Schlagverdichtungsmaschine zum Herstellen von Formlingen aus körnigen Massen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schlagverdichtungsmaschine zum Herstellen von Formlingen aus körnigen Massen, insbesondere Kalksandstein-Rohlingen aus einer Mischung von Sand, Bindemittel und Wasser, mit einer sich auf einen Formkastentisch abstützenden Form, einer die Form oben abschliessenden Schlagplatte und einem senkrecht geführten und auf die Schlagplatte aufschlagenden Schlaggewicht. Die Schlagverdichtungsmaschine nach der Erfindung kann auch zum Herstellen von Formlingen aus anderen als den vorerwähnten, insbesondere keramischen Stoffen verwendet werden.
Schlagverdichtungsmaschinen zum Herstellen von Formlingen aus körnigen Massen sind bekannt. Bei dem Verdichten durch Schlagen schlägt üblicherweise das Schlaggewicht nicht unmittelbar auf das in einem Formkasten befindliche Körnungsgemisch, sondern auf eine Schlagplatte, die auf der zu verdichtenden Masse aufliegt. Diese Schlagplatte hat normalerweise eine Stärke je nach Formkastengrösse von 1 bis 3 cm. Die Schlagplatte hat im wesentlichen die Funktion eines Deckels, mit dem verhindert werden soll, dass bei jedem Schlagvorgang Luft in den zu verdichtenden Körper eingepresst wird.
Bei der Herstellung von Körpern aus körnigen Massen wird in vielen Fällen ein sehr hoher Verdichtungsgrad angestrebt, weil dadurch die gewünschten Eigenschaftswerte des gebrauchsfertigen Körpers wesentlich verbessert werden können.
So steigt bei Kalksandsteinen, die aus einem Gemisch von Kalk, Quarz und Wasser hergestellt werden, die Festigkeit überproportional mit dem Grad der Verdichtung der körnigen Masse bei sonst gleichgehaltenen Herstellungsbedingungen an.
Während des Verdichtungsvorganges wird aber auch ein Teil der Körner zerkleinert. Je höher der Grad der Verdichtung getrieben wird, um so grösser wird die Anzahl der während des Verdichtungsvorganges zertrümmerten Teilchen.
Diese Begleiterscheinung ist nicht erwünscht, weil der Kornaufbau der Masse, der im Hinblick auf ihre Verdichtungswilligkeit und im Hinblick auf die Qualität des Fertigproduktes eine grosse Rolle spielt, in unkontrollierbarer Weise ver ändert wird.
Diese Zertrümmerung wirkt sich auch insofern auf die Qualität des Fertigproduktes ungünstig aus, da zwischen den neugeschaffenen Bruchflächen das der Mischung zugegebene Bindemittel fehlt. Ausserdem wird durch diesen Zertrümmerungsvorgang ein Teil der aufgewendeten Energie zweckentfremdet verbraucht.
Es ist bislang mit wenig Erfolg versucht worden, das Wärmedämmvermögen von Kalsandsteinen durch Zugabe von leichten Zuschlagstoffen - z. B. Blähton zur Masse - zu verbessern. Alle Versuche in dieser Richtung sind fehlgeschlagen, weil während der Verdichtung bei den derzeitig eingesetzten mechanisch oder hydraulisch arbeitenden Pressen ein grosser Teil der leichten Zuschlagstoffe zerdrückt wird.
Diese nicht erwünschte Zertrümmerung tritt auch dann ein, wenn die Leichtzuschlagstoffkörner in einer ausreichend grossen Menge von feiner Grundmasse eingebettet sind.
Durch die Zertrümmerung der Leichtzuschlagstoflkörner wird das gewünschte Ziel - die Verbesserung der Wärmedämmung - nicht erreicht.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine mit hoher Schlagleistung und geringem Energieaufwand arbeitende Schlagverdichtungsmaschine zu schaffen, mit der hochverdichtete, fehlerfreie Körper hergestellt werden können und bei der eine Zerkleinerung der Körner nur in einem geringen Umfange auftritt.
