Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine Mischeinrichtung zur Zudosierung eines

Zusatzmittels in ein pumpfähiges Gemischs, insbesondere ein pumpfähiges hydraulisch abbindendes Gemisch, im besonderen in eine flüssige

Spritzbetonzusammensetzung, wobei die Mischeinrichtung eine Förderleitung zur Förderung des Gemischs durch die Mischeinrichtung aufweist, und eine mit der Förderleitung kommunizierende Dosiervorrichtung zum Einbringen des Zusatzmittels in das Gemisch angeordnet ist. Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung einer derartigen Mischvorrichtung sowie ein Verfahren zum Zudosieren eines Zusatzmittels in ein pumpfähiges Gemisch.

Stand der Technik

Das Zudosieren bzw. Zumischen von kleinen Mengen eines Stoffes, z.B. eines Zusatzmittels in ein pumpfähiges Gemisch, tritt bei vielen Anwendungen auf. Eine gute Durchmischung ist, insbesondere bei heterogenen Gemischen mit Feststoffanteilen, jedoch oftmals schwierig zu erreichen. Üblicherweise eingesetzte statische Mischer, können durch die Feststoffanteile verstopfen und durch Abrasion rasch beschädigt oder gar zerstört werden.

Problematisch ist insbesondere die Zudosierung von Zusatzmitteln in hydraulisch abbindende Gemische, welche üblicherweise einen relativ hohen Feststoffanteil aus Sand, Kies und Zement aufweisen. Besonders

anspruchsvoll ist das Zumischen von Zusatzmitteln bei der Verarbeitung von Spritzbeton. Vor dem Spritzen durchströmt der Spritzbeton mit hoher

Geschwindigkeit eine Förderleitung mit aufgesetzter Spritzdüse. Notwendige Rezepturbestandteile, wie z.B. Wasser (bei Trockenspritzbeton), Druckluft und Zusatzmittel (z.B. Erstarrungsbeschleuniger) werden üblicherweise erst unmittelbar vor der Spritzdüse zudosiert. Die nun fertig zubereitete

Spritzbetonmischung schiesst anschliessend unter hohem Druck auf die Aufragstelle und verdichtet sich dabei so stark, dass im Wesentlichen sofort eine fertig verdichtete Betonstruktur entsteht. Entsprechend werden für die Spritzbetonverarbeitung besonders effiziente und robuste Mischvorrichtungen benötigt.

Die EP 1 570 908 A1 (Sika Technology AG) offenbart diesbezüglich z.B. eine Spritzbetondüse zum Aufbringen von Nassspritzbeton oder

Trockenspritzbeton. Die Düse verfügt über eine Vielzahl von seitlichen Kanälen zum Einbringen von Zusatzmitteln in den Spritzbeton.

In der DE 31 14 027 A1 (Aliva AG) ist des Weiteren eine Vorrichtung zum Auftragen von Spritzbeton mit einer Spritzdüse im Nassspritzverfahren beschrieben. Die Spritzdüse verfügt dabei über einen seitlichen Anschluss mit einem Dosierer, welcher zum Zumischen von speziellen

Erstarrungsbeschleunigern in den Spritzbeton dient. Optional kann ein Teil des

Erstarrungsbeschleunigers stromaufwärts in einer Abblaskammer zusammen mit Druckluft dem Spritzbeton zugegeben werden.

Wie sich gezeigt hat, wird mit den aus dem Stand der Technik bekannten Mischvorrichtungen jedoch üblicherweise eine relativ hohe Menge an

Zusatzmittel benötigt, um eine ausreichend gleichmässige Verteilung und Wirkung im Spritzbeton zu erreichen. Dies beeinträchtigt die Wirtschaftlichkeit und belastet die Umwelt unnötigerweise. Es besteht daher nach wie vor Bedarf nach einem verbesserten Verfahren und einer effektiveren Mischvorrichtung zur Zudosierung eines Zusatzmittels in ein pumpfähiges Gemisch,

insbesondere in Spritzbetonzusammensetzungen.

Darstellung der Erfindung Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine dem eingangs

genannten technischen Gebiet zugehörige Mischeinrichtung bereit zu stellen, welche eine effektivere Vermischung eines zuzudosierenden Zusatzmittels in ein pumpfähiges Gemisch, insbesondere in ein pumpfähiges hydraulisch abbindendes Gemisch, im Besonderen in eine flüssige

Spritzbetonzusammensetzung, ermöglicht. Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein entsprechendes Verfahren bereitzustellen. Die Aufgabe im Hinblick auf die Mischeinnchtung wird erfindungsgemäss durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Demnach verfügt die Dosiervorrichtung über eine Vorrichtung zum Dispergieren des Zusatzmittels in einem

Trägermedium, so dass das Zusatzmittel im Trägermedium fein verteilt vorliegend in das Gemisch einbringbar ist.

Die Aufgabe bezüglich des Verfahrens wird entsprechend durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 15 gelöst, wonach beim Zudosieren eines Zusatzmittels in ein pumpfähiges Gemisch das Zusatzmittel in einem

Trägermedium dispergiert und anschliessend in das pumpfähige Gemisch eingebracht wird.

Weitere Aspekte der Erfindung sind Gegenstand weiterer unabhängiger Ansprüche. Besonders bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Unter einem pumpfähigen Gemisch wird im folgenden Zusammenhang insbesondere ein fliessfähiges und/oder schüttfähiges Gemisch aus

wenigstens zwei unterschiedlichen Komponenten verstanden. Das Gemisch kann grundsätzlich gasförmige, flüssige und/oder feste Komponenten aufweisen. Insbesondere enthält das Gemisch ein Gemenge aus mehreren unterschiedlichen Feststoffen, welche optional mit einer Flüssigkeit vermischt sind. Besonders bevorzugt ist das Gemisch ein hydraulisch abbindendes Gemisch, zum Beispiel eine Trockenbetonzusammensetzung umfassend Gesteinskörnungen und Zement, oder eine Nassbetonzusammensetzung, enthaltend Gesteinskörnungen, Zement und Wasser. Im Besonderen liegt als Gemisch eine flüssige Spritzbetonzusammensetzung vor.

