VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM BETONTRANSPORT AUF SCHIENEN

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren für den Betontransport auf Schienen, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Der Transport von grossen Mengen von Beton ist vor allem im Strassenbau, Brückenbau und ganz besonders im Tunnelbau gefordert.

Im Tunnelbau zum Beispiel werden pro Laufmeter Tunnelschalung in der Grössenordnung ca. 10m³ Beton benötigt. Um diese Mengen anzutransportieren, wird, sofern die Versorgung nicht mit Strassentransportfahrzeugen erfolgt, herkömmlich ein Zug aus Trommelwagen eingesetzt. Mit dem Tunnelvortrieb werden nach und nach Schienen verlegt, sodass ein solcher Transportzug auf diesen Schienen von ausserhalb des Tunnels, wo er mit Beton beladen wird, mit seiner Zugspitze bis zur Tunnelbrust vorfahren kann. Der Beton wird jeweils zuvorderst, an der Brust des vorzutreibenden Tunnels, verbaut. Die einzelnen Trommelwagen fassen bis zu 30m³ und ein Zug besteht aus mehreren Wagen. Ein solcher Zug fährt dann in einer Tagesschicht je nach Bedarf und Tunnellänge beispielsweise zwei bis dreimal in den Tunnel hinein.

Sobald der Beton ausserhalb des Tunnels auf die Bahnwagen verladen ist, muss sichergestellt werden, dass keine Entmischung des Betons stattfindet und dieser auch nicht vorzeitig abbindet. Die Abbindung ist ein chemisch ablaufender Prozess, dessen zeitlicher Verlauf unter anderem temperaturabhängig ist, weswegen er je nach den Verhältnissen wenn nötig durch die Zugabe von Verzögerungsmitteln hinausgezögert oder mit Beschleunigungsmitteln verkürzt wird. Eine weitere Massnahme, um das Entmischen zu verhindern, besteht darin, den Beton laufend in Bewegung zu halten.

Herkömmliche Transportzüge bestehen deshalb aus Eisenbahnwagen, auf denen je eine zigarrenförmige Trommel liegend installiert ist, sodass sie sich über die ganze Länge des Wagens erstreckt, und die sich mittels eines Antriebs laufend um ihre horizontale Achse dreht. Zigarrenförmig sind die Trommeln deswegen, weil sie sich an beiden Enden etwas verjüngen und dann in eine offene Mündung auslaufen. Die Mündung an jenem Ende der Trommel, das der Tunnelbrust zugewandt ist oder in Transportrichtung zeigt, ragt in die etwas grössere hintere Trommelmündung auf dem nach vorne nächsten Wagen. Die vorderen Mündungen ragen also bei aneinander gekoppelten Wagen jeweils in die hinteren Mündungen der Vorderwagen hinein. Durch das Rotieren der Trommeln wird der darin liegende Beton laufend umgeschlagen und mechanisch in Bewegung gehalten. Damit der Beton innerhalb der einzelnen Wagen transportierbar und somit entladbar ist, sind im Innern der Trommeln schraubenlinienförmig angeordnete Rippen vorhanden. Durch die Drehung der Trommeln in der einen Drehrichtung wird der Beton einerseits in Bewegung gehalten, andrerseits aber auch durch Drehung in der anderen Richtung in Zusammenwirkung mit den Rippen stetig nach vorne verschoben. Die Trommeln sind auf Wälzlagern gelagert, die sich an bestimmten Stellen am Wagenchassis finden. An den Abrollstellen der Trommeln müssen diese aussen über den ganzen Umfang glatt ausgeführt sein. Nur an zwischenliegenden Stellen sind Öffnungen in den Trommeln zum Befüllen vorhanden. Diese sind mit einem Mannsloch vergleichbar und von speziellen Deckeln dicht verschliessbar. Die Deckel wiegen dabei um die 300kg bis 400kg, denn sie müssen ja, wenn sie sich infolge der Rotation der Trommeln gerade unten befinden, die Last des auf ihrer Innenseite liegenden Betons tragen. Sie weisen denn auch einen speziellen Schliessmechanismus auf, der das sicherstellt. Damit eine einzelne Trommel mit Beton befüllt werden kann, muss zunächst sichergestellt werde, dass sich die Öffnungen oben im jeweiligen Zenit der Trommel befinden. Dann müssen die Öffnungen freigelegt werden, indem die Deckel gelöst und weggehoben werden. Hierzu wird eine eigens dafür gestaltete Deckelmaschine eingesetzt, die vor dem Portal der Betonanlage aufgestellt ist, an welcher die Trommeln befüllt werden. Die Deckel können aufgrund ihrer Grösse und ihres Gewichtes nämlich nicht von Menschenhand weggehoben werden. Die weggehobenen Deckel müssen zwischengelagert werden und nach dem Befüllen mit Beton wieder auf das zugehörige Loch in der Trommel aufgesetzt und dichtend verschlossen werden. Hierfür muss der Zug nach dem Befüllen wieder vom Betonsilo aus rückwärts fahren; an der Deckelmaschine vorbei, wo das anlässlich eines abermaligen, örtlich definierten Zwischenstopps geschieht.

Das eigentliche Befüllen einer Trommel erfolgt, indem mit dem Zug unter einem Betonsilo durchgefahren wird und wenn jeweils die Öffnung einer Trommel unter die Ausschüttgosse des Betonsilos zu liegen kommt, der Zug angehalten wird. Dann wird die Ausschüttgosse geöffnet und eine Charge Beton wird in die Trommel geschüttet. Hernach wird mit dem Zug ein stückweit vorgefahren, bis die nächste Trommelöffnung sich unter der Ausschüttgosse befindet, usw., bis schliesslich die Trommelwagen des ganzen Zuges beladen sind. Danach wird der ganze befüllte Zug zurückgefahren und bei der Deckelmaschine wird jede einzelne Öffnung durch Anhalten des Zuges und Betätigen der Deckelmaschine verschlossen.