Es wurde gefunden, dass eine hohe Verdichtung bis zu einem Verdichtungsgrad von 0,85 (Verhältniswert aus Rohdichte zu Reindichte nach DIN 52102) bei geringer Kornzertrümmerung erreicht werden kann, wenn gemäss der Erfindung die maximale Fallhöhe des Schlaggewichtes kleiner ist als 0,8 Meter und dabei die Schlagenergie je Quadratzentimeter Verdichtungsfläche grösser ist als 0,3 Meterkilopond pro Quadratzentimeter und dass die Fallhöhe sowie die Masse des Schlaggewichtes und die Masse der Schlagplatte derart aufeinander abgestimmt sind, dass sich die Masse der Schlagplatte in Kilogramm zur Einzelschlagenergie des Schlaggewichtes in Meterkilopond verhält wie 1:1,5 bis 1:4.
Um diese Verhältniswerte zu erreichen, kann bei einer Schlagenergie von etwa 0,7 Meterkilopond pro Quadratzentimeter Verdichtungsfläche die Dicke der aus Stahl bestehenden Schlagplatte mindestens 20 cm betragen. Zweckmässigerweise liegen die Fallhöhe des Schlaggewichtes im Bereich von 0,4 bis 0,6 Meter und die Schlagenergie je Quadratzentimeter Verdichtungsfläche im Bereich von 0,5 bis 0,8 Meterkilopond pro Quadratzentimeter.
Bei Vergrösserung der Masse der Schlagplatte erfüllt sie nicht nur die Funktion eines Deckels, sondern übernimmt auch die Aufgabe eines Geschwindigkeitstransformators, mit dem die gestellt Aufgabe - hohe Verdichtung bei geringer Kornzertrümmerung - erreicht wird. Durch die Vergrösserung der Masse der Schlagplatte wird die Anfangsgeschwindigkeit der gestossenen Schlagplatte durch die Vergrösserung ihrer Masse reduziert, was sich günstig auf den Verdichtungsvorgang auswirkt. Es wird ferner erreicht, dass eine Auflockerung der verdichteten Masse durch ihre Rückfederung nach dem Verdichtungsstoss durch die grössere Masse der Schlagplatte stärker verhindert wird.
Es wurde weiter gefunden, dass zur Erreichung einer hohen Verdichtung bei geringer Kornzertrümmerung Schlagmaschinen eingesetzt werden müssen, bei denen an Stelle von kleinen bewegten Massen, grosse bewegte Massen und an Stelle von hohen Aufprallgeschwindigkeiten kleine Aufprallgeschwindigkeiten bei sonst gleicher Schlagarbeit in m kp pro cm2 Verdichtungsfläche vorhanden sind.
Zur Verdichtung von körnigen Mineralstoffen wurden bislang Schlagvorrichtungen verwendet, deren Hammermassen zwischen 30 bis 100 kg und deren Aufprallgeschwindigkeit zwischen 10 bis 4 m/sec und deren Schlagenergie je Schlag bei 0,1 Meterkilopond je Quadratzentimeter Verdichtungsfläche liegen.
Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass mit Schlagvorrichtungen, deren Schlagenergie über 0,3 m kp/cm2 und deren Aufprallgeschwindigkeit unter 4 m/sec liegen in Verbindung mit der oben beschriebenen dicken Schlagplatte, bessere Verdichtungsergebnisse mit den unterschiedlichsten körnigen Massen als bisher bekannt, erzielt werden können.
Mit der beschriebenen Maschine können Kalksandstein Rohlinge mit einer Rohdichte bis zu 2,25 g cm3 hergestellt werden, während von den derzeitig bekannten mechanischen oder hydraulischen Pressen, Schlag- oder Vibrationseinrichtungen Rohdichten von höchstens 2,0 g cm bei sonst vergleichbaren Bedingungen erzielt werden. Die erfindungs- gemässe Maschine kann auch mit Vorteil bei der Herstellung von Formlingen aus keramischen Stoffen verwendet werden, z.B. für Formlinge für feuerfeste Auskleidungskörper aus Sinter- oder Pulver-Keramik, sowie für Schamottesteine oder Magnesitsteine.