Das Trägermedium ist insbesondere eine Flüssigkeit und/oder ein Gas. Das Trägermedium kann z.B. eine wässrige Flüssigkeit, z.B. Wasser, sein.

Besonders bevorzugt ist das Trägermedium ein Gas, insbesondere Pressluft oder Druckluft. Das Trägermedium wird insbesondere so gewählt, dass das Zusatzmittel nicht im Trägermedium lösbar ist.

Der Ausdruck„das Zusatzmittel im Trägermedium fein verteilt vorliegend" bedeutet insbesondere, dass das Zusatzmittel als disperse Phase im Trägermedium als Dispersionsmedium vorliegt. Entsprechende Vorrichtungen und Verfahren zum Dispergieren des Zusatzmittels im Trägermedium sind dem Fachmann grundsätzlich bekannt. Je nach Anwendung sind beispielsweise Rührwerke, welche speziell für Dispergierverfahren ausgelegt sind, oder Zerstäuber geeignet. Die Vorrichtung zum Dispergieren des Zusatzmittels im Trägermedium oder ein Zerstäuber ist dabei insbesondere derart ausgebildet, dass ein in flüssiger Form vorliegendes Zusatzmittel in feine Tröpfchen zerteilt werden kann.

Unter einer„Förderleitung" wird in diesem Dokument grundsätzlich eine Vorrichtung zum Transport von Gasen, Flüssigkeiten und/oder Feststoffen verstanden. Die Förderleitung ist dabei insbesondere zum Transport von hydraulisch abbindendenden Gemischen, bevorzugt Spritzbetonzusammensetzungen, ausgelegt. Ein Innendurchmesser der Förderleitung beträgt mit Vorteil wenigstens 10 mm. Bevorzugt liegt der Innendurchmesser der

Fördeleitung im Bereich von 20 - 300 mm, insbesondere 30 - 100 mm.

Vorteilhaft umfasst die Förderleitung einen Rohrabschnitt mit einem

kreiszylindrischen Querschnitt.

Gegenüber bekannten Vorrichtungen nach dem Stand der Technik wurde überraschenderweise gefunden, dass mit der erfindungsgemässen

Mischeinrichtung bzw. dem erfindungsgemässen Verfahren eine homogenere Verteilung des Zusatzmittels im pumpfähigen Gemisch erreicht werden kann. Dies dürfte darauf zurückzuführen zu sein, dass die im Trägermedium fein verteilten Zusatzmittel effektiver und gleichmässiger im pumpfähigen Gemisch verteilen lassen.

Darüber hinaus wurde im Speziellen festgestellt, dass sich durch die

Mischeinrichtung insbesondere beim Zudosieren von Zusatzmitteln zu

Betonzusammensetzungen die Menge an Zusatzmittel bei gleichbleibender Wirkung signifikant reduzieren lässt. Beim Zudosieren von

Erstarrungsbeschleunigern zu Spritzbetonmischungen unter Verwendung von Pressluft oder Druckluft als Trägermedium, konnte die zugegebene Menge bei wenigstens gleichbleibender Wirkung des Erstarrungsbeschleunigers beispielsweise um bis zu 20 - 30% reduziert werden. Somit lässt sich eine bedeutende Menge an Zusatzmitteln einsparen, was die Wirtschaftlichkeit klar steigert und auch aus umwelttoxikologischer Sicht vorteilhaft ist.

Im Ergebnis ermöglicht die erfindungsgemässe Mischeinrichtung bzw. das erfindungsgemässe Verfahren also eine effektivere Vermischung eines

Zusatzmittels in einem pumpfähigen Gemisch.

Bevorzugt weist die Dosiervorrichtung eine mit der Förderleitung

kommunizierende Mischkammer mit einem ersten Einlass zum Zuführen des Zusatzmittels und einem zweiten Einlass zum Zuführen des Trägermediums auf. Dadurch können das Zusatzmittel und das Trägermedium getrennt in die Mischkammer der Dosiervorrichtung zugeführt werden. Die getrennten

Einlässe ermöglichen im Besonderen eine optimale Prozesssteuerung, da die beiden Komponenten kontrolliert in die für die Erzeugung der Dispersion vorgesehene Mischkammer zugegeben werden können.

Grundsätzlich ist es aber auch denkbar, Trägermedium und Zusatzmittel gemeinsam über einen einzigen Einlass in die Dosiervorrichtung einzubringen. Dies kann jedoch unter Umständen die Möglichkeiten bei der Erzeugung der Dispersion einschränken.

Die Mischkammer weist vorzugsweise einen die Förderleitung umgebenden ersten Abschnitt, insbesondere mit einem ringförmigen Hohlraum, auf. Dadurch kann das im Trägermedium fein verteilte Zusatzmittel beispielsweise über entsprechend angeordnete Kanäle, welche in die Förderleitung münden, rundum bzw. von allen Seiten in das pumpfähige Gemisch eingebracht werden. Dies verbessert die Mischwirkung zusätzlich.

Weiter beinhaltet die Mischkammer insbesondere einen in den ersten Abschnitt mündenden rohrförmigen zweiten Abschnitt, wobei insbesondere der zweite Abschnitt wenigstens teilweise gekrümmt ausgebildet ist. Der rohrförmige zweite Abschnitt der Mischkammer bildet dabei die Zuleitung zum ersten Abschnitt und bietet des Weiteren ausreichend Platz für die Vorrichtung zum Dispergieren des Zusatzmittels im Trägermedium. Die Kombination aus einen die Förderleitung umgebenden ersten Abschnitt und einem rohrförmigen zweiten Abschnitt ermöglich im Besonderen eine kompakte Bauweise bei zugleich optimaler Mischwirkung.

Es sind aber grundsätzlich auch andere Ausgestaltungen der

Dosiervorrichtung möglich.

