EP2150652B1 - Verfahren und vorrichtung zum ausschäumen von schotterbetten - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum ausschäumen von schotterbetten Download PDF

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EP2150652B1
EP2150652B1 EP08748898.7A EP08748898A EP2150652B1 EP 2150652 B1 EP2150652 B1 EP 2150652B1 EP 08748898 A EP08748898 A EP 08748898A EP 2150652 B1 EP2150652 B1 EP 2150652B1
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EP
European Patent Office
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ballast
reactive
mixing head
ballast bed
mixture
Prior art date
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EP08748898.7A
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English (en)
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EP2150652A1 (de
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Wolfgang Pawlik
Jürgen Wirth
Andreas Petersohn
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Hennecke GmbH
Original Assignee
Hennecke GmbH
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Publication date
Application filed by Hennecke GmbH filed Critical Hennecke GmbH
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B1/00—Ballastway; Other means for supporting the sleepers or the track; Drainage of the ballastway
    • E01B1/001—Track with ballast
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B27/00—Placing, renewing, working, cleaning, or taking-up the ballast, with or without concurrent work on the track; Devices therefor; Packing sleepers
    • E01B27/12—Packing sleepers, with or without concurrent work on the track; Compacting track-carrying ballast
    • E01B27/13—Packing sleepers, with or without concurrent work on the track
    • E01B27/16—Sleeper-tamping machines
    • E01B27/18—Sleeper-tamping machines by introducing additional fresh material under the sleepers, e.g. by the measured-shovel method, by the blowing method
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B2203/00—Devices for working the railway-superstructure
    • E01B2203/04—Cleaning or reconditioning ballast or ground beneath
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    • E01B2203/04—Cleaning or reconditioning ballast or ground beneath
    • E01B2203/047—Adding material, e.g. tar, glue, protective layers
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B2204/00—Characteristics of the track and its foundations
    • E01B2204/03—Injecting, mixing or spraying additives into or onto ballast or underground

Definitions

  • the invention relates to a method for partially or completely foaming the voids in the ballast of a ballast bed, under which a planum is arranged, with a reactive plastic in which the reactive components are metered to at least one high-pressure mixing head and mixed there and discharged from the high-pressure mixing head liquid Reactive mixture is applied free-flowing on the surface of the ballast tower. Furthermore, the invention relates to a device for foaming the cavities in the ballast of a ballast bed, under which a planum is arranged, with a reactive plastic.
  • the traditional railway path consists essentially of the so-called planum applied ballast bed, in which the sleepers, which may consist of wood, concrete or steel, are embedded and on which the rails are attached.
  • DD 86201 has set itself the task of causing a substantial increase in the lateral displacement resistances and proposes to strengthen the threshold compartments by metering hardened plastic resins in the spraying or pouring process, whereby the plastic is atomised or cast as a film , That is, this patent describes measures to improve the ballast bed stability against horizontal track forces, namely by gluing the ballast stones in the upper part of the ballast stand together.
  • the stability against horizontal track forces is to be improved by gluing the ballast scaffold located laterally outside the two rails "at most" to about the threshold lower edge at the points of contact.
  • the stability against vertical track forces is to be improved by partially or completely filling the cavities of the ballast structure in the area under the sleeper bearing, so that the stones are adhesively bonded to the surface.
  • the gluing at the points of contact of the ballast stones in the upper area of the ballast tower should be done by "raining or trickling".
  • the surface bonding of the ballast stones to the substrate should be done by "injecting" the binder.
  • EP 1 619 305 refers to foam lances to inject the reactive plastic into the ballast structure.
  • the reactive plastic is polyurethane.
  • a planum is the separating layer between the superstructure and the substructure of a track construction.
  • the superstructure consists of the track, the sleepers on which the track is fixed, and the ballast bed in which the sleepers are located.
  • ballast bed is a heap of gravel to understand.
  • the ballast bed is a ballast bed for track systems, i. that in the upper part of the ballast bed sleepers are arranged, on which in turn rails are attached.
  • the ballast is usually compacted in layers.
  • gravel of different grain sizes can be used. It is common, for example, the use of gravel with a grain size of 22.4 to 63 mm. If necessary, this can also be mixed with gravel with a particle size of 16 to 22 mm.
  • the gravel content of the ballast bed is to be understood in contrast to the cavities.
  • FIGS. 1 to 6 show an example of the solution for the described task. They illustrate a method for partially foaming the voids in the ballast of ballast beds with a reactive plastic, for example with polyurethane, wherein in the upper part of the ballast bed sleepers are arranged, on which in turn rails are attached.
  • a reactive plastic for example with polyurethane
  • the reactive components are metered to at least one high-pressure mixing head and mixed there and then applied the liquid reactive mixture through the high-pressure mixing head itself above the ballast bed on the ballast and allowed to flow through the ballast bed through to the subgrade under the ballast bed. Thereafter, the reactive mixture will foam and thereby rise.
  • the so-called start time for the reactive mixture is adjusted so that the foaming process essentially begins only when the reactive mixture has reached the level.
  • a high-pressure mixing head the components are sprayed via nozzles, which convert the pressure energy into flow energy, into a small mixing chamber in which they mix with each other due to their high kinetic energy.
  • the pressure of the components entering the nozzles is at an absolute pressure of more than 25 bar, preferably in a range between 30 and 300 bar.
  • the mixing chamber is cleaned mechanically after firing by means of a plunger.
  • mixing heads which are blown out with air.
  • the main advantage of the high-pressure mixing head is the fact that these mixing heads can be cleaned much better and without the use of solvents after each shot.
  • high-pressure mixing heads are one-, two- or three-stage mixing heads in question, all of which are self-cleaning. That is, in these types of mixing heads, the complete mixing and discharge system is mechanically cleaned by slide from reactive mixture, so that then no more complicated rinsing and cleaning operations are required.
  • the decision as to whether a one-, two- or three-slide mixing head is used depends on the degree of difficulty of the mixing task for the reactive mixture.
  • a squeegee mixing head is quite sufficient, for example the so-called “groove mixing head” well-known in the PUR (polyurethane) industry.
  • a two-slide mixing head e.g. the MT mixing head of the company Hennecke, required.
  • a three-slide mixing head e.g. the MX mixing head of the company Hennecke.
  • this high-quality mixing system there is a control valve for the mixing chamber area, a throttle slide for the throttle zone and a separate slide for the outlet area.
  • a high-pressure mixing head which has a separate outlet channel, and through which the reactive mixture can be discharged laminar and free of spatter.
  • Also essential for this new process is the process optimized set start time for the reactive mixture. For only in this way is it possible to apply the reactive mixture above the ballast bed to the ballast structure, to allow it to flow through the ballast bed to the ground under the ballast bed and then lather it and thereby allow it to rise.
  • the start time is preferably set via the amount of activator in the recipe.
  • a high proportion in the formulation causes a short start time, while a low proportion causes a long start time.
  • the process is particularly flexible when the activator is dosed individually, as it can react directly and flexibly to the other conditions (ballast bed height, grain size, temperature).
  • the usual activators in polyurethane chemistry generally known amine-containing or organometallic catalysts can be used as an activator.
  • low-emission or emission-free catalysts should be used which are not elouted by precipitation water.
  • catalysts which react with the precipitation water to give ecologically harmless products are particularly preferred.
  • the method is surprisingly simple in that, without lances immersed in the heap, it is possible to foam out defined areas in the heap which is limited only by free flow.
  • the starting time for the reactive mixture should be 3 to 30 seconds, preferably 4 to 20 seconds, particularly preferably 5 to 15 seconds.
  • the start time to be set is dependent on the mixture viscosity of the raw material system, the grain size and packing density of the ballast bed, but above all on the ballast bed height H , which may be 20 to 40 cm, but in curves may also be 70 to 80 cm.
  • the Schott temperature has an influence on the flow behavior and thus on the start time to be set.
  • the appropriate start time can easily be determined empirically by considering the resulting foam cone as a function of the selected start time.
  • Another variant consists in providing one of the main components with a basic activation or basic catalysis and mixing in only further catalyst or activator if necessary.
  • the activator in the desired amount in the Nach Schollmengenstrom one of the main components, preferably the polyol component, is metered and mixed.
  • the reactive plastic In a further process optimization, it is also possible to vary the size of the contact surface F between the planum and the reactive plastic and the rise height Z S of foaming within the ballast bed the reactive plastic, essentially by the mass M applied reactive mixture, consistency of the chemical or physical parameters, such as mixture viscosity, propellant and thus foam density provided.
  • the applied mass M results from the product of mass flow ⁇ per unit time and the metering time t D.
  • the mixture discharge at the outlet from the high pressure mixing head is as laminar as possible, so as to ensure a substantially aligned in the vertical direction, undisturbed flow through the reactive mixture through the ballast bed; because with a turbulent, spurting mixture discharge, the reactive mixture in the ballast would almost "run".
  • the mixing head type plays an important role, but also the speed at which the reactive mixture leaves the mixing head.
  • the permissible speeds for a laminar Gemischaustrag are very much dependent on the mixture viscosity. So with mixture viscosities over 1000 mPas are quite Exit speeds up to 10 m / s possible. For mixed viscosities below 500 mPas, however, only approx. 1 to 3 m / s are permissible.
  • the exit velocity from the outlet from the high pressure mixing head is adjusted so that a laminar flow of the reactive mixture is established at the outlet from the mixing head outlet.
  • An additional influencing factor for laminar mixture discharge is the distance d between the mixing head outlet and the ballast stand.
  • distances up to 50 cm are quite possible.
  • the distance should be only 0.5 to 10 cm.
  • the ballast stones are tempered in the ballast bed. This means that in winter at minus temperatures, the gravel stones are heated and cooled in the summer in extreme heat.
  • the optimum operating temperatures of the ballast stones are about 20 to 50 ° C, preferably at 25 to 40 ° C, more preferably at about 30 to 35 ° C.
  • ballast stones in the so-called load transfer cone below the thresholds, over which the track forces occurring by the driving operation in the planum, in their position, so that they no longer twisting and shifting, whereby a significant increase in the life of ballast beds is achieved.
  • each support of the railroad track on the threshold each 2 to 8 injection points not more than 40 cm away from this support of the railroad track on the threshold.
  • these injection points are located in each case half on both sides of the threshold.
