or butanediol, triols or diol / triol mixtures and of diisocyanates, preferably aromatic, aliphatic or cycloaliphatic diisocyanates, trisocyanates or diisocyanate / trisocyanate mixtures.
  • the thermoplastic polymer is a homo- or copolymer which contains at least one monomer unit M1 .
  • monomer unit is meant throughout the present document a structural unit which results from unsaturated monomers after radical polymerization.
  • the monomer unit M1 is thus understood as meaning a structural unit which originates from the unsaturated monomers, such as, for example, ethene, propene or 1-butene and mixtures thereof after free-radical polymerization has taken place. It will be understood by those skilled in the art, of course, that monomer units are not meant to contain free monomers in the copolymer but that the monomer units are copolymerized in the copolymer.
  • the thermoplastic polymer may contain, in addition to the monomer unit M1, further monomer units. Suitable other monomer units have been found to be units of ethylene, propylene, butylene, isobutylene, vinyl acetate, acrylate, methacrylate, acrylic acid, methacrylic acid, butyl acrylate, fumaric acid, fumaric acid esters, maleic acid, maleic acid esters, maleic anhydride, styrene, acrylonitrile, carbon monoxide and vinyl chloride. Mixtures of two or more polymers, so-called polymer blends, can also be used.
  • copolymers of the monomers ethylene and propylene, ethylene and vinyl acetate (EVA) or ethylene and (meth) acrylate are particularly preferred.
  • Terpolymers such as the terpolymer ethylene-vinyl acetate-carbon monoxide (EVACO), the terpolymer of the monomers acrylate, styrene and acrylonitrile or the terpolymer ethylene (n-butyl acrylate) carbon monoxide (ENBACO) are also suitable.
  • thermoplastic polymer may be polyvinyl chloride or a polyolefin, preferably polyethylene, polypropylene, a copolymer of ethylene and propylene, chlorinated polyethylene, chlorosulfonated polyethylene, a copolymer of ethylene and vinyl acetate, or a mixture thereof.
  • the total weight of all thermoplastic polymers in the thermoplastic material of the spray nozzle is at least 30 wt .-%, based on the total weight of the spray nozzle.
  • This is preferably thermoplastic polymer in an amount of at least 30% by weight, preferably from 30 to 100% by weight, preferably from 50 to 95% by weight, more preferably from 70 to 90% by weight, based on the total weight of the Spray nozzle before.
  • thermoplastic material As further constituents of the thermoplastic material, further additives may be present independently of one another in addition to the at least one thermoplastic polymer.
  • these are conventional components and processing agents for thermoplastics, such as fillers such as e.g. Chalk, leveling agents, e.g. Metal soaps, additives such as UV and heat stabilizers, light stabilizers, e.g. based on sterically hindered amines (HALS), stabilizers such as e.g. based on Ba / Zn or Ca / Zn, plasticizers such as e.g.
  • fillers such as e.g. Chalk
  • leveling agents e.g. Metal soaps
  • additives such as UV and heat stabilizers, light stabilizers, e.g. based on sterically hindered amines (HALS), stabilizers such as e.g. based on Ba / Zn or Ca / Zn
  • plasticizers such as e.g.
  • epoxidized soybean oil or phthalates polysebazates or polyadipates, lubricants, drying agents, defoamers, surfactants, biocides, anti-settling agents, flame retardants, antioxidants, e.g. phenolic based, odorants, pigments such as e.g. Titanium dioxide or carbon black, and dyes.
  • the proportion of further additives is between 0 and 70 wt .-%, in particular between 5 and 50 wt .-%, particularly preferably between 10 and 30 wt .-%, based on the total weight of the spray nozzle.
  • the inlet area, the main area and optionally the exit area preferably contain the same thermoplastic polymer. It is also possible that the different regions contain different thermoplastic polymers and are made of different thermoplastic material. Preferably, such thermoplastic materials are used, which adhere to each other, for example by heat treatment via a weld. This is necessary so that the different areas can be connected to each other. In a particularly preferred embodiment, all areas contain polyurethane.
  • the nozzle inner wall can have a coating which consists of a particularly abrasion resistant material, have.
  • the advantage of this coating is that the material of the nozzle wall, which is in contact with the concrete and thus is rubbed off more intensively, is made particularly resistant.
  • the remaining nozzle material can now be made of a less abrasion-resistant material that is more favorable in terms of material costs.
  • such a coating of the nozzle inner wall can be produced by build-up welding.
  • the spray nozzle according to the invention is used in various fields, in particular in concrete and cement technology as a shotcrete nozzle. However, the spray nozzle can also be used in other areas, such as the food industry. Depending on the application, a different geometry, size or other material of the nozzle is to be selected.
  • the inventive spray nozzle is particularly suitable for applications where must be sprayed with high pressure to, for example, 50 bar.
  • the nozzle according to the invention is a nozzle which is suitable as a high-pressure nozzle. In conventional nozzles there is a risk of explosion of the nozzle already at a pressure of about 10 bar.
  • the present invention relates to a spray nozzle which is used to apply a hydraulically setting composition, such as shotcrete or gypsum.
  • a hydraulically setting composition such as shotcrete or gypsum.
  • the spray nozzle according to the invention is particularly suitable for applying wet shotcrete or dry sprayed concrete and for spraying thin stream or dense stream.
  • hydraulically setting substances known to the person skilled in the art can be used as hydraulically setting compositions.
  • these are hydraulic binders such as cements, such as Portland cements or high-alumina cements and their mixtures with fly ash, silica fume, slag, blast furnace slag, gypsum and limestone filler.
  • Other hydraulically setting substances in the context of the present invention are Plaster or quicklime.
  • cement is preferred.
  • additives such as sand, gravel, stones, quartz powder, chalks and customary additives such as Betonver hypossiger, such as lignosulfonates, sulfonated naphthalene-formaldehyde condensates, sulfonated melamine-formaldehyde condensates or polycarboxylate, accelerators, corrosion inhibitors, retarders, Schwlashduzierer, defoamers or pore formers possible.
  • the spray nozzle according to the invention is preferably produced by a casting process, in which the regions with the different Shore A hardnesses of the hollow body are poured into individual molds in a single step and subsequently heated.
  • the spray nozzle can be connected to a conveyor pipe or a delivery hose, for example via a coupling and the conveyed, such as shotcrete, which is conveyed from a mixing or pumping device, is injected via the spray nozzle to the desired location.
  • FIG. 1 shows a side view of a first embodiment of a spray nozzle according to the invention 1.
  • the dashed lines indicate the cavity in the interior of the nozzle.
  • the spray nozzle has left in FIG. 1 via an entry region 4 which merges into a main region 2.
  • the inlet region 4 comprises an inlet end 7 which, depending on the use, can be shaped such that it can be clamped in a machine, for example a shotcrete machine.
  • the length of the inlet portion 4 from the inlet end 7 in the main flow direction 8 to the transition of the main portion measures between 50 and 150 mm, preferably between 70 and 135 mm.
  • the inlet region 4 is preferably made of a thermoplastic material having a Shore A hardness of 70 to 95, more preferably 80 to 90.
  • a particularly suitable spray nozzle has, for example, an inlet region 4 with a Shore A. Hardness of 90 on.
  • the thermoplastic material of the inlet region 4 is or contains polyurethane.
  • the inlet area 4 narrows from the inlet end 7 to the transition to the main area 2.
  • the main portion 2 which extends in the main flow direction 8 from the end of the inlet region 4, which is located at the opposite end of the inlet region 4 as the inlet end 7, to the outlet end 3 of the spray nozzle.
  • the constriction of the inlet region 4 is continued in the main region 2 until the main region 2 narrows to a minimum cross section 5.
  • the minimum cross section is at the location of the main area 2, where the inside diameter of the spray nozzle is reduced to the minimum for the first time.
  • the inner diameter and the minimum cross section 5 can be seen (see FIG. 8B ).
  • the minimum cross section is between 5 and 80 mm in the main flow direction after the inlet region.
  • the thermoplastic material is preferably already softer 5 to 80 mm before the minimum cross-section than in the entrance area.
  • the area of the main area 2, which lies in front of the minimum cross section 5, is in FIG. 1 represented by the area 10.
  • the length of the main portion 2 from the end of the inlet portion 4 in the main flow direction 8 to the discharge end 3 preferably measures between 200 and 300 mm, more preferably between 220 and 280 mm.
  • the main region 2 is preferably made of a thermoplastic material having a Shore A hardness of 35 to 70, more preferably 50 to 60.
