DE102007057064A1

DE102007057064A1 - Verfahren zum Verfestigen eines Schotterbetts und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102007057064A1
Application number: DE102007057064A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Wirth; Wolfgang Pawlik
Original assignee: Hennecke GmbH
Current assignee: Hennecke GmbH
Priority date: 2007-11-27
Filing date: 2007-11-27
Publication date: 2009-05-28
Also published as: EP2227598B1; WO2009068169A1; CN101878339B; ATE541989T1; JP5274571B2; EP2227598A1; JP2011504974A; CN101878339A; ES2380276T3

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verfestigen eines Schotterbetts (1), in dessen oberem Bereich Schwellen (3) mit darauf befestigten Schienen (4) angeordnet sind, wobei das Schotterbett unterhalb der Schwellen Lastabtragungsbereiche (13) aufweist, die auf die Schienen wirkende Lasten aufnehmen und auf einen unterhalb des Schotterbetts befindlichen Erdkörper übertragen, bei dem Hohlräume im Schottergerüst (10) des Schotterbetts mit aus einem Reaktivgemisch gebildetem Schaumstoff (11) ausgeschäumt werden. Um sowohl ein Auftreten zu niedriger Schaumstoffschlote in den Lastabtragungsbereichen (13) als auch ein Überschäumen von Schwellen und Schienen zu verhindern, sieht das erfindungsgemäße Verfahren vor, dass in das Schottergerüst soviel Reaktivgemisch (8) eingebracht wird, dass sich zumindest in den Lastabtragungsbereichen (13) eine von der Oberfläche (2) des Erdkörpers bis zur Unterseite der Schwellen (3) erstreckende Füllung des Schottergerüsts mit Schaumstoff (11) ergibt und dass der beim Aufschäumen sich ausdehnende Schaumstoff (11) räumlich begrenzt wird, indem vor Abschluss des Aufschäumvorgangs eine Abdeckung (12) auf oder über dem Schotterbett (1) angeordnet wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, umfassend mindestens ein Schienenfahrzeug (17.1, 17.2), das mit einer Verschäumungsanlage und mindestens einer beweglichen oder transportablen Abdeckung (12) zur räumlichen Begrenzung von expandierendem ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verfestigen eines Schotterbetts, in dessen oberem Bereich Schwellen mit darauf befestigten Schienen angeordnet sind, wobei das Schotterbett unterhalb der Schwellen Lastabtragungsbereiche aufweist, die auf die Schienen wirkende Lasten aufnehmen und auf einen unterhalb des Schotterbetts befindlichen Erdkörper übertragen, bei dem Hohlräume im Schottergerüst des Schotterbetts mit aus einem Reaktivgemisch gebildeterem Schaumstoff ausgeschäumt werden. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Der traditionelle Schienenweg besteht im Wesentlichen aus dem auf einem sogenannten 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 beschreibt die DE 20 63 727 A1 ein Verfahren, bei dem die einzelnen Steine des Schottergerüstes ganz oder teilweise durch ein Bindemittel verklebt werden, indem die einzelnen Hohlräume zwischen den Schottersteinen mit einem Bindemittel gefüllt werden und die Steine hierdurch flächig miteinander verklebt werden (Seite 3, Zeilen 11 bis 14), wodurch ein Drehen und Verschieben der Schottersteine gegeneinander verhindert werden soll.
Im gleichen Dokument heißt es auch: „..., dass die Hohlräume des Schottergerüstes im Bereich unter der Schwellenlagerung teilweise oder ganz bis auf den Untergrund gefüllt werden" (Seite 4, Zeilen 9 bis 12), um auf diese Weise die Stabilisierung des Schottergerüstes nicht nur gegen die horizontalen, sondern auch gegen die vertikalen Gleiskräfte zu bewirken. In derselben DE 20 63 727 A1 ist dann weiterhin zu lesen: „Dieser Kunststoff kann in vorteilhafter Weise ein Zwei-Komponenten-Kunstharz sein, der unter Schaumbildung aushärtet, so dass sich bei geringster Kunststoffmenge eine vollständige Füllung der Hohlräume zwischen den Steinen ergibt" (Seite 6, Zeilen 17 bis 21).
Weitere Dokumente, die sich mit dem Ausschäumen der Hohlräume des Schottergerüstes beschäftigen, sind die EP 1 619 305 A2 , die DE 24 48 978 A1 sowie die US 3 942 448 .
Aber keines dieser Dokumente beschäftigt sich mit folgender in der realen Anwendung auftretenden Problematik:

– Die Schottersteine haben nicht nur unterschiedliche Geometrien, sie haben auch von Charge zu Charge unterschiedliche Korngrößen. Das führt in den Schüttungen zu deutlichen Schwankungen des Hohlraumvolumens im Schottergerüst.
– Des Weiteren ist die Distanz zwischen Gleisrost und Planum nicht überall gleich groß, da das Planum nie völlig eben ist. Auch das führt zu erheblichen Schwankungen bezüglich des auszuschäumenden Hohlraumvolumens im Schottergerüst.

Die Folge dieser Hohlraumschwankungen im Schottergerüst wird in 1 verdeutlicht:

– Im linken Bereich der schematischen Darstellung ist beispielhaft das reale Hohlraumvolumen im Verhältnis zum eingebrachten Reaktivgemisch zu klein, da die reale Schotterbetthöhe kleiner ist als die kalkulierte Schotterbetthöhe H. Das hat zum Überschäumen der linken Schwelle und dem linken Schienenbereich geführt, ein Schaden, der durch mühseliges Abtragen beseitigt werden muss.
– Im rechten Bereich des Schemas ist beispielhaft das reale Hohlraumvolumen im Verhältnis zum eingebrachten Reaktivgemisch zu groß, da die reale Schotterbetthöhe größer ist als die kalkulierte Schotterbetthöhe H. Das hat zu einem viel zu niedrigen Schaumschlot geführt, der die Schwelle erst gar nicht erreicht hat, ein gegebenenfalls folgenschwerer Fehler. Denn während ein Überschäumen sichtbar ist, und somit, wenn auch mühselig behoben werden kann, ist ein zu niedriger Schaumschlot nicht sichtbar und somit geradezu fatal, weil so die erforderliche Stabilisierung des Lastabtragungskegels zwischen Gleisrost und Planum nicht erreicht wird.

In der Mitte zwischen den beiden mangelhaften Schaumschloten ist zum Vergleich ein korrekter Schaumschlot dargestellt, der vom Planum bis in den unteren Bereich der Schwelle führt und so eine einwandfreie Stabilisierung des Schotterbereichs bewirkt.
Folgende Maßnahmen sind möglich, um die beschriebenen Mängel zu beseitigen:
Der zu niedrige Schaumschlot muss unbedingt durch Einbringen von weiterem Reaktivgemisch korrigiert werden. Dazu bedarf es zunächst der exakten Ortung der im Primärschäumvorgang erreichten Schaumhöhen durch ein geeignetes Messverfahren, um definiert weiteres Reaktivgemisch nachgießen zu können, insgesamt gesehen also ein äußerst aufwendiges Reparaturmanöver.
Um den Schaden durch ein Überschäumen von Schwellen und Schienen zu beseitigen, gibt es diverse Denkansätze. Wenn der Schaum bereits ausgehärtet ist, besteht zum einen die Möglichkeit, ihn, wie es im Fachjargon heißt „bergmännisch" mit geeigneten Werkzeugen mechanisch abzutragen.
Dabei ist es auch denkbar, den ausgehärteten Schaum nicht nur von Hand, sondern sogar maschinell mit einer Kontur-Fräsmaschine abzutragen und die Schaumreste mittels Schreddern zu recyclen.
Eine weitere Möglichkeit ist das gezielte Abflämmen, was allerdings ein sogenanntes selbstverlöschendes Schaumsystem voraussetzt.
Wenn der Schaum noch nicht ausgehärtet ist, sich also noch in statu nascendi, d. h. auch sich noch im Steigvorgang befindet, sind folgende Gegenmaßnahmen denkbar:

– Zerstören des aus dem Schotterbett heraustretenden Schaums durch gezielte Luftstöße oder
– Besprühen des aus dem Schotterbett austretenden Schaums mit einer Schaum zerstörenden Flüssigkeit, wie z. B. einer fetthaltigen Emulsion oder
– Verteilen und Glätten des aus dem Schotterbett austretenden Schaums durch einen geeigneten Rakel oder durch eine rotierende Bürste oder durch ein changierendes Lappenelement.

