Kolloidalmischer
Der Kolloidalmischer dient dem Verpressen von Erdwärmesonden. Ein Bentonit mit speziellen Eigenschaften bezüglich Wärme- und Wasserleitfähigkeit wird mit Hilfe des Rührwerkes erzeugt und anschließend mit hohem Druck in den Ringraum zwischen den Sondenrohren verpresst. Im Wesendlichen besteht die Anlage aus Dosiertank, Rührwerk und Bentonitpumpe. Aufgrund der genau messbaren Zufuhr der Komponenten ist eine hohe Güte der Suspension erreichbar.
Kolloidalmischer Schema
Sie sehen, dass die Verbindung zwischen dem Rührwerk und der Plungerpumpe kurz unterbrochen wird, damit das inhomogene Gemisch unmittelbar nach der Komponentenzugabe nicht in die Sonde gelangt. Manche Anlagen verfügen daher über ein zweites Rührwerk, welches als Vorratsbehälter konzipiert ist. Die nachfolgend dargestellte Maschine verfügt zur Kompensation einen Bypass, der das Gemisch in das Rührwerk zurückführt.
Ein Youtube-Video des Rührwerkes gibt es unter Kolloidalmischer Rührwerk
Kolloidalmischer
Die Plunger werden mit Hydraulikzylindern in eine translatorische Bewegung mit konstanter Geschwindigkeit versetzt. Die Rührwerke werden mit Hydraulik- oder Drehstrommotoren betrieben. Meißt ist ein elektrischer Drehstromanschluss 32 Ampere notwendig. Die Maschine in der Computergrafik wiegt etwa eine Tonne.
Gelegendlich finden Sie für den gleichen Anwendungsfall kleinere Mischmaschinen vor, welche aus einem Trichter bestehen, der in eine Misch- und Förderschnecke mündet. Diese Maschinen haben den Vorteil, dass sie sehr klein und leicht sind. Jedoch wird die Komponentenzugabe über konstante Massenströme geregelt. Aufgrund von Druckschwankungen in der Wasserleitung ist eine Gewährleistung jener Stetigmischung begrenzt realisierbar. Daher sind entsprechend häufige Probenentnahmen der Mischung vorgeschrieben.
Das zum Verpressen verwendete Rohr wird mit den Sondenrohren in die Bohrung eingebracht, damit die Mischung von unten aus aufsteigt. Das Rohr kann mit der aufsteigenden Verpressung mitgeführt werden um den durch hohe Viskosität bedingten Strömungsdruck zu vermeiden. Idealerweise könnte der Wasserdruck in den Sondenrohren mitgeführt werden, zumindest sollten diese jedoch über den Zeitraum der Verpressung druckfest verschlossen sein.
Plungerpumpe
Dieses Bild zeigt Ihnen die Plunger eines Kolloidalmischers. Diese befinden sich auf der Rückseite der in der Computergrafik dargestellten Maschine. Sie erkennen oben rechts die beiden großen Hydraulikzylinder welche die translatorische Bewegung der Plunger realisieren. Ganz unten und in der Mitte sehen Sie jeweils zwei kleine Hydraulikzylinder welche die Ein- und Auslassventile betätigen. In der Schemaanimation sind diese vier Ventile dargestellt. Der fünfte kleine Zylinder in der Mitte links betätigt den Bypass, der im Schema rationalisiert wurde. Der Bereich in dem die beiden glänzenden Stangen erkennbar sind ist für den oberen Totpunkt der Plunger. Die Manometer zeigen Hydraulik- und Förderdruck an, wobei für jeden Teilbereich der Anlage verschiedene Hydraulikkreisläufe mit entsprechenden Drücken angewandt werden. Es gibt elektrische Sensoren an den Totpunkten der Plunger um diese automatisiert zu steuern. Die Größenordnug der Bewegungsgeschwindigkeit der Plunger entspricht etwa der in der Animation dargestellten Bewegung.
Kontraktorverfahren im Reagenzglas
Dieser Versuch soll das Kontraktorverfahren verbildlichen. Im limken Kolben sehen Sie ein im Kontraktorverfahren eingebrachtes Gemisch, im rechten wurde dieses in den Kolben von oben geschüttet. Deutlich zu sehen ist, dass im rechten Reagenzglas eine Mischung des blau eingefärbten Wassers und der Suspension erfolgt, was im Linken erfolgreich unterbunden wird. Dieser Versuch wurden folgendermaßen durchgeführt: In zwei Reagenzgläser wurde mit blauer Tinte eingefärbtes Wasser gefüllt. Mit Weißmehl (405) gemischtes Wasser wurde in eine medizinische Spritze gefüllt, welche mit einem dünnen Rohr verbunden war. Anschließend wurde das freie Rohrende auf den Boden des linken Reagenzglases geführt und das Mehl-Wasser-Gemisch zugeführt. Daraufhin wurde das selbe Rohrende an das obere Ende des rechten Glases gehalten und die gleiche Menge Gemisch in den Kolben fließen gelassen. Über die Zeit des Versuches wurden Fotos von einem Stativ aus aufgenommen. Das erste Foto wurde als Hintergrund angewandt, aus den weiteren wurden die Reagenzgläser ausgeschnitten um diese in einer Animation übereinanderzulegen. Zudem wurden die nacheinander durchgeführten Teilversuche im linken und rechten Glaskolben zeitlich übereinandergelegt. Das unterbinden einer mit Bohr- oder Grundwasser vermischten Suspension ist eine bedeutsame Angelegenheit. Wird das Bentonit nicht mit der vorgeschriebenen Mischung in den Ringraum eingebracht, ist eine unzureichende Abdichtung zwischen den Aquiferen zu befürchten. Neben langfristigen Schäden wie der Verunreinigung von tiefer liegenden Trinkwasserreservoiren sind auch kurzfristige Folgen wie das Trockenfallen nahegelegender Brunnenanlagen möglich
Folien zum Vortrag „Kolloidalmischer - Funktion und Anwendung im Geothermiebau“ am 01.07.2014 09:00 G10-346 sind hier als PDF hinterlegt: Download K.pdf
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Simon Hebborn
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