  • the thermoplastic material of the main region 2 is or contains polyurethane.
  • a particularly suitable spray nozzle has, for example, a main area 2 with a Shore A hardness of 55. It will of course be understood by those skilled in the art that at the interface between the entry region and the main region, mixing of the various thermoplastic materials having different Shore A's will occur Hardness can occur and the Shore A hardness in the transition region is somewhere between the Shore A hardness of the entrance area and the Shore A hardness of the main area.
  • the spray nozzle from the point where the main area 2 narrows for the first time to a minimum cross section 5, to the outlet end 3 a circular cylindrical shape.
  • the cross section at the exit end 3 does not change its area. Due to the constant cross section from the minimum cross section 5 to the outlet end 3, the speed at which the concrete moves in the direction of the outlet end 3 is generally constant.
  • the predominantly made of sand concrete is passed through the spray nozzle with a certain delivery volume per unit time. Depending on the material of the nozzle, this leads to a stronger or weaker material abrasion at the nozzle inner walls of the spray nozzle. If the spray nozzle were made only of a hard thermoplastic material having a Shore A hardness of 70 to 95, as used for the inlet portion 4, as is the case with prior art shotcrete nozzles, a greater abrasion of material takes place and after a certain time, this abrasion will result in replacement of the nozzle. In addition, in the case of shotcrete nozzles of the prior art, blockages repeatedly occur.
  • the inventive spray nozzle according to FIG. 1 has the advantage that the main region 2 is made of a softer thermoplastic material than the inlet region 4.
  • the softer thermoplastic material in the region of the minimum cross section 5, which can be deformed to a certain extent, has the advantage that even larger grains can flow through the spray nozzle without clogging the nozzle.
  • the usually circular diameter can deform in the minimum cross-section and thus allow the passage of bulky materials.
  • FIG. 2 shows like that FIG. 1 a side view of a second embodiment of a spray nozzle according to the invention 1.
  • the spray nozzle in the second embodiment also includes an inlet region 4 and a main region 2 with a minimum cross section 5 with the substantially in the FIG. 1 described properties.
  • the spray nozzle in FIG. 2 an exit region 6, the right in FIG. 2 follows the main area 2 and extends from the end of the main area 2 in the main flow direction 8 to the outlet end 3 of the spray nozzle.
  • the exit region 6 preferably has the same cross-sectional area as is present at the minimum cross-section 5.
  • the outlet region 6 to the outlet end 3 preferably has a circular cylindrical shape.
  • the exit region 6 is preferably made of a thermoplastic material that is slightly harder than the material at the minimum cross section 5.
  • the Shore A hardness of the exit region 6 is preferably at least 10 higher than the minimum cross section 5 of the main region 2.
  • the Shore A hardness of the exit region 6 between 40 to 80, more preferably between 50 to 80.
  • the thermoplastic material of the exit region 6 is or contains polyurethane.
  • a particularly suitable spray nozzle has, for example, an outlet region 6 with a Shore A hardness of about 70.
  • FIG. 3 is the sectional view of the spray nozzle 1 from FIG. 1 shown in the longitudinal axis along the main flow direction 8. Therein, the harder thermoplastic material of the entry region 4 and the softer thermoplastic material of the main region 2 can be seen.
  • FIG. 4 is a sectional view of a second embodiment of a spray nozzle FIG. 2 shown along the main flow direction.
  • the spray nozzle has in addition to the inlet area 4 and the main area 2 an exit area 6.
  • FIG. 5 shows a sectional view of a spray nozzle 1 in a third embodiment.
  • the spray nozzle as in FIG. 1 described an entrance area and a main area.
  • this spray nozzle has a different geometry and the spray nozzle narrows continuously from the inlet end of the inlet region over the main region to a minimal cross section, which forms the outlet end.
  • the spray nozzle forms in this embodiment in some way the shape of a hollow truncated cone.
  • the inlet area 4 has the same properties as in FIG. 1 described on.
  • the length of the inlet region may also be slightly longer than in the spray nozzle of the first embodiment.
  • the main area 2 narrows in contrast to the one in FIG. 1
  • the main area 2 is preferably made of the same thermoplastic material as in the FIG.
  • the exit end is made of a softer thermoplastic material having a lower Shore A hardness than the entry region.
  • the entrance end has the highest value of the Shore A hardness and the Shore A hardness decreases in the main flow direction to the exit end by at least 10, preferably by at least 20, more preferably by at least 40.
  • FIG. 5 a spray nozzle is shown, in which the entire inlet region 4 is made of a Shore A hardness and then passes directly into the main area 2 with a lower Shore A hardness, the entire main area 2 is made of the same material with the same lower Shore A hardness. But it would also be possible a spray nozzle, which has the same geometric shape as in FIG.
  • FIG. 6 shows a sectional view of a spray nozzle 1 in a fourth embodiment.
  • the spray nozzle in FIG. 6 has substantially the same elements as the spray nozzle, which in the FIGS. 1 or 3 has been described.
  • the spray nozzle has injection channels 9 in the inlet region 4 in order to mix further media, such as, for example, air, water or binder, the main stream, in particular shotcrete.
  • FIG. 7 shows a sectional view of a spray nozzle 1 in a fifth embodiment.
  • the spray nozzle as in FIG. 1 described an entrance area and a main area.
  • this spray nozzle has a different geometry and the spray nozzle does not narrow continuously to a minimum cross-section, but has a cylindrical shape.
  • the inner cross section is the same at the inlet end 7 as at the outlet end 3 and thus is on the entire length of a minimum cross section 5 before.
  • the inlet area 4 has the same properties as in FIG. 1 described on.
  • the length of the inlet region may also be slightly longer than in the spray nozzle of the first embodiment.
  • the main region 2 is preferably made of the same thermoplastic material as in FIG FIG. 1 described embodiment.
  • the exit end is made of a softer thermoplastic material having a lower Shore A hardness than the entry region.
  • the entrance end has the highest value of the Shore A hardness and the Shore A hardness decreases in the main flow direction to the exit end by at least 10, preferably by at least 20, more preferably by at least 40.
  • FIG. 5 a spray nozzle is shown, in which the entire inlet region 4 is made of a Shore A hardness and then passes directly into the main area 2 with a lower Shore A hardness, the entire main area 2 is made of the same material with the same lower Shore A hardness. But it would also be possible a spray nozzle, which has the same geometric shape as in FIG. 7 has shown, but which from a thermoplastic material is made, in which the Shore A hardness gradually decreases from the inlet end in the main flow direction to the outlet end.
  • the Figure 8A shows a cross section along the line BB through the inlet region 4 of the spray nozzle 1. In cross section, the circular shape with the minimum inner diameter 5 can be seen.
  • FIG. 8B shows a cross section along the line AA through the main portion 2 of the spray nozzle 1.
  • the circular shape can be seen. Since the main area has a deformable material, it is possible that the circular shape deforms during spraying.
  • a spray nozzle in particular for wet shotcrete or dry sprayed concrete, made available, which has a lower wear compared to the previously known spray nozzles and thus has a longer service life and is optimized with respect to the blockage of the nozzle.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Spritzdüse (1) umfassend einen Hohlkörper aus einem thermoplastischen Material, mit einem Eintrittsbereich (4), einem anschliessenden Hauptbereich (2), der sich gegebenenfalls auf einen Minimalquerschnitt (5) verengt, gegebenenfalls einem Austrittsbereich (6), und einem Austrittsende (3), wobei das thermoplastische Material des Eintrittsbereichs (4) eine höhere Shore-A Härte aufweist als das thermoplastische Material in mindestens einem Bereich des Hauptbereichs (2).

Description

    Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft das Gebiet der Spritzdüsen, insbesondere der Spritzdüsen für Nass- und Trockenspritzbeton. Die erfindungsgemässe Spritzdüse umfasst einen Hohlkörper aus einem thermoplastischen Material, mit einem Eintrittsbereich, einem anschliessenden Hauptbereich, der sich gegebenenfalls auf einen Minimalquerschnitt verengt, gegebenenfalls einem Austrittsbereich, und einem Austrittsende, wobei das thermoplastische Material des Eintrittsbereichs eine höhere Shore-A Härte aufweist als das thermoplastische Material in mindestens einem Bereich des Hauptbereichs.