Aber alle diese zuvor beschriebenen Maßnahmen sind nicht nur aufwendig und somit unwirtschaftlich, sie sind auch äußerst unpraktisch. Vor allem haben sie den Mangel, dass sie im Grunde nur Behelfsmaßnahmen sind, die lediglich einen bereits entstandenen Schaden bzw. Fehler beheben.
Es bestand somit die Aufgabe, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu konzipieren, bei dem die beschriebenen Mängel, d. h. ein Überschäumen von Schwellen und Schienen bzw. zu niedrige Schaumstoffschlote erst gar nicht entstehen können.
Hinsichtlich des Verfahrens wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass in das Schottergerüst soviel Reaktivgemisch eingebracht wird, dass sich zumindest in den Lastabtragungsbereichen eine von der Oberfläche des Erdkörpers bis zur Unterseite der Schwellen erstreckende Füllung des Schottergerüsts mit Schaumstoff ergibt, und dass der beim Aufschäumen sich ausdehnende Schaumstoff räumlich begrenzt wird, indem vor Abschluss des Aufschäumvorgangs eine Abdeckung auf oder über dem Schotterbett angeordnet wird.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die in der Aufgabenstellung beschriebenen Kriterien zum Ausschäumen von Hohlräumen im Schottergerüst von Schotterbetten mit einem Reaktivkunststoff, z. B. mit Polyurethan, voll und ganz erfüllt.
Zu niedrige Schaumstoffschlote können bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens prinzipiell nicht mehr vorkommen, da in das Schottergerüst genügend Reaktivgemisch eingebracht wird, um auch bei einem auszuschäumenden Hohlraumvolumen, welches im Maximalbereich des Toleranzbandes liegt, eine vollständige Füllung des Schottergerüsts mit aufgeschäumtem Reaktivkunststoff sicherzustellen. Das Toleranzband für das auszuschäumende Hohlraumvolumen definiert in diesem Zusammenhang den Bereich vom kleinstmöglichen bis zum größtmöglichen auszuschäumenden Hohlraumvolumen. Im Wesentlichen ist dies abhängig von der Packungsdichte, der Schaumschlotgeometrie sowie der Schotterbetthöhe. Dabei unterliegen alle diese Größen einer gewissen Toleranz, deren Summe letztendlich für die Breite des Toleranzbandes für das auszuschäumende Hohlraumvolumen maßgeblich ist. In diesem Zusammenhang sei erwähnt, dass das Toleranzband für das auszuschäumende Hohlraumvolumen empirisch durch geeignete Versuche ermittelt werden muss. Das geschieht in der Regel nur einmal im Vorfeld und muss nicht ständig wiederholt werden. Die Toleranz des auszuschäumenden Hohlraumvolumens im Maximalbereich stellt nun das empirisch ermittelte maximal mögliche Hohlraumvolumen des Schottergerüsts im Bereich der Einbringungsstelle dar. Dabei sollten natürlich Kenntnisse bezüglich des Schotterbetthöhenverlaufs mit berücksichtigt werden, um nicht unnötig viel Schaum einzubringen, da dies unnötige Rohstoffkosten verursacht. Ggf. ist es auch vorteilhaft, die lokale Schotterbetthöhe an der Einbringungsstelle mittels geeigneter Messgeräte, wie z. B. eines Georadars (Bodenradars), jeweils möglichst exakt zu vermessen. Auf diese Weise ist es möglich, das Toleranzband für das auszuschäumende Hohlraumvolumen möglichst eng zu halten.
Ein Überschäumen über Schwellen und Schienen ist ebenfalls nicht mehr möglich, da der aufsteigende Schaum in vertikaler Richtung durch die Abdeckung begrenzt wird. Die Abdeckung muss hierzu nicht unbedingt die gesamte freiliegende Oberseite des Schotterbetts bedecken. Für eine zuverlässige Begrenzung des aufsteigenden Schaums wird es aber günstig sein, wenn mit der Abdeckung eine Fläche des Schotterbetts abgedeckt wird, welche sich über einen Umkreis von mindestens 200 mm, vorzugsweise mindestens 300 mm ausgehend von einem Einbringungspunkt oder einer Einbringungslinie für das Reaktionsgemisch erstreckt.
Das erfindungsgemäße Verfahren liefert den zusätzlichen Vorteil, dass Reaktivkunststoff, der ohne Abdeckung überschäumen würde und nach seinem Abtrag Abfall darstellt, zur Seite in das angrenzende Schotterbettfeld ausweicht. Voraussetzung ist natürlich, dass die Abdeckung genügend breit ist. Das heißt, das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht auch eine optimale Ausnutzung des eingesetzten Reaktivkunststoffs und liefert somit auch einen zusätzlichen positiven, wirtschaftlichen Aspekt.
Wenn die Einbringungspunkte in unmittelbarer Nähe zu einer Schwelle liegen, bildet diese Schwelle selbst in einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens einen Teil der Abdeckung.
Bevorzugt handelt es sich um eine Abdeckung, welche sich quer zum Schienenverlauf zumindest über die Spurbreite der Schienen und längs zum Schienenverlauf über eine Strecke von jeweils mindestens 200 mm, ausgehend von einem Einbringungspunkt bzw. einer Einbringungslinie für das Reaktivgemisch, erstreckt.
Als Schotterbett bezeichnet man in diesem Zusammenhang die Gesamtheit aller auf dem Planum, d. h. auf der verdichteten Oberfläche des Erdkörpers aufliegenden Schottersteine des (Eisenbahnoberbaus; und als Schottergerüst bezeichnet man die Struktur der einander berührenden Schottersteine mit den mehr oder weniger großen Hohlräumen zwischen den Schottersteinen.
Zusätzliche Maßnahmen sind ggf. an den Seiten des Schotterbetts zu treffen, damit der Schaumschlot nicht seitlich aus dem Schotterbett austritt. In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens deckt die Abdeckung deshalb auch die seitlichen abfallenden Bereiche des Schotterbetts ab.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst sowohl ein vollständiges Ausschäumen als auch ein teilweises Ausschäumen eines zu verfestigenden Schotterbetts. Beim vollständigen Ausschäumen werden im Wesentlichen alle Hohlräume im Schottergerüst des betreffenden Schotterbetts ausgeschäumt.
Bei einer bevorzugten Verfahrensvariante werden jedoch lediglich Hohlräume im Schottergerüst ausgeschäumt, die sich innerhalb der Lastabtragungsbereiche unterhalb der Schwellen befinden. Dementsprechend benötigt man auch nur minimierte Abdeckungen, die lediglich die Kuppe der zu den Schwellen aufsteigenden Schaumschlote begrenzen. Diese Variante ist besonders kostengünstig, da auf diese Weise der Einsatz an Reaktivkunststoff und damit auch die entsprechenden Rohstoffkosten minimiert werden können.
Für den Zeitpunkt des Platzierens der Abdeckung auf bzw. über dem Schotterbett gibt es prinzipiell zwei Verfahrensvarianten.
Man kann entweder zuerst das Reaktivgemisch einbringen und anschließend die Abdeckung auflegen oder zuerst die Abdeckung auflegen und das Reaktivgemisch durch Öffnungen bzw. Schlitze in der Abdeckung einbringen und danach die Öffnungen bzw. Schlitze mit geeigneten Verschlusselementen entweder von Hand oder automatisch wieder verschließen. Die Variante, bei der zuerst das Reaktivgemisch eingebracht und anschließend die Abdeckung aufgelegt wird, ist anwendungstechnisch weniger aufwendig, insbesondere hinsichtlich der Mischkopfhandhabung, weil die Eintragspositionen für das Reaktivgemisch nicht so exakt angefahren werden müssen wie bei der zweiten Variante, bei welcher der Mischkopf exakt über der Einfüllöffnung in der Abdeckung platziert werden muss. Außerdem müssen in der zweiten Variante auch noch die Einfüllöffnungen nach dem Eintrag des Reaktivgemisches weder verschlossen werden. Der Vorteil der zweiten Variante liegt allerdings in einem kürzeren Zeitablauf. Denn hierbei kann der Aufschäumprozess unmittelbar nach dem Ende des Eintrages des Reaktivgemisches und dem Verschließen der Einfüllöffnungen erfolgen. Somit sind hierbei höher reaktive Rohstoffsystem einsetzbar, die kürzere Steig- und Aushärtezeiten ermöglichen.
