Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bereitstellung von Betonchargen im Untertagebetrieb gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Die Erfindung ermöglicht die Bereitstellung von Betonchargen hauptsächlich im Tunnelbau, gegebenenfalls aber auch beim Ausbau von Strecken im Bergbau. Sie bezieht sich auf eine Vorrichtung, mit der Betonchargen erst vor Ort und nicht übertage hergestellt werden und bei denen deswegen Zement einerseits und trockene bzw. eigenfeuchte Zuschläge, gegebenenfalls mit entsprechenden Betonzusätzen getrennt voneinander, jedoch gemeinsam vor Ort transportiert werden. Dadurch entfällt der Transport von nassem bzw. erdfeuchtem, übertage hergestellten Fertigbeton und die damit in der Regel verbundene Nachmischung des angelieferten Betons vor Ort. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht es insbesondere, den Beton erst dann zuzubereiten, wenn er vor Ort von den dort durchzuführenden Ausbauarbeiten abgenommen wird.
Derartige Vorrichtungen sind bereits bekannt. So z. B. ein gleisgebundenes Fahrzeug mit einem speziellen Aufbau, welcher mehrere Behälter aufweist, in denen Zement und Zuschläge gegebenenfalls mit Zusätzen getrennt, jedoch gemeinsam transportiert werden. Zwei nebeneinander angeordnete Behälter sind für den Zement je einer Betoncharge vorgesehen: zwei weitere Behälter enthalten die Zuschläge für jede dieser Betonchargen. Das Fahrzeug hat eine automatische Kupplung und ein Austragsförderband. Mit der Kupplung läßt es sich mit einem vor Ort aufgestellten Aufgabeförderband eines fahrbaren Mischers mit unten angeordneter Betonpumpe verbinden, welche aus jeweils zwei Behältern eine Betoncharge übernimmt und der Betonpumpe die Betoncharge aufgibt. Mit dem Austragsförderband des Fahrzeuges werden die zu einer Betoncharge gehörigen Ladungen kontinuierlich abgezogen.
Dabei sorgt die Behälteranordnung dafür, daß auf den unten auf dem Betonförderband liegenden Zuschlagstoff der Zement in einer oben angeordneten Schicht aufgetragen wird. Die Mischung erfolgt jedoch in nennenswertem Umfang erst in dem dem Aufgabeband nachgeordneten Mischer. Hierbei muß zur Vermeidung der Staubbildung Wasser zugesetzt werden. Deswegen werden die trockenen Bestandteile des Betons zunächst getrennt voneinander gehalten und praktisch erst im Mischer unter Zusatz des Wassers angemacht, d.h. durchgemischt. Nachteilig ist hieran die vergleichsweise schlechte Betonqualität. Diese ist einerseits eine Folge der durch die beschriebenen Vorgänge bedingten Ungleichmäßigkeiten beim Zusammenbringen von Zement, Zuschlägen und Wasser, welche vor allem durch die nicht beherrschbaren Auslaufvorgänge an den Behältern über dem Austragsband, aber auch bei der Wasserzugabe bedingt sind und sich vor der Betonpumpe nicht mehr restlos beseitigen lassen. Es ist organisatorisch auch schwierig, die jeweils hergestellte Betoncharge vollständig abzunehmen, d. h. das Betonieren und die Herstellung des Betons in der dazu erforderlichen Genauigkeit aufeinander abzustimmen. Im Ergebnis steht deswegen bei den vorbekannten Vorrichtungen frischer Qualitätsbeton vor Ort nicht zur Verfügung. Nachteilig ist ferner die durch die notwendige Wasserzugabe auf dem Transportweg in Kauf zu nehmende Verschmutzung durch nasse und erhärtete Betonbestandteile der der Betonpumpe vorgeschalteten Förderbänder und Maschinen.
Ferner ist aus der US-PS 2 703 703 ein Betonmischsystem bekannt, welches aus einem straßengängigen Fahrzeug mit darauf angeordneter Mischtrommel besteht. Die den Beton bildenden Bestandteile wie Zement und Zuschlagstoffe werden in der Trommel trocken vorgemischt und am Einsatzort in einer zweiten auf dem Fahrzeug angeordneten Trommel zum fertigen Beton unter Zusatz von Wasser fertiggestellt. Somit eignet sich diese Vorrichtung zur Belieferung von mehreren Kleinabnehmern, jedoch nicht für Betonarbeiten im Tunnelbau oder gar im Bergbau unter Tage.