    • Stand der Technik
  • Spritzdüsen finden in verschiedenen Bereichen Anwendung. Beispielsweise wird eine Spritzdüse dann eingesetzt, wenn Nassspritzbeton oder Trockenspritzbeton auf eine Bauwerksoberfläche aufgebracht werden soll. Beispielsweise werden Oberflächenabschnitte im Inneren eines Tunnels mit Spritzbeton beschichtet, der als Verkleidungsschicht, Isolationsschicht, statische Tragschicht oder Schutzschicht fungiert.
  • Spritzdüsen können aber auch in anderen Gebieten Einsatz finden, beispielsweise in der Nahrungsmittelindustrie.
  • Bezüglich der Verwendung einer Spritzdüse beim Beschichten der Innenfläche eines Tunnelabschnittes mit Spritzbeton wird auf die Offenlegungsschrift DE 196 52 811 A1 verwiesen. In dieser Offenlegungsschrift wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Beschichten von Tunnelinnenwänden beschrieben, bei dem eine Spritzdüse eingesetzt wird, die am Ende einer horizontal beweglichen Spritzlanze befestigt ist.
  • In WO 2005/084818A1 ist eine Spritzdüse offenbart, welche einen speziellen Neigungswinkel an der Düseninnenwandung aufweist.
  • Damit der Spritzbeton mit einer bestimmten Konsistenz beziehungsweise Qualität auf die Bauwerksoberfläche aufgetragen werden kann, muss die Geschwindigkeit des Spritzbetons auf einen bestimmten Wert eingestellt werden. Die Geschwindigkeit des Spritzbetons wird in der Spritzdüse durch den Querschnittverlauf der Düse eingestellt. Es ist allgemein aus der Hydrodynamik bekannt, dass in einer Röhre, die von einem Medium durchflossen wird, bei gleichbleibendem Volumenstrom sich die Strömungsgeschwindigkeit bei Querschnittsverengung erhöht und entsprechend bei Querschnittserweiterung erniedrigt (Kontinuitätsgleichung). Entsprechend dieser Kontinuitätsgleichung wird auch in einer Spritzdüse durch Querschnittsverengung in einem Hauptbereich der Düse die Geschwindigkeit des Spritzbetons erhöht. In einem Austrittbereich der Düse wird der Spritzbeton mit der gewünschten Geschwindigkeit auf die Bauwerkoberfläche aufgebracht.
  • Ein Hauptproblem bei den bisherigen Spritzdüsen ist, dass bedingt durch die sandigen Bestandteile des Spritzbetons und den hohen Förderstrom des Spritzbetons im Innern der Düse eine starke Abrasion und eine starke Materialbeanspruchung, insbesondere im Bereich der Querschnittsverengung, d.h. wo die Düse zum ersten Mal in einen Minimalquerschnitt verengt, auftritt. Die Abrasion beziehungsweise der Verschleiss führt nicht selten dazu, dass die Düse an der Stelle der stärksten Abnutzung zerbricht. Aus diesem Grund müssen bisherige Düsen bei laufendem Gebrauch in relativ kurzen Zeitintervallen gegen neue Düsen ersetzt werden. Die Aufwendungen hinsichtlich der Arbeitszeit beim Düsentausch und die Materialaufwendungen der Düsen selbst stellen einen nicht zu vernachlässigenden Kostenfaktor dar, den es zu minimieren gilt.
  • Um den Verschleiss zu minimieren wurden Spritzdüsen aus verschleissfestem Material wie beispielsweise Stahl hergestellt. Dies führte allerdings zum Verstopfen der Düse, denn nicht selten enthält Spritzbeton Überkorngrössen. Wird die Spritzdüse durch grosse Körner verstopft, kann sie weggespickt werden, was für Arbeiter sehr gefährlich sein kann.
    • Darstellung der Erfindung
  • Es stellte sich daher die Aufgabe, eine Spritzdüse herzustellen, die gegenüber den bisher bekannten Spritzdüsen einen geringeren Verschleiss aufweist, somit hinsichtlich der Verwendungsdauer/Standzeit länger eingesetzt werden kann und welche weniger verstopft.
  • Erfindungsgemäss wird dies durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche erreicht.
  • Die erfindungsgemässe Spritzdüse umfasst insbesondere einen Hohlkörper aus einem thermoplastischen Material, mit einem Eintrittsbereich, einem anschliessenden Hauptbereich, der sich gegebenenfalls auf einen Minimalquerschnitt verengt, gegebenenfalls einem Austrittsbereich, und einem Austrittsende, wobei das thermoplastische Material des Eintrittsbereichs eine höhere Shore-A Härte aufweist als das thermoplastische Material in mindestens einem Bereich des Hauptbereichs.
  • Die Vorteile der Erfindung sind unter anderem darin zu sehen, dass durch die Verwendung thermoplastischer Materialien mit tieferer Shore-A Härte im Hauptbereich die Stärke der Abrasion im Innern der Düse, insbesondere im Bereich der Querschnittsverengung, abnimmt. Zusätzlich ist die erfindungsgemässe Düse an der wesentlichen Stelle, insbesondere im Bereich der Querschnittsverengung, verformbar. Dies kann bei allfälligen Überkorngrössen zum selbständigen Ausschiessen des Überkorns führen und die erfindungsgemässe Düse ist dadurch weniger verstopft.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den Unteransprüchen.
  • Es wurde nun gefunden, dass bei den bisherigen Spritzdüsen der Verschleiss beziehungsweise der Materialabtrag insbesondere im Bereich der grössten Querschnittsverengung, d.h. wo die Düse zum ersten Mal in einen Minimalquerschnitt verengt, vermehrt auftritt und die Gefahr besteht, dass die Düse dort zerbricht.
  • Stellen, die bei bisherigen Düsen durch erhöhte Abrasion Schwachstellen oder ungewünschte Sollbruchstellen darstellten, werden nun weitestgehend vermieden.
  • Die erfindungsgemässe Spritzdüse umfasst einen Hohlkörper aus einem thermoplastischen Material, mit einem Eintrittsbereich, einem anschliessenden Hauptbereich, der sich gegebenenfalls auf einen Minimalquerschnitt verengt, gegebenenfalls einem Austrittsbereich, und einem Austrittsende, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoplastische Material des Eintrittsbereichs eine höhere Shore-A Härte aufweist als das thermoplastische Material in mindestens einem Bereich des Hauptbereichs.
  • Der "mindestens eine Bereich" des Hauptbereichs stellt in einer Ausführungsform im Wesentlichen den gesamten Hauptbereich dar, falls der Hauptbereich im Wesentlichen aus einem thermoplastischen Material mit einer bestimmten Shore-A Härte hergestellt ist. Die Shore-A Härte des thermoplastischen Materials des Hauptbereichs kann aber auch kontinuierlich oder graduell zu oder abnehmen. Erfindungsgemäss ist die Shore-A Härte im mindestens einen Bereich des Hauptbereichs tiefer als im Eintrittsbereich. Wenn sich der Hauptbereich auf einen Minimalquerschnitt verengt, liegt der "mindestens eine Bereich" im Bereich des Minimalquerschnitts.
  • Der Begriff "Minimalquerschnitt" bezeichnet die Stelle der Spritzdüse mit dem kleinsten Innendurchmesser und somit der kleinsten Minimalquerschnittsfläche. Dabei wird die Stelle als "Minimalquerschnitt" bezeichnet, welche zum ersten Mal in Hauptströmungsrichtung den kleinsten Innendurchmesser aufweist. Der Minimalquerschnitt kann beispielsweise im Hauptbereich unmittelbar nach dem Eintrittsbereich liegen, oder, falls der Hauptbereich direkt im Austrittsende endet unmittelbar am Austrittsende liegen, oder er kann irgendwo zwischen dem Ende des Eintrittsbereichs in Strömungsrichtung und dem Austrittsende liegen. Falls der Minimalquerschnitt nicht am Austrittsende liegt und sich die Düse nur zu Beginn des Hauptbereichs verengt und danach bis zu Austrittsende denselben Innendurchmesser, also eine kreiszylindrische Form aufweist, liegt die Stelle des Minimalquerschnitts im Hauptbereich.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform verengt sich der Hauptbereich auf einen Minimalquerschnitt. Es ist aber auch möglich, dass die gesamte Düse eine zylindrische Form aufweist und sowohl der Eintrittsbereich wie auch der Hauptbereich und gegebenenfalls der Austrittsbereich denselben Innendurchmesser aufweisen.
  • Der Begriff "Shore-A Härte" bezeichnet die Härte des thermoplastischen Materials, wie sie nach DIN 53505 bestimmt wird.