Bei der ersten Variante dagegen kann der Aufschäumprozess im Wesentlichen erst dann beginnen, wenn die Abdeckung auf bzw. über dem Schotterbett aufgelegt worden ist. Der Zeitbedarf für das Auflegen der Abdeckung muss also bei der Aktivierung bzw. der Katalyse des Rohstoffsystems berücksichtigt werden. Das hat dann auch zur Folge, dass die Aushärtezeiten für den Reaktivkunststoff länger sind als in der zweiten Variante. Allerdings besteht die Möglichkeit, diesen Nachteil zu kompensieren, indem man die Anzahl der Abdeckelemente entsprechend erhöht. Die Entscheidung, welche der beiden Verfahrensvarianten die geeignetste ist, kann nur im Rahmen der jeweiligen, speziellen Anwendung getroffen werden.
Nach dem Aufschäumvorgang erreicht die Schäumfront die Unterseite der Abdeckung. Damit der Reaktivkunststoff, der für den Verbund mit den Schottersteinen zweckmäßigerweise höchste Klebeigenschaften besitzt, nicht an der Abdeckung festklebt, sieht eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, dass auf die Unterseite der Abdeckung ein sprüh- oder streichfähiges Trennmittel aufgetragen wird. Alternativ kann auch eine Trennfolie, z. B. aus Polyäthylen, auf das Schotterbett aufgelegt werden.
Eine weitere Variante besteht darin, die Unterseite der Abdeckung selbst mit einem selbsttrennenden Material, z. B. aus Polyäthylen, oder einer anderen Antihaftbeschichtung zu verkleiden.
Auch bezüglich der Ausführungsform der Abdeckungen gibt es zwei verschiedene Grundvarianten, und zwar zum einen Abdeckungen, die unmittelbar auf dem Schotterbett aufliegen, und zum anderen Abdeckungen, die so ausgebildet sind, dass sie in ihrer abgelegten Stellung mit einem Abstand zur Schotterbettoberfläche angeordnet sind.
Abdeckungen, die auf dem Schotterbett aufliegen, sollten in der Regel flexibel sein, da das Schotterbett normalerweise nie völlig eben ist. Sie können z. B. aus einer flexiblen Matte oder Folie bestehen. Die Verwendung einer flexiblen Matte oder Folie ist auch hinsichtlich des Ausgleichs von Toleranzen des Abstandes der aufeinanderfolgenden, im Wesentlichen gleichmäßig beabstandeten Schwellen vorteilhaft. Allerdings muss berücksichtigt werden, dass der Schäumdruck durchaus 0,01 bis 0,2 bar betragen kann. Das heißt, der durch den Schäumdruck auf die flexible Matte oder Folie entstehenden Flächenkraft muss entweder durch eine geeignete Beschwerung oder durch einen Gegendruck, z. B. den eines abgestützten Luftkissens, entgegengewirkt werden. Die notwendige Gegenkraft kann vorzugsweise durch ein Schienenfahrzeug selbst aufgebracht werden, das Teil einer entsprechenden Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist.
Die Abdeckungen, die gemäß der alternativen Verfahrensvariante mit Abstand zur Schotterbettoberfläche angeordnet werden, sind dagegen zweckmäßigerweise aus starren, d. h. biegesteifen Materialien hergestellt, wie z. B. aus Blech. Somit bringen diese starren Abdeckungen schon von Hause aus eine gewisse Beschwerung mit.
Aber auch ein zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens genutztes Schienenfahrzeug selbst kann generell zur Abstützung herangezogen werden, da es sich in der Regel während des Aushärtens des Reaktivschaums über der Abdeckung befindet.
Der Abstand zwischen Schotterbettoberfläche und Abdeckungsunterseite bewirkt auch, dass über dem Schotterbett eine dichte Kunststoffoberfläche entsteht, die das Schotterbett gegen jegliche Verschmutzung, aber auch gegen Regenwasser und letztendlich auch gegen Einwirkungen durch frierende Nässe schützt.
In der weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Reaktivkomponenten zu mindestens einem Hochdruckmischkopf dosierend gefördert und dort vermischt. Anschließend wird das flüssige Reaktivgemisch frei fließend auf die Oberfläche des Schottengerüstes aufgebracht. Das flüssige Reaktivgemisch wird hierzu so eingestellt wird, dass der Schäumprozess im Wesentlichen erst dann beginnt, wenn das durch das Schottergerüst hindurchfließende Reaktivgemisch die Oberfläche des unter dem Schotterbett befindlichen Erdkörpers erreicht hat.
Diese spezielle Verfahrensweise beinhaltet mehrere Vorzüge. Im Gegensatz zu den in den Dokumenten DE 20 63 727 A1 , EP 1 619 305 A2 , DE 24 48 978 A1 sowie US 3 942 448 beschriebenen Injektionslanzen bzw. Injektionswerkzeuge, die nach dem Gemischeintrag unter die Oberfläche des Schotterbetts mit Lösungsmittel oder Luft-Lösungsmittel-Gemischen gespült werden müssen, ist die Anwendung eines Hochdruckmischkopfs, der das Gemisch frei fließend auf die Oberfläche des Schotterbetts aufträgt und anschließend das Restgemisch aus Mischkammer und Auslaufkanälen mit Schiebern ausstößt, ökologisch völlig einwandfrei und außerdem auch ökonomisch vorteilhaft, da keinerlei Rohstoffverluste bei diesem Procedere entstehen.
Ein weiterer, wesentlicher Vorteil dieser speziellen Verfahrensweise liegt auch darin, das Reaktivgemisch bis zum Planum durchfließen zu lassen. Das stellt nämlich sicher, dass das Schottergerüst vom Planum bis in den Bereich unterhalb der Schwellen komplett mit Reaktivkunststoff ausgefüllt wird, so dass zumindest innerhalb der Lastabtragungsbereiche keine schädlichen Luftsäcke stehen bleiben können, in denen die Schottersteine lose liegen würden und somit nicht gegen Drehen und Verschieben stabilisiert wären.
Durch die separate Zugabe eines Katalysators oder eines Aktivators, entweder direkt in den Mischkopf oder in den Dosierstrom einer der Hauptkomponenten oder in den Nachfüllstrom einer der Reaktivkomponenten des Reaktivgemisches, ist eine nahezu beliebige Einstellung der Startzeit des Schäumvorgangs möglich. Das Reaktivgemisch wird vorzugsweise so eingestellt, dass der Schäumvorgang mit einer Verzögerung im Bereich von 3 sec bis 30 sec beginnt.
So muss die Startzeit bei größeren Schotterbetthöhen, wie z. B. in Kurven, deutlich länger sein als bei niedrigeren Schotterbetthöhen. Die Startzeit muss auch länger sein, wenn die Schotterbettabdeckung nach dem Gemischeintrag erfolgt und sie kann kürzer sein, wenn die Schotterbettabdeckung vor dem Einbringen des flüssigen Reaktivgemisches erfolgt.
Ca. 5 bis 100 sec nach Ende der Startzeit bzw. nach Schäumbeginn kann die Abdeckung wieder entfernt werden. Bei höher reaktiven Schaumsystemen nach ca. 5 bis 20 sec, bei sehr langsam reaktiven Schaumsystemen nach ca. 80 bis 100 sec.
Da die Polyurethan-Reaktivkomponente Isocyanat mit Wasser reagiert, sollten sowohl die Schottersteine als auch das Planum möglichst trocken sein, um einen einwandfreien chemischen Reaktionsablauf zu gewährleisten.
Günstig ist es, wenn die Schottersteine bereits vor dem Auftragen auf das Planum trocken sind, genauso wie auch das Planum selbst, und nach dem Erstellen des Schotterbetts auf dem Planum keinerlei Feuchtigkeit mehr in das Schotterbett bzw. auf das Planum gelangen kann, z. B. durch Abdecken des Schotterbetts mit einem Zeltdach. Denkbar ist zu diesem Zweck auch der Einsatz leichter, mobiler Eisenbahnwagen, welche im Wesentlichen aus einem Fahrgestell mit einer geeigneten Abdeckung bestehen. Idealerweise ist die Schäummaschine jedoch direkt hinter einer Stopfmaschine zum Einfüllen und Verdichten des getrockneten Schotters angeordnet. Auf diese Weise kann das Schotterbett planmäßig in einem definierten, trockenen Zustand ausgeschäumt werden.