Der befüllte Zug fährt hernach gestossen von einer Lokomotive in den Tunnel hinein, unter ständiger Drehung der Tommeln auf den einzelnen Wagen. Am Ziel angelangt, wird der Beton vorne am vordersten Wagen entnommen, wo er aus der dortigen Trommelmündung herausfällt. Durch das Drehen der Trommeln wird der Beton in den einzelnen Trommeln nämlich stetig nach vorne gefördert, von Trommel zu Trommel, bis er schliesslich aus der vordersten Trommel ausgeschüttet wird und dann der Verarbeitung im Bereich der Tunnelbrust zugeführt werden kann. Aus US 5 335 990 A (MAXON III GLENWAYS W [US] ist ein Verfahren und eine Vorrichtung für den Betontransport auf Schienen bekannt. Die Vorrichtung dazu besteht aus Schienenfahrzeugen mit je oben offenen trogförmigen Behältern, wobei In jedem offenen trogförmigen Behälter ein Rühr- und Förderwerk angeordnet ist, mittels dessen der inliegende Beton mischbar und aus einer Öffnung des Behälters förderbar ist. Die Behälter können während der Fahrt von oben aus einem Betonsilo befüllt werden. Gemäss dem Verfahren wird der Beton beim Transport auf den Schienen in den offenen, trogförmigen Behältern durch Rühren mit einem Rührwerk vor der Entmischung geschützt. Zum Entladen wird der Beton durch das Rühr- und Förderwerk von einem Behälter aufwärts und dann von oben in den nächstfolgenden Behälter gefördert und schliesslich aus dem vordersten Schienenfahrzeuges nach oben und dann auf einen Beschicktrichter einer Betonpumpe gefördert. Die Vorrichtungen zum Fördern des Betons vom einen Behälter zum nächsten und schliesslich vom vordersten Behälter in den Beschicktrichter sind jedoch aufwändig konstruiert und nehmen viel Platz ein. Aus WO90/08021 A (MINKKINNEN RISTO [FI]) ist ein Verfahren und eine Vorrichtung für den Betontransport auf Schienen bekannt, wobei zum Entladen die Behälter der aufeinanderfolgenden Schienenfahrzeuge durch Zusammenziehen der Kupplungen dichtend miteinander verbunden werden. An den endseitigen Stirnwänden der Behälter sind hierzu Schieber- oder Klappenöffnungen vorhanden. Diese bekannten Behälter sind jedoch geschlossene rohrförmige Trommeln, die sich zum Rühren und Fördern des Betons als Ganzes drehen.

Die Nachteile dieser Lösungen und vor allem jener mit den bisher weit verbreiteten Trommelwagen, die sozusagen zu einer Standard-Ausrüstung im Tunnelbau geworden sind, lassen sich wie folgt umschreiben:

1. 1. Die pro Zeit antransportierbare Betonmenge ist ziemlich beschränkt, weil der Zug für das Reinigen und erneute Befüllen zu lange stehen muss. Die Transportkapazität des Systems ist daher zu gering und schafft auf der Baustelle Engpässe.
2. 2. Die Trommelwagen müssen für das Befüllen mittels einer speziellen Deckelmaschine vorbereitet werden. Hierzu ist also zunächst eine solche Anlage nötig, und dann muss der Zug jeweils an der richtigen Stelle angehalten werden, wonach diese Entdeckelung und Zwischenlagerung der Deckel erfolgt. Das ist ein umständliches und zeitraubendes Prozedere. Die Deckelmaschine benötigt nicht wenig Platz vor dem Tunnelportal. Vor Tunnelportalen steht aber in den meisten Fällen wenig Platz zur Verfügung.
3. 3. Der Zug muss mit den einzelnen Trommelöffnungen genau unter der Ausschüttgosse des Betonsilos angehalten werden. Aufgrund der vergleichsweise kleinen Öffnung in der Trommelwand dauert der Füllvorgang verhältnismässig lange. Jede Trommel verfügt über zwei Öffnungen. Entsprechend muss der Zug pro Trommel zweimal an genau definierter Stelle angehalten werden.
4. 4. Nach dem Befüllen müssen die Deckel mittels der Anlage wieder aufgesetzt und dicht verschlossen werden. Der Zug muss wiederum mit jeder Trommelöffnung bei der Deckelmaschine positioniert viele Male angehalten werden. Insgesamt geht das Befüllen zu langsam vonstatten und ist für die operative Abwicklung kompliziert.
5. 5. Wenn beim Entladen kein Beton mehr aus der vordersten Trommel kommt, kann man nicht sicher sein, dass alle Trommeln tatsächlich leer sind, denn deren Inneres ist uneinsehbar. Oftmals kommt nach längerem Rotieren wieder eine Charge mit Verspätung doch noch nach vorne, weil sich etwa eine Anbackung wieder gelöst hat. Ein Nachteil ist also, dass man keine Informationen über den augenblicklichen Füllstand hat. Dieser kann einzig aufgrund der bereits entnommenen Menge abgeschätzt werden.
6. 6. Nach jedem Lade- und Entladevorgang müssen die Trommeln innen gereinigt werden, um sonst immer weiterschreitende Anbackungen zu vermeiden. Hierzu werden die Trommeln von vorne mit einem Schlauch mit Spritzwasser gefüllt und gedreht, was darin verbliebene Betonreste lösen soll. Oftmals reicht das aber nicht aus, und man stellt fest, dass sich grössere Anbackungen gebildet haben. In diesem Fall muss ein Mann durch eine geöffnete Trommellucke einsteigen und mit Hammer und Meissel oder mit einem Presslufthammer die Anbackungen mechanisch lösen, ehe dieselben herausgefördert werden können. -
7. 7. Im Falle einer Havarie, wenn also aus irgendeinem Grund vorne kein Beton mehr entnommen werden kann, zum Beispiel infolge eines defekten Antriebs, einer defekten Betonpumpe im Verarbeitungsbereich usw., muss der Zug rasch aus dem Tunnel gefahren werden und der geladene Beton muss durch weiteres Drehen der Trommeln raschmöglichst entladen werden, damit er nicht in den Trommeln abbindet. In solchen Fällen zwangsweise entladener Beton muss als Bauschutt entsorgt werden. Nun kommt es vor, dass der Beton nicht rasch genug aus den Trommeln herausgefördert werden kann. In solchen Fällen kommt es vor, dass grosse Anbackungen im Trommelinnern sogar losgesprengt werden müssen. Das ist dann sehr aufwändig und zeitraubend, denn es müssen zunächst einige Sprenglöcher in die Anbackungen gebohrt werden, und es muss eine nach allen Regeln der Kunst angelegte Sprengung durchgeführt werden, ehe die dann losen Brocken durch erneutes Drehen der Trommeln nach vorne aus denselben gefördert werden und als Bauschutt entsorgt werden können.