  • Vorzugsweise liegt die Shore-A Härte des thermoplastischen Materials beim Eintrittsbereich um mindestens 10, bevorzugt um mindestens 20, noch mehr bevorzugt um mindestens 40 höher als beim mindestens einen Bereich des Hauptbereichs, insbesondere beim Minimalquerschnitt.
  • Beim Eintrittsbereich beträgt die Shore-A Härte vorzugsweise 70 bis 95, noch mehr bevorzugt 80 bis 90 und beim mindestens einen Bereich des Hauptbereichs, insbesondere beim Minimalquerschnitt, 35 bis 70, bevorzugt 40 bis 60, noch mehr bevorzugt 50 bis 60.
  • Vorzugsweise weist die Spritzdüse im Bereich des Minimalquerschnitts den tiefsten Shore-A Wert auf. Das thermoplastische Material in mindestens einem Bereich des Hauptbereichs, insbesondere im Bereich des Minimalquerschnitts, ist somit weicher als das thermoplastische Material im Eintrittsbereich. Das weichere thermoplastische Material ist vorzugsweise leicht verformbar, was den Vorteil bringt, dass auch grössere Körner die Spritzdüse durchströmen können, ohne die Düse zu verstopfen. Vorzugsweise kann sich der üblicherweise kreisförmige Durchmesser im Minimalquerschnitt verformen und so das Durchströmen von unförmigen Materialien ermöglichen.
  • Vorzugsweise ist der gesamte Eintrittsbereich aus einer Shore A Härte hergestellt und geht dann gleich in den Hauptbereich mit einer tieferen Shore A Härte über, wobei der gesamte Hauptbereich aus demselben Material mit derselben tieferen Shore A Härte hergestellt ist. Dem Fachmann ist selbstverständlich klar, dass es am Übergang zwischen dem Eintrittsbereich und dem Hauptbereich zu einer Vermischung der verschiedenen thermoplastischen Materialien mit unterschiedlicher Shore-A Härte kommen kann und die Shore-A Härte im Übergangsbereich irgendwo zwischen der Shore-A Härte des Eintrittsbereichs und der Shore-A Härte des Hauptbereichs zu liegen kommt.
  • Die Shore-A Härte des Eintrittsbereichs wie auch die Shore-A Härte des Hauptbereichs und gegebenenfalls des Austrittsbereichs kann sich auch innerhalb der Bereiche verändern. Beispielsweise kann die Shore-A Härte kontinuierlich oder graduell vom Eintrittsende bis zum Austrittsende abnehmen oder sie kann innerhalb des Eintrittsbereichs ab- oder zunehmen und im Hauptbereich gleichbleiben oder umgekehrt. Wesentlich ist aber, dass die Shore-A Härte des thermoplastischen Materials beim Eintrittsbereich höher liegt als in mindestens einem Bereich des Hauptbereichs, insbesondere beim Minimalquerschnitt, vorzugsweise um mindestens 10, bevorzugt um mindestens 20, noch mehr bevorzugt um mindestens 40 höher.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Spritzdüse einen Eintrittsbereich und einen Hauptbereich. Dabei verengt sich der Innenquerschnitt in Hauptströmungsrichtung im Eintrittsbereich und auch am Anfang des Hauptbereichs bis der Minimalquerschnitt im Hauptbereich erreicht ist und bleibt dann vorzugsweise bis zum Austrittsende im Wesentlichen gleich. Somit weist die Spritzdüse vom Eintrittsende bis zum Minimalquerschnitt eine im Wesentlichen konusartige Form und vom Minimalquerschnitt bis zum Austrittsende eine im Wesentlichen kreiszylindrische Form auf.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Spritzdüse zusätzlich zum Eintrittsbereich und zum Hauptbereich einen Austrittsbereich mit einem Austrittsende. Die Shore-A Härte des Austrittsbereichs liegt vorzugsweise um mindestens 10 höher als beim Minimalquerschnitt des Hauptbereichs. Vorzugsweise beträgt die Shore-A Härte des Austrittsbereichs zwischen 40 bis 80, noch mehr bevorzugt zwischen 50 bis 80.
  • In einer anderen Ausführungsform verengt sich der Hauptbereich kontinuierlich auf einen Minimalquerschnitt, welcher das Austrittsende bildet. Die Spritzdüse bildet in dieser Ausführungsform in gewisser Weise vorzugsweise die Form eines hohlen Kegelstumpfes. Die Düse weist in dieser Ausführungsform vorzugsweise keinen Austrittsbereich zusätzlich zum Hauptbereich auf. Dabei liegt der Minimalquerschnitt, das heisst die Stelle der Düse mit dem kleinsten Innendurchmesser, am Austrittsende der Düse. Somit ist das Austrittsende aus einem weicheren thermoplastischen Material mit tieferer Shore A Härte als der Eintrittsbereich. Das Eintrittsende weist den höchsten Wert der Shore-A Härte auf und der die Shore-A Härte verringert sich in Hauptströmungsrichtung bis zum Austrittsende um mindestens 10, vorzugsweise um mindestens 20, noch mehr bevorzugt um mindestens 40.
    Vorzugsweise ist der gesamte Eintrittsbereich aus einer Shore A Härte und geht dann gleich in den Hauptbereich mit einer tieferen Shore A Härte über, wobei der gesamte Hauptbereich aus demselben Material mit derselben tieferen Shore A Härte hergestellt ist.
    Die Shore-A Härte des thermoplastischen Materials kann aber auch graduell vom Eintrittsende in Hauptströmungsrichtung bis zum Austrittsende abnehmen.
  • In einer weiteren Ausführungsform weist die gesamte Düse eine zylindrische Form auf und sowohl der Eintrittsbereich wie auch der Hauptbereich und gegebenenfalls der Austrittsbereich weisen denselben Innendurchmesser auf. In dieser Ausführungsform ist der Eintrittsbereich vorzugsweise aus einem härteren thermoplastischen Material und der gesamte Hauptbereich aus einem weicheren thermoplastischen Material mit einer um mindestens 10 tieferen Shore-A Härte.
  • Um weitere Medien, wie beispielsweise Luft, Wasser oder Bindemittel, dem Hauptstrom, insbesondere Spritzbeton, beizumischen, kann die Spritzdüse einen oder mehrere Eindüsungskanäle aufweisen. Die Eindüsungskanäle können vorzugsweise im Bereich des Eintrittsbereichs angeordnet sein. In diesem Bereich ist die Strömungsgeschwindigkeit des Betons am niedrigsten. Hierdurch wird vermieden, dass beim Einleiten von weiteren Stoffen die Hauptströmung gestört wird oder turbulent wird.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform misst die Länge des Eintrittsbereichs vom Eintrittsende in Hauptströmungsrichtung gemessen bis zum Übergang des Hauptbereichs zwischen 50 und 150 mm, vorzugsweise zwischen 70 und 135 mm, und die Länge des Hauptbereichs vom Ende des Eintrittsbereichs in Hauptströmungsrichtung bis zum Austrittsende zwischen 100 und 500 mm, vorzugsweise zwischen 200 und 300 mm, noch mehr bevorzugt zwischen 220 und 280 mm. Die Gesamtlänge einer Spritzbetondüse beträgt vorzugsweise vom Eintrittsende bis zum Austrittsende in Hauptströmungsrichtung gemessen zwischen 300 und 700 mm, vorzugsweise zwischen 300 und 500 mm. Weist die Spritzdüse zusätzlich einen Austrittsbereich auf, bleibt die Länge des Eintrittsbereichs vorzugsweise gleich, aber die Länge des Hauptbereichs beträgt vorzugsweise zwischen 50 und 300 mm, bevorzugt zwischen 100 und 250 mm und die Länge des Austrittsbereichs beträgt zwischen 20 und 200 mm, bevorzugt zwischen 50 und 180 mm, noch mehr bevorzugt zwischen 80 und 120 mm. Vorzugsweise liegt der Minimalquerschnitt zwischen 5 und 80 mm in Hauptströmungsrichtung nach dem Eintrittsbereich. Das heisst, dass das thermoplastische Material vorzugsweise bereits 5 bis 80 mm vor dem Minimalquerschnitt weicher ist als im Eingangsbereich.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform zur bevorzugten Verwendung als Spritzbetondüse weist die Spritzdüse im Bereich des Minimalquerschnitts und/oder beim Austrittsende beispielsweise den kleinsten Innendurchmesser von etwa 40 bis 50 mm auf. Durch Abrasion vergrössert sich dieser Innendurchmesser bei starker Verwendung mit der Zeit. Je nach Dicke der Spritzdüsenwand, welche vorzugsweise im Bereich von 1 bis 20 mm, noch mehr bevorzugt im Bereich von 4 bis 10 mm liegt, kann sich Innendurchmesser beispielsweise von 50 mm auf 55 mm vergrössern bis die Spritzdüsenwand zu dünn wird und die Düse zerbricht.