Besonders bevorzugt mündet der rohrförmige zweite Abschnitt der

Mischkammer im Wesentlichen in einer tangentialen Richtung und/oder exzentrisch in den ersten Abschnitt, welcher im Besonderen einen ringförmigen Hohlraum umfasst. Dadurch kann das im Trägermedium dispergierte

Zusatzmittel strömungstechnisch besonders vorteilhaft in den ringförmigen Hohlraum zugeführt und um die Förderleitung herum verteilt werden, was der Mischwirkung insgesamt zu Gute kommt.

Weiter ist die Vorrichtung zum Dispergieren des Zusatzmittels bevorzugt am ersten Einlass zum Zuführen des Zusatzmittels angeordnet und ragt wenigstens teilweise in den ersten Abschnitt der Mischkammer hinein. Mit Vorteil ist dabei der erste Einlass zum Zuführen des Zusatzmittels in einer Zufuhrrichtung vor dem zweiten Einlass zum Zuführen des Trägermediums angeordnet ist. Aufgrund einer solchen Anordnung lässt sich eine besonders effektive Vermischung des Zusatzmittels im Trägermedium erreichen, da das Trägermedium automatisch am Einlass für das Zusatzmittel vorbeibewegt wird und sich mit diesem mischt. Das Zusatzmittel wird entsprechend direkt in das vorbeibewegte Trägermedium hinein dispergiert, was wiederum die

Vermischung verbessert. Darüber hinaus ergibt sich bei einer derartigen Anordnung eine besonders Platz sparende Bauweise.

Prinzipiell sind aber auch andere Anordnungen der Einlässe möglich, sofern dies zweckdienlich ist. Unter Umständen wird dabei aber die Vermischung von Trägermedium und Zusatzmittel erschwert.

Insbesondere sind der erste und der zweite Einlass so zueinander

ausgerichtet, dass das Zusatzmittel und das Trägermedium in der

Mischkammer aus unterschiedlichen Richtungen aufeinander treffen. Dies kann zum Beispiel erreicht werden, indem eine Längsmittelachse des ersten Einlasses gegenüber einer Längsmittelachse des zweiten Einlasses geneigt ist. Dadurch lässt sich das Zusatzmittel noch effektiver im Trägermedium verteilen. Ein Winkel zwischen den beiden unterschiedlichen Richtungen und/oder zwischen den Längsmittelachsen des ersten und des zweiten

Einlasses beträgt dabei mit Vorteil 45 - 135°, insbesondere 85 - 95°.

Besonders vorteilhaft ist der erste Einlass zum Zuführen des Zusatzmittels in einer Krümmung des zweiten Abschnitts der Mischkammer angeordnet. Ein Krümmungswinkel des zweiten Abschnitts beträgt mit Vorteil 60 - 120°, insbesondere 85 - 95°. Bei einer derartigen Anordnung lässt sich das

Zusatzmittel beispielsweise in einfacher Weise mit einer

Geschwindigkeitskomponente in einer Bewegungsrichtung des Trägermediums und einer Geschwindigkeitskomponente senkerecht zum Trägermedium in dieses einbringen. Dies hat sich in Bezug auf eine möglichst gleichmässige Dispergierung des Zusatzmittels im Trägermedium im Allgemeinen als besonders vorteilhaft herausgestellt.

Grundsätzlich kann der erste Einlass aber auch in einem geraden Bereich der Mischkammer vorliegen.

Als Vorrichtung zum Dispergieren des Zusatzmittels ist mit Vorteil eine

Zerstäuberdüse vorgesehen. Die Zerstäuberdüse ist insbesondere so ausgebildet, dass ein in flüssiger Form vorliegendes Zusatzmittel in feine Tröpfchen zerteilt werden kann. Mit einem Gas als Trägermedium kann so in effektiver Weise ein Aerosol bzw. ein Nebel gebildet werden kann. Als

Zerstäuberdüsen sind dem Fachmann eine Vielzahl von möglichen

Konstruktionen, wie z.B. Einstoff-, Zweistoff-, Pneumatik- oder Ultraschall- Zerstäuberdüsen bekannt.

Wie sich gezeigt hat bestehen zwischen den verschiedenen Typen von

Zerstäuberdüsen im erfindungsgemässen Zusammenhang signifikante

Unterschiede. Überraschend wurde dabei gefunden, dass insbesondere Zerstäuberdüsen in Form von Spiraldüsen ein besonders effektives Zerstäuben ermöglichen. Dies ganz besonders bei der Verwendung der

erfindungsgemässen Mischeinheit zur Zudosierung von flüssigen Zusatzmitteln unter Verwendung von Pressluft als Trägermedium zu

Spritzbetonzusammensetzungen. Eine Spiraldüse verfügt im Besonderen über eine Düsenöffnung in Form einer in Förderrichtung zulaufenden Spirale mit wenigstens einer Windung.

Eine geeignete Spiraldüse verfügt insbesondere über einen Sprühwinkel von 45 - 175°, bevorzugt 50 - 125°, weiter bevorzugt 50 - 95°, ganz besonders bevorzugt 55 - 65°. Vorteilhafterweise verfügt die Spiraldüse über einen vollkonischen Sprühstrahl. Mit anderen Worten ist die Spiraldüse mit Vorteil so ausgebildet, dass sie einen im Wesentlichen gleichmässigen konischen

Sprühstrahl erzeugt. Eine Anzahl von Windungen der Spiraldüse beträgt mit Vorteil 1 - 6, im Besonderen 2 - 4. Ein Durchmesser einer zentralen

Düsenbohrung oder eines freien Durchlasses der Spiraldüse beträgt dabei mit Vorteil 1 - 6 mm, bevorzugt 2 - 4 mm. Ein maximaler Durchmesser der

Spiraldüse, insbesondere in einer Richtung quer zur Längsrichtung der

Spiraldüse, liegt bevorzugt im Bereich von 5 - 30 mm, besonders bevorzugt 15 - 20 mm. Des Weiteren beträgt ein Verhältnis einer maximalen Länge zum maximalen Durchmesser der Spiraldüse in einer Richtung quer zur

Längsrichtung 1 .5: 1 - 4: 1 , bevorzugt 2.5: 1 - 3:1 . Derartig ausgestaltete

Spiraldüsen haben sich als besonders geeignet zum Dispergieren von flüssigen Zusatzmitteln in einem gasförmigen Trägermedium erwiesen. Dies im Besonderen beim Zudosieren von flüssigen Zusatzmitteln mit Pressluft als Trägermedium zu Spritzbetonzusammensetzungen.