Falls es jedoch z. B. aus ökonomischen Gründen nachteilig ist, den Betrieb der Schäummaschine und der Schotterstopfmaschine in geeigneter Weise logistisch aufeinander abzustimmen, ist in der Regel eine nachträgliche Trocknung des Schotterbettszweckmäßig.
Um einen einwandfreien Schäumprozess sicherzustellen, ist es weiterhin vorteilhaft, die Schottersteine sowie das Planum vor dem Einbringen des Reaktivgemisches zu temperieren. Die optimale Temperatur des auszuschäumenden Schotterbetts liegt im Bereich von ca. 30 bis 35°C. Das heißt, im Winter, wenn die Temperaturen im Minusbereich liegen, müssen die Schottersteine sowie das Planum erwärmt werden, während bei Hochsommertemperaturen die Schottersteine sowie das Planum gekühlt werden müssten. Allerdings ist es auch denkbar, relative hohe Temperaturen des auszuschäumenden Schotterbetts als sogenannte thermische Aktivierung zu nutzen und die chemische Aktivierung, d. h. den Aktivator- bzw. Katalysatoranteil dementsprechend abzusenken.
Des Weiteren wird die oben angegebene Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 19 gelöst. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst mindestens ein Schienenfahrzeug, das mit einer Verschäumungsanlage zum Ausschäumen von Hohlräumen im Schottergerüst eines Schotterbetts versehen ist, wobei der Schaumstoff aus einem flüssigen Reaktivgemisch gebildet wird, und wobei die Verschäumungsanlage mindestens eine Mischvorrichtung zum Mischen der Komponenten des Reaktivgemisches und mindestens einen Austragskanal zum Einbringen des flüssigen Reaktivgemisches in das Schottergerüst aufweist. Erfindungsgemäß ist das mindestens eine Schienenfahrzeug mit mindestens einer beweglichen oder transportablen Abdeckung zur räumlichen Begrenzung von expandierendern Schaumstoff versehen. Zudem weist das Schienenfahrzeug mindestens eine Hebeeinrichtung auf, welche die mindestens eine Abdeckung vor Abschluss des Aufschäumvorgangs auf oder über dem Schotterbett platziert und nach Abschluss des Aufschäumvorgangs entfernt.
Prinzipiell ist es möglich, alle Aggregate der Verschäumungsanlage, die mindestens eine Abdeckung, die der Abdeckung zugeordnete Hebeeinrichtung sowie gegebenenfalls weitere Zusatzaggregate der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf einem einzigen Schienenfahrzeug unterzubringen. Das bedingt jedoch genügend groß bemessene Aussparungen im Boden dieses Schienenfahrzeugs, durch die hindurch die verschiedenen Funktionen, wie Trocknen, Temperieren relevanter Bereiche des Schotterbetts sowie des Planums, Einbringen von Reaktivgemisch, Abdeckungen auflegen bzw. wieder abnehmen, erfolgen können.
Praktikabler ist es, die Aggregate der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf zwei, eventuell sogar auf drei Schienenfahrzeugen unterzubringen, die in einem elektronisch gekoppelten Schäumzug zusammengefasst sind. So befinden sich z. B. auf einem ersten Schienenfahrzeug Aggregate zum Trocknen und/oder Temperieren sowie Dosieraggregate der Verschäumungsanlage mit den zugehörigen Vorratsbehältern, des Weiteren mindestens ein Hochdruckmischkopf mit einem dazugehörigen Handhabungsgerät. Auf dem zweiten, folgenden Schienenfahrzeug befinden sich dann die mindestens eine Hebeeinrichtung für das Auflegen und Abnehmen der mindestens einen Abdeckung bzw. bei Verwendung mehrerer Abdeckungen gegebenenfalls eine dazugehörige Stapelung für die Abdeckungen. Diese Ausführung gilt für die Verfahrensvariante, bei der die Abdeckungen nach dem Einbringen des Reaktivgemisches aufgelegt werden.
Für die Verfahrensvariante, bei der die Abdeckungen vor dem Einbringen des Reaktivgemisches aufgelegt werden, befinden sich auf dem ersten Schienenfahrzeug die Aggregate zum Trocknen und/oder Temperieren, sowie ein Hebeeinrichtung zum Auflegen der Abdeckungen. Auf dem zweiten Schienenfahrzeug befinden sich dann die Dosieraggregate mit den Vorratsbehältern und der mindestens eine Hochdruckmischkopf mit dem dazugehörigen Handhabungsgerät sowie eine Hebeeinrichtung zum Abnehmen der Abdeckungen.
Als Hochdruckmischkopf kann je nach Schwierigkeitsgrad der Mischaufgabe entweder ein Ein- oder ein Zwei- oder ein Dreischiebermischkopf verwendet werden. 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 können bei dem erfindungsgemäßen Verfahren aber auch Mischköpfe zum Einsatz kommen, die mit Luft ausgeblasen werden. Der wesentliche Vorteil des Hochdruckmischkopfes ist darin zu sehen, dass ein solcher Mischkopf wesentlich besser und ohne Einsatz von Lösungsmitteln nach jedem Schuss gereinigt werden kann.
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 genügt durchaus ein Einschiebermischkopf, zum Beispiel der in der PUR- (Polyurethan)-Branche bekannte so genannte „Nutenmischkopf". Für schwierigere Mischaufgaben wird vorzugsweise ein Zweischieber-Mischkopf, z. B. der MT-Mischkopf der Fa. Hennecke, verwendet. 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.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Abdeckung kraftschlüssig mit dem Schienenfahrzeug verbunden, wobei die Gewichtskraft des Schienenfahrzeugs größer ist als die auf die Abdeckung wirkende Schäumkraft, welche sich aus dem Schäumdruck und der Fläche ermitteln lässt.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer mehrere Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung:
1 einen Abschnitt eines Eisenbahnoberbaus (Gleisoberbaus) in vertikaler Längsschnittansicht zur Veranschaulichung der dem erfindungsgemäßen Verfahren zu Grunde liegenden Aufgabenstellung,
2 und 3 einen Abschnitt eines Eisenbahnoberbaus (Gleisoberbaus) in vertikaler Längsschnittansicht zur Veranschaulichung eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens,
4 eine vertikale Querschnittansicht des Eisenbahnoberbaus der
3 entlang der Schnittlinie A-A mit ausgeschäumtem Schotterbett,
5 und 6 einen Abschnitt eines Eisenbahnoberbaus in vertikaler Längsschnittansicht zur Veranschaulichung eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens,
7 und 8 einen Abschnitt eines Eisenbahnoberbaus in vertikaler Längsschnittansicht zur Veranschaulichung eines dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens,
9 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Ausschäumen der Hohlräume im Schottergerüst eines Schotterbetts mit Reaktivkunststoff, gemäß der in den 2 bis 4 dargestellten Verfahrensvariante, und
10 eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung zum Ausschäumen der Hohlräume im Schottergerüst eines Schotterbetts mit Reaktivkunststoff, gemäß der in den 7 und 8 dargestellten Verfahrensvariante.
1 veranschaulicht die dem erfindungsgemäßen Verfahren zu Grunde liegende Aufgabenstellung. Sie zeigt ein Schotterbett 1 über einem unebenen Planum 2. Im oberen Bereich des Schotterbetts 1 sind Schwellen 3 angeordnet, auf denen ein Schienenstrang 4 befestigt ist. Im linken Bereich dieser schematischen Darstellung ist das reale Hohlraumvolumen im Verhältnis zum eingetragenen Reaktivgemisch zu klein, da die reale Schotterbetthöhe deutlich kleiner ist als die kalkulierte Schotterbetthöhe H. Das hat zum Überschäumen der linken Schwelle 3 und dem linken Schienenbereich geführt.