  • Die erfindungsgemässe Spritzdüse ist aus einem thermoplastischen Material. Das thermoplastische Material enthält mindestens ein thermoplastisches Polymer, wobei das thermoplastische Polymer ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Polyurethan, Polyolefin, Polyamid, Polyester, Polycarbonat, Polyacetat, und einem Homo- oder Copolymer, welches mindestens eine Monomereinheit M1 enthält, welche ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Olefin, insbesondere Ethylen, Propylen, Butylen, Isobutylen, chloriertem Ethylen, chlorsulfoniertem Ethylen, Vinyiacetat, Vinylalkohol, Vinylchlorid (Meth)acrylat, (Meth)acrylsäure, Fumarsäure, Fumarsäureester, Maleinsäure, Maleinsäureester, Maleinsäureanhydrid, Styrol, Acrylonitril, Butadien, und Isobutadien.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist das thermoplastische Polymer ein thermoplastisches Polyurethan. Polyurethan basierende Polymere werden aus Polyisocyanat, vorzugsweise aus mehreren Isocyanat-Gruppen aufweisenden Polyurethanprepolymeren hergestellt.
    Das Polyurethanprepolymer wird aus der Umsetzung mindestens eines Polyisocyanates mit einer Verbindung, welche zwei oder mehrere NCO-reaktive funktionelle Gruppen aufweist, erhalten. Derartige NCO-reaktive Gruppen sind insbesondere Hydroxyl-, Merkapto- oder primäre oder sekundäre Amino-Gruppen.
    Als Verbindung, welche zwei oder mehrere NCO-reaktive funktionelle Gruppen aufweist, gelten insbesondere Polyole, Polyamine, oder Polyaminoalkohole. Beispiele für Polyaminoalkohole sind Diethanolamin, Ethanolamin, Triethanolamin. Als Polyole sind Polyetherpolyole, Polyesterpolyole und Polycarbonatpolyole bevorzugt. Bevorzugt sind als Polyole Diole. Insbesondere bevorzugt sind Gemische von Polyolen, insbesondere ein Gemisch von nieder- und höhermolekularen Polyolen, insbesondere Diolen, insbesondere von nieder- und höhermolekularen Polyether-, Polyester- und Polycarbonatpolyolen, vorzugsweise ein Gemisch von nieder- und höhermolekularen Polyester-, Polyether- und Polycarbonatdiolen. Niedermolekulare Polyole haben bevorzugt ein Molekulargewicht von 50 bis 500 g/mol. Höhermolekulare Polyole haben bevorzugt ein Molekulargewicht von über 500 g/mol, noch mehr bevorzugt von 550 bis 5000 g/mol, insbesondere bevorzugt von 800 bis 3000 g/mol.
    Als Polyesterpolyole sind insbesondere jene geeignet, welche hergestellt sind beispielsweise aus zwei- bis dreiwertigen Alkoholen, wie beispielsweise 1,2-Ethandiol, Diethylenglykol, 1,2-Propandiol, Dipropylenglykol, 1,4-Butandiol, 1,5-Pentandiol, 1,6-Hexandiol, Neopentylglykol, Glycerin, 1,1,1-Trimethylolpropan oder Mischungen der vorgenannten Alkohole, mit organischen Dicarbonsäuren oder deren Anhydride oder Ester, wie beispielsweise Bernsteinsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, Korksäure, Sebacinsäure, Dodecandicarbonsäure, Maleinsäure, Fumarsäure, Phthalsäure, Isophthalsäure, Terephthalsäure und Hexahydrophthalsäure oder Mischungen der vorgenannten Säuren, sowie Polyesterpolyole aus Lactonen wie beispielsweise aus ε-Caprolacton.
    Besonders bevorzugte Polyesterpolyole sind Polyesterpolyole aus Adipinsäure, Sebacinsäure oder Dodecandicarbonsäure als Dicarbonsäure und aus Hexandiol oder Neopentylglycol als zweiwertigen Alkohol.
    Besonders bevorzugt sind Polyurethanprepolymere aus Polyolen und Polyisocyanten, insbesondere aus Diolen, vorzugsweise Polyesterdiol, Polyetherdiol oder Butandiol, Triolen oder Diol/Triol-Mischungen sowie aus Diisocyanaten, vorzugsweise aromatischen, aliphatischen oder cycloaliphatischen Diisocyanaten, Trisocyanaten oder Diisocyanat/Trisocyanat-Mischungen.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist das thermoplastische Polymer ein Homo- oder Copolymer, welches mindestens eine Monomereinheit M1 enthält. Unter Monomereinheit wird im ganzen vorliegenden Dokument eine Struktureinheit verstanden, welche von ungesättigten Monomeren nach erfolgter radikalischer Polymerisation herrührt. Unter der Monomereinheit M1 wird folglich eine Struktureinheit verstanden, welche von den ungesättigten Monomeren wie beispielsweise Ethen, Propen oder 1-Buten sowie Mischungen davon nach erfolgter radikalischer Polymerisation herrührt. Für den Fachmann ist selbstverständlich klar, dass mit Monomereinheiten nicht gemeint ist, dass das Copolymer freie Monomere enthält, sondern dass die Monomereinheiten copolymerisiert im Copolymer vorliegen.
    Das thermoplastische Polymer kann neben der Monomereinheit M1 weitere Monomereinheiten enthalten. Als geeignete weitere Monomereinheiten haben sich Einheiten von Ethylen, Propylen, Butylen, Isobutylen, Vinylacetat, Acrylat, Methacrylat, Acrylsäure, Methacrylsäure, Butylacrylat, Fumarsäure, Fumarsäureester, Maleinsäure, Maleinsäureester, Maleinsäureanhydrid, Styrol, Acrylonitril, Kohlenmonoxid und Vinylchlorid erwiesen. Auch Mischungen von zwei oder mehreren Polymeren, sogenannte Polymerblends, können verwendet werden. Als besonders bevorzugt gelten die Copolymere der Monomere Ethylen und Propylen, Ethylen und Vinylacetat (EVA) oder Ethylen und (Meth)acrylat. Auch Terpolymere, wie beispielsweise das Terpolymer Ethylen-Vinylacetat-Kohlenmonoxid (EVACO), das Terpolymer der Monomere Acrylat, Styrol und Acrylonitril oder das Terpolymer Ethylen-(n-Butylacrylat)-Kohlenmonoxid (ENBACO), sind geeignet.
    Beispielsweise kann das thermoplastische Polymer aus Polyvinylchlorid oder einem Polyolefin, vorzugsweise aus Polyethylen, Polypropylen, einem Copolymer aus Ethylen und Propylen, chloriertem Polyethylen, chlorsulfoniertem Polyethylen, einem Copolymer aus Ethylen und Vinylacetat, oder eine Mischung davon bestehen.
  • Die Gewichtssumme aller thermoplastischen Polymere im thermoplastischen Material der Spritzdüse beträgt mindestens 30 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Spritzdüse. Vorzugsweise liegt das thermoplastische Polymer in einer Menge von mindestens 30 Gew.-%, vorzugsweise von 30-100 Gew.-%, bevorzugt von 50-95 Gew.-%, noch mehr bevorzugt von 70-90 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Spritzdüse vor.
  • Als weitere Bestandteile des thermoplastischen Materials können unabhängig voneinander neben dem mindestens einen thermoplastischen Polymer weitere Zusatzstoffe vorhanden sein. Insbesondere sind dies für thermoplastische Kunststoffe üblichen Bestandteile und Verarbeitungsmittel, wie beispielsweise Füllstoffe wie z.B. Kreide, Verlaufsmittel wie z.B. Metallseifen, Additive wie UV- und Hitzestabilisatoren, Lichtschutzmittel, z.B. auf Basis von sterisch gehinderten Aminen (HALS), Stabilisatoren wie z.B. auf Ba/Zn- oder Ca/Zn-Basis, Weichmacher wie z.B. epoxidiertes Sojabohnenöl oder Phthalate, Polysebazate oder Polyadipate, Gleitmittel, Trockungsmittel, Entschäumer, Tenside, Biozide, Antiabsetzmittel, Flammschutzmittel, Antioxidantien wie z.B. auf phenolischer Basis, Geruchsstoffe, Pigmente wie z.B. Titandioxid oder Russ, und Farbstoffe. Der Anteil an weiteren Zusatzstoffen beträgt zwischen 0 und 70 Gew.-%, insbesondere zwischen 5 und 50 Gew.-%, besonders bevorzugt zwischen 10 und 30 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Spritzdüse.
