Beschreibung

Die vorliegende Anmeldung betrifft ein Spritzgerät sowie ein Verfahren zur Analyse einer Abgabemischung.

Spritzgeräte, insbesondere Spritzbetonstrahler, werden eingesetzt, um eine Abgabemischung, z. B. ein Gemisch aus Spritzbeton oder Mörtel, aus einer Spritzdüse pneumatisch aufzutragen. Beim Aufbringen bzw. Auftragen des Betons per Spritzgerät spricht man von einem Einbauen. Ein besonderer Vorteil des Spritzbetons und des Einbauverfahrens besteht darin, dass mit dem Aufprall eine Verdichtung des Spritzbetons einhergeht. Zur Anwendung kommt Spritzbeton heute vor allem bei der Ausbesserung/Verstärkung von Betonbauteilen, sowie zur Felskonsolidierung, und insbesondere temporären, Ausbau im Tunnelbau. Die Anwendung des Verfahrens ist jedoch nicht auf diese Bereiche beschränkt. Ein Spritzgerät ist beispielsweise aus der DE 44 44 405 AI bekannt.

Beim Spritzvorgang prallt ein Teil des Spritzguts, der so genannte Rückprall ab, wodurch sich eine nicht unerhebliche Veränderung der Ausgangsmischung bzw. Abgabemischung ergibt. Diese Veränderung muss bei der Entwicklung einer Abgabemischung mit bestimmten Eigenschaften (z. B. Konsistenz, Verarbeitbarkeit, Anhärtungs- und/oder Aushärtungszeit, Festigkeit) berücksichtigt werden.

Üblicherweise ist ein Beton ein Gemisch aus Zement, Gesteinskörnung und Anmachwasser bzw. Wasser. Häufig werden Additive hinzugefügt, um die Eigenschaften des Betons zu verändern. Insbesondere für Spritzbeton werden Additive in Form von Härtungsbeschleunigern verwendet. Die geeignete Auswahl der Zusammensetzung einer Abgabemischung ist sehr kompliziert, da es zu dem bereits erläuterten Materialverlust sowie zu physikalischen Veränderungen aufgrund des Verarbeitungsverfahrens kommt. Daher ist es äußerst aufwändig (kostenintensiv und zeitintensiv), eine geeignete Abgabemischung für bestimmte Anforderungen zu entwickeln. Beispielsweise müssen die Aushärtungszeit, Haftung auf der Auftrageoberfläche, Verarbeitungstemperatur usw. berücksichtigt werden. Häufig wird eine geeignete Abgabemischung in einem iterativen Verfahren bestimmt. Hierfür muss die Abgabemischung mit herkömmlichen, sehr teuren Spritzgeräten aufgetragen und analysiert werden. Meist ist es notwendig für diese Tests große Mengen der Abgabemischung aufzutragen, da die herkömmlichen Spritzgeräte hierfür ausgelegt sind .

Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Spritzgerät bereitzustellen, das einfach und kostengünstig herstellbar ist und das Auftrageverfahren von herkömmlichen Spritzgeräten bei geringen Abgabemengen ausreichend genau nachahmt.

Diese Aufgabe wird durch ein Spritzgerät gemäß Anspruch 1 gelöst. Insbesondere wird die Aufgabe durch ein Spritzgerät mit einer Düse zur Abgabe einer Abgabemischung gelöst, das umfasst:

- mindestens eine Bindemittelabgabeeinrichtung zur Abgabe mindestens eines Bindemittels, insbesondere von Zement;

- mindestens eine Additivabgabeeinrichtung zur Abgabe mindestens eines Additivs, insbesondere eines Erhärtungsbeschleunigers und/oder Erstarrungsbeschleunigers;

- mindestens eine Fluidquelle, insbesondere einen Kompressor, zur Bereitstellung eines Treibmittels;

- mindestens einen Mischer zur Vermischung des Bindemittels, des Additivs und des Treibmittels, wobei der Mischer zur Erzeugung eines Vorgemischs, umfassend das Treibmittel und das Additiv, und zur Mischung des Vorgemischs mit dem Bindemittel ausgebildet ist.

Die Fluidquelle kann eine Luft- und/oder Gasquelle, z. B. eine Gasflasche, sein. Ein wesentlicher Punkt der vorliegenden Erfindung besteht also darin, ein Spritzgerät bereitzustellen, das eine Spritzapplikation einer Abgabemischung ermöglicht. Die Abgabemischung kann eine Paste und/oder ein Zementgemisch und/oder ein Mörtelgemisch sein. Das Spritzgerät soll des Weiteren wie bei herkömmlichen Spritzgeräten üblich, eine Vermischung des vorzugsweise hydraulischen Bindemittels, z. B. Kalks und/oder Zements, des Additivs und des Treibmittels ermöglichen. Das erfindungsgemäße Spritzgerät gewährleistet dies, wobei sich das Verfahren im Labor nachstellen lässt. Das beanspruchte Spritzgerät ermöglicht eine einfache Simulation des Abgabeverfahrens und eine schnelle und einfache Reinigung.