Es hat sich gezeigt, dass für die Herstellung von hochverdichteten Körpern mit einem Verdichtungsgrad bis zu 0,85 Schlagvorrichtungen benötigt werden, die eine Einzelschlagenergie von 0,5 bis 0,8 m kp pro cm2 Verdichtungsfläche aufweisen sollen.
Abhängig von der Art des zu verdichtenden Körnungsgemisches und dem gewünschten Verdichtungsgrad kann die Gesamtschlagarbeit zwischen 1,5 und 30 m kp pro cm2 Verdichtungsfläche liegen.
Zur Herstellung z. B. von Kalksandsteinen mit einer Rohdichte von 1,9 g cm- ist eine Gesamtschlagarbeit von etwa 2,4 m kp pro cm2 Verdichtungsfläche erforderlich. Bei einer Einzelschlagarbeit von 0,3 m kp würden also insgesamt 8 Schläge benötigt.
Es wurde ferner gefunden, dass mit der beschriebenen Schlagvorrichtung bei entsprechender Schlagarbeit nicht nur hochverdichtete Körper, sondern auch Körper von grosser Homogenität erzeugt werden können. Die Rohdichtwerte an jeder beliebigen Stelle dieser Körper als Mass für ihre Homogenität gewählt, weisen eine Schwankungsbreite auf, die nicht grösser ist als die Schwankungsbreite des Messverfahrens für die Rohdichte nach DIN 52102.
Bei der beschriebenen Art der Verdichtung verhält sich eine feinkörnige Masse ähnlich einer Quasi-Hydraulik-Flüssigkeit. Darauf ist es zurückzuführen, dass zugegebene leicht zertrünrrnerbare Blähtonkörper nicht zerstört werden, weil sie nicht, wie bei den bekannten Verdichtungsverfahren, einem mehr oder weniger grossen einseitigen Druck, sondern einem allseitig wirkenden Druck ausgesetzt werden. Auch waagrecht, d.h. rechtwinklig zur Stossrichtung des Schlaggewichtes in den Formkasten eingefügte Dorne oder andere Hindernisse werden von der Masse umgossen, so dass die Rohdichte der Masse vor oder hinter dem Hindernis etwa gleich gross ist.
Durch die Vergrösserung der Masse der Schlagplatte wird noch der weitere Vorteil erzielt, dass diese unter der Wirkung der Schläge nicht in Schwingung kommt. Dies hat zur Folge, dass die obenliegende Seite des Formlings völlig eben und planparallel zur Unterseite ist. Bei den bekannten Schlagplatten tritt der Nachteil ein, dass insbesondere die Randbereiche und Ecken stark ausschwingen bzw. flattern, wenn ein hoher Verdichtungsgrad angestrebt wird. Dadurch wird die obenliegenden Fläche des Formlings nicht eben, sondern leicht gewölbt.
Zweckmässigerweise ist die Fallhöhe des Schlaggewichtes während der Verdichtung eines Formlings einstellbar. Dadurch können die ersten Verdichtungsschläge mit geringerer Energie geführt werden, als die letzten Schläge. Es hat sich nämlich als vorteilhaft erwiesen, dass am Anfang des Verdichtungsvorganges, wenn der Körper noch locker und verdichtungswillig ist, Schläge von geringer Einzelschlagenergie aufgebracht werden. Am Ende des Verdichtungsvorganges, wenn der Körper nur noch wenig zusammendrückbar ist, sollten Schläge mit maximaler Schlagarbeit ausgeführt werden.
Die Steigerung der Einzelschlagenergie entsprechend dem Verdichtungsfortschritt kann entweder stufenweise oder kontinuierlich erfolgen.
