DE102004014760A1

DE102004014760A1 - Asphaltanlage und Verfahren zum Herstellen von Asphalt

Info

Publication number: DE102004014760A1
Application number: DE200410014760
Authority: DE
Inventors: Siegmar Heinzel
Original assignee: AMMANN ASPHALT GmbH
Current assignee: AMMANN ASPHALT GmbH
Priority date: 2004-03-23
Filing date: 2004-03-23
Publication date: 2005-10-13
Anticipated expiration: 2024-03-24
Also published as: DE102004014760B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Asphaltanlage, die mindestens aufweist: DOLLAR A eine drehbar gelagerte Trockentrommel (3) mit einem Materialeinlass (4) und einem Materialauslass (6) für Mineralgut (5), DOLLAR A einen am hinteren Ende der Trockentrommel (3) angeordneten Brenner (10) mit einstellbarer Brennerleistung, DOLLAR A einen Temperatursensor (14) zum Messen einer Ausgabetemperatur des Mineralgutes (5) und Ausgabe eines Temperaturmesssignals (T) und DOLLAR A eine Steuereinrichtung (15), die die Temperaturmesssignale (T) des Temperatursensors (14) aufnimmt und Brennereinstellwerte (b) an den Brenner (10) ausgibt, DOLLAR A wobei die Steuereinrichtung die Brennereinstellwerte (b) in einer Regelphase einstellt durch DOLLAR A Festlegung einer Totzeit (t0) des Mineralgutes (5) in dem Innenraum (7) der Trockentrommel (3), DOLLAR A Zuordnung eines Temperaturmesswertes (T(t)) des ausgegebenen Mineralgutes (5) zu einem Brennereinstellwert (b(t - t0)) vor der Totzeit (t0), DOLLAR A Ermittlung eines Korrekturfaktors (K) als Verhältnis einer Solltemperatur und des Temperaturmesswertes (T(t)) des ausgegebenen Mineralgutes (5) und DOLLAR A Ermittlung und Speicherung eines neuen Brennereinstellwertes (b(t + DELTAt)) aus den Brennereinstellwerten (b(t - t0) vor der Totzeit und dem Korrekturfaktor (K).