  • the reaction mixture is injected exclusively in this area. It is better, however, if additional injection points are arranged over the entire threshold width, so as to minimize the total lateral resistance and the setting of the track due to the load. However, more than 24 injection points per threshold no longer make sense, since in this case the amount to be injected per injection point is so low that form no more suitable foam chimneys. Consequently, the reactive mixture should be injected per threshold at 4 to a maximum of 24 points and preferably at 8 to a maximum of 20 points.
  • this one mixing head a so-called “antler” (see FIGS. 3 and 4 ). It is a simple power split on several outlet pipes. However, the flow rate should be at least 0.5 m / s, so that the antler does not clog too fast. However, this "antler” is not self-cleaning and therefore needs to be replaced from time to time.
  • the solution which is certainly more expensive than the investment costs, consists of using two dosing units and two mixing heads, which discharge the reactive mixture simultaneously on both sides of the threshold (see FIGS. 5 and 6 ). Otherwise, however, this method has the advantage of unrestricted applicability. This means that this variant can also be used for highly reactive raw material systems.
  • the mixture is introduced along the threshold, ie substantially parallel to the longitudinal axis of the threshold (ie in the direction of the Y-axis in Fig. 8 ), and preferably substantially in a passage which is interrupted only briefly during the crossing of the rails. That is, interrupted in these phases, only the Gemischaustrag, but not the further transport of the mixing heads.
  • the mixture entry along the threshold, ie substantially parallel to the longitudinal axis of the threshold (ie in the direction of the Y-axis in Fig. 8 ).
  • the reaction mixture is preferably injected at regular intervals at at least 6 points per threshold side.
  • the reaction mixture is at each of the at least 6 positions along the Y-axis in Fig. 8 each entered first at a Y-position on both sides of the threshold, before the next position (on the Y-axis) is approached along the threshold.
  • the mixture entry along the threshold is a function of the distance (ie of Y in Fig. 8 ), so that the rise height Z S of the rising foam in the ballast tower a function of the distance (ie of Y in Fig. 8 ) is (see also FIGS. 7 and 8th ).
  • the adaptation of the metering time from step to step is the more sensible method.
  • ballast bed drainage consists in the center line of the ballast bed seen in the direction of travel, quasi form a watershed, ie that the maximum rise height Z Smax is at the threshold center and the troughs extend from the ballast bed center to the ballast bed sides .
  • the ballast bed ends at the time of foam entry at the lower end of the thresholds and can optionally be further filled then.
  • the reaction mixture can be entered immediately next to the threshold.
  • a self-cleaning high-pressure mixing head As a mixing head, a self-cleaning high-pressure mixing head, whether a one-, two- or three-slider mixing head, has the preference in any case. Although there are also air cleaned high-pressure mixing heads, the use of which would significantly reduce the benefits of the described method, especially in ecological terms.
  • the metering units for the two reaction components polyol and isocyanate must be suitable for applying absolute pressures of at least 25 bar, preferably from 30 to 300 bar.
  • the dosing unit for the activator is important in order to be able to react flexibly to the other conditions (ballast bed height, grain size, temperature).
  • the most flexible solution is to dose the activator individually into the mixing head.
  • An alternative is the seeding of the polyol stream with the activator, which is then injected via the polyol nozzle into the mixing chamber. In this case, however, the activator may only be injected during the firing time, as otherwise it accumulates undefined in the polyol container. Also conceivable is the seeding of the isocyanate stream with the activator.
  • the metering unit for the activator is usually a suitable metering pump.
  • a suitable metering pump other types of dosage are also conceivable.
  • the activator can also be metered into one of the reaction components by means of pre-pressure and a flexibly controllable, fast-switching valve.
  • the ballast bed is first produced from washed, dried and compacted ballast.
  • Either the dry ballast bed is then immediately foamed directly after the characterizing features of claim 1 according to the invention or it is temporarily covered to protect against rainfall in a suitable manner to keep it dry until the time of foaming.
  • simple, mobile wagons which consist in the simplest case only of a scaffold with cover and wheels, is conceivable.
  • the advantage of this variant is that the gravel can of course be dried much easier if it is not yet in the track bed. Otherwise, it is only possible with very great energetic effort to dry the ballast to Planum. It would be ideal if the foaming machine is arranged directly behind the machine, which generates the ballast bed, so that the dry ballast bed is always filled directly.
  • the handling devices are also associated with a sensor to position the mixing head. In this way it is possible to run the foaming process completely automatically.
  • the effluent from the high pressure mixing head is oriented substantially vertically (i.e., at a maximum angle of inclination to the vertical of 10 °) so that the reactive mixture is free to flow in the vertical direction as laminarly possible (i.e., avoiding splashing).
  • the spout from the high pressure mixing head is oriented substantially perpendicular to the direction of travel of the rail vehicle (i.e., at a maximum angle of inclination to the direction of travel of 10 ° to the direction of travel).
  • the rail vehicle has wheels, wherein the outlet from the high-pressure mixing head in the discharge direction from the high-pressure mixing head is at most 30 cm in front of the rearmost in the discharge direction of the wheels and particularly preferably in the discharge rearmost extent of the wheels even towers. Most preferably, the outlet from the high-pressure mixing head projects beyond the rearmost extent of the wheels in the discharge direction by up to 15 cm, particularly preferably by up to 10 cm. It is thereby achieved that the preferably laminar mixture discharge from the high-pressure mixing head impinges precisely on the ballast stand in order to ensure a substantially vertically aligned, undisturbed flow through the reactive mixture through the ballast bed. Because with a turbulent, spurting mixture discharge, the reactive mixture would spread far beyond the surface of the ballast structure and the reactive mixture in the ballast stand would almost "run".
  • FIG. 1 Polyurethane reactive components of storage containers via metering units (not shown in the diagram) are conveyed by means of connecting lines 2, 3 to a self-cleaning high-pressure mixing head 1 and mixed there. Subsequently, the liquid reactive mixture 4 above the ballast bed 5 is applied to the ballast structure 6 (ie, the ballast portion of the ballast bed) and allowed to flow through the ballast tower to the planum 7.
  • the ballast structure 6 ie, the ballast portion of the ballast bed
  • the mixture discharge is completely laminar and splash-free at a mixture viscosity of about 600 mPa sec and a discharge rate of about 3 m / s at a distance d of about 50 mm between ballast stand and mixing head outlet.
  • the ballast bed has in the in FIG. 2 shown example, a height H of about 30 cm.
  • the dosing time is about 2 sec.
  • the liquid reactive mixture has reached the planum and distributed on the surface 7 over an area F of about 350 cm 2 .
  • the chemical reaction of the polyurethane reactive mixture begins (see also FIG. 4 ). That is, the starting time for the polyurethane reactive mixture is also about 6 sec.
  • the chemical reaction produces propellant gas, through which the reactive mixture foams and rises through the ballast structure 6 in the ballast bed 5.
  • the rise height Z S of the foamed reactive plastic is about 25 cm. Approximately 30 seconds after the beginning of the reaction, the foaming process is completed and the reactive plastic hardens, forming a vent 9 of reactive plastic in the ballast of the ballast bed in the area of which ballast stones 8 are fixed in position and so can neither twist nor move.
  • FIG. 3 schematically shows a special application of the method according to the invention, namely the underfoaming of a threshold.
  • polyurethane reactive components of storage containers via a metering unit (not shown in the diagram) are conveyed by means of connecting lines 2, 3 to a self-cleaning high-pressure mixing head 1 and mixed there.
  • the high-pressure mixing head 1 is followed by a so-called antler 10, by means of which the liquid reactive mixture 4 is applied symmetrically to the vertical transverse axis 11 of the arranged in the upper part of the ballast bed 5 threshold 12 on the ballast structure 6.
  • the mixture entry takes place on both sides immediately adjacent to the threshold 12, in this case at the same time.
  • the lateral distance between the threshold and the mixture inflow into the ballast tower is approximately 20 mm on each side of the threshold in this example.
  • the liquid reactive mixture 4 is also applied in this application above the ballast bed 5 on the ballast tower 6 and allowed to flow through the ballast tower through to the planum 7.
  • the mixture entry is at a mixture viscosity of about 600 mPas and a discharge rate of about 3 m / s, at a distance d of about 50 mm between ballast 6 and the mixture outlet from the antlers 10 completely laminar and free of spatter.
  • the ballast bed also has a height H of about 30 cm in this example.
  • the dosing time is about 2 sec. After about 4 seconds, the liquid reactive mixture 4 has reached the planum 7 and on the planum on the in FIG. 4 shown area F of about 350 cm 2 distributed. After a further 2 seconds, the chemical reaction of the polyurethane reactive mixture begins (see also FIG. 4 ). That is, the starting time for the polyurethane reactive mixture is also about 6 sec.
  • the chemical reaction produces propellant gas, through which the reactive mixture foams and rises through the ballast structure 6 in the ballast bed 5.
  • the rise height Z S of the foamed reactive plastic is about 25 cm.
  • a vent 9 made of reactive plastic in the ballast structure of the ballast bed (see also FIG. 4 ) is formed, which extends into the lower part of the threshold 12 and fixes the ballast stones 8 in the so-called load transfer cone below the threshold 12 in their position and thus secures against rotation and displacement.
  • FIGS. 5 and 6 show a variant of the foaming of arranged in the upper part of ballast beds 5 sleepers 12.
  • foaming arranged in the upper part of ballast beds 5 sleepers 12.
  • the mixture discharge from the two high-pressure mixing heads 1a, 1b again takes place symmetrically to the vertical transverse axis 11 of the threshold 12, preferably at the same time.
  • the lateral distance between the threshold and the respective mixture inflow into the ballast tower is approx. 20 mm. Larger lateral distances of up to approx. 50 mm enable a considerably greater tolerance for the mixing head guidance system (see also FIG. 9 ) and are quite permissible.
  • the procedure is the same as already in the Figures 1 and 2 and 3 and 4 described.
  • the ballast bed height H is again 30 cm.
  • the dosing time is slightly longer in this example. It is about 2.5 sec. This changes the flow time for the liquid reactive mixture through the ballast tower to about 5 sec, but is still within the starting time of 6 sec.
  • the wetted with liquid reactive plastic surface F on the planum is accordingly also bigger, like in FIG. 6 is shown. It is now about 440 cm 2 . Also, the rise height Z S is larger. It now roughly corresponds to the ballast bed height of 30 cm.