Prinzipiell können aber auch anders ausgestaltetet Zerstäuberdüsen eingesetzt werden. Dies können z.B. Flachstrahldüsen, Nebeldüsen und/oder

Zweistoffdüsen sein.

Es hat sich gezeigt, dass ein Verhältnis des Innendurchmessers des

rohrförmigen zweiten Abschnitts der Mischkammer zu einem maximalen

Durchmesser der Zerstäuberdüse, insbesondere einer Spiraldüse, mit Vorteil im Bereich von 1 .25: 1 - 10:1 , bevorzugt 1.5: 1 - 5: 1 , noch weiter bevorzugt 1 .75: 1 - 2.25: 1 , liegt. Dadurch ergibt sich ein optimale Mischwirkung zwischen dem über die Zerstäuberdüse eintretenden Zusatzmittel und dem

Trägermedium.

Weiter bevorzugt verfügt die Dosiervorrichtung über wenigstens einen unmittelbar in die Förderleitung mündenden Einlasskanal zum Einleiten des Zusatzmittels in das pumpfähige Gemisch, welcher so ausgebildet ist, dass eine Längsachse des Einlasskanals eine longitudinale Achse oder eine longitudinale Symmetrieachse der Förderleitung nicht schneidet. Mit anderen Worten durchstösst eine entlang der Längsmittelachse des wenigstens einen Einlasskanals verlaufende Gerade die Förderleitung in nicht-diametral gegenüberliegenden Punkten. Bei einer kreiszylindrischen Förderleitung verläuft der wenigstens eine Einlasskanal somit sekantenartig.

Insbesondere schneidet damit eine entlang der Längsmittelachse des wenigstens einen Einlasskanals verlaufende Gerade jede beliebige die longitudinale Achse der Förderleitung enthaltende Ebene in einem Bereich ausserhalb oder neben der longitudinalen Achse der Förderleitung. Diese Bedingung ist bei bekannten Anordnungen, bei welchen beispielsweise die entlang der Längsmittelachse der Einlasskanäle verlaufenden Geraden die longitudinale Achse der Förderleitung schneiden, nicht der Fall. Der

Einlasskanal verbindet dabei insbesondere die Förderleitung mit dem die Förderleitung umschliessenden ersten Abschnitt der Mischkammer. Aufgrund eines derartigen Einlasskanals verfügt das durch den Kanal in das pumpfähige Gemisch eintretende oder einströmende Zusatzmittel bezüglich der

Förderleitung über eine tangentiale Geschwindigkeitskomponente, welche das in Längsrichtung durch die Fördeleitung bewegte Gemisch zusätzlich in Rotation versetzt. Diese Rotation um die longitudinale Symmetrieachse der Förderleitung führt dabei zu einer signifikanten Verbesserung der

Mischwirkung der Mischeinheit.

Eine Dosiervorrichtung mit einem derartig ausgebildeten Einlasskanal verbessert auch unabhängig von einer Vorrichtung zum Dispergieren des Zusatzmittels im Trägermedium die Mischwirkung der Mischeinrichtung. Eine alternative Lösung der erfindungsgemässen Aufgabe besteht daher in einer Mischvorrichtung nach Anspruch 1 , wobei anstelle der Vorrichtung zum Dispergieren des Zusatzmittels in einem Trägermedium wenigstens ein unmittelbar in die Förderleitung mündender Einlasskanal zum Einleiten des Zusatzmittels in das pumpfähige Gemisch vorliegt und wobei der wenigstens eine Einlasskanal so ausgebildet ist, dass eine Längsachse des Einlasskanals eine longitudinale Achse oder eine longitudinale Symmetrieachse der

Förderleitung nicht schneidet.

Bevorzugt ist die Längsachse des wenigstens einen Einlasskanals in eine vorgesehenen Förderrichtung des Gemischs geneigt. Ein Neigungswinkel zwischen der Längsache des Einlasskanals und der Längsmittelachse der Förderleitung oder der vorgesehenen Förderrichtung beträgt dabei

insbesondere 10 - 80°, bevorzugt 30 - 60°. Dadurch verfügt das durch den Einlasskanal in das pumpfähige Gemisch eintretende oder einströmende Zusatzmittel bezüglich der longitudinalen Symmetrieachse der Förderleitung über parallele Geschwindigkeitskomponente. Wie sich gezeigt hat, verbessert sich dadurch die Wirkung der Mischeinheit insgesamt. Grundsätzlich kann auf eine solche Neigung aber auch verzichtet werden.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform liegen mehrere

Einlasskanäle vor, welche in regelmässiger Anordnung und insbesondere rotationssymmetrisch um die Förderleitung herum angeordnet sind. Solche Anordnungen ermöglichen eine besonders starke Rotation des Gemisches in der Förderleitung, was die Mischwirkung der Mischeinheit nochmals erheblich steigert.

Die erfindungsgemässe Mischeinheit ist besonders vorteilhaft als Bestandteil einer Vorrichtung zum Aufbringen von Spritzbeton. Derartige Vorrichtungen umfassen nebst der erfindungsgemässen Mischeinheit insbesondere eine Pumpvorrichtung für Spritzbeton sowie eine Spritzbetondüse. Die

Mischeinrichtung ist dabei mit Vorteil zwischen der Pumpvorrichtung und der Spritzbetondüse angeordnet.