Im rechten Bereich des Schemas ist das reale Hohlraumvolumen im Verhältnis zum eingetragenen Reaktivgemisch zu groß, da die reale Schotterbetthöhe deutlich größer ist als die kalkulierte Schotterbetthöhe H. Das hat zu einem zu niedrigen Schaumschlot geführt, der die rechte Schwelle 3 erst gar nicht erreicht hat, so dass die Schottersteine über dem zu niedrigen Schaumschlot nicht stabilisiert sind.
In der Mitte zwischen den beiden verunglückten Schaumschloten ist zum Vergleich ein korrekter Schaumschlot dargestellt, der vom Planum bis in den unteren Bereich der mittleren Schwelle 3 führt und so eine einwandfreie Stabilisierung dieses Schotterbereichs bewirkt.
Die 2 und 3 zeigen schematisch den prinzipiellen Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Über einem Planum 2 befindet sich ein Schotterbett 1, wobei im oberen Bereich des Schotterbetts 1 Schwellen 3 angeordnet sind, auf denen wiederum Schienen 4 befestigt sind. 2 zeigt weiterhin einen Mischkopf 5, bei dem es sich vorzugsweise um einen Hochdruckmischkopf handelt, zu dem Reaktivkomponenten 6, 7 dosiert gefördert und dort vermischt werden. Das aus dem Mischkopf 5 ausgetragene flüssige Reaktivgemisch 8 wird frei fließend auf die Oberfläche 9 des Schotterbetts 1 aufgetragen. Es fließt durch das Schottergerüst 10 hindurch bis zum Planum 2. Das flüssige Reaktivgemisch wandelt sich in einen Schaumstoff 11, vorzugsweise in Polyurethan-Schaumstoff um (siehe auch 3 und 4). Der Aufschäumvorgang beginnt jedoch nicht unmittelbar nach Austrag aus dem Mischkopf 5, sondern zeitverzögert. Hierzu wird den Reaktivkomponenten 6, 7 ein geeigneter Katalysator oder Aktivator zugegeben. Dies erfolgt durch separate Zugabe des Katalysators oder Aktivators entweder direkt in den Mischkopf 5 oder in den Dosierstrom einer der Hauptkomponenten oder in den Nachfüllstrom einer der Reaktivkomponenten des Reaktivgemisches 8. Das Reaktivgemisch wird durch Zugabe des Katalysators oder Aktivators vorzugsweise so eingestellt, dass der Schäumvorgang mit einer Verzögerung im Bereich von 3 sec bis 30 sec beginnt. Der Aufschäumvorgang kann beispielsweise nach Ablauf einer Zeit von ca. 15 sec einsetzen.
Denkbar ist aber auch der Einsatz von fertigen Formulierungen, bei denen der Katalysator oder Aktivator in einer der Hauptkomponenten, bevorzugt der Polyolkomponente eingemischt ist.
Unmittelbar nach Einbringen des Reaktivgemisches 8 wird der Hochdruckmischkopf 5 in seine Nullposition (Nichtgebrauchsstellung) zurückgefahren (in der Zeichnung nicht dargestellt) und eine Abdeckung 12 mittels eines Handhabungsgeräts (vergleiche auch 9) zwischen den Schwellen 3 unmittelbar auf das Schotterbett 1 platziert. Die Abdeckung 12 ist flexibel und kann sich somit an eventuelle Unebenheiten der Schotterbettoberfläche anpassen. Um dem durch den aufsteigenden Schaum entstehenden Schäumdruck von ca. 0,01 bar entgegenzuwirken und die Abdeckung 12 sicher in ihrer Position auf dem Schotterbett 1 zu fixieren, wird sie beispielsweise durch ein Luftkissen (in der Zeichnung nicht dargestellt) abgestützt, welches in einem Gehäuse angeordnet ist, das wiederum von den Schienen 4 gehalten wird. Zumindest die Unterseite der Abdeckung 12 ist mit einer Antihaftbeschichtung versehen.
Die Startzeit des Aufschäumvorgangs ist auf ca. 15 sec eingestellt worden, um einerseits dem Reaktivgemisch 8 zu ermöglichen, bis zum Planum 2 durchfließen, und andererseits um Zeit zu haben, den Hochdruckmischkopf 5 in seine Nullposition zu fahren (ca. 6 bis 7 sec), und weiterhin um Zeit zu haben für das Auflegen der Abdeckung 12 (ca. 6 bis 7 sec). Die kalkulatorisch verbleibende 1 sec ist neben der Steigzeit des Schaums von ca. 4 bis 5 sec vom Planum 2 bis zu Abdeckung 12 zunächst einmal eine Zeitreserve. Mit steigender Produktionserfahrung kann selbstverständlich die Reservezeit minimiert werden. Ca. 80 sec nach Ende der Startzeit bzw. nach Schäumbeginn kann die Abdeckung 12 wieder entfernt werden.
In 3 ist zu erkennen, dass die Schwellen 3 in Ergänzung zu der Abdeckung 12 genutzt werden, um den beim Aufschäumen sich ausdehnenden Schaumstoff 11 räumlich zu begrenzen.
4 zeigt schematisch einen Schnitt A-A durch 3. Dabei wird deutlich, dass das Schotterbett 1 an seiner Oberfläche hermetisch in Z-Richtung durch die Abdeckung 12 abgedichtet ist. Die Abdeckung 12 deckt dabei auch die seitlichen abfallenden Bereiche des Schotterbetts 1 ab. Überschüssiger Schaum kann somit nur innerhalb des Schotterbetts in X- und Y-Richtung ausweichen, ein Vorzug, der die Wirtschaftlichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens verdeutlicht.
Die 5 und 6 zeigen schematisch eine Verfahrensvariante zum erfindungsgemäßen Verfahren. Über einem Planum 2 befindet sich ein Schotterbett 1, wobei im oberen Bereich des Schotterbetts 1 Schwellen 3 angeordnet sind, auf denen wiederum Schienen 4 befestigt sind. 5 zeigt weiterhin zwei Hochdruckmischköpfe 5, zu denen Reaktivkomponenten 6, 7 dosiert gefördert und dort vermischt werden. Das aus den beiden Hochdruckmischköpfen 5 zeitgleich ausgetragene, flüssige Reaktivgemisch 8 wird beidseitig neben der Schwelle 3 frei fließend auf die Oberseite 9 des Schotterbetts 1 aufgetragen. Das Reaktivgemisch 8 fließt durch das Schottergerüst 10 hindurch bis zum Planum 2 und bildet dort nach Ablauf einer gewissen Zeit Schaumstoff 11, der durch das Schottergerüst zur Schotterbettoberseite 9 hin aufsteigt (siehe auch 6); wobei die Startzeit für den Aufschäumvorgang in diesem Beispiel auf ca. 9 sec. eingestellt worden ist.
Unmittelbar nach dem Gemischeintrag werden die beiden Hochdruckmischköpfe 5 in ihre Nullposition zurückgefahren (in der Zeichnung nicht dargestellt). Anschließend wird mittels eines Handhabungsgeräts zu beiden Seiten der Schwelle 3 eine zweiteilige Abdeckung 12 auf das Schotterbett 1 aufgelegt. Die beiden Teile 12.1, 12.2 der Abdeckung werden durch Riegel 12.3 zusammengehalten, welche die betreffende Schwelle 3 überbrücken bzw. sich auf dieser abstützen. Die Abdeckung 12 erstreckt sich quer zum Schienenverlauf in etwa über die Spurbreite der Schienen 4. Längs zum Schienenverlauf hat jedes der beiden Teile 12.1, 12.2 der Abdeckung 12 eine Breite von mindestens ca. 200 mm. Die Abdeckung 12 ist eigenschwer und hat ein spezifisches Flächengewicht von mindestens ca. 0,012 kg/cm², um dem durch den aufsteigenden Schaum 11 entstehenden Schäumdruck von 0,01 bar entgegenzuwirken. Die Abdeckung 12 weist an ihrer Unterseite eine Antihaftbeschichtung, z. B. eine Trennfolie auf, die ein Ankleben des Schaumstoffs 11 an der Abdeckung 12 verhindert.
In 6 ist wiederum zu erkennen, dass die betreffende Schwelle 3 in Ergänzung zur Abdeckung 12 genutzt wird, um den beim Aufschäumen expandierenden Schaumstoff 11 räumlich zu begrenzen.
