AT399841B - Vorrichtung zur herstellung von erhärtbaren massen - Google Patents

Description

AT 399 841 B

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von erhärtbaren Massen, insbesondere von Baumaterialen wie Beton, Mörtel und dgl., mit einem Aktivator mit zumindest drei koaxial angeordneten gegenläufig antreibbaren Schaufelreihen von unterschiedlicher Breite, mit angestellten Schlagschaufeln, wobei die Umfangsgeschwindigkeit der äußersten Schaufelreihen zwischen 70 m/s und 160 m/s beträgt, sowie ein Verfahren zur Herstellung der erhärtbaren Massen unter Verwendung dieser Vorrichtung.

Der Begriff Baumaterialien umfaßt im Sinn der Erfindung sowohl auf der Baustelle zu verarbeitende Massen, wie Beton, Mörtel, Putz oder dgl. als auch Massen zur fabriksmäßigen Herstellung von Bauelementen wie Ziegel, Platten oder Formteile.

Solche erhärtbaren Massen bestehen üblicherweise aus einem Bindemittel, aus Zuschlagsstoffen und aus einer Flüssigkeit, im allgemeinen Wasser. Im Fall von Beton handelt es sich bei dem Bindemittel um Zement. Als Zuschlagsstoff wird Sand eingesetzt, der jedoch teilweise oder vollstänig durch Ersatzstoffe, wie etwa gemahlenen Bauschutt, ersetzt werden kann.

Aus der US-A 3,331,905 ist ein Verfahren zur Behandlung von körnigem Material bekannt, mit dem Bauteile erhöhter Festigkeit herstellbar sind. Die dabei eingesetzten Ausgangsmaterialien werden in einem Desintegrator aktiviert, wodurch sich eine Veränderung des Korngrößenspektrums und der spezifischen Oberfläche der Teilchen ergibt. Es wird in diesem Vorhalt gezeigt, daß dieser Prozeß der Aktivierung im Desintegrator die Festigkeit von so hergestellten Beton oder dgl. erhöht, wenn man sie mit der Festigkeit von Beton vergleicht, der aus nicht aktiviertem Material hergestellt ist.

Weiters ist aus der EP-A 48 012 ein Desintegrator bekannt, der zur Herstellung von Beton einsetzbar ist. Durch diesen bekannten Desintegrator kann bei gleichbleibender Festigkeit der Zementanteil des Betons veringert werden.

Aus der GB-PS 1 101 981 ist eine Vorrichtung der eingangs genannten Art mit gegenseitig rotierenden Schaufelreihen unterschiedlicher Breite bekannt, wobei die Umfangsgeschwindigkeit bei 80 m/s bis 160 m/s liegt. Dabei ist jeweils eine breite Schaufelreihe zwischen zwei schmalen Schaufelreihen angeordnet. Die Breite der Schaufelreihen schwankt also für ein vom Zentrum nach außen wanderndes Teilchen. Dadurch kommt es auch zu Schwankungen der Anregungsfrequenz.

Die in der GB-PS 1 101 981 gezeigten Schlagschaufeln weisen Kreis-, Dreiecks- oder Rechtecksquerschnitt und damit den Nachteil auf, daß sie - besonders bei Verwendung von stark erosiven Medien - relativ großem Verschleiß unterliegen, da zwischen der Schaufeloberfläche und den sich bewegenden Teilchen große Relativgeschwindigkeiten von mehr als 200 m/s auftreten. Bei Kreis-, Dreiecks- oder Rechtecksquerschnitt kann sich keine Schutzschicht zwischen der Schaufeloberfläche und den auf die Schaufeln geschleuderten Teilchen ausbilden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und die bekannte Vorrichtung samt Verfahren derart weiterzubilden, daß eine weitere Steigerung der Festigkeit der Massen unter sonst gleichen Bedingungen wie Rezeptur etc. möglich wird, ohne die Standzeit der Vorrichtung zu verschlechtern.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Breite der Schaufelreihen nach außen hin um mindestens 2% vorzugsweise um mindestens 5% und maximal um 10% abnimmt Als Breite im Sinne der Erfindung wird dabei im wesentlichen der Unterschied zwischen dem Außenradius und dem Innenradius einer Schaufelreihe verstanden.

