DE4023541A1 - Verfahren und vorrichtung zum auftragen von mehrkomponentenharzen - Google Patents

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind ein Verfah­ ren und eine Vorrichtung zum Auftragen von Mehrkompo­ nentenharzen auf poröse, zu verfestigende körnige Mate­ rialien, insbesondere zu verfestigende Schüttgüter, die gegebenenfalls nachträglich durch Rütteln etc. verdich­ tet sind. Typische derartige Materialien sind beispiels­ weise die Schotterbetten von Schienenfahrbahnen, zu­ sätzliche feinkörnigere Steinschüttungen auf derartige Schotterbetten, aber auch Sand- und Kiesaufschüttungen beim Straßenbau, die miteinander verklebt werden sol­ len, ohne ihre Wasserdurchlässigkeit zu verlieren. Bei Schotterbetten für Schienenfahrbahnen erfolgt das Ver­ kleben insbesondere in den Übergangszonen zwischen weichen und festen Bereichen gemäß deutscher Patentan­ meldung P 39 41 141.9 der Anmelderin. Weiterhin kann es sinnvoll sein, insbesondere in Kurven den Querverschie­ bewiderstand von Eisenbahnschwellen auf einem Schotter­ bett zu erhöhen gemäß deutscher Patentanmeldung P 40 14 529.8 der Anmelderin. Feinkörnigere Aufschüttungen auf derartige Schotterbetten werden mit Mehrkomponentenhar­ zen verklebt zwecks Erhöhung der Schallabsorption und/oder der Reinigungsfähigkeit eines Bahngleises ge­ mäß deutscher Patentanmeldung P 39 41 142.7 der Anmel­ derin. Verklebungen von Kies und Sand im Straßenbau unter Erhalt der Wasserdurchlässigkeit und Porosität erfolgen insbesondere, um ein rasches Abfließen des Oberflächenwassers zu gewährleisten und dadurch auch bei Regen die Verkehrsgeräusche zu vermindern.

In all diesen Fällen sowie ähnlichen Anwendungsgebieten für die Verklebung von porösen körnigen Materialien und Schüttgütern mit Mehrkomponentenharzen ist es erforder­ lich, möglichst gleichmäßig eine ausreichende Menge der Mehrkomponentenharze so aufzutragen, daß zumindest im oberen Bereich die Teile vollflächig benetzt werden und zumindest an den Berührungspunkten klebende Brücken entstehen. Überschüssige Mengen des Mehrkomponentenhar­ zes sollen dabei jeweils nach unten abfließen und dort weiteres Material überziehen. Keinesfalls sollen die Hohlräume gefüllt werden, da dies die Porosität und Durchlässigkeit der verklebten Schüttgüter für Wasser und andere Flüssigkeiten beeinträchtigen würde. Die Mehrkomponentenharze sollen daher nicht zu hoch viskos und nach Möglichkeit nicht thixotrop sein. Die Abbinde­ reaktion soll erst erfolgen, nachdem eine ausreichende Schichttiefe des Schüttgutes mit dem Mehrkomponenten­ harz überzogen, aber nicht vollvolumig gefüllt ist. Da es sich bei Mehrkomponentenharzen im allgemeinen um sehr reaktive Substanzen handelt, die bei der Verarbei­ tung zur Reizung der Haut und der Schleimhäute führen können, sollte die Bildung von Sprühnebeln unterdrückt bzw. völlig vermieden werden.

Beim Verarbeiten in Tun­ neln oder gar geschlossenen Räumen sollte obendrein lösungsmittelfrei gearbeitet werden. Diese Forderung besteht im Grunde auch für die Verarbeitung im Freien, da die sofort oder später verdampfenden Lösungsmittel zu einer nach Möglichkeit zu vermeidenden Umweltbela­ stung führen. Dennoch muß das Auftragen der Mehrkompo­ nentenharze rasch, einfach und sicher durchführbar sein, um Materialkosten und Lohnkosten so niedrig wie moglich zu halten.

Diese vielseitige, schwierige und teilweise widersprüch­ lich erscheinende Aufgabe kann überraschend einfach dadurch gelöst werden, daß die Komponenten räumlich voneinander getrennt mit relativ hohem Druck an eine Mischkammer herangeführt, in der Mischkammer turbulent miteinander gemischt und als Gemisch mit relativ niedri­ gem Druck als flacher Vorhang laminar auf das Material aufgetragen werden.

Vorzugsweise wird durch Auswahl der Komponenten sowie gegebenenfalls geeignete Zusätze dafür gesorgt, daß die Viskosität des Gemisches auf 300 bis 1000 mPas erhöht, jedoch die Oberflächenspannung erniedrigt wird. Diese beiden Eigenschaften tragen dazu bei, daß der flache Vorhang des Gemisches nicht vorzeitig aufreißt und da­ bei Sprühnebel bildet.