Das Additiv kann ein Härtungsbeschleuniger oder jeder beliebige andere Zusatzstoff sein.

Der Mischer kann eine Treibmittelleitung für den Transport des Treibmittels von der Fluidquelle zur Düse umfassen, wobei die Treibmittelleitung mindestens eine erste Einmündung für das mindestens eine Additiv und mindestens eine zweite Einmündung für das Bindemittel, insbesondere den Zement, umfasst, wobei die mindestens eine erste Einmündung stromaufwärts der zweiten Einmündung angeordnet ist. Für die Simulation des Abgabeverfahrens bzw. des Einbauens ist es hilfreich, wenn eine Mischung des Treibmittels mit dem Additiv vor einer Mischung dieses Vorgemischs mit dem Bindemittel erfolgt. Unter anderem können hierdurch besser wiederholbare Ergebnisse bei der Verwendung von geringen Mengen erzielt werden. Es wird ein hoher Durchmischungsgrad erreicht.

Das Spritzgerät kann mindestens eine dritte Einmündung zum Einbringen einer Reinigungsflüssigkeit in den Mischer, insbesondere in zumindest einen Abschnitt der Treibmittelleitung umfassen. Es ist also möglich, nach einem Test- oder Simulationslauf, bei dem ein bestimmtes Abgabegemisch abgegeben wird, das gesamte Spritzgerät, insbesondere den Mischer, mittels der Reinigungsflüssigkeit (z. B. Wasser) zu reinigen. Insofern ist es möglich, verschiedene Tests mit geringem Kostenaufwand durchzuführen und iterativ eine geeignete Mischung für bestimmte Anwendungsfälle zu bestimmen. Des Weiteren kann das Reaktionsverhalten des Spritzbetons in Abhängigkeit von bestimmten Parametern (z. B. Temperatur, verwendete Additive, usw.) analysiert werden.

Das Spritzgerät kann mit mindestens zwei Additivabgabeeinrichtungen ausgestattet sein, so dass diese ein erstes und ein zweites Additiv abgeben. Es ist vorteilhaft, wenn Tests durchgeführt werden können, bei denen sich unterscheidende Additive gleichzeitig oder zeitlich verzögert in die Abgabemischung eingebracht werden können.

Die mindestens eine Additivabgabeeinrichtung kann mindestens eine Kammer und mindestens einen Kolben zum Ausgeben des jeweiligen Additivs umfassen. Der Kolben kann beispielsweise durch einen Linearantrieb angetrieben werden. Mit dieser Art der Additivabgabeeinrichtung ist es möglich, die Abgabemengen des Additivs sehr genau zu steuern. Dies kann bei der Abgabe von geringen Mengen vorteilhaft sein.

Des Weiteren kann ein Sensor vorgesehen werden, der den Hub oder die Hubdifferenz des Kolbens bestimmt, um anhand dieser Angaben die Abgabemenge zu bestimmen. Eine entsprechende Bestimmung der Abgabemenge kann beispielsweise über eine Steuereinrichtung erfolgen. Die Steuereinrichtung kann ebenfalls dazu verwendet werden, eine Flussrate des abgegebenen Additivs zu bestimmen.

Die mindestens eine Additivabgabeeinrichtung kann eine Aufnahmeeinrichtung zur, insbesondere auswechselbaren, Aufnahme einer Kartusche umfassen. Vorzugsweise ist die Additivabgabeeinrichtung also dazu ausgebildet, Kartuschen aufzunehmen, die schnell und einfach gewechselt werden können. Insofern können unterschiedliche Additive für unterschiedliche Tests verwendet werden, ohne dass eine Reinigung von hierfür vorgesehenen Kammern der Additivabgabeeinrichtung durchgeführt werden muss.

Die mindestens eine Additivabgabeeinrichtung und/oder die Bindemittelabgabeeinrichtung, insbesondere Zementabgabeeinrichtung, können mindestens einen linearen Antrieb (z. B. Spindelhubgetriebe, Linearmotor, etc.) zur Abgabe des Zements bzw. des Additivs umfassen. Bei der Verwendung eines linearen Antriebs ist es möglich, die Flussrate, Flussgeschwindigkeit und/oder Abgabemenge genau zu bestimmen. Insofern ist es in einfacher Weise möglich, wiederholbare Tests durchzuführen.