Beim Verfahren zur Herstellung erhärtbarer Massen, insbesondere von Baumaterialien wie Beton, Mörtel und dgl, werden Bindemittel, Zuschlagstoff und Flüssigkeit, vorzugsweise Wasser, gleichzeitig oder als Gemenge in einen Aktivator mit koaxial angeordneten gegenläufigen Schaufelreihen eingeführt. Die Teilchen des Materials werden im Aktivator von innen nach außen bewegt und unter Queren der mit einer Umfangsgeschwindigkeit zwischen 70 m/s und 160 m/s rotierenden äußeren Schaufelreihen mit zunehmender Amplitude angeregt. Wesentlich ist. daß darüberhinaus die Teilchen des Materials beim Queren der nach außen hin um mindestens 5% und maximal 10% abnehmenden Schaufelreihen auch mit zunehmender Frequenz angeregt werden.

Ais Bindemittel können dabei Zement, Kalk oder Wasserglas eingesetzt, als Zuschlagsstoff können Sand, Löß, Bauschutt oder Riterasche verwendet werden.

In überraschender Weise wurde erkannt, daß sich die Zusammensetzung des aus dem Aktivator ausgetragenen Produktes vorteilhaft beeinflussen läßt wenn der Aktivator in der oben beschriebenen Weise betrieben wird. Die Relativgeschwindigkeit zweier benachbarter Schaufelreihen wird nach außen hin laufend größer. Dies ist eine selbstverständliche Tatsache, die aus dem nach außen hin größer werdenden Durchmesser der Schaufelreihen folgt. Faßt man daher den Weg eines Teilchens durch den Aktivator als Schwingung auf, so wird, bedingt durch diese geometrischen Verhältnisse, die Amplitude kontinuierlich zunehmen. Wenn jedoch die Schaufelreihen nach außen hin immer schmäler werden, wie dies im Sinne der Erfindung vorgeschlagen ist, so ist auch eine zunehmende Erhöhung der Frequenz festzustellen. Dieser 2 ΑΤ 399 841 Β

Effekt dürfte besonders auf die Korngrößenverteilung des Materials einen Einfluß haben. Aber auch die geometrische Form der Teilchen sowie die spezifische Oberfläche wird auf diese Weise beeinflußt. Es hat sich herausgesteilt, daß bei gleicher Zusammensetzung eine weitere Steigerung der Festigkeit so hergestellter Baumaterialien erzielbar ist.

An sich ist die Abnahme der Breite von Schaufelreihen bei Turboverdichtern bekannt, wie etwa die US-A 3,044,685 zeigt. Die Aktivierung von Stoffen spielt jedoch in diesem völlig anders gearteten Bereich der Technik keine Rolle.

Im Aktivator werden die einzelnen Teilchen mit Geschwindigkeiten von mehr als 200 m/s gegen die Schaufeln und vor allem gegeneinander geschleudert und dabei starken Stößen ausgesetzt. Nähere Untersuchungen haben gezeigt, daß die einzelnen Teilchen zwischen drei und zehn Stöße erhalten. Durch diese Stöße kommt es neben einer Zerkleinerung der Körner zu Defekten im Kristallgitter und makroskopischen Defekten, die eine Vergrößerung der Oberfläche zu Folge haben.

Vorzugsweise ist vorgeshen, daß die Schlagschaufeln konkav ausgebildet 'sind und vorzugsweise aus zumindest zwei im wesentlichen ebenen und zueinander abgewinkelten Platten bestehen. Dadurch kann sich auf den Schlagschaufeln eine Auflage des zu bearbeitenden Mediums ausbilden, was die Schlagschaufeln weitgehend gegen Erosion und Verschleiß schützt. Weiters können zur Verminderung der Erosion die der Rotationsachse zugekehrten äußeren Kanten der Schlagschaufeln mit Schutzleisten belegt sein.