Das gleiche gilt für das Mischfahrzeug, wie es in der US-PS 1 894 129 beschrieben worden ist. Im Gegensatz zur eben genannten Vorrichtung, bei der Zement, Zuschlagstoffe und Sand von vornherein zusammengemischt sind, ist bei der aus der US-PS 1 894 129 bekannten Vorrichtung eine Art Zementsilo in der Trommel vorgesehen, wobei dieses Silo trichterförmig in die Trommelöffnung hineinreicht. Das Silo ist demnach unten offen und der eingefüllte Zement kommt schon vor dem Antransport mit den angefeuchteten Zuschlägen in Berührung. Die Durchmischung der Betonbestandteile kann erst dann erfolgen, wenn an Ort und Stelle das Silo aus der Trommel entfernt wurde und die Öffnung verschlossen wurde. Somit ist es möglich, daß während der Fahrt durch Erschütterungen die einzelnen Bestandteile teilweise miteinander vermischt werden, wobei ein zu frühes Abbinden und beginnendes Aushärten eines Teils der angelieferten Betoncharge nicht ausgeschlossen ist. In jedem Fall ist der zur Verfügung gestellte Beton von minderer Qualität.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die aus der US-PS 1 894 129 bekannte Vorrichtung so auszubilden, daß die Zementladung als ganzes erst nach dem Antransport der Betonbestandteile auf die Zuschlagladung aufgeschüttet wird, so daß vor Ort frischer Qualitätsbeton zur Verfügung gestellt werden kann.
Diese Aufgabe löst die Erfindung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Zweckmäßige Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der Unteransprüche.
Gemäß der Erfindung werden durch die nach dem Transport, d.h. vor Ort vorgenommene Aufschüttung der Zementladung auf die Zuschlagladung alle Ungleichmäßigkeiten beim Zusammenbringen der zu einer Betoncharge gehörigen, trockenen Komponenten beseitigt. Die Gesamtmenge wird infolge ihrer Durchmischung homogenisiert, dann erst transportiert und mit dem Anmachwasser versetzt. Diese auf trockenem Wege erzielte Durchmischung der Komponenten führt nicht nur zu einer vollkommen gleichmäßigen Mischung und damit zu einem Qualitätsbeton. Man kann die Mischung auch trocken halten, bis vor Ort eine bestimmte Menge von Beton benötigt wird. Da man erfindungsgemäß den Zement mit den Zuschlägen trocken mischt, kommt es dabei auch zu einer weitgehenden Bindung des Staubes ohne Wasserzusatz und deswegen zu keinen Verschmutzungen. Die Folge ist ein Qualitätsbeton.
Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist während des Antransportes eine Vormischung der Zuschlagstoffe und der eventuellen Zusatzstoffe möglich, ohne daß der Zement schon eingemischt zu werden braucht. Da der Zement während des Antransportes nicht mit den anderen Zuschlagstoffen in Berührung kommt, ist auch ein vorzeitiges Abbinden bzw. Aushärten einzelner Betonchargenteile ausgeschlossen. Es ist sichergestellt, daß der Beton erst an Ort und Stelle in der gewünschten Qualität hergestellt wird.
Dadurch, daß wenigstens eines der beiden Rohrtrommelenden als verschließbare Abgabeöffnungen für den Weitertransport zur Wasserzugabe vorgesehen ist, kann der Naßmischvorgang in einer der ersten Trommel folgenden Trommel durchgeführt werden. So ist es möglich, einen langgestreckten Betonierzug zusammenzustellen, der den räumlich beengten Verhältnissen im Untertagebetrieb oder im Tunnelbau angepaßt ist.
Der Aufbau und die Zusammenstellung derartiger Betonierzüge ist Gegenstand der Unteransprüche.
Die Zuganordnung hat weiterhin den Vorteil, daß die Betoncharge unter weiterem Durchmischen zwischengespeichert werden kann, so daß sich eine noch bessere Abstimmung der Teilmengen einer Betoncharge auf die Abnahmemengen vor Ort realisieren lassen. Dabei geht der Vorteil des Qualitätsbetons nicht verloren.