Die Bindemittelabgabeeinrichtung kann mindestens eine Bindemittelaufnahmeeinrichtung, insbesondere einen Trichter, und mindestens einen Zylinder umfassen, wobei der Zylinder mit der Bindemittelaufnahmeeinrichtung in fluider Verbindung steht. Hierdurch kann es sichergestellt werden, dass der Zylinder eine vorgegebene Menge von Bindemittel aus der Bindemittelaufnahmeeinrichtung aufnimmt und während eines Experiments abgibt. Insofern können Mischverhältnisse genau bestimmt und/oder eingestellt werden.

Das Spritzgerät kann eine Steuereinrichtung umfassen, die vorzugsweise zur Steuerung zumindest der Bindemittelabgabeeinrichtung und/oder der mindestens einen Additivabgabeeinrichtung und/oder des Kompressors und/oder eines der Fluidquelle zugeordneten Ventils ausgebildet ist. Insofern ist es möglich, mittels des erfindungsgemäßen Spritzgeräts automatisiert Tests durchzuführen. Beispielsweise kann ein Benutzer bestimmte Mischverhältnisse und/oder Flussraten vorgeben, die dann von der Steuereinrichtung in einen entsprechenden Steueralgorithmus umgesetzt werden.

Die Steuereinrichtung kann zusätzlich oder stattdessen dazu ausgebildet sein, eine Abgabemenge oder Flussrate der Additivabgabeeinrichtu ng anhand von Werten, die sich auf einen Kolbenhub der Additivabgabeeinrichtung beziehen, zu berechnen. Beispielsweise kann in einem Kalibrierungsvorgang der Kolben um eine vorgegebene Distanz bewegt werden und die abgegebene Menge gewogen werden. Anhand des Messergebnisses lässt sich die Abgabemenge in Relation zu dem Kolbenhub bestimmen. Alternativ kann der Steuereinrichtung das Volumen der gesamten Kammer und der maximale und minimale Kolbenhub bekannt sein, so dass sich ohne eine Kalibrierung die Abgabemenge bestimmen lässt. Mit einer entsprechenden Steuereinrichtung kann auf Sensoren innerhalb des Leitungssystems verzichtet werden. Diese lassen sich zum einen schwer reinigen und sind zum anderen bei geringen Mengen ungenau .

Die Steuereinrichtung kann eine Speichereinrichtung zum Speichern von Kalibrierungsdaten umfassen. Insofern ist es möglich, verschiedene Testläufe mit dem erfindungsgemäßen Spritzgerät durchzuführen, um Kalibrierungsdaten zu ermitteln. Diese Kalibrierungsdaten können abgespeichert und bei der Ausführung eines Steueralgorithmus berücksichtigt werden. Durch die Kalibrierung ist es möglich, ein genau vorgegebenes Mischverhältnis und/oder eine genau vorgegebene Flussrate einzuhalten.

Vorzugsweise ist die Bindemittelabgabeeinrichtung dazu ausgebildet, ein Bindemittel-Wasser-Gemisch, insbesondere ein Zement-Wasser-Gemisch, an Stelle des Bindemittels abzugeben. Insofern kann eine spätere Zusetzung von Wasser vermieden werden. Da in der Testumgebung nur geringe Mengen von der Abgabemischung, z. B. einem Mörtel oder einer ähnlichen Suspension, erzeugt werden, ist es möglich, das Bindemittel bereits mit Wasser zu versetzen, bevor entsprechende Additive zugesetzt werden. Ein aufwändiges Einmischen von Flüssigkeit innerhalb des Mischers und/oder an der Düse kann vermieden werden. Die oben genannte Aufgabe wird des Weiteren durch ein Verfahren zur Analyse einer Abgabemischung und/oder zur Abstimmung einer Abgabemischung gemäß mindestens einer Anforderung gelöst, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

- Auswahl mindestens eines Additivs;

- Auswahl mindestens eines Mischverhältnisses zwischen dem mindestens einen Additiv und einem Bindemittel;

- Mischen des Additivs und des Bindemittels gemäß dem Mischverhältnis zur Herstellung der Abgabemischung;

- Spritz- oder Sprayapplizieren der Abgabemischung auf eine Oberfläche, insbesondere mittels eines Spritzgeräts wie bisher erläutert;

- Analysieren der applizierten Abgabemischung .

Für das Verfahren ergeben sich ähnliche Vorteile, wie diese bereits in Verbindung mit der Vorrichtung erläutert wurden.