Die Aufgabe dieser Erfindung ist es, ein Verfahren für den Betontransport auf Schienen, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, mit denen die oben aufgeführten Nachteile vermieden werden und insgesamt praktischer, gezielter, rascher und kostengünstiger grössere Mengen von Beton pro Zeit an eine Tunnelbrust transportierbar sind.

Diese Aufgabe wird gelöst von einem Verfahren für den Betontransport auf Schienen, bei dem der Beton in Schienenfahrzeugen mit je einem oben offenen trogförmigen Behälter nach Befüllen der Behälter während der Fahrt von oben aus einem Betonsilo heraus hernach schienentransportiert wird, wobei der Beton in den offenen, trogförmigen Behältern durch Rühren mit einem Rührwerk vor der Entmischung geschützt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zum Entladen der mit je einer Schieber- oder Klappenöffnung in den endseitigen Stirnwänden ausgerüsteten Behälter der aufeinanderfolgenden Schienenfahrzeuge durch Zusammenziehen der Kupplungen dichtend miteinander verbunden werden, und dass hernach Beton durch das Rühr- und Förderwerk von einem Behälter in den nächstfolgenden Behälter gefördert wird und schliesslich aus der Stirnwandöffnung des vordersten Schienenfahrzeuges auf einen Förderbandwagen und dann in den Beschicktrichter einer Betonpumpe gefördert wird.

Die Aufgabe wird weiter gelöst von einer Vorrichtung für den Betontransport auf Schienen, bestehend aus Schienenfahrzeugen mit je einem oben offenen trogförmigen Behälter, wobei im offenen trogförmigen Behälter ein Rühr- und Förderwerk angeordnet ist, mittels dessen der inliegende Beton mischbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in jeder endseitigen Stirnwand der Behälter eine Schieber- oder Klappenöffnung vorhanden ist, durch welche der Beton mittels des Rühr- und Förderwerk des betreffenden Behälters förderbar ist.

In den Zeichnungen wird diese Vorrichtung in verschiedenen Ansichten dargestellt. Ihr Aufbau und ihre Konstruktion wird im Folgenden anhand dieser Zeichnungen beschrieben und das damit betriebene Verfahren wird erläutert.

Es zeigt:

Figur 1:

Zwei zusammengekoppelte Schienenfahrzeuge;

Figur 2

Ein einzelnes Schienenfahrzeug von schräg oben gesehen;

Figur 3:

Das Schienenfahrzeug nach Figur 2 zerlegt in seine wesentlichen Bauteile;

Figur 4:

Die Stirnseite eines Schienenfahrzeuges mit geöffnetem Schieber;

Figur 5:

Den Bereich der Kupplung zweier zusammengekoppelter Schienenfahrzeuge im Fahrzustand der Zugskomposition;

Figur 6:

Den Bereich der Kupplung zweier zusammengekoppelter Schienenfahrzeuge im Förderzustand, bei stehender Zugskomposition;

Figur 7:

Den Betonpumpe-Wagen mit Zufuhreinrichtung mit Betonbehälter und Rührwerk.