  • FIG. 7 schematically shows a track section with a plurality of underfoamed thresholds 12a, 12b. This is particularly clear how the ballast stones are fixed within the load transfer areas below the thresholds 12a, 12b by the polyurethane plastic in position. These FIG. 7 However, it also shows that channels 13a, 13b form below the thresholds between the individual plastic channels 9a, 9b.
  • FIG. 8 With FIG. 7 Corresponds, is shown a solution in which the water drainage through the grooves 13a, 13b is favored.
  • FIG. 7 is the section A ⁇ A in FIG. 8 and FIG. 8 is the section B ⁇ B in FIG. 7 )
  • the channel 13b between the plastic channels 9a, 9b below the sleepers 12a, 12b are inclined transversely to the ballast bed 5 in this example. In this way, no possibly damaging backwash water can form in the free gravel areas above the plastic channels 9a, 9b.
  • the inclination angle is approximately 5 ° in the example shown.
  • the maximum possible angle of inclination in this example is essentially determined by the threshold length and the threshold thickness , because the maximum possible vertical height difference (Z Smax - Z Smin ) then corresponds approximately to the threshold thickness .
  • Z Smin must still be so high that at this point there is still a perfectly foamed load transfer cone below the threshold and Z Smax, in turn, should not significantly exceed the ballast bed height .
  • FIG. 9 schematically shows an inventive device 20 for partial foaming of the cavities in the ballast tower 6 of a ballast bed 5 with reactive plastic, eg with polyurethane.
  • a rail vehicle 21 with drive 22 container 23 and a double metering 24 are arranged for the reactive components. Furthermore, there is a three-coordinate Mischkopf exchangessystem 25 for a tandem mixing head system with two mixing heads 26 on the rail vehicle 21.
  • the connecting lines between containers, Doppeldosieraggregat and the mixing heads are not shown in this diagram.
  • the Y coordinate guidance is necessary to guide the mixing heads 26 along the thresholds 27.
  • the Z coordinate guidance is required in order to lift the mixing heads 26, on the one hand, over the rails 28, but, above all, to position them in the required distance to the ballast structure 6.
  • the mixing head guidance system is also assigned a sensor system 29, which transmits the threshold and rail positions to a superordinate control device 30 and controls the X, Y, Z movements of the mixing head guidance system 25.
  • control unit 30 When a threshold area has been completely filled, the control unit 30 gives an impulse to the drive 22 for the rail vehicle 21, so that the next threshold position is approached.
  • a temperature control unit 31 On the rail vehicle 21 and a temperature control unit 31 is arranged. About a - not shown in the diagram - temperature sensor, the temperature of the ballast stones is transmitted to the control unit 30, which in turn switches the temperature control unit 31 when needed.
  • the optimum temperature for the foaming process is around 30 ° C. In other words, in winter, the gravel must be heated and cooled in the summer heat.
  • the conditions (pressure, temperature, level) for the container 23 and the Doppeldosieraggregat 25 are monitored by means not shown in the diagram indicators and transmitted to the control unit 30, which either outputs a signal in a tolerance violation or initiates a corresponding measure (in the scheme, however not shown).
  • FIG. 9 also shows the preferred embodiment, in which the outlet from the high-pressure mixing head 26 in the discharge from the high-pressure mixing head (ie, substantially in the vertical direction) surmounted in the discharge rearmost extent of the wheels (ie, the contact point of wheels and rail 28). It is thereby achieved that the preferably laminar mixture discharge from the high-pressure mixing head impinges precisely on the ballast stand in order to ensure a substantially vertically aligned, undisturbed flow through the reactive mixture through the ballast bed.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum partiellen oder vollständigen Ausschäumen der Hohlräume in dem Schottergerüst eines Schotterbetts, unter dem ein Planum angeordnet ist, mit einem Reaktivkunststoff, bei dem die Reaktivkomponenten zu mindestens einem Hochdruckmischkopf dosierend gefördert und dort vermischt werden und das aus dem Hochdruckmischkopf ausgetragene flüssige Reaktivgemisch frei fließend auf die Oberfläche des Schottergerüstes aufgetragen wird. Des weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Ausschäumen der Hohlräume in dem Schottergerüst eines Schotterbetts, unter dem ein Planum angeordnet ist, mit einem Reaktivkunststoff.
  • Der traditionelle Schienenweg besteht im wesentlichen aus dem auf einem so genannten Planum aufgebrachten Schotterbett, in welchem die Schwellen, die aus Holz, Beton oder Stahl bestehen können, eingebettet sind und auf denen die Schienen befestigt sind.
  • Ein großes Problem dieser an sich bewährten Technologie jedoch ist der Verschleiß des Schotterbetts durch den Fahrbetrieb. Dabei ist unter Verschleiß das allmähliche Zermahlen der Schottersteine durch die enormen dynamischen horizontalen und vertikalen Gleiskräfte zu verstehen. Dieses Zermahlen entsteht im wesentlichen dadurch, dass die Schottersteine sich drehen und gegeneinander verschieben können, wobei durch die dabei entstehenden extremen Pressungen Partikel aus den Schottersteinen ausbrechen.
  • Dieser Verschleiß des Schotterbetts führt letztendlich zu Gleisverwerfungen und zu Unebenheiten im Schienenweg, die durch aufwendige und kostspielige Reparaturmaßnahmen beseitigt werden müssen. Die Reparaturen erfolgen dabei durch Nachstopfen von Schottersteinen unter das Gleisrost und erneutes Verdichten der nachgestopften Schottersteine.
  • Mit diesem gesamten Themenkomplex haben sich diverse Erfinder beschäftigt.
  • So hat sich die DD 86201 die Aufgabe gestellt, eine wesentliche Erhöhung der Seitenverschiebewiderstände zu bewirken und schlägt vor, die Schwellenfächer zu verfestigen, indem härtende Plasteharze im Sprüh- oder Gießverfahren dosiert auf die Strecke aufgebracht werden, wobei der Kunststoff verdüst oder als Film vergossen wird. Das heißt, dieses Patent beschreibt Maßnahmen zur Verbesserung der Schotterbettstabilität gegenüber horizontalen Gleiskräften, indem nämlich die Schottersteine im oberen Bereich des Schottergerüstes miteinander verklebt werden.
  • Maßnahmen zur Verbesserung der Stabilität gegenüber vertikalen Gleiskräften werden in diesem Patent jedoch nicht beschrieben.
  • Maßnahmen zur Verbesserung der Schotterbettstabilität gegen horizontale und vertikale Gleiskräfte werden dagegen in der DE-OS 20 63 727 vorgeschlagen. Auch in dieser Offenlegungsschrift sollen die einzelnen Steine des Schottergerüstes durch ein Bindemittel verklebt werden, um so ein Verdrehen und Verschieben der Schottersteine zu unterbinden.
  • Dabei werden jedoch zwei Methoden unterschieden:
  • Die Stabilität gegen horizontale Gleiskräfte soll dadurch verbessert werden, dass das seitlich außerhalb der beiden Schienen liegende Schottergerüst "allenfalls" bis etwa Schwellenunterkante, an den Berührungsstellen verklebt wird.
  • Die Stabilität gegen vertikale Gleiskräfte soll dadurch verbessert werden, dass die Hohlräume des Schottergerüstes im Bereich unter der Schwellenauflagerung teilweise oder ganz bis auf den Untergrund gefüllt und dadurch die Steine flächig verklebt werden.
  • Das Verkleben an den Berührungsstellen der Schottersteine im Oberbereich des Schottergerüstes soll dabei durch "Verregnen oder Verrieseln" erfolgen.
  • Das flächige Verkleben der Schottersteine bis zum Untergrund soll durch "Injizieren" des Bindemittels erfolgen.
  • Möglicherweise haben sich die Erfinder der Anmeldungen DE-OS 24 48 978 , US-A-3 942 448 sowie EP-A-1 619 305 von dem Hinweis in der DE-OS 20 63 727 , den Reaktivkunststoff in das Schottergerüst zu injizieren, leiten lassen. Denn sowohl die DE-OS 24 48 978 als auch die US-A-3 942 448 beschreiben spezielle Ausführungsformen von Injektionslanzen.
  • Aber auch die EP 1 619 305 verweist auf Schaumlanzen, um den Reaktivkunststoff ins Schottergerüst zu injizieren.
  • Ja sogar die DE-OS 23 05 536 , die sich eigentlich das Heben von Gleisen als Reparaturmaßnahme zur Aufgabe gemacht hat, beschreibt eine spezielle Füllsonde zum Injizieren von Reaktivkunststoff unter den Kreuzungspunkt zwischen Schiene und Schwelle.
  • Diese in der zitierten Literatur beschriebenen Füllsonden, Schaumlanzen oder sonstige Vorrichtungen zum Injizieren von flüssigem Reaktivkunststoff in das Schottergerüst von Schotterbetten haben jedoch alle das gleiche Problem:
  • Sie neigen zum Verstopfen durch den Reaktivkunststoff und müssen nach jeder Injektion mit Lösungsmittel, zumindest aber mit Wasser gespült und anschließend mit Luft trocken geblasen werden, eine Maßnahme, die in der heutigen Zeit ökologisch nicht mehr akzeptabel ist. Aber auch der Zeitaufwand zum Reinigen der Injektionsvorrichtungen und der dabei nicht zu vermeidende Rohstoffverlust sind auch ökonomisch völlig indiskutabel.
  • Es bestand somit die Aufgabe, für das an sich bekannte und durchaus sinnvolle Ausschäumen der Hohlräume in dem Schottergerüst eines Schotterbetts mit Reaktivkunststoff, wie in der DE-OS 20 63 727 beschrieben, um das Verdrehen und Verschieben der Schottersteine in dem Schottergerüst zu verhindern und um dadurch eine wesentliche Erhöhung der Lebensdauer von Schotterbetten zu bewirken, ein geeignetes Verfahren und eine geeignete Vorrichtung zu entwickeln, bei denen jedoch die Reinhaltung des Misch- und Austragssystems für das Reaktivgemisch ökologisch einwandfrei und ohne Rohstoffverluste durchführbar ist.