Grundsätzlich kann es auch vorteilhaft sein, eine erfindungsgemässe

Mischeinheit mit einer in Förderrichtung anschliessenden Spritzbetondüse in einstückiger Bauweise vorzusehen. Dies vereinfacht die Handhabung und ermöglicht in einfacher Weise einen nahtlosen Übergang zwischen

Mischeinheit und Spritzbetondüse, was unter Umständen das

Strömungsverhalten verbessert. In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Zudosieren eines Zusatzmittels in ein pumpfähiges Gemisch, insbesondere in ein hydraulisch abbindendes Gemisch, bevorzugt eine

Spritzbetonzusammensetzung. Dabei wird das Zusatzmittel in einem

Trägermedium dispergiert und anschliessend in das Gemisch eingebracht. Für das Verfahren wird insbesondere die vorstehend beschriebene

Mischeinrichtung oder die Vorrichtung zum Aufbringen von Spritzbeton verwendet.

Bevorzugt ist das Trägermedium ein Gas, insbesondere Luft. Besonders bevorzugt sind Pressluft und/oder Druckluft. Das Zusatzmittel ist insbesondere eine Flüssigkeit, beispielsweise ein Erstarrungsbeschleuniger.

Das Zusatzmittel wird insbesondere über eine Zerstäuberdüse im

Trägermedium dispergiert. Als Zerstäuberdüse wird bevorzugt eine Spiraldüse verwendet. Die Spiraldüse ist dabei insbesondere wie vorstehend beschrieben ausgebildet.

Beim Dispergieren des Zusatzmittels im Trägermedium wird mit Vorteil ein Aerosol gebildet, welches anschliessend in das Gemisch eingebracht wird. Das Aerosol wird dabei insbesondere durch zerstäuben des Zusatzmittels im Trägermedium gebildet. Unter dem Ausdruck "Aerosol" ist dabei insbesondere eine Dispersion bestehend aus einem flüssigen Zusatzmittel, welches als disperse Phase im gasförmigen Trägermedium als Dispersionsmedium vorliegt, zu verstehen.

Beim Dispergieren des Zusatzmittels im Trägermedium wird das Zusatzmittel insbesondere mit einem höheren Druck beaufschlagt als das Trägermedium. Besonders bevorzugt wird das Zusatzmittel mit einem Druck beaufschlagt, welcher wenigstens 1 .1 mal, insbesondere wenigstens 1.5 mal, bevorzugt wenigstens 2 mal, dem Druck imTrägermedium entspricht. Bevorzugt wird das Zusatzmittel mit einem Druck beaufschlagt, welcher 1 .1 - 10 mal, insbesondere 2 - 5 mal oder 2 - 3 mal, dem Druck im Trägermedium entspricht.

Im Speziellen wird das Zusatzmittel mit einem Druck von 1 - 20 bar,

insbesondere 10 - 20 bar, speziell 15 - 20 bar, beaufschlagt. Das Trägermedium wird insbesondere mit einem Druck von 1 - 15 bar,

insbesondere 5 - 15 bar, speziell 5 - 10 bar, beaufschlagt.

Durch die vorstehend genannten Druckverhältnisse und Druckbereiche wird eine besonders vorteilhafte und feine Verteilung des Zusatzmittels im

Trägermedium erreicht, wodurch sich das Zusatzmittel effektiver und gleichmässiger im pumpfähigen Gemisch verteilen lässt.

Grundsätzlich ist es aber auch möglich ausserhalb der genannten Werte zu arbeiten. Für spezielle Anwendungen oder apparative Konstellationen kann dies unter Umständen sogar zweckdienlich sein. Aus der nachfolgenden Detailbeschreibung und der Gesamtheit der Patentansprüche ergeben sich weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Merkmalskombinationen der Erfindung.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die zur Erläuterung des Ausführungsbeispiels verwendeten Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 Eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemässen

Mischeinrichtung;

Fig 2 Eine Aufsicht auf das zufuhrseitige Ende der Mischeinrichtung aus

Fig. 1 entlang der Förderrichtung in halbtransparenter Darstellung; Fig 3 Eine Aufsicht auf die Mischeinrichtung aus Fig. 1 aus einer

Richtung senkrecht zur Förderrichtung in halbtransparenter Darstellung;

Fig 4 Eine Detailansicht einer Spiraldüse, welche in der Mischeinrichtung aus Fig. 1 als Vorrichtung zum Dispergieren angeordnet ist;

Fig 5 Eine Detailansicht des zentralen hohlzylindrischen Rohrstücks der

Mischeinrichtung aus Fig. 1 ;

Fig 6 Eine Detailansicht des äusseren hohlzylindrischen Rohrstücks der

Mischeinrichtung aus Fig. 1 mit zwei diametral angeordneten und tangential vorstehenden Anschlussstutzen; Fig. 7 Eine Detailansicht eines L-förmigen Rohrstücks der

Mischeinrichtung aus Fig. 1 ;

Fig. 8 Eine schematische Darstellung einer Anordnung zum Austragen von Spritzbeton.

Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Wege zur Ausführung der Erfindung

1 . Mischeinrichtung

In den Fig. 1 - 3 ist eine erfindungsgemässe Mischeinrichtung 100 in verschiedenen Ansichten dargestellt. Bei den Darstellungen in den Fig. 2 und 3 sind die Bestandteile der Mischeinrichtung teilweise halbtransparent dargestellt, um den erfindungsgemässen Aufbau zu verdeutlichen. Einzelne Bestandteile der Mischeinrichtung sind zudem in den Fig. 4 - 7 im Detail abgebildet. Wo nicht anders angegeben, ist als Material für die

Mischeinrichtung 100 zum Beispiel nicht-rostender Stahl geeignet.