Die Figur 1 zeigt zwei Schienenfahrzeuge 1,2 einer Zugskomposition, die zum Beispiel standardmässig auf Schienen der Spurbreite 900mm verkehren. Die Förderrichtung des Betons folgt hierbei dem unter der Zugskomposition eingezeichneten Pfeil. Die Spitze des Zuges bildet also der Wagen 1, welcher zuerst in den Tunnel einfährt, während die Komposition von hinten, das heisst von den hinter dem Wagen 2 angekoppelten Wagen und der zuhinderst angekuppelten Lokomotive gestossen wird. Es versteht sich, dass eine solche Komposition aus einem halben Dutzend oder noch mehr Wagen zusammengestellt werden kann. Jedes einzelne Schienenfahrzeug 1,2 besteht aus einem Chassis 3 in Form einer selbsttragenden Schweisskonstruktion und es ruht mit Schraubenfedern oder Blattfedern gefedert auf Fahrschemeln 4, die hier je vier Laufräder 5 aufweisen. Die Laufräder 5 sind im Unterschied zu den bisher gebräuchlichen Wagen von grösserem Durchmesser. Zum Beispiel messen sie 450mm im Laufkranz-Durchmesser, wenigstens aber 400mm, weil das eine besseren Laufruhe gewährleistet und besonders der Verschleiss dadurch erheblich reduziert werden kann, denn die Räder 5 sind für den vorgesehenen Einsatz stark belastet, bringt es doch ein derartiges Schienenfahrzeug 1-3, das leer ca. 9 Tonnen wiegt, in beladenem Zustand auf eine Gesamtgewicht von ca. 40 Tonnen. Wegen des geringeren Verschleisses müssen denn auch die Räder 5 weniger oft gewechselt werden. Und wenn sie einmal gewechselt werden müssen, so können sie mitsamt ihrem Radlager einzeln ausgewechselt werden. Das erleichtert ein Auswechseln, das dann überall schnell vollzogen werden kann.

Auf das Chassis 3 ist ein Behälter 8 aufgesetzt. Das Chassis weist hierzu nach oben gerichtete Steckkegel 6 auf, über welche die Stützbeine 7 des Behälters 8 von oben stülpbar sind, sodass dann der Behälter 8 auf den Chassis 3 unverrückbar und sicher aufgrund seines Eigengewichtes gehalten ist. Ein solcher Behälter 8 misst zum Beispiel etwa 8 Meter in der Länge und 1.60 Meter in der Breite und fasst ca. 12m³ Beton oder ca. 13m³ Wasser. Er ist aus Stahl gefertigt, wobei sich ein Stahl von ca. 10 bis 15mm Stärke eignet. Die Stahlplatten werden in den Radius des halbrunden Bodens 9 der Behälter 8 gebogen und an die Rundung schliessen ebene Seitenteile 10 an. An beiden Enden werden sodann die endseitigen, unten halbrunden Wände 11,12 angeschweisst. Weil der Behälter 4 mit seinen Stützbeinen 7 bloss auf das Chassis 3 gesteckt ist, lässt er sich mit einem Kran jederzeit rasch vom Chassis 3 abheben und neben dem Bahngeleise irgendwo auf einem ebenen Boden auf seine Stützbeine 7 abstellen. Das Chassis 3 mit seinen Fahrschemeln 4 und Laufrädern 5 einerseits und die Behälter 8 mit ihren Stützbeinen 7 sind also zueinanderpassende, jedoch trennbare Module und untereinander austauschbar und können unabhängig voneinander eingesetzt und zusammenkombiniert werden. Jeder Behälter 8 passt also auf jedes Chassis 3.

Jeder Behälter 8 weist einen trogförmig ausgebildeten Boden auf und ist oben offen. In den Stirnwänden 11,12 sind im unteren Bereich Öffnungen 13,14 vorhanden. Die vorderen Öffnungen 14 an den Wagen 1,2 sind hier mit je einem Lippenstutzen 16 ausgerüstet, während die gegenüberliegenden Öffnungen 13 mit einer Trichtermündung 15 ausgerüstet ist. Die Funktion dieses Lippenstutzens 16 und der jeweils gegenüberliegenden Trichtermündung 15 wird später noch genauer beschrieben. Im Innern jedes Behälters 8 ist ein hier nicht sichtbares Rühr- und Förderwerk angeordnet.

In Figur 2 sieht man einen einzelnen Wagen von schräg oben gesehen dargestellt. In dieser Ansicht sind die Stützbeine 7 am Behälter 8 besser einsehbar. Das Chassis 3 besteht im wesentlichen aus zwei parallel zueinander angeordneten Vierkant-Hohlprofilen und die Stützbeine 7 weisen unten Ausnehmungen auf, sodass sie über diese Hohlprofile stülpbar sind, und dabei mit einem horizontalen Loch über die Steckkegel 6 am Chassis 3 gestülpt werden können. Dadurch werden sie vor einem Verrutschen gesichert und brauchen aufgrund des Eigengewichtes der Behälter 8 nicht weiter mit dem Chassis 3 verbunden zu werden. Sie können deshalb auch jederzeit mit einem Kran einfach vom Chassis 3 weggehoben werden. Hierzu dienen die an den oberen Ecken des Behälters 8 angebauten Hebe-Laschen 20. Der oben offene Behälter 8 ist mittels einer Anzahl Querstreben 17, welche die beiden oberen Ränder 18 des Behälters 8 verbinden, verstärkt. An den beiden Endbereichen ist der oben offene Behälter 8 mit Stehgittern 19 abgedeckt. Die restliche obere Öffnung des Behälters ist durch ein gröberes Maschengitter abgedeckt, sodass niemand in den Behälter fallen kann. Dieses ist hier allerdings nicht eingezeichnet. Im Innern des Behälters 8 erkennt man etwas vom Rühr- und Förderwerk 21. An der Wagenvorderseite erkennt man den Lippenstutzen 16, dessen Mündungsrand aus einem elastischen, jedoch starkwandigen Hohlgummi-Ring besteht. An der hinteren Wagenseite erkennt man den Mündungstrichter 15 aus Stahl.