Um den Fluß des zu behandelnden Gutes von innen nach außen zu sichern ist jeweils zwischen zwei benachbarten Schlagschaufeln der äußersten Schaufelreihe eine Ventilatorschaufel angeordnet.

Insbesondere ist es günstig, wenn die Rotationsgeschwindigkeit der Schaufelreihen des Aktivators zwischen 800 und 3000 1/min beträgt.

Im folgenden wird die Erfindung durch die in den Fig. dargestellten Ausführungsvarianten näher erläutert.

Die Figuren zeigen schematisch: Die Fig.1 einen erfindungsgemäßen Aktivator teilweise im Schnitt; die Figur 2 einen Schnitt nach der Linie IMI von Fig.1; die Fig.3 eine Variante der Schaufelform und die Fig.4 eine weitere Ausführungsvariante davon.

Der in Fig.1 und 2 dargesteltte Aktivator besteht aus zwei gegenläufig bewegten Rotoren 1 und 2, deren Drehrichtung mit den Pfeilen A und B angedeutet sind. Der Einfachheit halber ist das Gehäuse mit mittigem Einlaß und umfangseitigem Auslaß weggelassen. Die Bearbeitung des zu behandelnden Gutes besorgen drei konzentrisch angeordnete Schaufelreihen 3, 4, 5 von Schlagschaufeln 6. Im vorliegenden Fall wird die äußerste Schaufelreihe 5 und die innerste Schaufelreihe 3 der Schlagschaufeln 6 vom Rotor 1 und die dazwischenliegende Schaufelreihe 4 vom Rotor 2 getragen. Zumindest die Schlagschaufeln 6 der äußeren Schaufelreihe 5 sind konkav, z.B. abgewinkelt. Die Grundebene 7 dieser Schlagschaufel 6 ist unter einem Winkel a angestellt, der wie in Fig. 2 erkennbar ist, von einer an der Eintrittskante der Schlagschaufel 6 in Umfangsrichtung verlaufenden Ebene 7 zur Tangentialebene 7' gemessen wird.

Bei der in der Fig.3 dargestellten Ausführung des Aktivators sind die beiden inneren Schaufelreihen 3 und 4 mit konkaven Schlagschaufeln 6 ausgestattet, die aus zwei im wesentlichen ebenen Platten 6’ und 6" bestehen. Die in Bewegungsrichtung gesehen vorderen Platten 6' sind dabei länger und weniger stark zur tangentialen Ebene geneigt, als die hinteren Platten 6". Durch die konkave Form kommt es während des Betriebes zu einer Auflage 11 des zu bearbeitenden Mediums auf den Schlagscliaufein 6. Diese Auflage 11 erneuert sich durch den Aufprall von Teilchen laufend und schützt die Schlagschaufeln 6 selbst weitgehend vor Erosion und Verschleiß.

Bei der in der Fig.4 dargestellten abgewinkelten Form der Schlagschaufeln 6 sind die abgewinkelten Platten 6' bzw. 6" kürzer als der verbleibende Teil 6"' und die Länge beträgt vorzugsweise die Hälfte oder weniger der Gesamtlänge der Schlagschaufeln 6. Die Neigung der kürzeren Platten 6' bzw. 6" erfolgt jeweils vom Teil 6’" zur Rotormitte hin. Die abgewinkelten Endstücke (Platten 6', 6") können an beiden Enden des Teiles 6'" oder nur an einem Ende desselben, im vorliegenden Fall vorzugsweise am nachlaufseitigen Ende, vorgesehen sein. Sie werden zweckmäßig aus Hartmetall hergestellt oder damit belegt und können austauschbar angebracht sein. Es ist jedoch auch eine Fertigung aus Hartmetall oder speziellen Kunststoffen möglich. Schließlich besteht auch die Möglichkeit, die der Rotorachse zugekehrten äußeren Kanten der Platten 6', 6" mit Schutzleisten 10 zu belegen.