  • Der Eintrittsbereich, der Hauptbereich und gegebenenfalls der Austrittsbereich enthalten vorzugsweise dasselbe thermoplastische Polymer. Es ist auch möglich, dass die verschiedenen Bereiche unterschiedliche thermoplastische Polymere enthalten und aus unterschiedlichem thermoplastischem Material hergestellt sind. Vorzugsweise werden solche thermoplastischen Materialien verwendet, welche, beispielsweise durch Hitzebehandlung über eine Schweissnaht, aneinander haften. Dies ist notwendig, damit die verschiedenen Bereiche miteinander verbunden werden können. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform enthalten alle Bereiche Polyurethan.
  • Um den Verschleiss beziehungsweise den Materialabrieb im Düseninneren zusätzlich zu reduzieren kann die Düseninnenwandung eine Beschichtung, die aus einem besonders abriebfesten Material besteht, aufweisen. Der Vorteil dieser Beschichtung ist, dass das Material der Düsenwandung, welches mit dem Beton in Kontakt ist und somit verstärkt abgerieben wird, besonders widerstandsfähig ausgeführt ist. Das restliche Düsenmaterial kann nun aus einem weniger abriebfesten und hinsichtlich der Materialkosten günstigeren Material hergestellt sein. Beispielsweise kann eine solche Beschichtung der Düseninnenwandung durch Auftragschweissung hergestellt werden.
  • Die erfindungsgemässe Spritzdüse findet in verschiedenen Bereichen Anwendung, insbesondere in der Beton- und Zementtechnologie als Spritzbetondüse. Die Spritzdüse kann aber auch in anderen Gebieten, wie beispielsweise der Lebensmittelindustrie, verwendet werden. Je nach Anwendungsgebiet ist eine andere Geometrie, Grösse oder ein anderes Material der Düse zu wählen. Die erfindungsgemässe Spritzdüse ist besonders geeignet für Einsatzgebiete, wo mit hohem Druck bis beispielsweise 50 bar gespritzt werden muss. Somit handelt es sich bei der erfindungsgemässen Düse um eine als Hochdruckspritzdüse geeignete Düse. Bei herkömmlichen Düsen besteht die Gefahr einer Explosion der Düse bereits bei einem Druck von etwa 10 bar.
  • Vorzugsweise betrifft die vorliegende Erfindung eine Spritzdüse, welche zum Aufbringen einer hydraulisch abbindenden Zusammensetzung, beispielsweise Spritzbeton oder Gips, verwendet wird. Insbesondere geeignet ist die erfindungsgemässe Spritzdüse zum Aufbringen von Nassspritzbeton oder Trockenspritzbeton und zum Spritzen von Dünnstrom oder Dichtstrom.
  • Als hydraulisch abbindende Zusammensetzungen können grundsätzlich alle dem Beton-Fachmann bekannten hydraulisch abbindenden Substanzen verwendet werden. Insbesondere handelt es sich hier um hydraulische Bindemittel wie Zemente, wie beispielsweise Portlandzemente oder Tonerdeschmelzzemente und respektive deren Mischungen mit Flugaschen, Silica fume, Schlacke, Hüttensande, Gips und Kalksteinfiller. Weitere hydraulisch abbindende Substanzen im Sinne der vorliegenden Erfindung sind Gips oder gebrannter Kalk. Als hydraulisch abbindende Zusammensetzung wird Zement bevorzugt. Weiterhin sind Zuschlagstoffe wie Sand, Kies, Steine, Quarzmehl, Kreiden sowie als Additive übliche Bestandteile wie Betonverfüssiger, beispielsweise Lignosulfonate, sulfonierte Naphthalin-Formaldehyd Kondensate, sulfonierte Melamin-Formaldehyd-Kondensate oder Polycarboxylatether, Beschleuniger, Korrosionsinhibitoren, Verzögerer, Schwindreduzierer, Entschäumer oder Porenbildner möglich.
  • Die erfindungsgemässe Spritzdüse wird vorzugsweise durch ein Giessverfahren hergestellt, bei dem die Bereiche mit den unterschiedlichen Shore-A Härten des Hohlkörpers in einzelnen Schritten in eine Form gegossen und anschliessend erhitzt werden.
  • Die Spritzdüse kann an ein Förderrohr oder einen Förderschlauch beispielsweise über eine Kupplung angeschlossen werden und das Fördergut, beispielsweise Spritzbeton, welches aus einer Misch- oder Pumpvorrichtung gefördert wird, wird über die Spritzdüse an das gewünschte Ort gespritzt.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Im Folgenden werden anhand der Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Gleiche Elemente sind in den verschiedenen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Strömungsrichtung beziehungsweise die Geschwindigkeit der Medien ist mit Pfeilen angegeben.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine Seitenansicht einer erfindungsgemässen Spritzdüse;
    Fig. 2
    eine Seitenansicht einer weiteren Spritzdüse;
    Fig.3
    eine Schnittansicht einer Spritzdüse entlang der Hauptströmungsrichtung;
    Fig. 4
    eine Schnittansicht einer weiteren Spritzdüse entlang der Hauptströmungsrichtung;
    Fig. 5
    eine Schnittansicht einer dritten Spritzdüse entlang der Hauptströmungsrichtung ;
    Fig. 6
    eine Schnittansicht einer vierten Spritzdüse entlang der Hauptströmungsrichtung.
    Fig. 7
    eine Schnittansicht einer fünften Spritzdüse entlang der Hauptströmungsrichtung.
    Fig. 8A
    ein Querschnitt entlang der Linie B-B durch den Eintrittsbereich der Spritzdüse.
    Fig. 8B
    ein Querschnitt entlang der Linie A-A durch den Hauptbereich der Spritzdüse.
  • Es sind nur die für das unmittelbare Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente gezeigt.
    • Wege zur Ausführung der Erfindung
  • Die Figur 1 zeigt eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemässen Spritzdüse 1. Die gestrichelten Linien deuten den Hohlraum im Inneren der Düse an. Die Spritzdüse verfügt links in Figur 1 über einen Eintrittsbereich 4 welcher in einen Hauptbereich 2 übergeht. Der Eintrittsbereich 4 umfasst ein Eintrittsende 7, welches je nach Verwendung derart geformt sein kann, dass es in eine Maschine, beispielsweise eine Spritzbetonmaschine, eingespannt werden kann. Bei einer Spritzdüse dieser Ausführungsform, wenn sie für das Spritzen von Beton verwendet wird, misst die Länge des Eintrittsbereichs 4 vom Eintrittsende 7 in Hauptströmungsrichtung 8 bis zum Übergang des Hauptbereichs zwischen 50 und 150 mm, vorzugsweise zwischen 70 und 135 mm. Der Eintrittsbereich 4 ist bevorzugt aus einem thermoplastischen Material mit einer Shore-A Härte von 70 bis 95, noch mehr bevorzugt 80 bis 90. Eine besonders geeignete Spritzdüse weist beispielsweise einen Eintrittsbereich 4 mit einer Shore-A Härte von 90 auf. Vorzugsweise ist oder enthält das thermoplastische Material des Eintrittsbereichs 4 Polyurethan. Der Eintrittsbereich 4 verengt sich vom Eintrittsende 7 bis zum Übergang zum Hauptbereich 2.