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum partiellen oder vollständigen Ausschäumen der Hohlräume in dem Schottergerüst eines Schotterbetts, unter dem ein Planum angeordnet ist, mit einem Reaktivkunststoff, bei dem
    1. a) die Reaktivkomponenten zu mindestens einem Hochdruckmischkopf dosierend gefördert und dort vermischt werden und
    2. b) das aus dem Hochdruckmischkopf ausgetragene flüssige Reaktivgemisch frei fließend auf die Oberfläche des Schottergerüstes aufgetragen wird,
      dadurch gekennzeichnet, dass
    3. c) das flüssige Reaktivgemisch durch das Schotterbett hindurch bis zum Planum durchfließen gelassen wird, und
    4. d) anschießend das Reaktivgemisch aufschäumen und dadurch aufsteigen gelassen wird, indem
    5. e) die Startzeit für das Reaktivgemisch so eingestellt wird, dass der Schäumprozess im wesentlichen erst dann beginnt, wenn das Reaktivgemisch das Planum erreicht hat.
  • Bevorzugt handelt es sich bei dem Reaktivkunststoff um Polyurethan.
  • Ein Planum ist die Trennschicht zwischen dem Oberbau und dem Unterbau eines Gleisaufbaus. Der Oberbau besteht dabei in der Regel aus dem Gleis, den Schwellen, auf denen das Gleis befestigt ist, sowie dem Schotterbett, in dem die Schwellen liegen.
  • Mit Unterbau wird dabei die Gesamtheit der Konstruktionen bezeichnet, welche die Kräfte des Oberbaus aufnehmen und ins Erdreich abführen.
  • Um die Tragfähigkeit des Unterbaus dauerhaft zu gewährleisten, ist es häufig notwendig zwischen Unterbau und Oberbau zusätzliche Schutzschichten einzubringen.
  • Diese kann als Tragschicht dienen, welche die Lasten besser auf den Untergrund verteilt, als Frostschutzschicht, speziell, wenn der Untergrund aus einem frostempfindlichen Boden besteht, sowie als Filter- und Trennschicht, welche eine Vermischung des Schotters mit dem Unterbau verhindert sowie als Abdeckung mit geringer Wasserdurchlässigkeit, um wasserempfindliche Böden vor dem Oberflächenwasser zu schützen.
  • Weitere Ausführungen zum Planum finden sich im "Handbuch Gleis", 2. Auflage 2004, ISBN 3-87814-804-6 aus dem Tetzlaff Verlag auf den Seiten 193-196.
  • Unter einem Schotterbett ist ein Haufwerk von Schottersteinen zu verstehen. Bevorzugt handelt es sich bei dem Schotterbett um ein Schotterbett für Gleisanlagen, d.h. dass im oberen Bereich des Schotterbetts Schwellen angeordnet sind, auf denen wiederum Schienen befestigt sind. Um eine hohe Lagerungsdichte und Verspannung des Schotters zu erzielen, wird der Schotter in der Regel lagenweise verdichtet.
  • Dabei können Schotter unterschiedlicher Körnungen eingesetzt werden. Üblich ist z.B. der Einsatz von Schotter mit einer Körnung von 22,4 bis 63 mm. Dieser kann ggf. auch gemischt werden mit Schotter der Körnung von 16 bis 22 mm.
  • Näheres über die eingesetzten Schotterkörnungen in Gleisbetten findet sich im "Handbuch Gleis", 2. Auflage 2004, ISBN 3-87814-804-6 aus dem Tetzlaff Verlag auf den Seiten 173-175.
  • Unter einem Schottergerüst ist der Schotteranteil des Schotterbettes in Abgrenzung zu den Hohlräumen zu verstehen.
  • Die Figuren 1 bis 6 zeigen beispielhaft die Lösung für die beschriebene Aufgabenstellung. Sie veranschaulichen ein Verfahren zum partiellen Ausschäumen der Hohlräume in dem Schottergerüst von Schotterbetten mit einem Reaktivkunststoff, z.B. mit Polyurethan, wobei im oberen Bereich des Schotterbetts Schwellen angeordnet sind, auf denen wiederum Schienen befestigt sind.
  • Dabei werden die Reaktivkomponenten zu mindestens einem Hochdruckmischkopf dosiert gefördert und dort vermischt und anschließend das flüssige Reaktivgemisch durch den Hochdruckmischkopf selbst oberhalb des Schotterbetts auf das Schottergerüst aufgetragen und durch das Schotterbett hindurch bis zum Planum unter dem Schotterbett durchfließen gelassen. Danach wird das Reaktivgemisch aufschäumen und dadurch aufsteigen gelassen. Um diesen Vorgang zu bewirken, wird die so genannte Startzeit für das Reaktivgemisch so eingestellt, dass der Schäumprozess im wesentlichen erst dann beginnt, wenn das Reaktivgemisch das Planum erreicht hat.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die in der Aufgabenstellung beschriebenen Kriterien zum partiellen Ausschäumen der Hohlräume in dem Schottergerüst von Schotterbetten mit einem Reaktivkunststoff, z.B. Polyurethan, um das Verdrehen und Verschieben der Schottersteine im Schottergerüst zu verhindern, voll und ganz erfüllt. Wesentlich dabei ist, dass ein Hochdruckmischkopf für die Vermischung der Reaktivkomponenten verwendet wird.
  • In einem Hochdruckmischkopf werden die Komponenten über Düsen, welche die Druckenergie in Strömungsenergie umwandeln, in eine kleine Mischkammer verdüst, in der sie sich aufgrund ihrer hohen kinetischen Energie miteinander vermischen. Der Druck der Komponenten beim Eintritt in die Düsen liegt dabei bei einem absoluten Druck von über 25 bar, bevorzugt in einem Bereich zwischen 30 bis 300 bar. In der Regel wird die Mischkammer nach Schussende mechanisch mittels eines Stößels gereinigt. Es gibt aber auch Mischköpfe, die mit Luft ausgeblasen werden. Der wesentliche Vorteil des Hochdruckmischkopfes ist darin zu sehen, dass diese Mischköpfe wesentlich besser und ohne Einsatz von Lösungsmitteln nach jedem Schuss gereinigt werden können.
  • Als Hochdruckmischköpfe kommen Ein-, Zwei- oder auch Dreischiebermischköpfe in Frage, die alle selbstreinigend sind. Das heißt, bei diesen Mischkopfbauarten wird das komplette Misch- und Auslaufsystem durch Schieber mechanisch von Reaktivgemisch gereinigt, so dass anschließend keinerlei aufwendige Spül- und Reinigungsvorgänge mehr erforderlich sind.
  • Die Entscheidung, ob ein Ein-, Zwei- oder Dreischiebermischkopf zum Einsatz kommt, hängt vom Schwierigkeitsgrad der Mischaufgabe für das Reaktivgemisch ab.
  • Bei einem leicht zu vermischenden Rohstoffsystem reicht durchaus ein Einschiebermischkopf, zum Beispiel der in der PUR- (Polyurethan)-Branche allseits bekannte so genannte "Nutenmischkopf".
  • Für schwierigere Mischaufgaben ist ein Zweischieber-Mischkopf, z.B. der MT-Mischkopf der Fa. Hennecke, erforderlich.
  • Für sehr schwierig zu vermischende Rohstoffsysteme sollte es ein Dreischieber-Mischkopf sein, z.B. der MX-Mischkopf der Fa. Hennecke. Bei diesem hochwertigen Mischsystem gibt es einen Steuerschieber für den Mischkammerbereich, einen Drosselschieber für die Drosselzone und einen separaten Schieber für den Auslaufbereich.
  • Mit einem solchen Mischkopf sind nicht nur exzellente Mischungen möglich, auch der Gemischaustrag ist durch den separaten Auslaufkanal völlig laminar und spritzfrei.
  • Daher wird bevorzugt ein Hochdruckmischkopf eingesetzt, der einen separaten Auslaufkanal aufweist, und durch den das Reaktivgemisch laminar und spritzfrei ausgetragen werden kann.
  • Weiterhin wesentlich für dieses neue Verfahren ist die Prozess optimiert eingestellte Startzeit für das Reaktivgemisch. Denn nur so ist es möglich, das Reaktivgemisch oberhalb des Schotterbetts auf das Schottergerüst aufzutragen, durch das Schotterbett zum Planum unter dem Schotterbett hindurchfließen zu lassen und anschließend aufschäumen und dadurch aufsteigen zu lassen.
  • Die Startzeit wird bevorzugt über die Menge des Aktivators in der Rezeptur eingestellt. Ein hoher Anteil in der Rezeptur bewirkt eine kurze Startzeit, während ein niedriger Anteil eine lange Startzeit bewirkt. Besonders flexibel ist das Verfahren, wenn der Aktivator einzeln dosiert wird, da dadurch direkt und flexibel auf die sonstigen Gegebenheiten (Schotterbetthöhe, Körnung, Temperatur) reagiert werden kann.
  • Dabei können als Aktivator prinzipiell die in der PU-Chemie üblichen, allgemein bekannten aminhaltigen oder metallorganischen Katalysatoren eingesetzt werden. Bevorzugt sollten jedoch emissionsarme bzw. emissionsfreie Katalysatoren eingesetzt werden, welche nicht durch Niederschlagswasser eloiert werden. Besonders bevorzugt werden solche Katalysatoren eingesetzt, die mit dem Niederschlagswasser zu ökologisch unbedenklichen Produkten reagieren.
  • Durch diese Maßnahmen gelingt es, das PUR-Reaktivgemisch so durch das Schotterbett fließen und darin aufschäumen zu lassen, dass der Lastabtragungskegel unterhalb der Schwellen komplett ausgeschäumt wird, ohne dass nennenswerte Schaumanteile in die angrenzenden Bereiche fließen, was wiederum ein ganz wesentliches Kriterium für die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens ist.
  • Mit diesem neuen, überraschend einfachen Verfahren ist somit ein ökologisch völlig unbedenklicher Prozess möglich, der aber auch ökonomisch große Vorteile bietet, da hierbei durch den Misch- und Austragsvorgang keinerlei Rohstoffverluste vorkommen.
  • Überraschend einfach ist das Verfahren insofern, als dass es ohne in das Haufwerk eintauchende Lanzen gelingt, definierte Bereiche in dem nur nach unten begrenzten Haufwerk durch freies Fließen auszuschäumen.
  • Die Startzeit für das Reaktivgemisch sollte 3 bis 30 sec, bevorzugt 4 bis 20 sec, besonders bevorzugt 5 bis 15 sec betragen. Dabei ist die einzustellende Startzeit abhängig von der Gemischviskosität des Rohrstoffsystems, der Körnung und der Packungsdichte des Schotterbetts, vor allem aber von der Schotterbetthöhe H, die 20 bis 40 cm, in Kurven aber auch 70 bis 80 cm betragen kann. Außerdem hat auch die Schottertemperatur Einfluss auf das Fließverhalten und damit auf die einzustellende Startzeit. Die geeignete Startzeit lässt sich leicht empirisch ermitteln, indem der sich ergebende Schäumkegel in Abhängigkeit von der gewählten Startzeit betrachtet wird.