Es ist zwar aus der US-PS 3 567 190 die Möglichkeit einer Aneinanderkopplung mehrerer Mischtrommeln beschrieben. Es handelt sich dabei jedoch um Trommeln, in denen bereits fertiger Beton angeliefert wird, wobei dann im auszubetonierenden Tunnel eine Trommel nach der anderen entleert wird und die jeweils entleerte Trommel als Transportmittel für den nachrückenden Beton dient.
Die Einzelheiten und die Merkmale einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der Figuren in der Zeichnung; es zeigen:
Die in Figur 1 wiedergegebene erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus mehreren, zusammengekoppelten Schienenfahrzeugen 1 bis 5. Die Schienenfahrzeuge 1 und 2 sind identisch ausgebildet. Die Anzahl dieser identischen Fahrzeuge läßt sich über die wiedergegebene Anzahl hinaus beliebig vergrößern. Die Schienenfahrzeuge 3 und 4 haben gegenüber den Schienenfahrzeugen 1 und 2 einen abgeänderten Aufbau. Ihre Anzahl läßt sich auch vermehren. Es ist jedoch ausreichend, wenn eines dieser Fahrzeuge vorgesehen wird. Das Schienenfahrzeug 5 hat einen Aufbau besonderer Art. In der Regel wird nur eines dieser Fahrzeuge in dem Zug benötigt. Außerdem ist darauf hinzuweisen, daß die Schienenfahrzeuge automatische Kupplungen aufweisen. In der Regel werden Schienenfahrzeuge der Typen 3 bzw. 4 und 5 für mehrere Arbeitsvorgänge vor Ort stationär aufgestellt. Schienenfahrzeuge des Typs 1 und 2 werden bedarfsweise angekoppelt und abgekuppelt. Diese Fahrzeuge verkehren zwischen über Tage und unter Tage. Diese Arbeitsweise ist für den Tunnelbau vorgesehen. Handelt es sich um den Einsatz im Bergbau, so können auch die Schienenfahrzeuge des Typs 1, 2 unter Tage verbleiben, sofern eine entsprechende Befülleinrichtung unter Tage verfügbar ist.
Bei den Schienenfahrzeugen des Typs 1, 2 handelt es sich um ein vierachsiges Untergestell 6 mit einem Fahrzeugaufbau 7 mit einer liegenden Rohrtrommel 8. Diese enthält in ihrem Inneren eine an der Innenwand 9 befestigte Misch- und Transportspirale 10. Über Abstandshalter 11 ist eine aus Blech bestehende, weitere Transportspirale 12 konzentrisch zur außen liegenden Spirale 10 angeordnet. Die Steigungen sind gegenläufig, so daß das in der Rohrtrommel 8 befindliche Mischgut hin- und hertransportiert wird. Der zwischen den beiden Spiralen 10, 12 vorgesehene Zwischenraum 13 ermöglicht eine Freifallmischung.
Aus dem Innenraum der Rohrtrommel 8 ist ein Zementsilo 14 ausgespart. Dieser Zementsilo hat die Form eines Zylindermantelsegmentes. Er wird dementsprechend von der mit Mann- bzw. Befüllöchern 15, 16 versehenenen Blechhaut 17 der Rohrtrommel 8 begrenzt. Innen dient ein parallel gekrümmter Boden 18 als innerer Abschluß. Ebene Seitenwände 19, 20 vollenden die Wand des Zementsilos 14.
Der Silo 14 hat eine Bodenentleerung, welche allgemein mit 21 in Figur 2 bezeichnet ist. Die Bodenentleerung, führt aus dem Raum des Zementsilos 14 in den Mischraum 23, der gleichzeitig als Behälter zur Aufnahme der trockenen Zuschläge bzw. Zuschlagsstoffe 23 einer Betoncharge dient. Die Bodenentleerung wird von zwei Schwenkklappen bewirkt, die in strichpunktierter Linienführung in geöffnetem Zustand bei 24 und 25 in Figur 2 dargestellt sind. Die Klappen werden mit Hilfe eines Lenkergestänges verstellt. Dazu dient eine zweiarmige Schwinge 26, die an einem Ende mit einem hydraulischen Arbeitszylinder 27 verbunden ist und um eine feste Achse 26a schwenkt. Lenker 27, 28 verbinden die Schwinge 26 mit Schwingen 29 und 30, die um feste Achsen 31, 32 schwenken und dabei über Konsolen auf der Außenhaut der Schwenkklappen 24, 25 die Klappen in die geschlossene oder in die geöffnete Stellung bewegen und halten. Wie sich aus der Darstellung der Figur 1 ergibt, ist der beschriebene Antrieb im vorderen Teil, d.h. an der Abgabeöffnung 33 der Rohrtrommel 8 angebracht.