Die Mischeinrichtung 100 umfasst ein zentrales hohlzylindrisches Rohrstück 1 10 mit kreisförmigem Querschnitt, welches als Förderleitung für ein nicht dargestelltes pumpfähiges Gemisch, z.B. eine Spritzbetonzusammensetzung, fungiert (in Fig. 5 als Einzelteil dargestellt). Der Innendurchmesser des hohlzylindrischen Rohrstücks 1 10 misst zum Beispiel ca. 53 mm. Das zentrale hohlzylindrische Rohrstück 1 10 verfügt am zufuhrseitigen Ende der

Mischeinrichtung über einen ersten auskragenden Anschlussflasch 1 1 1 , beispielsweise zur Verbindung der Mischeinrichtung 100 mit einer

Fördervorrichtung für ein pumpfähiges Gemisch.

Am anderen Ende der Mischeinrichtung, dem abfuhrseitigen Ende, ist entsprechend ein zweiter auskragender Anschlussflasch 1 14 angeordnet, welcher z.B. zum Verbinden der Mischeinrichtung 100 mit einer

Verarbeitungsvorrichtung für das pumpfähige Gemisch, zum Beispiel eine Spritzbetondüse, dient. Zwischen den beiden Anschlussflanschen 1 1 1 , 1 14 ist zudem ein zufuhrseitiger auskragender Dichtungsflansch 1 12 und ein abfuhrseitiger Dichtungsflansch 1 13 angeordnet. Die beiden Dichtungsflansche 1 12, 1 13 sind dabei beabstandet voneinander angeordnet, so dass zwischen den beiden Dichtungsflanschen 1 12, 1 13 ein im Wesentlichen ringförmiger Hohlraum 1 16 vorliegt. Die Durchmesser der beiden Dichtungsflansche 1 12, 1 13 sind jeweils grösser als die Durchmesser der Anschlussflansche 1 1 1 , 1 14.

In den Mantelflächen der beiden Dichtungsflansche 1 12, 1 13 sind jeweils zwei beabstandete und ringförmig umlaufende Nuten 1 12.1 , 1 13.1 eingelassen. In den Nuten 1 12.1 , 1 13.1 liegen insgesamt vier Dichtungsringe 140, zum

Beispiel O-Ringe aus Kunststoff, vor, welche aus der Mantelfläche der

Dichtungsflansche 1 12, 1 13 hervorstehen.

Ausgehend von der zufuhrseitigen Stirnseite des abfuhrseitigen

Dichtungsflansches 1 13 führen insgesamt 20 in regelmässigen Abständen und rotationssymmetrisch zur Längsmittelachse 1 10.1 des hohlzylindrischen Rohrstücks 1 10 angeordnete zylindrische Einlasskanäle 1 15 in den Hohlraum des zentralen hohlzylindrischen Rohrstücks 1 10. Eine Längsmittelachse 1 15.1 der Einlasskanäle verläuft dabei schiefwinklig zu einer radialen Richtung des hohlzylindrischen Rohrstücks 1 10 und schiefwinklig bezüglich der

longitudinalen Symmetrieachse bzw. der Längsmittelachse 1 10.1 des hohlzylindrischen Rohrstücks 1 10. Die Neigungswinkel 1 15.2 zwischen den Längsmittelachsen 1 15.1 der Einlasskanäle 1 15 und der Längsmittelachse 1 10.1 des hohlzylindrischen Rohrstücks 1 10 betragen beispielsweise ca. 45°.

Die Längsmittelachsen 1 15.1 der Einlasskanäle 1 15 schneiden die

Längsmittelachse 1 10.1 der Förderleitung somit nicht. Mit anderen Worten ausgedrückt, durchstossen die Längsmittelachsen 1 15.1 der Einlasskanäle die Förderleitung in nicht-diametral gegenüberliegenden Punkten des zentralen hohlzylindrischen Rohrstücks 1 10.

Die beiden Dichtungsflansche 1 12, 1 13 sind des Weiteren von einem äusseren hohlzylindrischen Rohrstück 130 umgeben (in Fig. 6 als Einzelteil dargestellt), welches innwendig satt an die vier Dichtungsringe 140 anliegt, so dass zwischen dem äusseren Rohrstück 130 und den beiden Dichtungsflanschen 1 12, 1 13 fluiddichte Verbindungen vorliegen. Das äussere Rohrstück 130 dichtet den Hohlraum 1 16 zwischen den beiden Dichtungsflanschen 1 12, 1 13 somit nach aussen fluiddicht ab. Der durch das äussere Rohrstück 130 abgedichtete Hohlraum 1 16 bildet dabei einen ersten ringförmigen Abschnitt einer Mischkammer der Mischeinrichtung 100.

Das äussere Rohrstück 130 verfügt des Weiteren über zwei diametral gegenüberliegende und in tangentialer Richtung bzw. exzentrisch in den Hohlraum 1 16 zwischen den beiden Dichtungsflanschen 1 12, 1 13 mündende rohrförm ige Anschlussstutzen 131 , 132. Am einen Anschlussstutzen 131 des äusseren Rohrstück 130 ist ein erstes L-förmig bzw. rechtwinklig gekrümmtes Rohrstück 120a fluiddicht mit einem Innendurchmesser von beispielsweise ca. 33 mm angebracht (in Fig. 7 als Einzelteil dargestellt). Die Verbindung erfolgt z.B. durch Verschraubung eines endseitig am gekrümmten Rohrstück 120a ausgebildeten Aussengewindes 123a in einem im Anschlussstutzen 131 vorliegenden Innengewinde.

In der Krümmung des ersten gekrümmten Rohrstücks 120a ist ein erster Einlass 121 a, beispielsweise zum Zuführen eines Zusatzmittels, angeordnet. Der erste Einlass 121 a mündet dabei in der Richtung des ersten

Anschlussstutzens 131 in das erste gekrümmte Rohrstück 120a. Das offene Ende des ersten gekrümmten Rohrstücks 120a bildet einen zweiten Einlass 122a, beispielsweise zum Zuführen eines Trägermediums.