In Figur 3 ist dieses Schienenfahrzeug nach Figur 2 zerlegt in seine wesentlichen Bauteile dargestellt. Jetzt erkennt man die Konstruktion des Chassis 3 mit seinen vier nach oben ragenden Steckkegeln 6. Die beiden parallelen Vierkant-Hohlprofile sind an ihren Endbereichen über eine je eine Brücke 22 verbunden, welche auf den Drehgestellen 23 der Fahrschemel 4 zu liegen kommen. Der Behälter 8 formt unten vier Stützbeine 7, welche mit ihren endseitigen Ausnehmungen über die Hohlprofile des Chassis 3 passen und mit ihren Löchern auf ihrer Unterseite über die Steckkegel 6 stülpbar sind, sodass der Behälter 8 sicher und passgenau mit dem Chassis 3 verbunden ist. An den beiden Endseiten des Chassis 3 sind Kupplungsteile 24,25 angebaut. Es handelt sich vorzugsweise um gebräuchliche sogenannte Willson^®-Kupplungen wie sie im Tunnelbau an Schienenfahrzeugen üblich sind. Das eine Kupplungsteil, hier das Kupplungsteil 25, ist jedoch als Besonderheit ausfahrbar gestaltet, und zwar mittels einer hydraulischen Zylinder-Kolbeneinheit 26. Deren Bedeutung wird später noch klar werden. Aus dem Innern des Behälters 8 herausgezogen dargestellt erkennt man jetzt das Rühr- und Förderwerk 18. Dieses bildet eine archimedische Schraube mit einer zentralen Welle 27, die sich nach dem Einbau im Behälterinnern 8 in dessen Längsmitte erstreckt und in den beiden Stirnwänden drehbar gelagert ist. Die Stirnwände 11,12 sind hierzu mit Drehlagern 28 ausgerüstet. Von der Schraubenfläche einer eigentlichen archimedischen Schraube ist jedoch bloss noch der äussere Randbereich belassen worden, während das andere Material ausgenommen ist. Dieser etwa 10cm breite Randbereich formt ein schraubenlinienförmig verlaufendes Band 33, das von einer Anzahl radialer Streben 29 mit der zentralen Welle 27 verbunden ist, damit einerseits das Band 33 von der Welle 27 über die Streben 29 in Drehung versetzbar ist, und andrerseits der Beton im Behälter 8 bei Drehung des Rührwerkes durch die Ausnehmungen fliessen kann, gleichzeitig aber auch vom Band 33 in Längsrichtung des Wagens gefördert wird, je nach Drehsinn der Drehung. Die Welle 27 wird von einem Hydraulikmotor mit Untersetzungsgetriebe angetrieben, wobei diese Komponenten auf der Innenseite einer Stirnwand im Wendelgehäuse abgedichtet gegen Wasser und Beton eingebaut sind. Unten in der Stirnwand 11 erkennt man die Öffnung 14 in Form eines runden Loches, das etwa einen Drittel des Durchmessers des Behälters 8 misst. An der Stirnfläche 11 wie auch an der Stirnfläche 12 ist je eine Schiebervorrichtung 29 angebaut. Diese besteht aus einer Grundplatte 32, an welcher die Lippenstutzen 16 oder die Trichtermündung 15 angebaut ist, und einer hinter dieser Grundplatte 32 schwenkbar gelagerten Schieberplatte 30, sowie einer hydraulischen Zylinder-Kolbeneinheit 31, deren eines Ende schwenkbar mit der Schieberplatte 30 verbunden ist, während ihr äusseres Ende dann mit der Stirnseite des Behälters 8 nahe einer Hebe-Lasche schwenkbar verbunden ist. Mittels dieser hydraulischen Zylinder-Kolbeneinheit 31, die ebenfalls fernsteuerbar ist, lässt sich die Schieberplatte 30 gegenüber der Grundplatte 32 und der Stirnfläche 11 verschwenken, sodass sie je nach dem die Öffnung 14 in der Stirnseite 11,12 des Behälters 8 zuschliesst oder freigibt.

Die Figur 4 zeigt die Stirnseite eines Schienenfahrzeuges mit geöffnetem Schieber. Durch die Öffnung 14 sieht man in das Innere des Behälters 8. Man erkennt den Anfangsbereich des schraubenlinienförmigen Bandes 33 sowie eine der Radialstreben 29 des Rühr- und Förderwerkes 18. Die Grundplatte 32 der Schieberöffnungsvorrichtung ist ortsfest an der Stirnseite 11 des Behälters 8 angebaut, und zwischen dieser Gundplatte 32 und der Stirnseite 11 liegt die Schieberplatte 30, die drehbar um das Drehlager 34 gelagert ist. Die hydraulische Zylinder-Kolbeneinheit 31 verbindet die Schieberplatte 30 mit dem Behälter 8. Zieht sich diese hydraulische Zylinder-Kolbeneinheit 31 zusammen, so wird die Schieberplatte 30 in der gezeigten Darstellung im Gegenuhrzeigersinn verdreht und schwenkt daher in die Öffnung 14 hinein und verschliesst sie.

In Figur 5 ist der Bereich der Kupplung zweier zusammengekoppelter Schienenfahrzeuge 1,2 im Fahrzustand der Zugskomposition gezeigt. Die beiden Kupplungsteile 24,25 sind zusammengekuppelt, wobei sich das ausfahrbare Kupplungsteil 25 im ausgefahrenen Zustand befindet, in welchem eine maximale Zugkraftbelastung gewährleistet ist. In diesem Kupplungszustand kann die Zugskomposition gefahren werden. Die Schieberplatten sind geschlossen und der Beton wird im Innern der Wagen laufend umgerührt. Bedarfsweise kann auch der Drehsinn ab zu und zu gewechselt werden, damit der Beton nicht allzusehr bloss in eine Richtung hin verschoben wird. Weil die Wagen bzw. Behälter 8 oben offen sind, lassen sie sich besonders leicht befüllen. Sie können im langsamen Vorbeifahren durch eine grosse Ausschüttgosse befüllt werden, ohne dafür besonders vorbereitet zu werden. Die Ausschüttgosse wird einfach geschlossen, bis der nächstfolgende Wagen mit seinem offenen Behälter unter ihr langsam vorbeifährt.