  • Auf den Eintrittsbereich 4 folgt rechts in Figur 1 der Hauptbereich 2, der sich in Hauptströmungsrichtung 8 vom Ende des Eintrittsbereich 4, welches am entgegengesetzten Ende des Eintrittsbereichs 4 als das Eintrittsende 7 liegt, bis zum Austrittsende 3 der Spritzdüse erstreckt. Die Verengung des Eintrittsbereichs 4 wird im Hauptbereich 2 weitergeführt, bis sich der Hauptbereich 2 auf einen Minimalquerschnitt 5 verengt. Durch diese Querschnittsverengung wird die Fliessgeschwindigkeit des Betongemisches vom Eintrittsquerschnitt des Eintrittsendes 7 zum Minimalquerschnitt 5 erhöht. Der Minimalquerschnitt liegt an der Stelle des Hauptbereichs 2, wo sich der Innendurchmesser der Spritzdüse zum ersten Mal auf das Minimum reduziert. In einem Querschnitt entlang A-A sind der Innendurchmesser und der Minimalquerschnitt 5 ersichtlich (siehe Figur 8B). Vorzugsweise liegt der Minimalquerschnitt zwischen 5 und 80 mm in Hauptströmungsrichtung nach dem Eintrittsbereich. Das heisst, dass das thermoplastische Material vorzugsweise bereits 5 bis 80 mm vor dem Minimalquerschnitt weicher ist als im Eingangsbereich. Der Bereich des Hauptbereichs 2, welcher vor dem Minimalquerschnitt 5 liegt, ist in Figur 1 mit dem Bereich 10 dargestellt. Bei einer Spritzdüse dieser Ausführungsform, wenn sie für das Spritzen von Beton verwendet wird, misst die Länge des Hauptbereichs 2 vom Ende des Eintrittsbereichs 4 in Hauptströmungsrichtung 8 bis zum Austrittsende 3 vorzugsweise zwischen 200 und 300 mm, noch mehr bevorzugt zwischen 220 und 280 mm. Der Hauptbereich 2 ist bevorzugt aus einem thermoplastischen Material mit einer Shore-A Härte von 35 bis 70, noch mehr bevorzugt 50 bis 60. Vorzugsweise ist oder enthält das thermoplastische Material des Hauptbereichs 2 Polyurethan. Eine besonders geeignete Spritzdüse weist beispielsweise einen Hauptbereich 2 mit einer Shore-A Härte von 55 auf. Dem Fachmann ist selbstverständlich klar, dass es am Übergang zwischen dem Eintrittsbereich und dem Hauptbereich zu einer Vermischung der verschiedenen thermoplastischen Materialien mit unterschiedlicher Shore-A Härte kommen kann und die Shore-A Härte im Übergangsbereich irgendwo zwischen der Shore-A Härte des Eintrittsbereichs und der Shore-A Härte des Hauptbereichs liegt.
  • Bei der ersten Ausführungsform gemäss Figur 1 weist die Spritzdüse von der Stelle, wo sich der Hauptbereich 2 zum ersten Mal auf einen Minimalquerschnitt 5 verengt, bis zum Austrittsende 3 eine kreiszylindrische Form auf. Der Querschnitt beim Austrittsende 3 verändert seine Fläche nicht. Durch den gleichbleibenden Querschnitt vom Minimalquerschnitt 5 bis zum Austrittsende 3 ist in der Regel die Geschwindigkeit mit der sich der Beton in Richtung Austrittsende 3 bewegt gleichbleibend.
  • Der vorwiegend aus Sand bestehende Beton wird mit einem bestimmten Fördervolumen pro Zeiteinheit durch die Spritzdüse geleitet. Dies führt an den Düseninnenwandungen der Spritzdüse je nach Material der Düse zu einem stärkeren oder schwächeren Materialabrieb. Würde die Spritzdüse nur aus einem harten thermoplastischen Material mit einer Shore-A Härte von 70 bis 95, wie es für den Eintrittsbereich 4 verwendet wird, hergestellt, wie es bei Spritzbetondüsen aus dem Stand der Technik der Fall ist, findet ein stärkerer Materialabrieb statt und nach einer gewissen Zeit hat diese Abrasion den Austausch der Düse zu Folge. Zudem kommt es bei Spritzbetondüsen aus dem Stand der Technik immer wieder zu Verstopfungen.
  • Die erfindungsgemässe Spritzdüse gemäss Figur 1 weist den Vorteil auf, dass der Hauptbereich 2 aus einem weicheren thermoplastischen Material als der Eintrittsbereich 4 hergestellt ist. Das weichere thermoplastische Material im Bereich des Minimalquerschnitts 5, welches bis zu einem gewissen Masse verformbar ist, bringt den Vorteil, dass auch grössere Körner die Spritzdüse durchströmen können, ohne die Düse zu verstopfen. Vorzugsweise kann sich der üblicherweise kreisförmige Durchmesser im Minimalquerschnitt verformen und so das Durchströmen von unförmigen Materialien ermöglichen.
  • Die Figur 2 zeigt wie die Figur 1 eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemässen Spritzdüse 1. Die Spritzdüse in der zweiten Ausführungsform umfasst ebenfalls einen Eintrittsbereich 4 und einen Hauptbereich 2 mit einem Minimalquerschnitt 5 mit den im Wesentlichen bei der Figur 1 beschriebenen Eigenschaften. Zusätzlich zum Eintrittsbereich 4 und dem Hauptbereich 2 weist die Spritzdüse in Figur 2 einen Austrittsbereich 6 auf, der rechts in Figur 2 auf den Hauptbereich 2 folgt und sich vom Ende des Hauptbereichs 2 in Hauptströmungsrichtung 8 bis zum Austrittsende 3 der Spritzdüse erstreckt. Der Austrittsbereich 6 weist vorzugsweise dieselbe Querschnittsfläche auf wie sie beim Minimalquerschnitt 5 vorliegt. Somit weist der Austrittsbereich 6 bis zum Austrittsende 3 vorzugsweise eine kreiszylindrische Form auf.
  • Der Austrittsbereich 6 ist vorzugsweise aus einem thermoplastischen Material, das etwas härter ist als das Material beim Minimalquerschnitt 5. Die Shore-A Härte des Austrittsbereichs 6 liegt vorzugsweise um mindestens 10 höher als beim Minimalquerschnitt 5 des Hauptbereichs 2. Vorzugsweise beträgt die Shore-A Härte des Austrittsbereichs 6 zwischen 40 bis 80, noch mehr bevorzugt zwischen 50 bis 80. Vorzugsweise ist oder enthält das thermoplastische Material des Austrittsbereichs 6 Polyurethan. Eine besonders geeignete Spritzdüse weist beispielsweise einen Austrittsbereich 6 mit einer Shore-A Härte von etwa 70 auf.
  • In Figur 3 ist die Schnittansicht der Spritzdüse 1 aus Figur 1 in der Längsachse entlang der Hauptströmungsrichtung 8 dargestellt. Darin sind das härtere thermoplastische Material des Eintrittsbereichs 4 und das weichere thermoplastische Material des Hauptbereichs 2 ersichtlich.
  • In Figur 4 wird eine Schnittansicht einer zweiten Ausführung einer Spritzdüse aus Figur 2 entlang der Hauptströmungsrichtung dargestellt. Die Spritzdüse weist zusätzlich zum Eintrittsbereich 4 und dem Hauptbereich 2 einen Austrittsbereich 6 auf.
  • Die Figur 5 zeigt eine Schnittansicht einer Spritzdüse 1 in einer dritten Ausführungsform. In dieser Ausführungsform weist die Spritzdüse wie in Figur 1 beschrieben einen Eintrittsbereich und einen Hauptbereich auf. Jedoch weist diese Spritzdüse eine andere Geometrie auf und die Spritzdüse verengt sich vom Eintrittsende des Eintrittsbereichs über den Hauptbereich kontinuierlich auf einen Minimalquerschnitt, welcher das Austrittsende bildet. Die Spritzdüse bildet in dieser Ausführungsform in gewisser Weise die Form eines hohlen Kegelstumpfes. Der Eintrittsbereich 4 weist dieselben Eigenschaften wie bei Figur 1 beschrieben auf. Die Länge des Eintrittsbereichs kann auch etwas länger sein als bei der Spritzdüse der ersten Ausführungsform. Der Hauptbereich 2 verengt sich im Gegensatz zu der in Figur 1 beschriebenen Ausführungsform erst beim Austrittsende 3 zu einem Minimalquerschnitt 5. Der Hauptbereich 2 ist vorzugsweise aus demselben thermoplastischen Material wie bei der in Figur 1 beschriebenen Ausführungsform.