  • Um diesem Zusammenhang Rechnung zu tragen, ist es, wie bereits erwähnt vorteilhaft, den die Startzeit bestimmenden Katalysator bzw. Aktivator separat zu dosieren und dem System beizumischen. Dabei sind verschiedene Varianten möglich, die direkte Einmischung in die Mischkammer oder die Einmischung in die Zuleitung einer der Reaktivhauptkomponenten, Polyol oder Isocyanat.
  • Eine weitere Variante besteht darin, eine der Hauptkomponenten mit einer Grundaktivierung bzw. Grundkatalyse zu versehen und nur bei Bedarf weiteren Katalysator bzw. Aktivator zuzumischen.
  • Etwas weniger flexibel, aber dafür sehr kostengünstig ist die Variante, bei der der Aktivator in der gewünschten Menge in den Nachfüllmengenstrom einer der Hauptkomponenten, bevorzugt der Polyolkomponente, dosiert und eingemischt wird.
  • Grundsätzlich ist aber natürlich auch der Einsatz fertiger Formulierungen denkbar, bei denen der Katalysator bzw. Aktivator bereits einer der Hauptkomponenten, bevorzugt der Polyolkomponente, beigemischt ist, vorausgesetzt, die Formulierungen sind lagerstabil.
  • In einer weiteren Verfahrensoptimierung ist es auch möglich, die Größe der Kontaktfläche F zwischen dem Planum und dem Reaktivkunststoff sowie die Steighöhe ZS des innerhalb des Schotterbetts aufschäumen den Reaktivkunststoffs zu variieren, und zwar im wesentlichen durch die Masse M an aufgetragenem Reaktivgemisch, Konstanz der chemischen bzw. physikalischen Parameter, wie z.B. Gemischviskosität, Treibmittel und damit Schaumstoffdichte vorausgesetzt. Die aufgetragene Masse M wiederum ergibt sich aus dem Produkt von Massestrom ṁ pro Zeiteinheit und der Dosierzeit tD.
  • Für einen optimalen Prozessablauf ist es auch sehr wichtig, dass der Gemischaustrag am Austritt aus dem Hochdruckmischkopf möglichst laminar ist, um so ein im Wesentlichen in vertikaler Richtung ausgerichtetes, ungestörtes Durchfließen des Reaktivgemischs durch das Schotterbett zu gewährleisten; denn bei einem turbulenten, spritzenden Gemischaustrag würde sich das Reaktivgemisch im Schottergerüst geradezu "verlaufen". Dabei spielt die Mischkopfbauart, wie schon erwähnt, eine wichtige Rolle, aber auch die Geschwindigkeit, mit der das Reaktivgemisch aus dem Mischkopf austritt. Die für einen laminaren Gemischaustrag zulässigen Geschwindigkeiten sind ganz entscheidend von der Gemischviskosität abhängig. So sind bei Gemischviskositäten über 1000 mPas durchaus Austrittsgeschwindigkeiten bis 10 m/s möglich. Bei Gemischviskositäten unter 500 mPas sind jedoch nur ca. 1 bis 3 m/s zulässig.
  • Bevorzugt wird die Austrittsgeschwindigkeit aus dem Auslauf aus dem Hochdruckmischkopf so eingestellt, dass sich eine laminare Strömung des Reaktivgemisches am Austritt aus dem Mischkopfauslauf einstellt.
  • Eine zusätzliche Einflussgröße für laminaren Gemischaustrag ist auch die Distanz d zwischen Mischkopfauslauf und Schottergerüst. Bei optimalen Bedingungen, wie z.B. Einsatz eines Dreischiebermischkopfes sowie Gemischaustrittsgeschwindigkeiten von ca. 2 bis 5 m/s und Gemischviskositäten in der Größenordnung von 500 bis 1000 mPas, sind Distanzen bis zu 50 cm durchaus möglich.
  • Bevorzugt sollte die Distanz jedoch lediglich 0,5 bis 10 cm betragen.
  • In der weiteren Ausgestaltung dieses neuen Verfahrens werden die Schottersteine im Schotterbett temperiert. Das heißt, im Winter bei Minustemperaturen werden die Schottersteine erwärmt und im Hochsommer bei extremer Hitze gekühlt.
  • Das ist vorteilhaft, denn auf diese Weise ist es möglich, nahezu konstante Prozessbedingungen, wie z.B. konstante Viskosität des Reaktivgemischs sowie Konstanz in der Reaktionskinetik zu erhalten. Die optimalen Betriebstemperaturen der Schottersteine liegen bei ca. 20 bis 50 °C, bevorzugt bei 25 bis 40 °C, besonders bevorzugt bei ca. 30 bis 35 °C.
  • Eine besonders wichtige Anwendung dieses neuen Verfahrens ist das Unterschäumen von im oberen Bereich des Schotterbetts eingebetteten Schwellen, auf denen wiederum Schienen befestigt sind (siehe auch Figuren 3, 4, 5 und 6).
  • Auf diese Weise ist es möglich, die Schottersteine im so genannten Lastabtragungskegel unterhalb der Schwellen, über den die durch den Fahrbetrieb auftretenden Gleiskräfte in das Planum eingeleitet werden, in ihrer Lage zu fixieren, so dass sie sich nicht mehr verdrehen und verschieben können, wodurch eine erhebliche Erhöhung der Lebensdauer von Schotterbetten erreicht wird.
  • Das Unterschäumen der Schwellen geschieht nun dadurch, dass das Reaktivgemisch beidseitig, unmittelbar neben den Schwellen und zwar bevorzugt zeitgleich auf das Schottergerüst aufgetragen wird.
  • Vorteilhaft ist dabei, wenn zumindest zwei Injektionspunkte in der Nähe jedes Auflagers des Gleises auf der Schwelle angeordnet sind, da ausgehend von diesen Punkten die Last über die Schwelle und das Schotterbett ins Erdreich abgeführt wird. In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sollten je Auflager des Gleisstranges auf der Schwelle jeweils 2 bis 8 Injektionspunkte nicht weiter als 40 cm von diesem Auflager des Gleisstranges auf der Schwelle entfernt sein. Bevorzugt befinden sich diese Injektionspunkte jeweils zur Hälfte auf beiden Seiten der Schwelle.
  • In einem hinsichtlich des Rohstoffeinsatzes optimierten Prozess ist es sogar denkbar, dass das Reaktionsgemisch ausschließlich in diesem Bereich injiziert wird. Besser ist es allerdings, wenn zusätzliche Injektionspunkte über die gesamte Schwellenbreite angeordnet sind, um so insgesamt die Querverschiebewiderstände und das Setzen des Gleises aufgrund der Belastung zu minimieren. Dabei sind jedoch mehr als 24 Injektionspunkte je Schwelle nicht mehr sinnvoll, da in diesem Fall die einzutragende Menge je Injektionspunkt so gering wird, dass sich keine geeigneten Schaumschlote mehr ausbilden. Folglich sollte das Reaktivgemisch je Schwelle an 4 bis maximal 24 Punkten und bevorzugt an 8 bis maximal 20 Punkten injiziert werden.
  • Wenn nur ein Dosieraggregat und nur ein Mischkopf zur Verfügung stehen, besteht die Möglichkeit, diesem einen Mischkopf ein so genanntes "Geweih" (siehe Figuren 3 und 4) nachzuordnen. Dabei handelt es sich um eine einfache Stromteilung auf mehrere Auslaufrohre. Dabei sollte die Strömungsgeschwindigkeit jedoch mindestens 0,5 m/s betragen, damit sich das Geweih nicht zu schnell zusetzt. Dieses "Geweih" ist jedoch nicht selbstreinigend und muss deshalb von Zeit zu Zeit ausgetauscht werden.
  • Die Standzeit für ein solches Geweih ist abhängig von der Reaktivität des Reaktivgemischs. Diese Methode ist somit nur für niedrig reaktive Rohstoffsysteme praktikabel.
  • Dabei kann ein solches "Geweih" ein preiswerter Wegwerfartikel aus Kunststoff sein. Bei einem "Geweih" aus Metall besteht die Möglichkeit, dieses nach jedem Gebrauch auszubrennen, so dass es dann erneut verwendet werden kann.
  • Die von den Investitionskosten sicherlich teurere Lösung besteht darin, zwei Dosieraggregate und zwei Mischköpfe zu verwenden, die das Reaktivgemisch zeitgleich zu beiden Seiten der Schwelle austragen (siehe Figuren 5 und 6). Ansonsten hat diese Methode jedoch den Vorteil der uneingeschränkten Anwendbarkeit. Das heißt, diese Variante ist auch für höchst reaktive Rohstoffsysteme einsetzbar.
  • In der weiteren Ausgestaltung dieses Verfahrens erfolgt der Gemischeintrag entlang der Schwelle, d.h. im Wesentlichen parallel zur Längsachse der Schwelle (d.h. in Richtung der Y-Achse in Fig. 8), und bevorzugt im wesentlichen in einem Durchgang, der nur während des Überquerens der Schienen jeweils kurzzeitig unterbrochen wird. Das heißt, unterbrochen wird in diesen Phasen nur der Gemischaustrag, aber nicht der Weitertransport der Mischköpfe.
  • Wenn nur ein Dosieraggregat und nur ein Mischkopf zur Verfügung stehen, ist es auch möglich, den Gemischeintrag entlang der Schwelle, d.h. im Wesentlichen parallel zur Längsachse der Schwelle (d.h. in Richtung der Y-Achse in Fig. 8) durchzuführen. Dabei wird das Reaktionsgemisch bevorzugt in gleichmäßigen Abständen an mindestens 6 Punkten je Schwellenseite injiziert. Bevorzugt wird das Reaktionsgemisch dabei an jeder der mindestes 6 Positionen entlang der Y-Achse in Fig. 8 jeweils zunächst an einer Y-Position auf beiden Seiten der Schwelle eingetragen, bevor die nächste Position (auf der Y-Achse) entlang der Schwelle angefahren wird.
  • Diese Vorgehensweise ist insbesondere dann möglich, wenn der Zeitablauf für beide zur Längsachse der Schwelle jeweils spiegelbildlichen Gemischeinträge und zwar jeweils bis auf das Planum innerhalb der Startzeit des Reaktivgemischs liegt.