Wenn der Zug am seinem Bestimmungsort vor der Tunnelbrust angekommen ist, werden die Wagen eng zusammengekuppelt, indem die hydraulischen Zylinder-Kolbeneinheiten an den Kupplungsteilen 24,25 betätigt werden. Es stellt sich dann die Situation wie Figur 6 gezeigt ein. Dadurch wird der Lippenstutzen 16 der Öffnung 14 in der jeweiligen Stirnseite 11 unter Zusammenquetschens und somit dichtem Anliegen seiner Hohlgummi-Lippe in die Trichtermündung 15 der gegenüberliegenden Öffnung 13 gepresst, wodurch eine dichte Verbindung der beiden Behälter 8 erzeugt wird. Dieses Zusammenpressen der Behälter ist selbst in den engsten Kurvenradien möglich, welche im Tunnelbau vorkommen. Die Trichtermündung und der zugehörige Lippenstutzen sind extra so konstruiert, das ein Zusammenpressen unter einem Winkel von bis zu einigen Grad von der elastischen Hohlgummi-Lippe ausgeglichen wird. Jetzt können die Schieberplatten an den beiden Stirnseiten aufgeschwenkt werde, was wieder hydraulisch mittels der Zylinder-Kolbeneinheiten 31 geschieht. Damit ist ein offener Durchgang von Behälter zu Behälter geschaffen, wobei sich die Öffnungen in den Stirnseiten ja bis hinunter auf den Boden der Behälter erstrecken. Wenn jetzt die Rührwerke in Drehung versetzt werden, so wirken sie als Förderwerke und fördern den Beton von Wagen zu Wagen, bis er schliesslich durch die vordere Öffnung 14 des vordersten Wagens auf das Förderband eines Förderbandwagen fällt, der ihn schliesslich in einen Beschicktrichter einer Betonpumpe transportiert.

Anstatt ein Rühr- und Förderwerk wie das oben beschrieben kann auch eine alternative Ausführung dienen. An der Welle 27 ragen in radialer Richtung Rührarme von dieser ab. Am äusseren Ende tragen diese Rührarme je ein Paddel, das schiefwinklig zur Wellenachse mittels einer Schraubverbindung mit dem Rührarm verbunden ist. Die Antriebswelle 27 dieses Rühr- und Förderwerkes 18 wird von einem Elektromotor mit Untersetzungsgetriebe angetrieben und ist ebenfalls fernsteuerbar. Beim Drehen wirken die Paddel ähnlich wie Schneepflüge und nebst dem Umrühren des im Behälter befindlichen Betons wird dieser auch noch gegen gefördert.

Anstelle der Austragung des Betons am vordersten Wagen auf das Förderband kann dies alternativ einen speziellen Betonpumpe-Wagen mit Direktförderung in die Betonpumpe erfolgen. Ein solcher Betonpumpe-Wagen 35 ist in Figur 7 dargestellt. Vorne im Wagen ist die Betonpumpe untergebracht und hinten die Direktfördereinheit 36, die aus einem Betonbehälter, das heisst einer Mulde mit Rührwerk besteht. Dieser Wagen und seine Direktfördereinheit sind direkt mit dem vordersten Schienenfahrzeug 1 mit Behälter 8 koppelbar. Hierzu weist die Durchfördereinrichtung 36 einen Stahlkonus mit aufvulkanisierter Dichtung und einen Stahltrichter als Koppelelement auf. Dadurch kann ein dichter Übergang vom vordersten Wagen 1 zur Direktfördereinheit 36 geschaffen werden. Der Stahlkonus mit Dichtung, sowie der Stahltrichter sind an die Mulde angeschraubt und können somit einfach ausgewechselt werden. Das Zusammenziehen der beiden Wagen 1 und 35 wird mit einer hydraulischen Zugeinrichtung bei der Kupplung bewerkstelligt. Die Verschiebemechanik besteht aus einer Stahlrahmen-Konstruktion, die mittels eines Kopplungszylinders eingefahren werden kann. Zur Verriegelung der Kupplung in ausgefahrenem Zustand sind seitlich zwei federbelastete hydraulische Verriegelungszylinder angebracht. Die Verriegelungszylinder und der Kopplungszylinder sind hydraulisch in Serie geschaltet so dass bei Betätigung des Steuerventils zuerst nacheinander die beiden Verriegelungszylinder ausgefahren werden und erst dann der Kopplungszylinder eingezogen wird.