Die Komponenten und die Zusätze sollten dabei von vorn­ herein lösungsmittelfrei sein. Weiterhin sollte auf den Zusatz von Lösungsmitteln möglichst ganz verzichtet werden.

Zur Erzeugung eines flachen Vorhangs des laminar aus­ tretenden Gemisches eignen sich insbesondere Flach­ strahldüsen, die mit relativ niedrigem Druck arbeiten. Geeignete Flachstrahldüsen werden beispielsweise von der Firma Spraying Systems Deutschland GmbH, Hamburg unter den Bezeichnungen FlatJet®-Düsen und FloodJet®- Düsen angeboten. Diese Flachstrahldüsen liefern bei Verwendung üblicher niedrigviskoser Materialien wie Wasser und wäßrigen Spüllösungen einen flachen Vorhang feiner Tröpfchen mit einem erheblichen Anteil an Sprüh­ nebeln. Es war zunächst nicht vorhersehbar, daß es mög­ lich ist, mit derartigen Flachstrahldüsen Mehrkomponen­ tenharze so auszutragen, daß der entstehende Vorhang nicht vorzeitig aufreißt und keine Sprühnebel bildet. Insbesondere wenn beim Austritt des Gemisches aus der Düse nur noch ein Druck zwischen 2 und 6 bar (vorzugs­ weise 3,5 bis 5 bar) vorhanden ist, entsteht ein lami­ nar fließender, flacher Vorhang des Gemisches. Dieser Vorhang bleibt im allgemeinen mindestens 10, meistens 20 cm geschlossen und zerfällt erst dann in Einzel­ strahlen und schließlich in relativ große Tropfen, je­ doch keinesfalls in die zu vermeidenden Sprühnebel.

Die einzelnen Komponenten der Mehrkomponentenharze müs­ sen vor dem Austrag aus der Flachstrahldüse möglichst rasch und möglichst intensiv vermischt werden, wobei die Menge des jeweils hergestellten Gemisches so klein wie möglich zu halten ist, um Materialverluste bei Ar­ beitsunterbrechungen so gering wie möglich zu halten. Die Komponenten müssen daher erfindungsgemäß in der Mischkammer turbulent miteinander gemischt werden. Be­ sonders bewährt haben sich Statikmischer. Dies sind relativ kurze Rohre, die hintereinander linksdrehende und rechtsdrehende Wendel aufweisen und dadurch eine turbulente Strömung und einwandfreie Vermischung der Komponenten gewährleisten.

Die Zuleitungen für die einzelnen Komponenten zum Sta­ tikmischer müssen erfindungsgemäß unter relativ hohem Druck stehen. Bewährt haben sich Drücke zwischen 30 und 200 bar (vorzugsweise 50 bis 150 bar). Dieser relativ hohe Druck wird innerhalb des Statikmischers so stark abgebaut, daß das fertige Gemisch nur noch unter einem Restdruck von 2 bis 6 bar in die Flachstrahldüse aus­ tritt.

Die Verweilzeiten der Mehrkomponentenharze in der Misch­ kammer bzw. dem Statikmischer sind wesentlich kürzer als die sogenannten Topfzeiten der fertigen Gemische. Das erfindungsgemäß auf die Schüttgüter aufgetragene Gemisch behält somit seine relativ niedrige Viskosität lange genug, um spreitend und benetzend durch eine aus­ reichend dicke Schicht des Schüttgutes hindurchzulau­ fen.

Keinesfalls dürfen jedoch die Komponenten der Mehrkom­ ponentenharze in den Rohrleitungen bis zur Mischkammer miteinander in Berührung kommen oder gar in den Zufüh­ rungsleitungen reagieren. Es ist deshalb zweckmäßig, jede der getrennten Zuleitungen für die Komponenten durch Rückschlagventile abzusichern. Weiterhin ist es außerordentlich zweckmäßig, jede dieser Zuführungslei­ tungen getrennt mit einer Druckluftleitung zu verbin­ den, die ihrerseits durch Rückschlagventile abgesichert ist. Bei Ausfall einer Komponente oder bei beabsichtig­ ter oder nicht beabsichtigter Unterbrechung der Zufuhr einer Komponente sorgt die Druckluft für eine Entlee­ rung der Zuführungsleitung in die Mischkammer und von dort zur Flachstrahldüse. Dort tritt dann nach kurzer Zeit ein flacher Vorhang eines Flüssigkeit/Luft-Gemi­ sches aus, was sowohl optisch als auch akustisch sofort bemerkt werden kann und zur Unterbrechung des gesamten Verarbeitungsvorganges führen sollte.