In der folgenden Beschreibung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezunahme auf eine schematische Darstellung einer Schlagverdichtungsmaschine näher erläutert.
Die Schlagverdichtungsmaschine setzt sich zusammen aus einem Formkastentisch 1, zwei Säulen 2 und je einer Führungsschiene 3, einer oberen, die Säulen 2 verbindenden Brücke 4 mit einer Hub- und Ausklinkvorrichtung 5, einem Schlaggewicht 6, das in den Führungsschienen 3 geführt ist und von der Hub- und Ausklinkvorrichtung 5 bewegt wird, einem Formkasten 7 mit der zu verdichtenden, körnigen Masse 8 und aus einer, den Formkasten 7 oben abschliessenden Schlagplatte 9, die ebenfalls in den Führungsschienen 3 geführt ist und mittels einer Hubvorrichtung 10 anhebbar und absenkbar ist.
Die Schlagplatte 9 hat eine Länge von 100 cm, eine Breite von 50 cm und eine Dicke von 32 cm. Das Gewicht der aus Stahl bestehenden Schlagplatte 9 beträgt 1250 kg. Das Schlaggewicht 6 wiegt 6000 kg. Das Massenverhältnis von Schlagplatte zu Schlaggewicht liegt also bei 1:4,8. Bei einer maximalen Fallhöhe h des Schlaggewichtes 6 von 0,5 m beträgt die maximale Einzelschlagenergie 3000 m kp. Die Masse der Schlagplatte bezogen auf die Einzelschlagenergie hat ein Verhältnis von 1250:3000 m kp, d.h. 1: 2,4. Um die günstigen Arbeitsbedingungen der erfindungsgemässen Maschine einzuhalten, muss also bei Vergrösserung des Schlaggewichtes oder bei Vergrösserung der Fallhöhe auch die Masse der Schlagplatte vergrössert werden.
Der in der Form 7 herzustellende Kalksandstein-Rohling hat eine Länge von 995 mm, eine Höhe von 495 mm und eine Breite von 245 mm und liegt in der Form um 90O gedreht.
Um die fertigen Kalksandsteine aufeinander auszurichten, sind an der Ober- und Unterseite der Steine miteinander fluchtende Höhlungen vorgesehen, die von Dornen 11 gebildet werden, welche an den beiden Längsseiten des Formkastens 7 angeordnet sind. Damit der Rohling der Form 7 entnommen werden kann, sind die Dorne 11 nach aussen beweglich angeordnet. Diese Anordnung der horizontalen Dorne 11 hat den Vorteil, dass die Länge und die Höhe der Kalksandsteine stets ein ganz exaktes Mass einhalten, während die Breite der Kalksandsteine geringe Abweichungen haben kann. Diese Abweichungen kommen dadurch zustande dass die Breite des Kalksandsteines von der Menge der in die Form eingefüllten körnigen Mischung und dem Verdichtungsgrad abhängig ist.
Impact compaction machine for the production of moldings from granular masses
The invention relates to an impact compaction machine for the production of briquettes from granular masses, in particular sand-lime brick blanks from a mixture of sand, binding agent and water, with a mold supported on a molding box table, an impact plate closing off the mold at the top and a vertically guided and on the striking weight striking the striking plate. The impact compaction machine according to the invention can also be used for the production of moldings from materials other than those mentioned above, in particular ceramic materials.
Impact compaction machines for producing moldings from granular masses are known. When compacting by hammering, the impact weight does not usually hit the grain mixture located in a molding box, but rather hits an impact plate that rests on the mass to be compacted. This striking plate normally has a thickness of 1 to 3 cm, depending on the size of the molding box. The impact plate essentially has the function of a cover which is intended to prevent air from being pressed into the body to be compressed during each impact process.
In the production of bodies from granular masses, a very high degree of compaction is sought in many cases, because this allows the desired properties of the ready-to-use body to be significantly improved.