Der erste Einlass 121 a ist im Innern des ersten gekrümmten Rohrstücks 120a mit einer Spiraldüse 125a versehen, welche als Vorrichtung zum Dispergieren eines Zusatzmittels dient. Die Spiraldüse weist dabei eine konisch zulaufende umhüllende Form auf und kann beispielsweise am inneren Ende des Einlasses 121 a verschraubt werden (in Fig. 4 als Einzelteil dargestellt). Die Spiraldüse 125a verfügt zum Beispiel über 3 Windungen, über eine Sprühwinkel von beispielsweise ungefähr 60°, einen maximalen Durchmesser quer zur

Längsrichtung von ca. 18 mm und eine Gesamtlänge von ca. 48 mm.

Am anderen Anschlussstutzen 132 des äusseren Rohrstücks 130 ist ein zweites L-förmig bzw. rechtwinklig gekrümmtes Rohrstück 120b angebracht. Das zweite gekrümmtes Rohrstück 120b ist im Wesentlichen baugleich mit dem ersten gekrümmten Rohstück 120a und verfügt entsprechend einen ersten Einlass 121 b, einen zweiten Einlass 122b und eine Spiralüse 125b. Die beiden gekrümmten Rohrstücke 120a, 120b bilden zusammen einen zweiten rohrförmigen Abschnitt der Mischkammer der Mischeinrichtung 100. Die Mischkammer der Mischeinrichtung 100 besteht somit aus den beiden gekrümmten Rohrstücken 120a, 120b und dem ringförmigen Hohlraum 1 16. Die den Innenraum des hohlzylindrischen Rohrstücks 1 10 bzw. die

Förderleitung umgebenden Elemente bilden zusammen die Dosiervorrichtung 101 der Mischeinrichtung 100. Mittels der Dosiervorrichtung 101 kann ein Zusatzmittel in einem Trägermedium dispergiert und in ein im Innenraum des hohlzylindrischen Rohrstücks 1 10 gefördertes pumpfähiges Gemisch zudosiert werden kann.

2. Vorrichtung zum Auftragen von Spritzbeton

In Fig. 8 ist eine Spritzbetonauftragvorrichtung 10 schematisch dargestellt. Diese umfasst eine Pumpvorrichtung 1 1 , welche über eine Leitung 12 zum Fördern einer Spritzbetonzusammensetzung 400 an den ersten

Anschlussflansch 1 1 1 der erfindungsgemässen Mischvorrichtung 100 aus den Fig. 1 - 3 angeschlossen ist. Der zweite Anschlussstutzen 1 14 der

Mischvorrichtung ist wiederum über eine Leitung oder direkt an eine

Spritzbetondüse 13 angeschlossen. Die Spritzbetonzusammensetzung 400 kann prinzipiell eine Trockenspritzbetonzusammensetzung oder eine Nass- spritzbetonzusammensetzung sein. Die Förderung erfolgt je nach

Spritzbetonzusammensetzung 400 und Anwendung in an sich bekannter Weise, z.B. im Dichtstrom- oder Dünnstromverfahren.

Über die beiden ersten Einlässe 121 a, 121 b der Mischvorrichtung 100 und darin angeordneten Spiraldüsen 125a, 125b kann in den beiden gekrümmten Rohrstücken 120a, 120b beispielsweise ein flüssiges Zusatzmittel 200, insbesondere ein Erstarrungsbeschleuniger, dispergiert werden. Über die beiden zweiten Einlässe 122a, 122b kann zudem ein Trägermedium 300, z.B. Pressluft zugeführt werden, so dass in der Mischkammer bzw. in den beiden gekrümmten Rohstücken 120a, 120b und dem ringförmigen Hohlraum 1 16 der Mischeinrichtung 100 ein Aerosol aus Zusatzmittel 200 und Trägermedium 300 vorliegt. Dieses gelangt nun über die Einlasskanäle 1 15 in das Innere des zentralen zylindrischen Rohrstücks 1 10 bzw. in die darin geförderte Spritzbetonzusammensetzung 400. Die mit dem Zusatzmittel 200 und dem Trägermedium vermischte Spritzbetonzusammensetzung 410 kann

anschliessend über die Spritzbetondüse 13 an einer vorgesehenen Stelle, zum Beispiel an einer Tunnelwand, appliziert werden. Die Zufuhr des Zusatzmittels 200 und des Trägermediums 300 bis zu den zugehörigen Einlässen 121 a, 121 b, 122a, 122b kann in an sich bekannter Weise erfolgen.

Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sind jedoch lediglich als illustrative Beispiele zu verstehen, welche im Rahmen der Erfindung beliebig abgewandelt werden können.

So ist es zum Beispiel möglich, die zweiten Anschlussstutzen 132 mit dem zweiten gekrümmten Rohrstück 120b wegzulassen, so dass der

Anschlussstutzen 131 als einziger Anschlussstutzen vorliegt. Ebenso können falls erforderlich zusätzliche Anschlussstutzen am äusseren Rohrstück 130 und/oder in einem der gekrümmten Rohrstücke 120a, 120b vorgesehen werden.

Zusätzlich oder anstelle der Spiraldüsen 125a, 125b können prinzipiell auch andere Vorrichtungen zum Dispergieren eingesetzt werden, wie sie zum Beispiel vorstehen beschrieben wurden.

Ebenso kann eines oder beide der gekrümmten Rohrstücke 120a, 120b beispielsweise durch ein herkömmliches T-förmiges Rohstück ersetzt werden, falls dies zweckdienlich erscheint. In diesem Fall können die jeweiligen Rohrenden des T-förmigen Rohrstücks als Einlässe für das Zusatzmittel und das Trägermedium dienen, was unter Umständen die Herstellung vereinfacht.

Auch möglich ist es, zusätzlich oder anstelle zu den vorliegenden

Einlasskanälen 1 15 weitere Einlasskanäle vorzusehen, welche beispielsweise in radialer Richtung bezüglich des zentralen hohlzylindrischen Rohrstücks 1 10 verlaufen und/oder in einer die Längsmittelachse 1 10.1 schneidenden

Richtung ausgebildet sind.