Auch bei beabsichtigter Unterbrechung oder Beendigung des Verarbeitungsvorganges werden durch die Druckluft die Rohrleitungen und die Mischkammer gereinigt. Eine darüber hinausgehende Reinigung mit Lösungsmitteln ist im allgemeinen nicht mehr nötig.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit zu­ nächst das Verfahren gemäß den obigen Verfahrensansprü­ chen. Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfin­ dung ist die Vorrichtung zur Durchführung des Verfah­ rens bestehend aus

• a) getrennten Zuleitungen für die unter relativ hohem Druck stehenden Komponenten
• b) einer vorzugsweise als Statikmischer ausgebildeten Mischkammer
• c) einer Flachstrahldüse für relativ niedrigen Druck,
• d) vorzugsweise getrennten Druckluftleitungen, die in den Zuleitungen für die Komponenten münden und
• e) Rückschlagventilen am Anfang und am Ende jeder Zu­ leitung für die Komponenten sowie in den Druckluft­ leitungen.

Im einfachsten Fall besteht die Vorrichtung somit aus den getrennten Zuleitungen für die unter relativ hohem Druck stehenden Komponenten, einer Mischkammer und ei­ ner Flachstrahldüse für relativ niedrigen Druck. Vor­ zugsweise weist die Vorrichtung getrennte Druckluftlei­ tungen auf, die in den Zuleitungen für die Komponenten münden. Zweckmäßigerweise sind die Zuleitungen für die Komponenten und die Druckluftleitungen jeweils durch Rückschlagventile abgesichert, so daß ein unbeabsich­ tigtes Eindringen einer oder aller Komponenten in ande­ re Teile der Vorrichtung als die Mischkammer und die Flachstrahldüse vermieden wird.

Die Vorrichtung ist bei Verwendung von Statikmischern relativ einfach, leicht und daher gut manuell handhab­ bar. Die Zuführung zu der Vorrichtung erfolgt vorzugs­ weise uber flexible Schläuche. Bei einem Zweikomponen­ tenharz genügen somit zwei Schläuche für die Komponen­ ten und ein Schlauch für die Druckluft.

Bevorzugte Mehrkomponentenharze sind Epoxidharzkleber sowie Polyurethanharzkleber. Für Spezialanwendungen kann aber ohne weiteres auch eine dritte oder vierte flüssige Komponente zudosiert werden, insbesondere wenn die Oberflächenspannung, die Viskosität und die Reak­ tionszeit den jeweiligen Sondersituationan angepaßt werden sollen oder diese zusätzlichen Komponenten bei Vormischung zu einer verminderten Haltbarkeit der Haupt­ komponenten führen.

Weitere zusätzliche Komponenten können auch Flammschutz­ mittel, Entschäumer, Suspensionen von Farbpigmenten etc. sein, die nur an bestimmten Stellen oder besonders kritischen Bereichen zum Einsatz kommen sollen.

In der anliegenden Fig. 1 ist schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung für das Auftragen eines Zweikomponentenharzes mit den Komponenten A und B dargestellt.

In dieser Figur bedeutet.

1 eine Flachstrahldüse
2 einen Statikmischer
3A die Zuleitung für die Komponente A
3B die Zuleitung für die Komponente B
4 die getrennten Zuleitungen für Druckluft
5 die Rückschlagventile in den Zuleitungen für die Komponenten und den Zuleitungen für Druckluft

Claims (7)

1. Verfahren zum Auftragen von Mehrkomponentenharzen auf poröse, zu verfestigende körnige Materialien, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponenten räumlich voneinan­ der getrennt mit relativ hohem Druck an eine Mischkam­ mer herangeführt, in der Mischkammer turbulent mitein­ ander gemischt und als Gemisch mit relativ niedrigem Druck als flacher Vorhang laminar auf das Material auf­ getragen werden.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der flache Vorhang des Gemisches aufgrund niedriger Oberflächenspannung und/oder erhöhter Viskosität des Gemisches an einem vorzeitigen Aufreißen und der Bil­ dung von Sprühnebeln gehindert wird.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß lösungsmittelfrei gearbeitet wird.

4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Mischkammer ein Statikmischer verwendet wird.

5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Zuleitung für die Komponenten getrennt durch Rückschlagventile abgesichert ist und durch Zufuhr von Druckluft über die Mischkammer ent­ leert werden kann.

6. Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ausfall der Zufuhr einer Komponente zur Mischkammer ein Gemisch aus Luft und der anderen Komponente als flacher Vorhang eines Flüssigkeit/Luft-Gemisches ausge­ tragen wird.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß An­ sprüchen 1 bis 6, bestehend aus

• a) getrennten Zuleitungen für die unter relativ hohem Druck stehenden Komponenten
• b) einer vorzugsweise als Statikmischer ausgebildeten Mischkammer
• c) einer Flachstrahldüse für relativ niedrigen Druck,
• d) vorzugsweise getrennten Druckluftleitungen, die in den Zuleitungen für die Komponenten münden und
• e) Rückschlagventilen am Anfang und am Ende jeder Zu­ leitung für die Komponenten sowie in den Druckluft­ leitungen.