Die Mulde besteht aus einer selbsttragenden Konstruktion aus gekanteten und geschweissten Blechen. Sie ist oben offen und mit einem demontierbaren Gitter mit integriertem hydraulischen Rüttler abgedeckt. Die Mulde wird auf das Wagenchassis mit vier Füssen aufgeschraubt. An der hinteren Stirnseite der Mulde ist bei der Einlassöffnung ein hydraulisch betriebener Plattenschieber installiert, wie jene an den anderen Wagen. Die Auslassöffnung befindet sich unten an der Mulde und führt direkt in den darunter liegenden Ansaugraum der Betonpumpe. Das Rührwerk besteht aus einer Zentralwelle mit aufgeschweissten Wendelsegmenten. Bei Verschleiss können diese Wendelsegmente ausgetauscht werden. Der Antrieb des Rührwerkes erfolgt hydraulisch. Das Rührwerk ist so konstruiert, dass der Spritzbeton beim Rühren gleichzeitig in Richtung Austragsöffnung gefördert wird. Nach der Entleerung der Behälter 8 des Betonzuges und des Betonbehälters auf dem Betonpumpe-Wagen 35 wird die Hydraulik freigeschaltet und der Kopplungszylinder durch die Zugkraft der Lokomotive wieder ausgezogen. In ausgefahrenem Zustand der Kupplung werden die Verriegelungszylinder durch die Federkraft eingefahren und die Verschiebemechanik dadurch blockiert. Das korrekte Verriegeln wird dadurch angezeigt, dass rot markierte Indikatorbolzen an den Verriegelungszylindern im Zylinderkolben verschwinden. Das Wagenchassis besteht aus einer stabilen Stahlkonstruktion, welche die Verbindung der beiden Drehgestelle bildet. Das Wagenchassis dient als Auflager der Mulde und der Betonpumpe und nimmt im Fahrbetrieb die Längskräfte über die Wagenkupplungen auf.

Die Drehgestelle sämtlicher Wagen der Komposition bestehen aus einer stabilen Stahlkonstruktion. Die Lagerung der Drehgestelle erfolgt über eine Zentralkugelpfanne. Die Radsätze sind mit einer Federung ausgestattet. Bei den Wagenkupplungen handelt es sich um sogenannte Willison®-Kupplungen, wie sie im Tunnelbau an Schienen-fahrzeugen üblich sind. Das eine Kupplungsteil ist jedoch als Besonderheit ausfahrbar gestaltet, und zwar mittels eines hydraulischen Kopplungszylinders. Die maximale Zugkraftbelastung ist dann gewährleistet, wenn sich das ausfahrbare Kupplungsteil im ausgefahrenen Zustand befindet. Nur in diesem Kupplungszustand darf die Zugs-komposition gefahren werden.

Mit der Direktfördereinheit kann der Beton aus den Behälter 8 des Zuges in einem geschlossenen System ohne Materialverluste direkt zu der Betonpumpe gefördert werden. Zusätzlich kann der Betonbehälter der Direktfördereinheit 36 mit der Schmiermischung für den ersten Betoniervorgang gefüllt werden. Diese Zugskomposition wird zusammen mit der Direkt-fördereinheit an die Betonierstelle herangefahren. Wenn der Zug stillsteht, wird die Stromversorgung über ein Kabel von der Pumpenstation aus über den Elektromotor auf dem Energieversorgungswagen erstellt und der Dieselmotor ausgeschaltet. Anschliessend werden die einzelnen Wagen 1,2 und auch der Betonpumpe-Wagen 35 mit seiner Direktfördereinheit 36 mit dem vordersten Wagen 1 zusammengezogen, indem über ein Steuerventil die hydraulischen Zylinder an den Kupplungen betätigt wird. Dadurch wird der Auslasskonus des vordersten Wagens 1 in den Einlasskonus der Direktfördereinheit 36 geschoben und durch die Gummidichtung eine dichte Verbindung zwischen den beiden Mulden erzeugt. Jetzt können die Schieberplatten an den Stirnseiten beider Mulden aufgeschwenkt werden, was wiederum hydraulisch über ein Steuerventil mittels der Schieberzylinder geschieht. Damit ist ein offener Durchgang von Mulde zu Mulde geschaffen. Durch Umschalten der Drehrichtung der Rührwerke wirken diese als Förderschnecke und fördern den Beton von Mulde zu Mulde, bis er schliesslich durch die vordere Öffnung des Behälters 8 des vordersten Wagens 1 in den Betonbehälter der Durchfördereinheit 36 ausfliesst. Die Durchsatzmenge wird am vordersten Wagen 1 über den Öffnungsgrad des Schiebers händisch durch den Betonpumpenmaschinisten geregelt.

Nach dem Entleeren der Wagen müssen die Schieberplatten an den Stirnseiten beider Mulden geschlossen werden und die RoCon-Shuttles und die Direktfördereinheit mit Hilfe der Lokomotive wieder auseinander gezogen werden. Direkt bei der Betonierstelle wird eine Grobreinigung der Mulden mittels Spritzwasser aus einem Wasserschlauch vorgenommen. Dabei wird die Eintrittsöffnungen der Mulde geschlossen und der Behälter soweit nötig mit Wasser gefüllt. Das Schmutzwasser bleibt während der Rückfahrt in der Mulde und wird bei der Waschanlage in der MFS entsorgt. Vor der Rückfahrt muss kontrolliert werden, ob beide Verriegelungszylinder korrekt eingerastet haben, sodass der rote Indi-katorbolzen am Zylinderboden nicht mehr sichtbar ist. Während der Rückfahrt wird das Rührwerk eingeschaltet, um eine Entmischung respektive Aushärtung des Restbetons zu verhindern. Der Abbindeprozess respektive die Abbindezeit in den Mulden bei der Rückfahrt ist abhängig von der Betonrezeptur und wird auch an die zu bewältigende Fahrstrecke angepasst. Die Entleerung des Schmutzwassers und des Restbetons sowie die Endreinigung erfolgt in der MFS. Vor dem Wiederbelad sind die Mulden und die Auslaufkonuse zu reinigen. Für Revisionszwecke kann ein leerer Behälter 8 vom Wagenchassis abgehoben werden. Dazu müssen die Befestigungsschrauben an den vier Füssen des Behälters 8 gelöst werden. Anschliessend kann der Behälter 8 mit einem Kran mit ausreichender Tragkraft an den vier Schäkeln 20 (Hebe-Laschen), welche an jeder Ecke des Behälters 8 angebracht sind, angehoben werden.