Die Rohrtrommel 8 hat einen zylindrischen Abschnitt 34 und an jedem Ende einen Konus 35 bzw. 36. Über einen Antrieb 37 mit einem auf dem zylindrischen Abschnitt 34 angeordneten Zahnkranz 38 läßt sich die Rohrtrommel um ihre Mittelachse 39 drehen. Das Abgabeende 33 sitzt am vorderen Konus 35, der einen achsial beweglichen und in Figur 4 gestrichelt wiedergegebenen Verschlußdeckel 39 aufweist. Der Verschlußdeckel liegt im hinteren, verkürzten Konus 36 des vorausfahrenden Schienenfahrzeuges 2 gleichen Typs.
Die Schienenfahrzeuge der Typen 3 und 4 weisen ihrerseits ein vierachsiges Fahrgestell 40 auf. Das Fahrgestell hat einen Aufbau 41, der im wesentlichen von einer Rohrtrommel 42 gebildet wird. Die Rohrtrommel hat Außenabmessungen, die dem Aufbau des Schienenfahrzeuges des Typs 1 und 2 entspricht. Dementsprechend ist ein zylindrischer Mittelabschnitt 43 vorgesehen mit konischen Endabschnitten 44, 45, von denen der vordere Konus eine Abgabeöffnung 46 aufweist, die mit einem Verschlußdeckel 47 versehen ist. Der Konus 45 führt in den Konus 44 des vorausfahrenden Schienenfahrzeugs des anderen Typs. Ein Antrieb 48 dreht die Mischtrommel 42 über einen Zahnkranz 49. Innen ist die Mischtrommel mit einer Mischspirale 10 bzw. 12 des gleichen Typs versehen, wie er in den Schienenfahrzeugen des Typs 1 und 2 verwendet wird.
Das vordere Schienenfahrzeug 5 hat ein - gemäß dem Ausführungsbeispiel - verlängertes Schienenfahrwerk 51. Der Aufbau besteht aus einem Kipprahmen 52, dessen Kippachse 53 am hinteren Ende des Schienenfahrzeuges 5 angeordnet ist. Auf dem Kipprahmen ist eine Rohrtrommel 54 aufgebaut, welche einen hinteren Konus 47 besitzt und am vorderen Ende eine Abgabeöffnung 55 aufweist, die mit einem Verschlußdeckel 56 versehen ist. Die Rohrtrommel 54 hat wegen der größeren Länge des zylindrischen Abschnittes 57 im Gegensatz zu den übrigen Rohrtrommeln drei mit Deckeln verschließbare Mannlöcher 58 bis 60 statt der Mannlöcher 49 und 50 beim Aufbau der Fahrzeuge des Typs 3 und 4 bzw. der Mannlöcher 15 und 16 des Typs 1 und 2. Ebenso wie die anderen Rohrtrommeln ist auch die Rohrtrommel 54 innen mit den Mischspiralen 10 und 12 versehen, die im Zusammenhang mit den Figuren 2 und 3 erörtert worden sind. Die Mischtrommel 54 kann im übrigen über einen Antrieb 61 und den Zahnkranz 62 gedreht werden. Ein Kippzylinder 62a ist im Fahrgestell bei 63 und an der Unterseite des Kipprahmens 52 bei 64 angelenkt.
Das Fahrzeug des Typs 4 hat einen Anschluß für Anmachwasser, welches über einen Mengenanzeiger 65 aus einer Leitung 66 zufließt. Es gelangt in einen Verteiler 67, aus dem mehrere Düsen 68 bzw. 69 beaufschlagt werden, die an der Innenspirale 12 befestigt sind. Hierdurch unterscheidet es sich von dem Typ 3, der zwar auch als Mischer wirkt, aber trocken arbeitet.