Anstelle des zentralen hohlzylindrischen Rohrstücks 1 10 kann auch eine anders ausgebildete Förderleitung für das pumpfähige Gemisch vorliegen, zum Beispiel mit ovalem Querschnitt. 3. Anwendungsbeispiele

Zu Vergleichszwecken wurden verschiedene Nassspritzbetonversuche mit und ohne die erfindungsgemässe Mischeinrichtung 100 aus den Fig. 1 - 3 durchgeführt.

Für die erfindungsgemässen Versuche kam eine herkömmliche

Spritzbetonmaschine AMV 6400 von Andersen Mekaniska Verkstad AS (Norwegen) zum Auftragen von Nassspritzbeton zur Anwendung, welche unmittelbar vor der Spritzbetondüse mit einer erfindungsgemässe

Mischeinrichtung 100 aus den Fig. 1 - 3 bestückt wurde. Diese Anordnung entspricht prinzipiell der in Fig. 8 dargestellten Spritzbetonauftragvorrichtung 10. Über die ersten Einlasse 121 a, 121 b wurde dabei ein flüssiger

Erstarrungsbeschleuniger und über die zweiten Einlasse 122a, 122b der Mischeinrichtung 100 Druckluft unter üblichen Bedingungen zugeführt.

Die Spritzbetonmaschine wurde mit folgenden Parametern betrieben:

· Spritzbetonförderleistung: ca. 30 m ³ /h

• Druckluftförderleistung: ca. 16 m ³ /min

• Druck der Druckluft: 7.0 - 7.5 bar

• Pumpleistung Erstarrungsbeschleuniger: ca. 30 l/min

• Pumpendruck Erstarrungsbeschleuniger: max. 18 bar

Für die Vergleichsversuche wurde die Selbe Anordnung wie bei den erfindungsgemässen Versuchen eingesetzt, wobei aber anstelle der

Mischvorrichtung 100 eine herkömmliche Mischeinrichtung eingesetzt wurde. Bei der herkömmlichen Mischeinrichtung wurde der Erstarrungsbeschleuniger ohne zusätzliche Massnahmen über einen Anschlussstutzen der Druckluft zugeführt und direkt in den Nassspritzbeton gegeben. Die übrigen

Versuchsbedingungen blieben im Wesentlichen unverändert.

Nassspritzbeton wurde in folgender Zusammensetzung eingesetzt:

• Portlandkalksteinzement vom Typ CEM ll/A-LL 42.5 R; Anteil: 500 kg/m ³

• Silicagehalt: 20 kg/m ³

· Zuschlagstoffe: 82% Brechsand 0 - 4 mm, 18% Kies 4 - 8 mm

• Wasser/Zement-Verhältnis: 0.43 • Fliessmittel: Sikament EVO 26S, 0.40% bezogen auf Zementgehalt

• Konsistenzregler: Sika Tard 930, 0.30% bezogen auf Zementgehalt

• Luftporenbildner: Sika Aer-S, 0.06 % bezogen auf Zementgehalt

• Setzmass: 200 - 210 mm

Als Erstarrungsbeschleuniger wurde bei allen Versuchen Sigunit L53 AF (Sika) verwendet.

Zur Bestimmung der Qualität des auf eine Versuchsfläche aufgespritzten Betons wurde die Festigkeitsentwicklung in an sich bekannter Weise durch Penetrationsnadeln (Proctor; 30 und 60 Minuten nach dem Auftragen) und das HILTI-Setzbolzenverfahren (HILTI 460; 4 Stunden nach dem Auftragen) bestimmt.

In der folgenden Tabelle 1 sind die durchgeführten Versuche

zusammengestellt. Der Anteil des Erstarrungsbeschleunigers Sigunit L53 AF ist dabei in Gew.-% bezogen auf den Zementgehalt angegeben. In der Spalte „Zugabe" ist angegeben, ob die erfindungsgemässe Mischeinrichtung (E) oder die herkömmliche Mischeinrichtung (H) eingesetzt wurde.

Tabelle 1 :

Die Versuche 1 - 3, welche mit einer herkömmlichen Mischeinrichtung durchgeführt wurden, zeigen dass der Anteil des Erstarrungsbeschleunigers die Festigkeit des aufgetragenen Spritzbetons beeinflusst. Je höher der Beschleunigeranteil, desto höher im Allgemeinen die Festigkeiten bei den betrachteten Zeiten. Ein entsprechendes Bild ergibt sich auch aus den

Versuchen 4 - 6 bei Verwendung der erfindungsgemässen Mischeinrichtung.

Im Besonderen fällt jedoch auf, dass mit der erfindungsgemässen

Mischeinrichtung bei geringerem Anteil an Beschleuniger höhere Festigkeiten erreicht werden. So wird beispielsweise gemäss Versuch 1 mit der

herkömmlichen Mischeinrichtung bei einem Anteil von 5% an Beschleuniger nach 30 Minuten eine Festigkeit von lediglich 0.16 MPa erhalten. Unter Verwendung der erfindungsgemässen Mischeinrichtung wird in Versuch 4 bei einem sogar leicht geringeren Anteil an Beschleuniger von 4% nach 30 Minuten eine mehr als doppelt so hohe Festigkeit von 0.38 MPa erreicht. Auch nach 60 Minuten und 4 Stunden liegen die Festigkeiten bei Versuch 4 mit der erfindungsgemässen Mischeinrichtung deutlich über den entsprechenden Festigkeiten aus Versuch 1 . Ein Vergleich der Versuche 2 und 5 sowie 3 und 6 bestätigt diese Beobachtungen.

Zusammenfassend ist festzustellen, dass die Zugabe des

Erstarrungsbeschleunigers unter Verwendung der erfindungsgemässen Mischeinrichtung den Verbrauch an Erstarrungsbeschleuniger bei gleich bleibender oder verbesserter Qualität des Spritzbetons signifikant reduziert.