Zum Reinigen nach dem Entleeren werden die einzelnen Behälter 8 der Wagen einfach von oben mit Wasser ausgespritzt, was bei drehendem Rührwerk 18 erfolgen kann, sodass auch dieses von allen Seiten abgespritzt werden kann. Weil die Behälter 8 ja von oben zugänglich sind, können die Innenwände der Behälter 8 leicht mittels eines Schlauches mit Druckwasser abgespritzt werden. Das nachher im Behälter 8 vorhandene Wasser wird mit dem Rührwerk 18 stets in Bewegung gehalten, sodass sich keine Betonreste an der Behälterwand anbacken können. Bevor der Zug wieder aus dem Tunnel herausgefahren wird, werden die Kupplungen zunächst wieder wieder ausgefahren. Wenn der Zug wieder aus dem Tunnel herauskommt, wird das Schmutzwasser fachgerecht entsorgt, indem es in eine dafür vorgesehene Wanne abgelassen wird.

Die Vorteile dieses Betontransportsystems sind vielfältig. Zunächst einmal liegt der grösste Vorteil gegenüber den herkömmlichen Trommelwagen darin, dass das Beladen des Zuges sehr viel einfacher und rascher vonstatten geht. Mit den einzelnen Schienenfahrzeugen mit je oben offenem trogförmigen Behälter 8 kann einfach unter dem Betonsilo in langsamer Fahrt vorbeigefahren werden und während der Fahrt werden die einzelnen Behälter 8 befüllt. Die Ladegeschwindigkeit wird nicht mehr durch die Zugskomposition in irgendeiner Weise beschränkt, sondern einzig durch die Ausschüttkapazität am Betonsilo. Einzig zwischen den Wagen muss die Ausschüttgosse kurz geschlossen werden, bis der nächste Wagen unter ihr angekommen ist. Dann wird wieder geöffnet und der Wagen wird in Fahrt schön gleichmässig über seine ganze Länge befüllt. Der Zug braucht nach dem Beladen nicht mehr rückwärts rangiert zu werden, sondern kann direkt in den Tunnel einfahren. Es sind weder vor noch nach dem Beladen irgendwelche Arbeiten nötig, wie das bisher vor dem Beladen zum Entfernen der Luckendeckel und nach dem Beladen für das Verschliessen der Lucken nötig ist und was ein zeitraubendes Prozedere ist.

Das Entladen erfolgt viel transparenter, indem man jederzeit den Überblick über den Füllstand der Behälter 8 hat, weil diese oben offen sind und sich auch vollständig entleeren. Auch die Reinigungs- und Unterhaltsarbeiten gestalten sich viel einfacher und sie sind entsprechend rascher zu bewältigen. Vorallem weil die Behälter 8 oben offen sind, lassen sie sich sehr viel leichter und gezielt mit einem Druckwasserstrahl abreinigen, während bei den Trommelwagen nach dem Entladen bloss von den endseitigen Mündungen her Wasser hineingespritzt werden konnte. Bei den hier vorgestellten Schienenfahrzeugen hingegen kann ein Mann, der oberhalb der Wagen auf einem dort angeordneten Laufsteg und Stehgitter 19 positioniert ist, die leeren Wagen bzw. deren Behälter bei ihrer langsamen Vorbeifahrt gezielt abspritzen, während deren Rührwerke 18 in Betrieb sind. Das Wasser in den so mit Wasser angefüllten Behältern 8 wird durch das Rührwerk 18 stets umgewälzt, sodass sich bis zum Entwässern ein homogenes Schmutzwassergemisch gebildet hat, und sich keine Betonreste am Boden oder an den Seitenwänden der Behälter 8 ansetzen.

Weitere Vorteile entstehen durch den Einsatz des Betontransportwagens mit Direktförderung in Betonpumpe. So kann die Schmiermischung (ca. 0.5m³ bis 1m³) bereits beim Verlad der ersten Garnitur RoCon-Shuttle mit in den Tunnel gefahren werden (unabhängig zu RoCon-Shuttle). Durch die saubere Zufuhr des Betons zur Pumpe wird eine Verschmutzung der Sohle vermieden, was bisher infolge Verlusts von Beton auf dem Förderband in Kauf genommen werden musste. Das System bietet infolge seiner Einfachheit wegen des Wegfalls der Förderbandkomponenten (Abstreifer, Rollen etc.) eine hohe Verfügbarkeit und ist wartungsarm und die Mulde des Direktfördereinzeit wirkt als Buffer. Es kann ohne weiteres SCC-Beton (self compacting concrete) verarbeitet werden. Auch das Ausstossen von Restbeton in Leitungen von der Schalung in den Behälter der Direktfördereinheit ist ohne weitere möglich, wodurch Verschmutzungen der Baustelle vermieden werden.

Insgesamt ist mit dieser Vorrichtung bzw. mit diesem Betontransportsystem eine stark erhöhte Kapazität zu erreichen, weil Standzeiten der Zugskomposition vermieden werden können. Im Prinzip kann diese bis auf das eigentliche Entladen an der Tunnelbrust sowie den Richtungswechsel vor dem Tunnel ständig in Fahrt sein, jedenfalls sowohl für das Befüllen wie auch für das Abreinigen nach dem Beladen. Für diese Zwecke wird die Fahrt bloss verlangsamt, jedoch muss der Zug weder für das Beladen noch für das Reinigen der Behälter still stehen.