Im Betrieb werden vorzugsweise mehrere Schienenfahrzeuge des Typs 1 und 2 über Tage durch die geöffneten Mannlöcher 15, 16 zunächst mit einer Zuschlagladung für eine Betoncharge gefüllt, wobei die Klappen geöffnet sind. Nachdem die Klappen des Silos 14 geschlossen worden sind, wird die für die betreffende Betoncharge erforderliche Zementmenge in den Silo eingefüllt. Selbstverständlich werden die eingefüllten Mengen abgewogen, wie dies für einen Qualitätsbeton erforderlich ist. Danach werden die Mannlöcher verschlossen. Mit den Fahrzeugen des Typs 1, 2 werden dann die voneinander getrennten Ladungen für eine bzw. mehrere Betonchargen vor Ort antransportiert. Der Transportweg ist beendet, sobald die automatische Kupplung des ersten Zuges aus den Fahrzeugen 1, 2 mit der automatischen Kupplung des Fahrzeuges 3 des zweiten Zuges verbunden worden ist.
Wird eine Betoncharge benötigt, so werden im vorausfahrenden Schienenfahrzeug 2 die Klappen 24, 25 geöffnet, wodurch bei drehender Rohrtrommel die gesamte Zementmenge auf einmal in die Zuschlagladung ausgeschüttet wird. Das ist schematisch in der Figur 2 angedeutet. Sofern der Verschlußdeckel 39 geschlossen ist, findet bereits in dem Schienenfahrzeug 2 eine intensive trockene Durchmischung der beschriebenen Ladungen statt. Wird die betreffende Betoncharge abgerufen, so wird der Deckel 39 geöffnet bzw. befindet sich dieser bereits im geöffneten Zustand. Dann tritt die Mischung ohne weiteres in die Rohrtrommel des Schienenfahrzeuges 3 ein. Der Aufbau dieses Fahrzeuges dient ausschließlich dazu, die Trockenmischung fertigzustellen. Dabei führt die Transportwirkung der Außenschnecke 10 dazu, daß die Mischung die Entfernung zwischen dem Schienenfahrzeug 2 und dem Schienenfahrzeug 4 überwinden kann. Das setzt voraus, daß der Verschlußdeckel 47 geöffnet ist. Ist der Verschlußdeckel 47 geschlossen, so wird das Mischgut umgewälzt und trocken weitergemischt.
Bei geöffnetem Verschlußdeckel 47 gelangt das Mischgut in die Rohrtrommel des Schienenfahrzeuges 4. Das Schienenfahrzeug 4 unterscheidet sich vom Schienenfahrzeug 3 nur durch die Wasserzuführung 66, die oben beschrieben worden ist. Diese ermöglicht eine genaue Bestimmung des Wasser-Zement-Faktors im fertigen Beton. Da das Wasser über die Düsen 68 und 69 zugeführt wird, findet eine gleichmäßige Verteilung des Anmachwassers in der Trockenmischung statt. Gleichzeitig entsteht auf den Gängen der Schnecken 10, 12 ein Schmierfilm, der die Transportwirkung sicherstellt. Ist der Verschlußdeckel 47 des Schienenfahrzeuges 4 geschlossen, so findet in der Rohrtrommel eine intensive Durchmischung des nunmehr nassen Betons statt. Sobald der Deckel geöffnet wird, gelangt die fertige Betoncharge in die Rohrtrommel 54 des Schienenfahrzeuges 5. In dieser ist die Betoncharge gegebenenfalls mit dem noch vorhandenen Rest der vorausgehenden Betoncharge zwischengespeichert. Der Kipprahmen 52 ermöglicht die Verstellung der Austragsöffnung 55 der Höhe nach, was durch die gestrichelte Darstellung in der Figur 1 wiedergegeben ist. Dadurch lassen sich verschiedene Aufgabehöhen für Betonpumpen, Transportbänder, Schalungsöffnungen o.dgl. einstellen.
Sobald das Schienenfahrzeug 2 seine Charge abgegeben hat, kann eine weitere Charge aus dem Schienenfahrzeug 1 in der beschriebenen Weise verarbeitet werden. Dabei läuft die Rohrtrommel des Schienenfahrzeuges 2 mit und dient als Transportmittel zur Förderung der Trockenmischung in die nachfolgenden Schienenfahrzeuge des Typs 1 und 2 entleert sind, wird deren automatische Kupplung mit dem Schienenfahrzeug 3 gelöst. Der Zug wird zur erneuten Beladung zurückgefahren. Die Einrichtung ermöglicht ein Wechselzugsystem und damit die Bereitstellung großer Mengen von Qualitätsbeton.