  • Diese Verfahrensvariante ist von den Investitionskosten bezüglich des Anlagenaufwands zwar preisgünstiger als der Anlagenaufwand bei zwei Mischköpfen, bezüglich der Produktionskosten, d.h. im wesentlichen bezüglich der Produktionszeiten jedoch deutlich ungünstiger.
  • In der weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist der Gemischeintrag entlang der Schwelle (kg Reaktivgemisch / cm Wegstrecke) eine Funktion der Wegstrecke (d.h. von Y in Fig. 8), so dass auch die Steighöhe ZS des im Schottergerüst aufsteigenden Schaums eine Funktion der Wegstrecke (d.h. von Y in Fig. 8) ist (siehe hierzu auch Figuren 7 und 8).
  • Um dieses zu bewirken, gibt es prinzipiell zwei Möglichkeiten. Zum einen ist es denkbar, insbesondere bei der Variante mit zeitgleichem Gemischeintrag beiderseits der Schwelle, bei konstantem Mischkopfvorschub, den Gemischaustrag pro Zeiteinheit zu verändern. Einfacher ist es jedoch, bei konstantem Gemischaustrag die Mischkopfvorschubgeschwindigkeit zu verändern.
  • Bei der Variante mit alternierendem Gemischeintrag entlang der Schwelle, ist jedoch die Anpassung der Dosierzeit von Schritt zu Schritt die sinnvollere Methode.
  • Diese Verfahrensvariante (Steighöhe ZS = f(Y), d.h. Funktion der Wegstrecke parallel zur Längsachse der Schwelle) ermöglicht es, wie in den Figuren 7 und 8 dargestellt, dass ZS von einer zur anderen Seite des Schotterbetts stetig ansteigt, wobei die Steigung ca. 2° bis 10°, bevorzugt 3° bis 8°, besonders bevorzugt 4° bis 6° beträgt. Das bewirkt, dass auch ZR dementsprechend von der einen zur anderen Seite des Schotterbetts ansteigt (siehe wiederum Figuren 7 und 8). ZR = f(Y) ist nämlich die Schnittlinie, die sich zwischen zwei Schaumbergen bei benachbarten Schwellen bildet. Durch die Neigung dieser sich zwischen den Schaumbergen bildenden Rinnen ist es somit möglich, die sich über den Schaumbergen befindenden freien Schotterzonen zu entwässern, so dass keinerlei schädliche Staunässe im gesamten Schotterbett entstehen kann.
  • Eine Variante zur Schotterbett-Entwässerung besteht darin, die Mittellinie des Schotterbetts in Fahrtrichtung gesehen, quasi als Wasserscheide auszubilden, d.h. dass die maximale Steighöhe ZSmax sich in der Schwellenmitte befindet und sich die Abflussrinnen von der Schotterbettmitte zu den Schotterbettseiten erstrecken.
  • Das ermöglicht ein doppelt starkes Gefälle. Ein solch erhöhtes Gefälle bewirkt nicht nur eine verbesserte Entwässerung, es liefert auch eine größere Toleranzbreite bezüglich örtlicher Neigungswinkelschwankungen, die sich durch Steighöhentoleranzen der Kunststoffschlote durchaus ergeben können.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens endet das Schotterbett zum Zeitpunkt des Schaumeintrags am unteren Ende der Schwellen und kann ggf. anschließend weiter aufgefüllt werden. In diesem Fall kann das Reaktionsgemisch unmittelbar neben der Schwelle eingetragen werden. Dadurch lässt sich noch gezielter nur der Lastabtragungskegel ausschäumen, wodurch sich der Rohstoffverbrauch etwas reduzieren lässt, was sich natürlich positiv auf die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens auswirkt.
  • Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Ausschäumen der Hohlräume in dem Schottergerüst eines Schotterbetts, unter dem ein Planum angeordnet ist, mit einem Reaktivkunststoff, umfassend
    1. a) ein Schienenfahrzeug, und
    2. b) mindestens ein auf dem Schienenfahrzeug angeordnetes Dosieraggregat zur Dosierung einer polyolhaltigen Reaktivkomponente, das über Leitungen mit den zugehörigen Behältern für die Polyolkomponente hydraulisch verbunden ist, und
    3. c) mindestens ein auf dem Schienenfahrzeug angeordnetes Dosieraggregat zur Dosierung einer Isocyanatkomponente, das über Leitungen mit den zugehörigen Behältern für die Isocyanatkomponente verbunden ist, und
    4. d) mindestens einen Hochdruckmischkopf, der über Leitungen mit den Dosieraggregaten für die polyolhaltige Reaktivkomponente und für die Isocyanatkomponente hydraulisch verbunden ist sowie
    5. e) mindestens ein Dosieraggregat für einen Aktivator bzw. Katalysator, welches über Leitungen mit dem Dosieraggregat bzw. dem zugehörigen Behälter für eine der Reaktivkomponenten oder direkt mit dem Hochdruckmischkopf hydraulisch verbunden ist.
  • Als Mischkopf hat ein sich selbstreinigender Hochdruckmischkopf, ob als Ein-, Zwei- oder Dreischiebermischkopf auf jeden Fall die Präferenz. Es gibt zwar auch Luft gereinigte Hochdruckmischköpfe, deren Verwendung die Vorzüge des beschriebenen Verfahrens doch erheblich reduzieren würde, insbesondere in ökologischer Hinsicht.
  • Zur Versorgung des Hochdruckmischkopfs mit den Reaktivkomponenten müssen die Dosieraggregate für die beiden Reaktionskomponenten Polyol und Isocyanat geeignet sein, absolute Drücke von mindestens 25 bar, bevorzugt von 30 bis 300 bar aufzubringen.
  • Das Dosieraggregat für den Aktivator ist wichtig, um flexibel auf die sonstigen Gegebenheiten (Schotterbetthöhe, Körnung, Temperatur) reagieren zu können. Die flexibelste Lösung besteht darin, den Aktivator einzeln in den Mischkopf zu dosieren. Eine Alternative stellt das Impfen des Polyolstroms mit dem Aktivator dar, welcher dann über die Polyoldüse in die Mischkammer injiziert wird. Hierbei darf der Aktivator aber nur während der Schusszeit injiziert werden, da er sich sonst undefiniert im Polyolbehälter anreichert. Denkbar ist auch das Impfen des Isocyanatstroms mit dem Aktivator.
  • Eine günstigere und in aller Regel ebenso praktikable Lösung ist das Dosieren des Aktivators in einen dosierten Nachfüllstrom einer der Reaktionskomponenten. Auf diese Weise steht ein Batchansatz mit der geeigneten Aktivierung zur Verfügung. Diese Variante ist natürlich etwas weniger flexibel, da die Aktivierung dabei nicht von Schuss zu Schuss geändert werden kann. Da sich die sonstigen Gegebenheiten wie Temperatur, Schotterbetthöhe oder die Körnung jedoch auch in der Regel nicht schlagartig ändern, stellt dies ggf. dennoch eine praktikable Lösung dar.
  • Bei dem Dosieraggregat für den Aktivator handelt es sich in der Regel um eine geeignete Dosierpumpe. Denkbar sind aber auch andere Arten der Dosierung. Zum Beispiel könnte der Aktivator auch mittels Vordruck und einem flexibel ansteuerbarem, schnell schaltendem Ventil in eine der Reaktionskomponenten dosiert werden.
  • Um die Vorrichtung zu jeder Jahreszeit benutzen zu können, ist es erforderlich, dass auf dem Schienenfahrzeug auch Aggregate zum Temperieren des Schotterbetts angeordnet sind. Um nämlich für den Schäumprozess die optimalen Temperaturen von ca. 15 °C bis 35 °C zu haben, ist es notwendig in der kalten Jahreszeit das Schotterbett dementsprechend zu erwärmen und an heißen Sommertagen zu kühlen.
  • Genauso wichtig für den Schäumprozess ist es auch, das Schotterbett zu trocknen, denn Wasser reagiert mit Isocyanat, so dass bei einem feuchten Schotterbett der Schäumprozess völlig unkontrolliert ablaufen würde.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird deshalb zunächst das Schotterbett aus gewaschenem, getrocknetem und verdichtetem Schotter erzeugt. Entweder wird das trockene Schotterbett dann unmittelbar im Anschluss entsprechend den erfindungsgemäßen Kennzeichen aus Anspruch 1 direkt ausgeschäumt oder es wird zwischenzeitlich zum Schutz vor Niederschlagswasser in geeigneter Weise abgedeckt, um es bis zum Zeitpunkt des Ausschäumens trocken zu halten. Zu diesem Zweck ist es z.B. möglich, eine Plane über das trockene Schotterbett zu legen. Aber auch der Einsatz einfacher, mobiler Waggons, die im einfachsten Fall nur aus einem Gerüst mit Abdeckung sowie Rädern bestehen, ist denkbar. Der Vorteil dieser Variante besteht darin, dass der Schotter natürlich wesentlich leichter getrocknet werden kann, wenn er noch nicht im Gleisbett liegt. Ansonsten ist es nur mit sehr großem energetischen Aufwand möglich, den Schotter bis zum Planum zu trocknen. Ideal wäre es, wenn die Schäummaschine direkt hinter der Maschine angeordnet ist, welche das Schotterbett erzeugt, so dass das trockene Schotterbett stets direkt ausgeschäumt wird.
  • Vorteilhaft ist es auch, wenn auf dem Schienenfahrzeug Handhabungsgeräte zum Führen des mindestens einen Mischkopfs zur Verfügung stehen, da selbstreinigende Mischköpfe relativ schwer sein können. So kann das Gewicht eines solchen Mischkopfs 10 kg, aber durchaus auch 50 kg betragen.
  • In der weiteren Ausgestaltung dieser Vorrichtung ist den Handhabungsgeräten auch eine Sensorik zugeordnet, um den Mischkopf zu positionieren. Auf diese Weise ist es möglich, den Ausschäumprozess völlig automatisch ablaufen zu lassen.