Description

Die Erfindung betrifft eine Asphaltanlage sowie ein Verfahren zum Herstellen von Asphalt.
In Asphaltanlagen wird zuvor im Allgemeinen auf größeren Halden gelagertes Mineralgut zunächst getrocknet und erhitzt und nachfolgend mit flüssigen Bitumen und gegebenenfalls weiteren Zusatzstoffen, wie Steinmehl, Faserstoffen und Altasphalt zu Asphalt vermischt. Der hergestellte, im allgemeinen zähflüssige bzw. teigige Asphalt kann nachfolgend direkt verladen und zum Einsatzort transportiert werden.
Das Mineralgut wird hierbei kontinuierlich einer Trockentrommel zugeführt und in dieser getrocknet und erhitzt, wobei die Temperatur des ausgegebenen Mineralgutes innerhalb eines vorgegebenen Temperaturbereiches von z. B. 170° C bis 190° C liegen muss, um eine gute Mischung mit dem Bitumen ohne eine Beschädigung, Verdampfung oder Entflammung des Bitumens zu erreichen.
Das in die Trockentrommel eingegebene Mineralgut weist hierbei jedoch im Allgemeinen eine unterschiedliche Beschaffenheit, insbesondere einen stark variierenden Feuchtigkeitsgehalt sowie variable Korngrößen und Zusammensetzungen auf. Die Rohmaterialien werden aufgrund der großen Menge meistens im Freien offen gelagert und sind damit der Witterung ausgesetzt. Die Befüllung der Anlage mit z.B. einem Radlader führt hierbei zu unbekannten, ständig wechselnden Feuchtigkeitsgehalten des Materials am Eingang der Trockentrommel. Der Feuchtigkeitsgrad kann sich hierbei auch innerhalb einer zu verarbeitenden Charge ändern. Dementsprechend muss beim Trocknen des Mineralgutes in der Trockentrommel eine jeweilige Anpassung der zum Trocknen verwendeten Brennerleistung erfolgen, damit das Mineralgut hinreichend erhitzt, jedoch nicht zu stark erhitzt oder sogar beschädigt wird.
Hierzu werden bei größeren Mineralgutmengen PID-Regelungen verwendet. In der Anfahrphase und der Abfahrphase werden jedoch schlechte Werte erzielt, so dass die ersten und letzten Materialmengen nicht verwendbar sind. Auch die mit PID-Regelungen zwischen der Anfahr- und Abfahrphase erzielten Ergebnisse sind jedoch im allgemeinen bereits bei mittelgroßen Mineralgutmengen nicht zufriedenstellend.
Bei kleineren Materialmengen ist eine PID-Regelung im Allgemeinen nicht möglich, so dass der Benutzer die Brennereinstellwerte aus Erfahrungswerten abschätzt, d.h. eine Steuerung vornimmt, oder die Brennereinstellwerte manuell auf Grundlage von Erfahrungswerten den Temperaturmesswerten nachführt, d.h. eine manuelle Regelung durchführt. Bei einem Straßenneubau sind die Produktionsmengen so groß, dass das An- und Abfahren vernachlässigt werden kann. In der heutigen Zeit wird jedoch oftmals eine LKW-bezogene Produktion durchgeführt, bei der die An- und Abfahrmenge nicht selten die gesamte Produktionsmenge erreicht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Asphaltanlage und ein Verfahren zum Herstellen von Asphalt zu betreiben, die eine zuverlässige und genaue Einstellung des Temperaturwertes mit geringem Bedienungsaufwand ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch eine Asphaltanlage nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 11 gelöst. Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen.
Der Erfindung liegt die überraschende Entdeckung zu Grunde, dass eine sichere und genaue Regelung möglich ist, indem dem Materialtransport in der Trockentrommel ein vereinfachtes Modell einer Totzeit bzw. mittleren Verweilzeit des eingegebenen Mineralgutes von einem Referenzpunkt, insbesondere dem heißesten Punkt in der Brennerflamme, zu der Materialausgabe zugrunde gelegt wird, die an der Materialausgabe ermittelten Temperaturmesswerte den Brenner-Einstellwerten vor dieser Totzeit zugeordnet werden und hieraus ein Korrekturfaktor für die Brennereinstellwerte ermittelt wird.
Es zeigt sich in den Versuchen, dass hierdurch sehr genaue automatische Regelungen mit geringer Langzeittrift und geringer Regelabweichung erreicht werden können. Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass durch eine derartige Regelung deutlich bessere und stabilere Temperaturwerte nahe einer Solltemperatur erreicht werden können als durch herkömmlicherweise verwendete PID-Regelungen. Erfindungsgemäß wird hierbei vorzugsweise durch den Korrekturfaktor K lediglich eine Proportional-Korrektur ohne I (Intergral)- und D (Differenzial)-Anteil durchgeführt.