    Bei dieser Ausführungsform ist das Austrittsende aus einem weicheren thermoplastischen Material mit tieferer Shore A Härte als der Eintrittsbereich. Das Eintrittsende weist den höchsten Wert der Shore-A Härte auf und der die Shore-A Härte verringert sich in Hauptströmungsrichtung bis zum Austrittsende um mindestens 10, vorzugsweise um mindestens 20, noch mehr bevorzugt um mindestens 40. In Figur 5 ist eine Spritzdüse dargestellt, bei der der gesamte Eintrittsbereich 4 aus einer Shore A Härte hergestellt ist und dann gleich in den Hauptbereich 2 mit einer tieferen Shore A Härte übergeht, wobei der gesamte Hauptbereich 2 aus demselben Material mit derselben tieferen Shore A Härte hergestellt ist. Es wäre aber auch eine Spritzdüse möglich, welche dieselbe geometrische Form wie in Figur 5 dargestellt aufweist, welche aber aus einem thermoplastischen Material hergestellt ist, bei dem die Shore-A Härte graduell vom Eintrittsende in Hauptströmungsrichtung bis zum Austrittsende abnimmt. Die Figur 6 zeigt eine Schnittansicht einer Spritzdüse 1 in einer vierten Ausführungsform. Die Spritzdüse in Figur 6 weist im Wesentlichen dieselben Elemente auf wie die Spritzdüse, welche in den Figuren 1 beziehungsweise 3 beschrieben wurde. Zusätzlich weist die Spritzdüse in der vierten Ausführungsform Eindüsungskanäle 9 im Eintrittsbereich 4 auf, um weitere Medien, wie beispielsweise Luft, Wasser oder Bindemittel, dem Hauptstrom, insbesondere Spritzbeton, beizumischen.
  • Die Figur 7 zeigt eine Schnittansicht einer Spritzdüse 1 in einer fünften Ausführungsform. In dieser Ausführungsform weist die Spritzdüse wie in Figur 1 beschrieben einen Eintrittsbereich und einen Hauptbereich auf. Jedoch weist diese Spritzdüse eine andere Geometrie auf und die Spritzdüse verengt sich nicht kontinuierlich auf einen Minimalquerschnitt, sondern weist eine zylindrische Form auf. Der Innenquerschnitt ist beim Eintrittsende 7 wie beim Austrittsende 3 gleich und somit liegt auf der gesamten Länge ein Minimal querschnitt 5 vor. Der Eintrittsbereich 4 weist dieselben Eigenschaften wie bei Figur 1 beschrieben auf. Die Länge des Eintrittsbereichs kann auch etwas länger sein als bei der Spritzdüse der ersten Ausführungsform. Der Hauptbereich 2 ist vorzugsweise aus demselben thermoplastischen Material wie bei der in Figur 1 beschriebenen Ausführungsform.
    Bei dieser Ausführungsform ist das Austrittsende aus einem weicheren thermoplastischen Material mit tieferer Shore A Härte als der Eintrittsbereich. Das Eintrittsende weist den höchsten Wert der Shore-A Härte auf und der die Shore-A Härte verringert sich in Hauptströmungsrichtung bis zum Austrittsende um mindestens 10, vorzugsweise um mindestens 20, noch mehr bevorzugt um mindestens 40. In Figur 5 ist eine Spritzdüse dargestellt, bei der der gesamte Eintrittsbereich 4 aus einer Shore A Härte hergestellt ist und dann gleich in den Hauptbereich 2 mit einer tieferen Shore A Härte übergeht, wobei der gesamte Hauptbereich 2 aus demselben Material mit derselben tieferen Shore A Härte hergestellt ist. Es wäre aber auch eine Spritzdüse möglich, welche dieselbe geometrische Form wie in Figur 7 dargestellt aufweist, welche aber aus einem thermoplastischen Material hergestellt ist, bei dem die Shore-A Härte graduell vom Eintrittsende in Hauptströmungsrichtung bis zum Austrittsende abnimmt.
  • Die Figur 8A zeigt einen Querschnitt entlang der Linie B-B durch den Eintrittsbereich 4 der Spritzdüse 1. Im Querschnitt ist die kreisförmige Form mit dem Minimalinnendurchmesser 5 zu sehen.
  • Die Figur 8B zeigt einen Querschnitt entlang der Linie A-A durch den Hauptbereich 2 der Spritzdüse 1. Im Querschnitt ist die kreisförmige Form zu sehen. Da der Hauptbereich ein verformbares Material aufweist, ist es möglich, dass sich die kreisförmige Form während dem Spritzen verformt.
  • Insgesamt wird also durch die Erfindung eine Spritzdüse, insbesondere für Nassspritzbeton oder Trockenspritzbeton, zur Verfügung gestellt, die gegenüber den bisher bekannten Spritzdüsen einen geringeren Verschleiss aufweist und somit eine höhere Standzeit aufweist und hinsichtlich der Verstopfung der Düse optimiert ist.
  • Es versteht sich, dass die vorstehend genannten Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Spritzdüse
    2
    Hauptbereich
    3
    Austrittsende
    4
    Eintrittsbereich
    5
    Minimalquerschnitts
    6
    Austrittsbereich
    7
    Eintrittsende
    8
    Hauptströmungsrichtung
    9
    Eindüsungskanal
    10
    Bereich zwischen Minimalquerschnitt und Übergang zwischen Eintritts- und Hauptbereich

Claims (15)

  1. Spritzdüse (1) umfassend einen Hohlkörper aus mindestens einem thermoplastischen Material, mit einem Eintrittsbereich (4), einem anschliessenden Hauptbereich (2), gegebenenfalls einem Austrittsbereich (6), und einem Austrittsende (3), dadurch gekennzeichnet, dass das thermoplastische Material des Eintrittsbereichs (4) eine höhere Shore-A Härte aufweist als das thermoplastische Material in mindestens einem Bereich des Hauptbereichs (2).
  2. Spritzdüse gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Hauptbereich (2) im mindestens einen Bereich auf einen Minimalquerschnitt (5) verengt.
  3. Spritzdüse gemäss einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Shore-A Härte des thermoplastischen Materials beim Eintrittsbereich (4) um mindestens 10 höher liegt als beim mindestens einen Bereich des Hauptbereichs (2).
  4. Spritzdüse gemäss Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Shore-A Härte des thermoplastischen Materials beim Eintrittsbereich (4) 70 bis 95, vorzugsweise 80 bis 90 beträgt und beim mindestens einen Bereich des Hauptbereichs (2) 35 bis 70, vorzugsweise 50 bis 60, beträgt.
  5. Spritzdüse gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Hauptbereich (2) kontinuierlich auf einen Minimalquerschnitt (5) verengt, welcher das Austrittsende (3) bildet.
  6. Spritzdüse gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Shore-A Härte beim Eintrittsende (7) des Eintrittsbereichs (4) den höchsten Wert aufweist und sich in Hauptströmungsrichtung (8) bis zum Austrittsende (3) um mindestens 10 verringert.
  7. Spritzdüse gemäss einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spritzdüse einen Austrittsbereich (6) enthält, welcher ein Shore-A Härte aufweist, die mindestens 10 höher liegt als beim mindestens einen Bereich des Hauptbereichs (2).
  8. Spritzdüse gemäss Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Shore-A Härte des Austrittsbereichs (6) 40 bis 80, vorzugsweise 50 bis 80 beträgt.
  9. Spritzdüse gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spritzdüse im Bereich des Minimalquerschnitts (5) den tiefsten Shore-A Wert aufweist.
  10. Spritzdüse gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoplastische Material mindestens ein thermoplastisches Polymer enthält, wobei das thermoplastische Polymer ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Polyurethan, Polyolefin, Polyamid, Polyester, Polycarbonat, Polyacetat, und einem Homo- oder Copolymer, welches mindestens eine Monomereinheit M1 enthält, welche ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Olefin, insbesondere Ethylen, Propylen, Butylen, Isobutylen, chloriertem Ethylen, chlorsulfoniertem Ethylen, Vinylacetat, Vinylalkohol, Vinylchlorid (Meth)acrylat, (Meth)acrylsäure, Fumarsäure, Fumarsäureester, Maleinsäure, Maleinsäureester, Maleinsäureanhydrid, Styrol, Acrylonitril, Butadien, und Isobutadien.
  11. Spritzdüse gemäss einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoplastische Material mindestens ein thermoplastisches Polyurethan enthält.
  12. Spritzdüse gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spritzdüse Eindüsungskanäle (9), vorzugsweise im Bereich des Eintrittsbereichs (4), aufweist, um weitere Medien dem Beton beizumischen.
  13. Verwendung einer Spritzdüse gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, zum Aufbringen einer hydraulisch abbindenden Zusammensetzung, beispielsweise Spritzbeton oder Gips.
  14. Verwendung einer Spritzdüse gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, zum Aufbringen von Nassspritzbeton oder Trockenspritzbeton.
  15. Verfahren zum Herstellen einer Spritzdüse gemäss einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereiche mit den unterschiedlichen Shore-A Härten des Hohlkörpers (1) in einzelnen Schritten in eine Form gegossen werden und anschliessend erhitzt werden.
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