Der wesentliche Unterschied zu der in den 2, 3 und 4 dargestellten Verfahrensvariante besteht darin, dass lediglich die Hohlräume in dem Schottergerüst 10 ausgeschäumt werden, die sich innerhalb des Lastabtragungsbereiches 13 unterhalb der Schwellen 3 befinden.
Auf diese Weise ist es möglich, den Gemischeintrag an Reaktivkunststoff um ca. 30% zu reduzieren, bei ansonsten gleichen Rahmenbedingungen wie in dem in den 2, 3 und 4 dargestellten Beispiel, d. h. bei ansonsten gleicher Schotterbetthöhe und gleichem spezifischem Hohlraumvolumen zwischen den Schottersteinen.
Die Startzeit für das Reaktivgemisch beträgt in diesem Beispiel ca. 9 sec. Das ist ca. 6 sec kürzer als in dem in den 2, 3 und 4 dargestellten Beispiel, weil einerseits die Gemischmenge um ca. 30% geringer ist und demzufolge auch die Zeit, die benötigt wird, um das Reaktivgemisch 8 bis zum Planum 2 durchfließen zu lassen (ca. 4 bis 5 sec) und andererseits die Zeit für das Auflegen der Abdeckung 12 ebenfalls kürzer ist (ca. 3 bis 4 sec), weil die Abdeckung 12 gemäß 6 wesentlich einfacher zu handhaben ist.
Da in diesem Beispiel eine kürzere Startzeit und somit ein höher reaktives Schaumsystem möglich sind, kann auch die Aushärtezeit für den Reaktivkunststoff reduziert werden. Somit kann die Abdeckung 12 bereits ca. 60 sec. nach Ende der Startzeit bzw. nach Schäumbeginn wieder entfernt werden.
Die 7 und 8 zeigen schematisch weitere Verfahrensvarianten zum erfindungsgemäßen Verfahren. Gleiche Zahlen in den 7 und 8 wie in den 2, 3 und 4 bzw. 5 und 6 kennzeichnen auch jeweils gleichartige Elemente. In den 7 und 8 sind gegenüber den 2, 3 und 4 bzw. 5 und 6 zwei weitere Verfahrensvarianten dargestellt.
Die erste Variante besteht darin, dass die Abdeckung 12 vor dem Einbringen des Reaktivgemisches über dem Schotterbett 1 platziert wird (siehe 7) und das Reaktivgemisch 8 frei fließend durch eine Öffnung 14 in der Abdeckung 12 eingetragen wird und die Öffnung 14 anschließend wieder mit einem automatisch betätigten Verschlusselement 15 verschlossen wird (siehe 8). Auf diese Weise ist es möglich, die Startzeit um ca. 5 bis 6 sec, bei ansonsten völlig gleichen Parametern gegenüber der in den 2, 3 und 4 dargestellten Verfahrensweise, zu verkürzen, nämlich um die Zeit, die benötigt wird, um die Abdeckung aufzulegen.
Da diese Verfahrensweise somit ein noch höher reaktives Schaumsystem ermöglicht, kann auch die Aushärtezeit für den Reaktivkunststoff deutlich reduziert werden. Somit kann die Abdeckung 12 bereits nach ca. 40 sec wieder entfernt werden.
Die in den 7 und 8 dargestellte zweite Variante besteht nun darin, dass die Abdeckung 12 nicht auf das Schotterbett 1 gelegt wird, sondern mit Abstand zur Oberseite 9 des Schotterbetts 1 platziert wird. Der Abstand zwischen der Unterseite der Abdeckung 12 und der Oberseite 9 des Schotterbetts 1 kann im Bereich von 0,5 cm bis 10 cm, vorzugsweise im Bereich von 0,8 cm bis 8 cm liegen. Besonders bevorzugt ist dabei ein Abstand im Bereich von 1 cm bis 5 cm. Das ist möglich, weil beispielhaft außen an dem biegesteifen, plattenförmigen Körper der Abdeckung 12 Halteelemente 12.4 angebracht sind, mit denen die Abdeckung 12 an den Schwellen 3 aufgehangen wird. Das hat den Vorteil, dass über dem Schotterbett 1 eine dichte Kunststoffoberfläche 11.1 entsteht, die das Schotterbett 1 gegen jegliche Verschmutzung, aber auch gegen Regenwasser und letztendlich auch gegen Einwirkungen durch frierende Nässe schützt. Unter Berücksichtigung der Toleranzen des im Wesentlichen gleichmäßigen Abstandes zwischen den aufeinanderfolgenden Schwellen 3 ist der plattenförmige Körper der Abdeckung 12 so dimensioniert, dass er mit Spiel von weniger als 40 mm, vorzugsweise weniger als 30 mm, besonders bevorzugt weniger als 20 mm zwischen zwei benachbarten Schwellen 3 platzierbar ist. Auch die Abdeckung 12 gemäß den 7 und 8 weist an ihrer Unterseite eine Antihaftbeschichtung, z. B. eine Trennfolie auf, die ein Ankleben des Schaumstoffs 11 an der Abdeckung verhindert.
9 zeigt beispielhaft, schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Ausschäumen der Hohlräume im Schottergerüst 10 eines Schotterbetts 1 mit Reaktivkunststoff, z. B. mit Polyurethan. Über einem Planum 2 befindet sich ein Schotterbett 1, in dessen oberem Bereich Schwellen 3 angeordnet sind, auf denen wiederum Schienen 4 befestigt sind. Auf dem Schienenstrang befindet sich ein Schäumzug, bestehend aus zwei Schienenfahrzeugen 17.1, 17.2, die mittels eines Zentralrechners 18 elektronisch gekoppelt sind. Auf dem ersten Schienenfahrzeug 17.1 befindet sich neben dem Antrieb 19 für dieses Schienenfahrzeug 17.1 ein Aggregat 20 zum Temperieren des Planums 2 sowie der Schottersteine 21 auf ca. 35°C. Das Aggregat 20 umfasst neben einer Heizeinrichtung (nicht näher gezeigt) zum Erwärmen des Schotterbetts 1 bei niedrigen Außentemperaturen, wie etwa im Winter herrschen, vorzugsweise auch eine Kühleinrichtung (ebenfalls nicht näher gezeigt) zum Kühlen des Schotterbetts 1 bei hohen Außentemperaturen.
Die Schottersteine 21 sind in diesem Beispiel in getrocknetem Zustand angeliefert worden und durch einen separaten Arbeitszug (in der Zeichnung nicht dargestellt) auf das bereits vorgetrocknete Planum 2 aufgetragen worden. Über das nunmehr trockene Schotterbett 1 sowie das trockene Planum 2 ist dann ein mobiles Zeltdach 22 platziert worden, so dass sowohl Schotterbett 1 als auch Planum 2 vor Witterungseinflüssen geschützt sind.
Im Falle eines feuchten Schotterbetts 1 befindet sich auf dem ersten Schienenfahrzeug 17.1 oder einem dem ersten Schienenfahrzeug 17.1 vorausfahrenden dritten Schienenfahrzeug (nicht gezeigt) mindestens eine Heizeinrichtung zum Trocknen des Schotterbetts 1 sowie des Planums 2.
Auf dem ersten Schienenfahrzeug 17.1 befinden sich weiterhin die Dosieraggregate 23 mit den zugehörigen Vorratsbehältern sowie den hydraulisch verbindenden Leitungen (nicht dargestellt) für ein Polyol, ein Isocyanat sowie einen Katalysator, des Weiteren ein Hochdruckmischkopf 5 mit zugehörigem Mischkopf-Handhabungsgerät 24.
Das in das Schotterbett 1 eingetragene Reaktivgemisch 8 hat eine Startzeit von ca. 15 sec, um genügend Zeit zu haben, um einerseits das Reaktivgemisch bis zum Planum 2 durchfließen zu lassen bzw. den Hochdruckmischkopf 5 in seine Nullposition zu fahren und um andererseits nach dem Gemischeintrag und dem Wegfahren des Hochdruckmischkopfs noch die Abdeckung 12 auflegen zu können.
Auf dem zweiten Schienenfahrzeug 17.2 befinden sich neben dem Antrieb 19 für dieses Schienenfahrzeug eine Stapelung 25 für eine Mehrzahl von Abdeckungen 12 sowie je ein Handhabungsgerät (Hebeeinrichtung) 26, 27 zum Platzieren der Abdeckungen 12 auf dem Schotterbett 1 sowie zum Abnehmen der Abdeckungen 12. Der Stapelung 25 ist ein Sensor (nicht gezeigt) zugeordnet, der das Vorhandensein von Abdeckungen 12 im Bereich der Stapelung erfasst.