In the case of sand-lime bricks that are made from a mixture of lime, quartz and water, the strength increases disproportionately with the degree of compaction of the granular mass with otherwise the same manufacturing conditions.
During the compaction process, however, some of the grains are also crushed. The higher the degree of compression, the greater the number of particles shattered during the compression process.
This side effect is undesirable because the grain structure of the mass, which plays a major role in terms of its willingness to compress and in terms of the quality of the finished product, is changed in an uncontrollable manner.
This shattering also has an unfavorable effect on the quality of the finished product, since the binding agent added to the mixture is missing between the newly created fracture surfaces. In addition, part of the energy used is used for purposes other than intended by this shattering process.
So far, attempts have been made with little success to improve the thermal insulation properties of sandstone by adding light aggregates - e.g. B. expanded clay to the mass - to improve. All attempts in this direction have failed because a large part of the light aggregates is crushed during the compression in the currently used mechanical or hydraulic presses.
This undesired shattering also occurs when the lightweight aggregate grains are embedded in a sufficiently large amount of fine matrix.
By breaking up the lightweight aggregate grains, the desired goal - improving the thermal insulation - is not achieved.
The object of the invention is to create an impact compacting machine which operates with high impact performance and low energy consumption, with which highly compacted, defect-free bodies can be produced and in which the grains are only reduced in size.
It has been found that a high degree of compaction up to a degree of compaction of 0.85 (ratio of gross density to true density according to DIN 52102) can be achieved with low grain fragmentation if, according to the invention, the maximum drop height of the impact weight is less than 0.8 meters and The impact energy per square centimeter of compaction area is greater than 0.3 meter kilopond per square centimeter and that the height of fall as well as the mass of the impact weight and the mass of the impact plate are coordinated in such a way that the mass of the impact plate in kilograms is related to the individual impact energy of the impact weight in meter kilopond as 1: 1.5 to 1: 4.
In order to achieve these ratio values, the thickness of the steel impact plate can be at least 20 cm with an impact energy of around 0.7 meter kilopond per square centimeter of compaction area. The drop height of the impact weight is expediently in the range from 0.4 to 0.6 meters and the impact energy per square centimeter of compaction area in the range from 0.5 to 0.8 meter kilopond per square centimeter.
When the mass of the impact plate is increased, it not only fulfills the function of a cover, but also takes on the task of a speed transformer with which the task set - high compaction with low grain fragmentation - is achieved. By increasing the mass of the striking plate, the initial speed of the impacted striking plate is reduced by increasing its mass, which has a favorable effect on the compression process. It is also achieved that a loosening of the compacted mass by its spring back after the compression shock is more strongly prevented by the larger mass of the impact plate.
It was also found that to achieve high compaction with low grain fragmentation, impact machines must be used in which instead of small moving masses, large moving masses and instead of high impact velocities, small impact velocities with otherwise the same impact work in m kp per cm2 of compaction area are.
To compress granular minerals, impact devices have hitherto been used, the hammer masses of which are between 30 to 100 kg and the impact speed between 10 to 4 m / sec and the impact energy per impact of 0.1 meter kilopond per square centimeter of compression area.
Surprisingly, it has been shown that with impact devices whose impact energy is above 0.3 m kp / cm2 and impact speed below 4 m / sec in connection with the thick impact plate described above, better compaction results with a wide variety of granular masses than previously known are achieved can.
With the machine described, sand-lime brick blanks with a bulk density of up to 2.25 g cm3 can be produced, while the currently known mechanical or hydraulic presses, impact or vibration devices achieve bulk densities of at most 2.0 g cm under otherwise comparable conditions. The machine according to the invention can also be used to advantage in the production of shaped articles from ceramic materials, e.g. for bricks for refractory lining bodies made of sintered or powder ceramics, as well as for fireclay bricks or magnesite bricks.
It has been shown that for the production of highly compressed bodies with a degree of compression of up to 0.85 impact devices are required, which should have a single impact energy of 0.5 to 0.8 m kp per cm2 of compression area.