  • Bevorzugt ist der Auslauf aus dem Hochdruckmischkopf im Wesentlichen in vertikaler Richtung ausgerichtet (d.h. mit einem maximalen Neigungswinkel gegen die Vertikale von 10°), so dass das Reaktivgemisch möglichst laminar (d.h. unter Vermeidung von Spritzen) frei fließend in vertikaler Richtung ausgetragen werden kann. Anders ausgedrückt ist der Auslauf aus dem Hochdruckmischkopf im Wesentlichen senkrecht zur Fahrtrichtung des Schienenfahrzeugs (d.h. mit einem maximalen Neigungswinkel gegen die Senkrechte zur Fahrtrichtung von 10°), ausgerichtet.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung weist das Schienenfahrzeug Räder auf, wobei der Auslauf aus dem Hochdruckmischkopf in Austragsrichtung aus dem Hochdruckmischkopf maximal 30 cm vor der in Austragsrichtung hintersten Ausdehnung der Räder liegt und besonders bevorzugt die in Austragsrichtung hinterste Ausdehnung der Räder sogar überragt. Ganz besonders bevorzugt überragt der Auslauf aus dem Hochdruckmischkopf die in Austragsrichtung hinterste Ausdehnung der Räder um bis 15 cm, insbesondere bevorzugt um bis zu 10 cm. Dadurch wird erreicht, dass der bevorzugt laminare Gemischaustrag aus dem Hochdruckmischkopf zielgenau auf dem Schottergerüst auftrifft, um so ein im Wesentlichen in vertikaler Richtung ausgerichtetes, ungestörtes Durchfließen des Reaktivgemischs durch das Schotterbett zu gewährleisten. Denn bei einem turbulenten, spritzenden Gemischaustrag würde das Reaktivgemisch weit über die Oberfläche des Schottergerüstes verteilen und sich das Reaktivgemisch im Schottergerüst geradezu "verlaufen".
  • Die Erfindung wird anhand der folgenden Schemata näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • Figur 1 und Figur 2
    schematisch den prinzipiellen Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens,
    Figur 3 und Figur 4
    schematisch das Unterschäumen einer Schwelle mit einem Hochdruckmischkopf mit nachgeschaltetem Geweih,
    Figur 5 und Figur 6
    schematisch das Unterschäumen einer Schwelle mit einem Tandem-Mischkopfsystem,
    Figur 7
    schematisch einen Gleisabschnitt mit mehreren unterschäumten Schwellen im Schnitt A ÷ A (korrespondierend mit Figur 8),
    Figur 8
    schematisch ein Schotterbett im Schnitt B ÷ B (korrespondierend zu Figur 7), und
    Figur 9
    schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum partiellen Ausschäumen der Hohlräume im Schottergerüst eines Schotterbetts mit Reaktivkunststoff, z.B. mit Polyurethan.
  • In Figur 1 werden Polyurethan-Reaktivkomponenten von Vorratsbehältern über Dosieraggregate (im Schema nicht dargestellt) mittels Verbindungsleitungen 2, 3 zu einem selbstreinigenden Hochdruckmischkopf 1 gefördert und dort vermischt. Anschließend wird das flüssige Reaktivgemisch 4 oberhalb des Schotterbetts 5 auf das Schottergerüst 6 (d.h. den Schotteranteil des Schotterbettes) aufgetragen und durch das Schottergerüst hindurch bis zum Planum 7 fließen gelassen.
  • Der Gemischaustrag ist bei einer Gemischviskosität von ca. 600 mPa sec und einer Austragsgeschwindigkeit von ca. 3 m/s bei einer Distanz d von ca. 50 mm zwischen Schottergerüst und Mischkopfauslauf völlig laminar und spritzfrei.
  • Das Schotterbett hat in dem in Figur 2 gezeigten Beispiel eine Höhe H von ca. 30 cm. Die Dosierzeit beträgt ca. 2 sec. Nach ca. 4 Sekunden hat das flüssige Reaktivgemisch das Planum erreicht und sich auf dem Planum 7 über eine Fläche F von ca. 350 cm2 verteilt. Nach weiteren ca. 2 sec beginnt die chemische Reaktion des Polyurethan-Reaktivgemischs (siehe auch Figur 4). Das heißt, die Startzeit für das Polyurethan-Reaktivgemisch beträgt ebenfalls ca. 6 sec. Durch die chemische Reaktion entsteht Treibgas, durch welches das Reaktivgemisch aufschäumt und durch das Schottergerüst 6 im Schotterbett 5 aufsteigt.
  • Die Steighöhe ZS des aufgeschäumten Reaktivkunststoffs beträgt ca. 25 cm. Ca. 30 sec nach Reaktionsbeginn ist der Schäumprozess beendet und der Reaktivkunststoff härtet aus, wodurch sich im Schottergerüst des Schotterbetts ein Schlot 9 aus Reaktivkunststoff bildet in dessen Bereich die Schottersteine 8 in ihrer Lage fixiert sind und sich so weder verdrehen noch verschieben können.
  • Figur 3 zeigt schematisch eine spezielle Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens, nämlich das Unterschäumen einer Schwelle. Dabei werden Polyurethan-Reaktivkomponenten von Vorratsbehältern über ein Dosieraggregat (im Schema nicht dargestellt) mittels Verbindungsleitungen 2, 3 zu einem selbstreinigenden Hochdruckmischkopf 1 gefördert und dort vermischt. Dem Hochdruckmischkopf 1 ist ein so genanntes Geweih 10 nachgeordnet, mit dessen Hilfe das flüssige Reaktivgemisch 4 symmetrisch zur vertikalen Querachse 11 der im oberen Bereich des Schotterbetts 5 angeordneten Schwelle 12 auf das Schottergerüst 6 aufgetragen wird. Der Gemischeintrag erfolgt beidseitig unmittelbar neben der Schwelle 12, und zwar in diesem Fall zeitgleich. Der seitliche Abstand zwischen der Schwelle und der Gemischeinströmung in das Schottergerüst beträgt in diesem Beispiel auf jeder Seite der Schwelle ca. 20 mm.
  • Das flüssige Reaktivgemisch 4 wird auch bei dieser Anwendung oberhalb des Schotterbetts 5 auf das Schottergerüst 6 aufgetragen und durch das Schottergerüst hindurch bis zum Planum 7 fließen gelassen.
  • Der Gemischeintrag ist bei einer Gemischviskosität von ca. 600 mPas und einer Austragsgeschwindigkeit von ca. 3 m/s, bei einer Distanz d von ca. 50 mm zwischen Schottergerüst 6 und dem Gemischauslauf aus dem Geweih 10 völlig laminar und spritzfrei.
  • Das Schotterbett hat auch in diesem Beispiel eine Höhe H von ca. 30 cm.
  • Die Dosierzeit beträgt ca. 2 sec. Nach ca. 4 Sekunden hat das flüssige Reaktivgemisch 4 das Planum 7 erreicht und sich auf dem Planum über die in Figur 4 gezeigte Fläche F von ca. 350 cm2 verteilt. Nach weiteren ca. 2 sec beginnt die chemische Reaktion des Polyurethan-Reaktivgemischs (siehe auch Figur 4). Das heißt, die Startzeit für das Polyurethan-Reaktivgemisch beträgt ebenfalls ca. 6 sec.
  • Durch die chemische Reaktion entsteht Treibgas, durch welches das Reaktivgemisch aufschäumt und durch das Schottergerüst 6 im Schotterbett 5 aufsteigt. Die Steighöhe ZS des aufgeschäumten Reaktivkunststoffs beträgt ca. 25 cm.
  • Nach insgesamt ca. 30 sec nach Reaktionsbeginn ist der Schäumprozess beendet und der Reaktivkunststoff härtet aus, wodurch im Schottergerüst des Schotterbetts ein Schlot 9 aus Reaktivkunststoff (siehe auch Figur 4) entsteht, der bis in den unteren Bereich der Schwelle 12 reicht und die Schottersteine 8 in dem so genannten Lastabtragungskegel unterhalb der Schwelle 12 in ihrer Lage fixiert und sie so gegen Verdrehen und Verschieben sichert.
  • Auf diese Weise werden die Kantenpressungen zwischen den Schottersteinen, in Folge der durch den Fahrbetrieb in das Schotterbett eingeleiteten Kräfte, reduziert und dadurch wiederum ein Zermahlen der Schottersteine verhindert, so dass die Lebensdauer von Schotterbetten wesentlich erhöht wird.
  • Die Figuren 5 und 6 zeigen eine Variante des Unterschäumens von im oberen Bereich von Schotterbetten 5 angeordneten Schwellen 12. Hierbei werden ebenfalls Polyurethan-Reaktivkomponenten von Vorratsbehältern, jedoch in diesem Fall über zwei Dosieraggregate (im Schema nicht dargestellt), zu zwei Hochdruckmischköpfen 1a, 1b gefördert und dort vermischt.
  • Der Gemischaustrag aus den beiden Hochdruckmischköpfen 1a, 1b erfolgt wiederum symmetrisch zur vertikalen Querachse 11 der Schwelle 12 und zwar bevorzugt zeitgleich. Der seitliche Abstand zwischen der Schwelle und der jeweiligen Gemischeinströmung ins Schottergerüst beträgt ca. 20 mm. Größere seitliche Abstände bis ca. 50 mm ermöglichen eine wesentlich größere Toleranz für das Mischkopfführungssystem (siehe auch Figur 9) und sind durchaus zulässig. Der Verfahrensablauf ist der gleiche wie bereits in den Figuren 1 und 2 sowie 3 und 4 beschrieben. Auch die Schotterbetthöhe H beträgt wiederum 30 cm.
  • Die Dosierzeit jedoch ist in diesem Beispiel etwas länger. Sie beträgt ca. 2,5 sec. Dadurch ändert sich die Durchlaufzeit für das flüssige Reaktivgemisch durch das Schottergerüst auf ca. 5 sec, liegt aber immer noch innerhalb der Startzeit von 6 sec. Die mit flüssigem Reaktivkunststoff benetzte Fläche F auf dem Planum wird dementsprechend ebenfalls größer, wie in Figur 6 dargestellt ist. Sie beträgt nun ca. 440 cm2. Auch die Steighöhe ZS wird größer. Sie entspricht nun in etwa der Schotterbetthöhe von 30 cm.
  • Figur 7 zeigt schematisch einen Gleisabschnitt mit mehreren unterschäumten Schwellen 12a, 12b. Hierbei wird besonders deutlich, wie die Schottersteine innerhalb der Lastabtragungsbereiche unterhalb der Schwellen 12a, 12b durch den Polyurethankunststoff in ihrer Lage fixiert sind. Diese Figur 7 zeigt aber auch, dass sich zwischen den einzelnen Kunststoffschloten 9a, 9b unterhalb der Schwellen Rinnen 13a, 13b bilden.