Die Abdeckungen 12 werden zwischen den Schwellen 3 auf das Schotterbett 1 aufgelegt. Sie sind eigenschwer, um so dem Schäumdruck von ca. 0,01 bar entgegenwirken zu können.
Sämtliche Aggregate bzw. Einrichtungen 19, 20, 23, 24, 5, 25, 26, 27 kommunizieren über Impulsleitungen mit dem Zentralrechner 18, sodass ein vollautomatischer Betrieb erfolgen kann.
Ca. 75 sec nach Ende der Startzeit bzw. nach Schäumbeginn kann die nach dem Einbringen des Reaktivgemisches aufgelegte Abdeckung 12 wieder entfernt werden und auf der Stapelung 25 zwischengelagert werden.
10 veranschaulicht ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Ausschäumen der Hohlräume im Schottergerüst eines Schotterbetts 1 mit Reaktivkunststoff, z. B. mit Polyurethan. Die in 10 dargestellte Vorrichtung ist zur Ausführung der in den 7 und 8 dargestellten Verfahrensvariante vorgesehen.
Auch in diesem Fall umfasst die Vorrichtung zwei einen Schäumzug bildende Schienenfahrzeuge 17.1, 17.2, die mittels eines Zentralrechners 18 elektronisch gekoppelt sind. Auf dem ersten Schienenfahrzeug 17.1 befindet sich neben dem Antrieb 19 für dieses Schienenfahrzeug ein Aggregat 20 zum Temperieren der Schottersteine 21 sowie des Planums 2 auf eine Prozesstemperatur von ca. 30 bis 35°C. Das Aggregat 20 umfasst neben einer Heizeinrichtung zum Erwärmen des Schotterbetts 1 bei Außentemperaturen unterhalb der gewünschten Prozesstemperatur von ca. 30 bis 35°C vorzugsweise auch eine Kühleinrichtung (nicht gezeigt), mit der das Schotterbett 1 bei einer höheren Temperatur als der gewünschten Prozesstemperatur gegebenenfalls gekühlt werden kann.
Die Schottersteine 21 sind auch in diesem Beispiel in getrocknetem Zustand angeliefert worden und durch einen separaten Arbeitszug (nicht gezeigt) auf das bereits vorgetrocknete Planum 2 aufgetragen und verdichtet worden. Über das trockene Schotterbett 1 sowie das trockene Planum 2 ist anschließend wiederum ein mobiles Zeltdach 22 angeordnet worden, um das Schotterbett 1 und das Planum 2 vor Witterungseinflüssen zu schützen.
Im Falle eines feuchten Schotterbetts 1 befindet sich auf dem ersten Schienenfahrzeug 17.1 oder einem dem ersten Schienenfahrzeug 17.1 vorausfahrenden dritten Schienenfahrzeug (nicht gezeigt) eine Heizeinrichtung, mittels der das Schotterbett 1 und das Planum 2 getrocknet werden.
Auf dem ersten Schienenfahrzeug 17.1 befinden sich ferner eine Stapelung 25 mehrerer Abdeckungen 12 sowie eine Hebeeinrichtung 26 zum Platzieren der Abdeckungen 12 oberhalb des Schotterbetts 1.
Die Abdeckungen 12 werden vor dem Einbringen von flüssigem Reaktivgemisch 8 oberhalb des Schotterbetts 1 platziert. Sie sind jeweils aus einem biegesteifen, plattenförmigen Körper gebildet, der so dimensioniert ist, dass er mit Spiel von weniger als 20 mm zwischen zwei benachbarten Schwellen 3 platzierbar ist. Jede vier Abdeckungen 12 ist mit Halteelementen 12.4 versehen, die gegenüber den Längsseiten ihres plattenförmigen Körpers seitlich vorstehen. Mit diesen Halteelementen 12.4 kann die jeweilige Abdeckung 12 auf zwei benachbarten Schwellen 3 aufgelegt werden, so dass die Unterseite ihres plattenförmigen Körpers gegenüber der Oberseite 9 des Schotterbetts 1 beabstandet ist. Die Abdeckung 12 weist ferner eine Durchgangsöffnung 14 zur Hindurchleitung von flüssigem Reaktivgemisch 8 in das Schottgerüst und ein der Durchgangsöffnung zugeordnetes Verschlusselement 15 auf. Das Verschlusselement 15 ist vorzugsweise in der Abdeckung 12 integriert und wird mittels der Hebeeinrichtung 26 und/oder mittels eines Auslaufstutzens am (Mischkopf 5 einer Verschäumungsanlage betätigt, so dass die Durchgangsöffnung 14 in der Abdeckung 12 geöffnet und wieder geschlossen wird.
Auf dem zweiten Schienenfahrzeug 17.2 befinden sich Dosieraggregate 23 mit den zugehörigen Vorratsbehältern und hydraulisch verbindende Leitungen (nicht dargestellt) für ein Polyol, ein Isocyanat und einen Katalysator, und des Weiteren ein Hochdruckmischkopf 5 mit zugehörigem Mischkopf-Handhabungsgerät 24.
Außerdem befindet sich auf dem zweiten Schienenfahrzeug 17.2 eine Hebeeinrichtung 27, die die oberhalb des Schotterbetts 1 platzierten Abdeckungen 12 nach Abschluss des Aufschäumvorgangs wieder aufnimmt und auf diesem Schienenfahrzeug auf einem Stapel 25' ablegt. Die beiden Schienenfahrzeuge 17.1, 17.2 sind vorzugsweise mit einer weiteren Fördervorrichtung (nicht gezeigt), beispielsweise einem Förderband, einem Rollenband oder einer Rutsche ausgerüstet, welches/welche die mit der Hebeeinrichtung 27 aufgenommenen Abdeckungen 12 von dem zweiten Schienenfahrzeug 17.2 zu der Stapelung 25 des ersten Schienenfahrzeugs 17.1 transportiert bzw. leitet.
Die in den 9 und 10 schematisch dargestellten Verschäumungsanlagen können nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung zudem einen oder mehrere Sensoren (nicht gezeigt) zum Erfassen von auf dem Schotterbett 1 vorgesehenen Einbringungsstellen für das flüssige Reaktivgemisch 8 aufweisen.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, dass das Schienenfahrzeug 17.1 mit mindestens einem geophysikalischen Messgerät (nicht gezeigt) zur Ermittlung der örtlichen Höhe des Schotterbetts 1 an der Einbringungsstelle des Reaktivgemisches 8 ausgerüstet ist, wobei ein Rechner oder der Zentralrechner 18 die Menge des einzubringenden Reaktivgemisches 8 in Abhängigkeit der ermittelten Schotterbetthöhe regelt.
Sämtliche Aggregate dieser Vorrichtung sind über Impulsleitungen an dem Zentralrechner 18 angeschlossen, der die Aggregate vollautomatisch steuert.