Zwischen den Schlagschaufeln 6 oder an dem bei der Drehung des Rotors 1 vorne liegenden Ende der Schlagschaufeln β der äußersten Schaufelreihe 5 sind ventilatorschaufeln 8 vorgesehen, die jede beliebige Form haben können und beispielsweise als Platte, Finger oder dgl. ausgebildet sind. Sie haben die Aufgabe, den Ruß des zu behandelnden Gutes von innen nach außen zu sichern und außerdem auf der der Rotorachse zugekehrten Oberfläche der Schlagwerkzeuge eine Schutzschicht aus dem zu behandelnden Material zu bilden, gleichgültig wie groß der Anstellwinkel <* ist. Dieser kann für bestimmte Arbeiten unter 15· liegen, während er für andere Arbeiten darüber, beispielsweise 20 bis 35 *, vorteilhafter sein kann. 3

Claims (7)

1. AT 399 841 B Die Figur 3 zeigt schematisch einen Ausschnitt aus drei aufeinanderfolgenden Schaufeireihen 3, 4, 5 des erfindungsgemäßen Aktivators. Wesentlich ist, daß die Breite bi, 1¾ und fc>3 der Schaufefreihen nach außen hin kontinuierlich mindestens 2-5% abnimmt. Maximal sollte die Breite jedoch um 10% abnehmen. Das heißt: 0,9 bi S bz ύ 0,98 bi 0,9 b2 S b3 £ 0,98 t*> Patentansprüche 1. Vorrichtung zur Herstellung von erhärtbaren Massen, insbesondere von Bäumaterialen wie Beton, Mörtel und dgl., mit einem Aktivator mit zumindest drei koaxial angeordneten gegenläufig antreibbaren Schaufelreihen von unterschiedlicher Breite, mit angestellten Schlagschaufeln, wobei die Umfangsgeschwindigkeit der äußersten Schaufelreihen zwischen 70 m/s und 160 m/s beträgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite (bi, 1¾. 1¾) der Schaufelreihen (3, 4, 5) nach außen hin um mindestens 2% vorzugsweise um mindestens 5% und maximal um 10% abnimmt.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlagschaufeln (6) konkav ausgebildet sind und vorzugsweise aus zumindest zwei im wesentlichen ebenen und zueinander abgewinkelten Platten (6', 6", 6'”) bestehen.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die der Rotationsachse zugekehrten äußeren Kanten der Schlagschaufeln (6) mit Schutzleisten (10) belegt sind.
4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwischen zwei benachbarten Schlagschaufeln (6) der äußersten Schaufelreihe (5) eine Ventilatorschaufel (8) angeordnet ist.
5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß am äußeren Ende jeder Schlagschaufel (6) der äußersten Schaufelreihe (5) auf der in Drehrichtung (A) des Rotors (1) liegenden Seite, vorzugsweise im rechten Winkel auf die Schlagschaufel (6), eine Ventilatorschaufei (8) anschließt.
6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl der Schaufelreihen (3, 4, 5) zwischen 800 und 3000 1/min beträgt.
7. 7. Verfahren zur Herstellung erhärtbarer Massen, insbesondere von Baumaterialien wie Beton, Mörtel und dgl., unter Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei Bindemittel, Zuschlagstoff und Flüssigkeit, vorzugsweise Wasser, gleichzeitig oder als Gemenge in einen Aktivator mit koaxial angeordneten gegenläufigen Schaufelreihen eingeführt, die Teilchen des Materials im Aktivator von innen nach außen bewegt und unter Queren der mit einer Umfangsgeschwindigkeit zwischen 70 m/s und 160 m/s rotierenden äußeren Schaufelreihen mit zunehmender Amplitude angeregt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen des Materials beim Queren der nach außen hin um mindestens 5% und maximal 10% abnehmenden Schaufelreihen (3, 4, 5) mitzunehmender Frequenz zu Schwingungen angeregt werden. Hiezu 3 Blatt Zeichnungen 4 i