  • In Figur 8, die mit Figur 7 korrespondiert, wird ist eine Lösung dargestellt, bei der der Wasserabfluss über die Rinnen 13a, 13b begünstigt wird.
  • (Figur 7 ist der Schnitt A ÷ A in Figur 8 und Figur 8 ist der Schnitt B ÷ B in Figur 7)
  • Die Rinne 13b zwischen den Kunststoffschloten 9a, 9b unterhalb der Schwellen 12a, 12b sind in diesem Beispiel quer zum Schotterbett 5 geneigt. Auf diese Weise kann sich in den freien Schotterbereichen oberhalb der Kunststoffschlote 9a, 9b kein ggf. schädliches Stauwasser bilden.
  • Der Neigungswinkel beträgt in dem dargestellten Beispiel ca. 5°. Der maximal mögliche Neigungswinkel wird bei diesem Beispiel im wesentlichen bestimmt durch die Schwellenlänge und die Schwellendicke, denn die maximal mögliche Steighöhendifferenz (ZSmax - ZSmin) entspricht dann in etwa der Schwellendicke. ZSmin muss nämlich auf jeden Fall noch so hoch sein, dass sich an dieser Stelle noch ein einwandfrei ausgeschäumter Lastabtragungskegel unter der Schwelle befindet und ZSmax wiederum sollte die Schotterbetthöhe nicht wesentlich überschreiten.
  • Da (ZSmax - ZSmin) in etwa proportional zu (ZRmax - ZRmin) ist, ergibt sich auch für die Entwässerungsrinnen ein entsprechender Neigungswinkel.
  • Figur 9 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung 20 zum partiellen Ausschäumen der Hohlräume im Schottergerüst 6 eines Schotterbetts 5 mit Reaktivkunststoff, z.B. mit Polyurethan.
  • Auf einem Schienenfahrzeug 21 mit Antrieb 22 sind Behälter 23 und ein Doppeldosieraggregat 24 für die Reaktivkomponenten angeordnet. Des Weiteren befindet sich ein Dreikoordinaten-Mischkopfführungssystem 25 für ein Tandemmischkopfsystem mit zwei Mischköpfen 26 auf dem Schienenfahrzeug 21. Die Verbindungsleitungen zwischen Behältern, Doppeldosieraggregat und den Mischköpfen sind in diesem Schema nicht dargestellt.
  • Die Y-Koordinatenführung ist notwendig, um die Mischköpfe 26 an den Schwellen 27 entlang zu führen.
  • Die Z-Koordinatenführung ist erforderlich, um die Mischköpfe 26 einerseits über die Schienen 28 zu heben, vor allem aber, um sie in die erforderliche Distanz zum Schottergerüst 6 zu positionieren.
  • Da der Schienenstrang nicht nur gerade verläuft, sondern auch Kurven beinhaltet, ist auch eine X-Koordinatenführung notwendig.
  • Um einen automatischen Betrieb zu ermöglichen, ist dem Mischkopfführungssystem auch eine Sensorik 29 zugeordnet, welche einem übergeordneten Regelgerät 30 die Schwellen- und Schienenpositionen übermittelt und die X-, Y-, Z-Bewegungen des Mischkopfführungssystems 25 regelt.
  • Um das zu bewirken, führen Impulsleitungen (dargestellt durch unterbrochene Linien) von der Sensorik 29 zum Regelgerät 30 und von diesem zum Mischkopfführungssystem 25.
  • Wenn ein Schwellenbereich fertig ausgeschäumt ist, gibt das Regelgerät 30 einen Impuls zum Antrieb 22 für das Schienenfahrzeug 21, so dass die nächste Schwellenposition angefahren wird.
  • Auf dem Schienenfahrzeug 21 ist auch ein Temperiergerät 31 angeordnet. Über einen - im Schema nicht dargestellten - Temperatursensor wird die Temperatur der Schottersteine dem Regelgerät 30 übermittelt, welches wiederum bei Bedarf das Temperiergerät 31 zuschaltet. Die optimale Temperatur für den Schäumprozess liegt bei ca. 30 °C. Das heißt, im Winter müssen die Schottersteine erwärmt und bei großer Sommerhitze gekühlt werden.
  • Auch die Konditionen (Druck, Temperatur, Füllstand) für die Behälter 23 und für das Doppeldosieraggregat 25 werden mittels im Schema nicht dargestellter Indikatoren überwacht und dem Regelgerät 30 übermittelt, welches bei einer Toleranzüberschreitung entweder ein Signal abgibt oder eine entsprechende Maßnahme einleitet (im Schema allerdings nicht dargestellt).
  • Figur 9 zeigt ebenfalls die bevorzugte Ausführungsform, bei der der Auslauf aus dem Hochdruckmischkopf 26 in Austragsrichtung aus dem Hochdruckmischkopf (d.h. im Wesentlichen in vertikaler Richtung) die in Austragsrichtung hinterste Ausdehnung der Räder (d.h. den Berührungspunkt von Rädern und Schiene 28) überragt. Dadurch wird erreicht, dass der bevorzugt laminare Gemischaustrag aus dem Hochdruckmischkopf zielgenau auf dem Schottergerüst auftrifft, um so ein im Wesentlichen in vertikaler Richtung ausgerichtetes, ungestörtes Durchfließen des Reaktivgemischs durch das Schotterbett zu gewährleisten.

Claims (15)

  1. Verfahren zum partiellen oder vollständigen Ausschäumen der Hohlräume in dem Schottergerüst eines Schotterbetts, unter dem ein Planum (7) angeordnet ist, mit einem Reaktivkunststoff, bei dem
    a) die Reaktivkomponenten zu mindestens einem Hochdruckmischkopf (1, 26) dosierend gefördert und dort vermischt werden und
    b) das aus dem Hochdruckmischkopf ausgetragene flüssige Reaktivgemisch (4) frei fließend auf die Oberfläche des Schottergerüstes (6) aufgetragen wird,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    c) das flüssige Reaktivgemisch durch das Schotterbett (5) hindurch bis zum Planum (7) durchfließen gelassen wird, und
    d) anschließend das Reaktivgemisch aufschäumen und dadurch aufsteigen gelassen wird, indem
    e) die Startzeit für das Reaktivgemisch (4) so eingestellt wird, dass der Schäumprozess im wesentlichen erst dann beginnt, wenn das Reaktivgemisch das Planum (7) erreicht hat.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Startzeit für das Reaktivgemisch 3 bis 30 sec beträgt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Startzeit durch einen Katalysator oder Aktivator bestimmt wird, der separat in den Hochdruckmischkopf eindosiert und eingemischt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Startzeit durch einen Katalysator oder Aktivator bestimmt wird, der separat in den Dosierstrom einer der Hauptkomponenten eingeimpft wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Startzeit durch einen Katalysator oder Aktivator bestimmt wird, der separat in den Nachfüllmengenstrom einer der Reaktivkomponenten dosiert und eingemischt wird, wobei diese Reaktivmischung dann einem Arbeitsbehälter zugeführt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktivgemisch mit einer Geschwindigkeit von 0,5 bis 10 m/s, bevorzugt von 1 bis 8 m/s, besonders bevorzugt mit 2 bis 5 m/s aus dem mindestens einen Hochdruckmischkopf austritt.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Distanz d zwischen dem mindestens einen Hochdruckmischkopf und dem Schottergerüst maximal 50 cm, bevorzugt maximal 30 cm, besonders bevorzugt maximal 10 cm beträgt.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schottersteine im Schotterbett temperiert werden.
  9. Vorrichtung (20) zum Ausschäumen der Hohlräume in dem Schottergerüst (6) eines Schotterbetts (5), unter dem ein Planum (7) angeordnet ist, mit einem Reaktivkunststoff, umfassend
    a) ein Schienenfahrzeug (21), und
    b) mindestens ein auf dem Schienenfahrzeug angeordnetes Dosieraggregat (24) zur Dosierung einer polyolhaltigen Reaktivkomponente, das über Leitungen mit den zugehörigen Behältern (23) für die Polyolkomponente hydraulisch verbunden ist, und
    c) mindestens ein auf dem Schienenfahrzeug angeordnetes Dosieraggregat zur Dosierung einer Isocyanatkomponente, das über Leitungen mit den zugehörigen Behältern für die Isocyanatkomponente verbunden ist, und
    d) mindestens einen Hochdruckmischkopf (26), der über Leitungen mit den Dosieraggregaten für die polyolhaltige Reaktivkomponente und für die Isocyanatkomponente hydraulisch verbunden ist sowie
    e) mindestens ein Dosieraggregat für einen Aktivator bzw. Katalysator, welches über Leitungen mit dem Dosieraggregat bzw. dem zugehörigen Behälter für eine der Reaktivkomponenten oder direkt mit dem Hochdruckmischkopf hydraulisch verbunden ist.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Schienenfahrzeug ein Arbeitsbehälter, enthaltend eine Mischung aus Polyol und dem Aktivator bzw. Katalysator vorhanden ist, und dass dieser Arbeitsbehälter über Leitungen mit einem weiteren Dosieraggregat für eine Polyolkomponente und mit Vorratsbehältern für die Polyolkomponente sowie mit dem Dosieraggergat und einem Vorratsbehälter für den Aktivator hydraulisch verbunden ist, wobei zwischen den Dosieraggregaten und dem Arbeitsbehälter eine Mischvorrichtung für das Einmischen des Aktivators bzw. Katalysators in den Polyolstrom vorhanden ist.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Schienenfahrzeug auch Aggregate (31) zum Temperieren des Schotterbetts angeordnet sind.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Schienenfahrzeug auch Aggregate zum Trocknen des Schotterbetts angeordnet sind.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Schienenfahrzeug auch Handhabungsgeräte (25) zum Führen des mindestens einen Hochdruckmischkopfs angeordnet sind.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass den Handhabungsgeräten (25) auch eine Sensorik (29) zum Erfassen der Positionen von auf dem Schotterbett angeordneten Schwellen (27) oder Schienen (28) zugeordnet ist.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Schienenfahrzeug Räder aufweist, wobei der Auslauf aus dem Hochdruckmischkopf in Austragsrichtung aus dem Hochdruckmischkopf maximal 30 cm vor der in Austragsrichtung hintersten Ausdehnung der Räder liegt und bevorzugt die in Austragsrichtung hinterste Ausdehnung der Rädern sogar überragt.
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