Die Ausführung der Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr sind weitere Varianten möglich, die auch bei abweichender Ausgestaltung von der in den beiliegenden Ansprüchen angegebenen Erfindung Gebrauch machen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 2063727 A1 [0005, 0006, 0040]
- EP 1619305 A2 [0007, 0040]
- DE 2448978 A1 [0007, 0040]
- US 3942448 [0007, 0040]

Claims

Verfahren zum Verfestigen eines Schotterbetts (1), in dessen oberem Bereich Schwellen (3) mit darauf befestigten Schienen (4) angeordnet sind, wobei das Schotterbett unterhalb der Schwellen (3) Lastabtragungsbereiche (13) aufweist, die auf die Schienen wirkende Lasten aufnehmen und auf einen unterhalb des Schotterbetts befindlichen Erdkörper übertragen, bei dem Hohlräume im Schottergerüst des Schotterbetts (1) mit aus einem Reaktivgemisch (8) gebildetem Schaumstoff (11) ausgeschäumt werden, dadurch gekennzeichnet, dass in das Schottergerüst soviel Reaktivgemisch (8) eingebracht wird, dass sich zumindest in den Lastabtragungsbereichen (13) eine von der Oberfläche (2) des Erdkörpers bis zur Unterseite der Schwellen (3) erstreckende Füllung des Schottergerüsts (10) mit Schaumstoff (11) ergibt, und dass der beim Aufschäumen sich ausdehnende Schaumstoff (11) räumlich begrenzt wird, indem vor Abschluss des Aufschäumvorgangs eine Abdeckung (12) auf oder über dem Schotterbett (1) angeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Abdeckung (12) eine Fläche des Schotterbetts (1) abgedeckt wird, welche sich über einen Umkreis von mindestens 200 mm, vorzugsweise mindestens 300 mm ausgehend von einem Einbringungspunkt oder einer Einbringungslinie für das Reaktionsgemisch (8) erstreckt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwellen (3) in Ergänzung zu der Abdeckung (12) genutzt werden, um den beim Aufschäumen sich ausdehnenden Schaumstoff (11) räumlich zu begrenzen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Abdeckung (12) eine Fläche des Schotterbetts (1) abgedeckt wird, welche sich quer zum Schienenverlauf zumindest über die Spurbreite der Schienen (4) und längs zum Schienenverlauf über eine Strecke von jeweils mindestens 200 mm, ausgehend von einem Einbringungspunkt oder einer Einbringungslinie für das Reaktivgemisch (8), erstreckt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass lediglich Hohlräume im Schottergerüst (1) ausgeschäumt werden, die sich innerhalb der Lastabtragungsbereiche (13) unterhalb der Schwellen (3) befinden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst das Reaktivgemisch (8) in das Schottergerüst (10) eingebracht wird und danach die Abdeckung (12) auf oder über dem Schotterbett (1) platziert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst die Abdeckung (12) auf oder über dem Schotterbett (1) platziert wird und anschließend das Reaktivgemisch (8) durch Öffnungen (14) oder Schlitze in der Abdeckung (12) in das Schottergerüst eingebracht wird und die Öffnungen (14) oder Schlitze nach dem Eintrag des Reaktivgemisches (8) wieder verschlossen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Anordnen der Abdeckung (12) auf oder über dem Schotterbett (1) auf die Unterseite der Abdeckung (12) ein sprüh- oder streichfähiges Trennmittel aufgetragen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Schotterbett (1) und Abdeckung (12) eine Trennfolie angeordnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung (12) unmittelbar auf das Schotterbett (1) aufgelegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung (12) mit Abstand zur Oberseite (9) des Schotterbetts (1) angeordnet wird, wobei der Abstand im Bereich von 0,5 cm bis 10 cm, vorzugsweise von 0,8 cm bis 8 cm, besonders bevorzugt von 1 cm bis 5 cm liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktivgemisch (8) als flüssiges Reaktivgemisch unter Verwendung mindestens eines Hochdruckmischkopfes (5) hergestellt wird, indem die Komponenten des Reaktivgemisches (8) zu dem mindestens einen Hochdruckmischkopf (5) dosiert gefördert und dort vermischt werden, dass das flüssige Reaktivgemisch (8) frei fließend auf die Oberfläche des Schotterbetts (1) aufgebracht wird, und dass das flüssige Reaktivgemisch (8) so eingestellt wird, dass der Schäumprozess im Wesentlichen erst dann beginnt, wenn das durch das Schottergerüst (10) hindurchfließende Reaktivgemisch (8) die Oberfläche (2) des unter dem Schotterbett (1) befindlichen Erdkörpers erreicht hat.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktivgemisch (8) so eingestellt wird, dass der Schäumprozess mit einer Verzögerung von 3 bis 30 sec beginnt.
Verfahren nach den Ansprüchen 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Schäumprozess mittels eines Katalysators oder Aktivators ausgelöst wird, der separat in den Hochdruckmischkopf (5) oder in den Dosierstrom oder Nachfüllmengenstrom einer der Komponenten (6, 7) des Reaktivgemisches (8) eindosiert und eingemischt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung (12) 5 bis 100 sec nach Beginn des Schäumprozesses von dem Schotterbett (1) entfernt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das zu verfestigende Schotterbett (1) sowie die Oberfläche (2) des unter dem Schotterbett (1) befindlichen Erdkörpers vor dem Einbringen des Reaktionsgemisches (8) in das Schottergerüst getrocknet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16 dadurch gekennzeichnet, dass das zu verfestigende Schotterbett (1) sowie die Oberfläche (2) des unter dem Schotterbett (1) befindlichen Erdkörpers temperiert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die örtliche Höhe des Schotterbetts (1) an der vorgesehenen Einbringungsstelle des Reaktivgemisches (8) mittels mindestens eines geophysikalischen Messgerätes ermittelt und die Menge des einzubringenden Reaktivgemisches (8) in Abhängigkeit der ermittelten Schotterbetthöhe geregelt wird.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 18, umfassend mindestens ein Schienenfahrzeug (17.1, 17.2), das mit einer Verschäumungsanlage zum Ausschäumen von Hohlräumen im Schottergerüst (10) eines Schotterbetts (1) versehen ist, wobei der Schaumstoff (11) aus einem flüssigen Reaktivgemisch (8) gebildet wird, und wobei die Verschäumungsanlage mindestens eine Mischvorrichtung (5) zum Mischen der Komponenten des Reaktivgemisches (8) und mindestens einen Austragskanal zum Einbringen des flüssigen Reaktivgemisches (8) in das Schottergerüst (10) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Schienenfahrzeug (17.1, 17.2) mit mindestens einer beweglichen oder transportablen Abdeckung (12) zur räumlichen Begrenzung von expandierendem Schaumstoff (11) versehen ist und mindestens eine Hebeeinrichtung (26, 27) aufweist, welche die mindestens eine Abdeckung (12) vor Abschluss des Aufschäumvorgangs auf oder über dem Schotterbett (1) platziert und nach Abschluss des Aufschäumvorgangs entfernt.
Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Abdeckung (12) kraftschlüssig mit dem Schienenfahrzeug verbunden ist, wobei die Gewichtskraft des Schienenfahrzeugs größer ist als die auf die Abdeckung (12) wirkende Schaumkraft.
Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Abdeckung (12) unterseitig eine Antihaftbeschichtung aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Abdeckung (12) aus einer flexiblen Matte gebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Abdeckung (12) aus einem biegesteifen, plattenförmigen Körper gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der plattenförmige Körper so dimensioniert ist, dass er mit Spiel von weniger als 40 mm, vorzugsweise weniger als 30 mm, besonders bevorzugt weniger als 20 mm zwischen zwei benachbarten Schwellen platzierbar ist, wobei der plattenförmige Körper mit Halteelementen (12.4) versehen ist, mittels denen er auf zwei benachbarten Schwellen (3) so auflegbar ist, dass seine Unterseite gegenüber der Oberseite (9) des Schotterbetts (1) beabstandet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Abdeckung (12) mindestens eine Durchgangsöffnung (14) zur Hindurchleitung des flüssigen Reaktivgemisches (8) in das Schottgerüst (10) und ein der Durchgangsöffnung (14) zugeordnetes Verschlusselement (15) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Schienenfahrzeug (17.1, 17.2) mit mindestens einer Heizeinrichtung (20) zum Trocknen und/oder Erwärmen des Schotterbetts (1) versehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Schienenfahrzeug (17.1, 17.2) mit mindestens einer Kühleinrichtung zum Kühlen des Schotterbetts versehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschäumungsanlage mindestens einen Sensor zum Erfassen von auf dem Schotterbett (1) vorgesehenen Einbringungsstellen für das flüssige Reaktivgemisch (8) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschäumungsanlage und die mindestens eine Hebeeinrichtung (26, 27) zum Platzieren und Entfernen der mindestens einen Abdeckung (12) an einem Rechner (18) angeschlossen sind, der die Verschäumungsanlage und die Hebeeinrichtung vollautomatisch steuert.
Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass das Schienenfahrzeug (17.1, 17.2) mit mindestens einem geophysikalischen Messgerät zur Ermittlung der örtlichen Höhe des Schotterbetts (1) an der vorgesehenen Einbringungsstelle des Reaktivgemisches (8) ausgerüstet ist, wobei der Rechner (18) die Menge des einzubringenden Reaktivgemisches (8) in Abhängigkeit der ermittelten Schotterbetthöhe regelt.