Das Spritzapplizieren kann mit einem vorgegebenen Druck erfolgen.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich anhand der Unteransprüche.

Nachfolgend wird die Erfindung mittels mehrerer Ausführungsbeispiele beschrieben, die anhand von Abbildungen näher erläutert werden.

Hierbei zeigen :

Fig . 1 den schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Spritzgeräts mit Zementabgabeeinrichtung und Additivabgabeeinrichtung;

Fig . 2 die detaillierte Ausgestaltung der Additivabgabeeinrichtung aus

Fig . 1; Fig. 3 die detaillierte Ausgestaltung der Zementabgabeeinrichtung aus

Fig. 1;

Fig. 4 eine Steuereinrichtung zur Steuerung des Spritzgeräts aus Fig. 1.

In der nachfolgenden Beschreibung werden für gleiche und gleich wirkende Teile dieselben Bezugsziffern verwendet.

Fig. 1 zeigt einzelne Komponenten eines erfindungsgemäßen Spritzgeräts. Ein Kompressor 10, eine Bindemittelabgabeeinrichtung, nämlich eine Zementabgabeeinrichtung 20, und eine Härterabgabeeinrichtung bzw. Additivabgabeeinrichtung 30 stehen über ein verzweigtes Versorgungsrohr 101 in fluider Verbindung. Das Versorgungsrohr 101 mündet in eine Düse 102, die es dem Spritzgerät 100 ermöglicht, eine Abgabemischung abzugeben. Der Kompressor 10 ist dazu ausgebildet, ein Treibmittel auszugeben, das im Endeffekt die Abgabemischung aus dem Spritzgerät 100 mit vorgegebener Geschwindigkeit austreibt. Insofern ist der Kompressor 10 wesentlich dafür verantwortlich, mit welcher Geschwindigkeit die Abgabemischung aus der Düse 102 austritt.

Die Zementabgabeeinrichtung 20 stellt ein Bindemittel, nämlich Zement oder eine Mischung aus Zement und Wasser, bereit. Diese Mischung wird in das Versorgungsrohr 101 aufgrund einer in der Zementabgabeeinrichtung 20 vorgesehenen Zementkolbenpumpe 24 (vgl. Fig. 3) gedrückt und durch das Treibmittel beschleunigt. Vor der Mischung des Treibmittels (z. B. Druckluft) mit dem Zement erfolgt eine Mischung des Treibmittels mit einem Additiv, vorzugsweise einem Erhärtungsbeschleuniger, der von der Additivabgabeeinrichtung 30 ausgegeben wird. Zur Ausgabe des Additivs ist auch in der Additivabgabeeinrichtung 30 eine entsprechende Pumpe mit einem linearen Antrieb vorgesehen.

Bei der Darstellung aus Fig. 1 handelt es sich um eine rein schematische Darstellung. Theoretisch wäre es möglich, das Mischen der Abgabemischung ausschließlich innerhalb der Düse 102 vorzunehmen. Insofern können die einzelnen Abstände, in denen die Einmündungen der Additivabgabeeinrichtung 30, des Kompressors 10 und der Zementabgabeeinrichtung 20 vorgesehen sind, stark variieren.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch eine Additivabgabeeinrichtung 30. Die Additivabgabeeinrichtung 30 hat einen Kolben 32 und einen Zylinder mit einer Kolbenkammer 36, die den Kolben 32 aufnimmt. Am Ende der Kolbenkammer 36 ist ein Auslass 35 vorgesehen, der in fluider Verbindung mit dem Versorgungsrohr 101 steht. Die Additivabgabeeinrichtung 30 weist einen Linearmotor 31 auf, der den Kolben 32 innerhalb der Kolbenkammer 36 bewegen kann. Kolben 32, Zylinder und Linearmotor 31 bilden eine Kolbenpumpe aus. Wird der Kolben 32 auf den Auslass 35 zubewegt, so gibt die Additivabgabeeinrichtung 30 ein sich in der Kolbenkammer 36 befindendes Additiv ab.

Es ist möglich, die Additivabgabeeinrichtung 30 wie in der Fig. 2 gezeigt derart auszugestalten, dass die Kolbenkammer 36 ein entsprechendes Additiv unmittelbar aufnimmt. Alternativ kann die Additivabgabeeinrichtung 30 dazu ausgestaltet werden, eine Kartusche mit dem Additiv aufzunehmen und auf diese mittels des Kolbens 32 oder einer beliebigen anderen Einrichtung einzuwirken, so dass der Inhalt der Kartusche, insbesondere aus dem Auslass 35, austritt.