Depending on the type of grain mixture to be compacted and the desired degree of compaction, the total impact work can be between 1.5 and 30 mkp per cm2 of compaction area.
To produce z. B. of sand-lime bricks with a bulk density of 1.9 g cm, a total impact work of about 2.4 m kp per cm2 of compaction area is required. With a single impact work of 0.3 m kp, a total of 8 impacts would be required.
It was also found that with the impact device described, with appropriate impact work, not only highly compressed bodies but also bodies of great homogeneity can be produced. The raw density values at any point on these bodies, chosen as a measure of their homogeneity, show a fluctuation range that is not greater than the fluctuation range of the measurement method for the raw density according to DIN 52102.
With the type of compression described, a fine-grained mass behaves similarly to a quasi-hydraulic fluid. It can be attributed to this that added easily crushable expanded clay bodies are not destroyed because they are not exposed to a more or less large one-sided pressure, as in the known compression methods, but rather a pressure acting on all sides. Also horizontally, i.e. Thorns or other obstacles inserted into the molding box at right angles to the direction of impact of the impact weight are encased by the mass so that the bulk density of the mass in front of or behind the obstacle is approximately the same.
By increasing the mass of the striking plate, the further advantage is achieved that it does not vibrate under the effect of the impact. As a result, the upper side of the molding is completely flat and plane-parallel to the underside. The known impact plates have the disadvantage that the edge areas and corners in particular swing out or flutter strongly when a high degree of compaction is sought. As a result, the upper surface of the molding is not flat, but rather slightly curved.
The height of fall of the impact weight is expediently adjustable during the compression of a molding. As a result, the first compression impacts can be performed with less energy than the last impacts. It has proven to be advantageous that at the beginning of the compression process, when the body is still loose and willing to compress, blows with low individual impact energy are applied. At the end of the compression process, when the body is only slightly compressible, hits should be performed with maximum impact work.
The individual impact energy can be increased in accordance with the progress of compaction, either in stages or continuously.
In the following description, an embodiment of the invention is explained in more detail with reference to a schematic representation of an impact compactor.
The impact compaction machine is composed of a molding box table 1, two columns 2 and one guide rail 3 each, an upper bridge 4 connecting the columns 2 with a lifting and release device 5, an impact weight 6 that is guided in the guide rails 3 and from the Lifting and notching device 5 is moved, a molding box 7 with the granular mass to be compacted 8 and a striking plate 9 closing the molding box 7 at the top, which is also guided in the guide rails 3 and can be raised and lowered by means of a lifting device 10.
The striking plate 9 has a length of 100 cm, a width of 50 cm and a thickness of 32 cm. The weight of the steel striking plate 9 is 1250 kg. The impact weight 6 weighs 6000 kg. The mass ratio of striking plate to striking weight is therefore 1: 4.8. With a maximum fall height h of the impact weight 6 of 0.5 m, the maximum single impact energy is 3000 m kp. The mass of the impact plate in relation to the individual impact energy has a ratio of 1250: 3000 m kp, i.e. 1: 2.4. In order to maintain the favorable working conditions of the machine according to the invention, the mass of the striking plate must also be increased when the impact weight is increased or the height of fall is increased.
The sand-lime brick blank to be produced in mold 7 has a length of 995 mm, a height of 495 mm and a width of 245 mm and lies rotated 90 ° in the mold.
In order to align the finished sand-lime bricks with one another, flush cavities are provided on the top and bottom of the bricks, which are formed by mandrels 11 which are arranged on the two long sides of the molding box 7. So that the blank can be removed from the mold 7, the mandrels 11 are arranged to be movable outwards. This arrangement of the horizontal mandrels 11 has the advantage that the length and the height of the sand-lime bricks always maintain a very exact dimension, while the width of the sand-lime bricks can have slight deviations. These deviations are due to the fact that the width of the sand-lime brick depends on the amount of granular mixture poured into the mold and the degree of compaction.