Fig . 3 zeigt einen schematischen Querschnitt durch die Zementabgabeeinrichtung 20 der Fig . 1. Auch hier ist eine Kolbenkammer 26 vorgesehen, innerhalb der sich ein entsprechender Kolben 22 bewegen kann. Auch dieser Kolben 22 wird durch einen Linearmotor 21 angetrieben. Die genannten Komponenten bilden eine Zementkolbenpumpe 24 aus. Des Weiteren weist die Zementabgabeeinrichtung 20 einen Zement-Tank 27 auf, der über ein T-Rohr 23 mit dem Auslass 25 der Kolbenkammer 26 in fluider Verbindung steht. Das T-Rohr 23 stellt des Weiteren eine Verbindung zu dem Versorgungsrohr 101 her. Vorzugsweise sind in dem T- Rohr 23 Rückschlagventile vorgesehen, die es ermöglichen, Zement oder eine Zement-Wasser-Mischung aus dem Zement-Tank 27 in die Kolbenkammer 26 der Zementkolbenpumpe 24 einzusaugen. Im Endeffekt bewegt sich im Zuge dieses Einsaugevorgangs der Kolben der Zementkolbenpumpe 24 von dem Auslass 25 weg . Nach dem Befüllen der Kolbenkammer 26 mit Zement oder einem Zement- Wasser-Gemisch, kann die Zementabgabeeinrichtung 20 dazu verwendet werden, Zement oder ein Zement-Wasser-Gemisch in das Versorgungsrohr 101 einzubringen. Diese Abgabe erfolgt über den Auslass 35, in das T-Rohr 23 und dann in das Versorgungsrohr 101. Vorzugsweise verhindert bei diesem Abgabevorgang ein entsprechendes Ventil den Rücklauf des Zements oder der Mischung in den Zement-Tank 27.

Fig . 4 zeigt eine schematische Darstellung einer Steuereinrichtung 60, die zur Steuerung des erfindu ngsgemäßen Spritzgeräts 100 ausgebildet ist. Diese Steuereinrichtung 60 weist einen Speicher 65 auf, der dazu ausgebildet ist, Programmdaten sowie Kalibrierungsdaten zu speichern. Des Weiteren ist eine Eingabeeinrichtung 62 und eine Ausgabeeinrichtung 61 vorgesehen, die eine Interaktion mit einem Benutzer ermöglichen. Die Steuereinrichtung 60 steht in kommunikativer Verbindung mit den Linearmotoren 21, 31 der Zementabgabeeinrichtung 20 bzw. der Additivabgabeeinrichtung 30 und steuert diese in geeigneter Weise an. Im Endeffekt ermöglicht die Steuereinrichtung 60 es dem Benutzer, ein bestimmtes Mischverhältnis zwischen Zement und Additiv sowie eine Austrittsgeschwindigkeit der Abgabemischung einzugeben. Die Steuereinrichtung 60 kann anhand der Kalibrierungsdaten ermitteln, wie die Linearmotoren 21, 31 anzusteuern sind, so dass das vorgegebene Mischverhältnis umgesetzt wird. Des Weiteren existiert eine kommunikative Verbindung zu dem Kompressor 10, so dass die Steuereinrichtung 60 auch die Flussrate des Treibmittels einstellen kann.

In dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel weist das Spritzgerät 100 lediglich eine Additivabgabeeinrichtung 30 auf. Im Rahmen der Erfindung können jedoch weitere Additivabgabeeinrichtungen 30 vorgesehen werden, die weitere Additive in das Versorgungsrohr 101 einbringen. Ein entsprechendes Einbringen kann zeitlich getrennt von den anderen Additiven oder in Verbindung mit diesen erfolgen. Dementsprechend kann ein eigenes Leitungssystem für die Additivabgabeeinrichtungen 30 vorgesehen werden, das ein Mischen vor einem Einmünden in das Versorgungsrohr 101 ermöglicht. Alternativ kann eine Mischung der Additive erst in dem Versorgungsrohr 101 erfolgen. Die Steuereinrichtung 60 kann je nach Anforderung eine entsprechende Steuerstrategie entwickeln.

Bezugszeichenliste

10 Kompressor

20 Zementabgabeeinrichtung

21 Linearmotor

22 Kolben

23 T-Rohr

24 Zementkolbenpumpe

25 Auslass

26 Kolbenkammer

27 Zement-Tank

30 Additivabgabeeinrichtung

31 Linearmotor

32 Kolben

35 Auslass

36 Kolbenkammer

60 Steuereinrichtung

61 Ausgabeeinrichtung

62 Eingabeeinrichtung

65 Speicher

100 Spritzgerät

101 Versorgungsrohr

102 Düse