Erfindungsgemäß wird vorteilhafterweise zur Verarbeitung einer Mineralgutmenge zunächst eine Anfahrphase mit einer Steuerung aufgrund errechneter oder vorgegebener Brennereinstellwerte durchgeführt. Die Brennereinstellwerte der Anfahrphase können aus gespeicherten Werten oder unter Heranziehung eines grob ermittelten Feuchtigkeitsgrades und/oder unter Heranziehung der in die Trockentrommel eingegebenen Mineralgutmenge ermittelt werden. Nachfolgend, z. B. nach fünf bis zehn Minuten, wird in einer Regelphase die erfindungsgemäße Regelung durchgeführt, an die sich eine Abfahrphase anschließt, die vorteilhafterweise wiederum als Steuerung ohne Rückkopplung der gemessenen Temperaturwerte erfolgt. In der Abfahrphase können hierbei die zuletzt ermittelten Temperaturmesswerte und Brennereinstellwerte herangezogen werden.
Erfindungsgemäß können dem Asphalt die an sich bekannten Zusatzstoffe beigemischt werden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen an einer Ausführungsform näher erläutert. Es zeigen:
1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Asphaltanlage;
2 ein Blockdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Eine Asphaltanlage 1 weist eine in einem Gestell 2 drehbar gelagerte Trockentrommel 3 auf, die von einem Materialeinlass 4 für Mineralgut 5 zu ihrer an ihrem hinteren Ende vorgesehenen Materialausgabe 6 ein Gefälle aufweist.
In dem Innenraum 7 der Trockentrommel 3 sind Einbauten 8 vorgesehen. Das am Materialeinlass 4 eingegebene Mineralgut 5 wird in dem Innenraum 7 der sich drehenden Trockentrommel 3 umgeworfen und mit Hilfe der Einbauten 8 über den Querschnitt des Innenraums 7 verteilt. Am hinteren Ende der Trockentrommel 3 ist ein Brenner 10 vorgesehen. Grundsätzlich kann der Brenner 10 am vorderen oder hinteren Ende der Trockentrommel 3 vorgesehen sein; die Ausführungsform zeigt beispielhaft die Anordnung einer Gegenstromtrommel, bei der der Brenner 10 am hinteren Ende vorgesehen ist und eine Flamme 12 entgegen der Förderrichtung des Mineralgutes 5 in den Innenraum 7 der Trockentrommel 3 bläst. Am vorderen Ende der Trockentrommel 3 kann entsprechend das heiße Gas mit aufgenommener Feuchtigkeit entweichen. Die Flamme 12 reicht hierbei z. B. bis etwa zur Mitte des Innenraums 7, so dass das am Materialeinlass eingegebene Materialgut 5 zunächst durch die Rohgase vorgetrocknet und anschließend durch Strahlungswärme getrocknet und erhitzt und in erhitztem Zustand an der Materialausgabe 6 ausgegeben wird. Ein Temperatursensor 14 misst die Temperatur T des ausgegebenen Mineralgutes 5 und gibt den Temperaturmesswert T an eine Steuereinrichtung 15, die aus dem Temperaturmesswert T und aus in einem Speicher 16 gespeicherten Daten Brennereinstellwerte b ermittelt und an den Brenner 10 zur Einstellung der Brennerleistung ausgibt.
Vorteilhafterweise ist am Materialeinlass 4 eine Messeinrichtung 9 zur Ermittlung der in den Materialeinlass 4 eingegebenen Menge des Mineralgutes 5 angeordnet, wobei die Messeinrichtung 9 Messsignale an die Steuereinrichtung 15 ausgibt, die ergänzend zur Berechnung der Brennereinstellwerte einer Anfahr- und Abfahrphase herangezogen werden können. Weiterhin kann grundsätzlich am Materialeinlass eine Feuchtigkeitsmesseinrichtung angebracht werden, deren Messwerte entsprechend herangezogen werden, was allerdings zu höheren Kosten und höherem Verschleiß führt. Die Feuchtigkeitsmesseinrichtung kann insbesondere kontinuierlich messen.
Das von der Materialausgabe 6 ausgegebene, getrocknete, erhitzte Mineralgut 5 wird nachfolgend mit aus einem Bitumentank 17 ausgegebenen Bitumen 18 in einem Mischer 19 gemischt, wodurch flüssiger Asphalt 20 hergestellt wird, der um gehend verladen und abtransportiert werden kann. Das von der Materialausgabe 6 ausgegebene Mineralgut 5 weist hierbei eine Temperatur von z. B. 170° C bis 190° C auf, die eine Mischung mit dem Bitumen ermöglicht.
Da die Qualität, Zusammensetzung und Körnung des eingegebenen Mineralgutes 5 und insbesondere dessen Feuchtigkeit nur ungenau gemessen oder unbekannt sind, ist die Leistung des Brenners 10 entsprechend einzustellen. Erfindungsgemäß wird zum Trocknen einer vorgegebenen Menge des Mineralgutes 5 ein dreistufiges Verfahren gewählt, mit einer Anfahrphase 1, in der das Mineralgut 5 eingegeben wird und die Brennereinstellwerte b gemäß vorgegebenen oder vorberechneten Daten des Speichers 16 ausgegeben werden. Hierbei können die Messwerte der Messeinrichtung 9 und gegebenenfalls der Feuchtigkeitsmesseinrichtung herangezogen werden. in der Anfahrphase 1 findet somit eine Steuerung und keine Regelung unter Einbeziehung von Temperaturmesssignalen T statt. Die Anfahrphase kann in Abhängigkeit von der Größe der Trockentrommel 3 sowie der Menge des eingegebenen Mineralgutes 5 z. B. fünf bis zehn Minuten dauern. Gegebenenfalls ist ein Teil des in der Anfahrphase I getrockneten Mineralgutes 5 noch nicht verwendbar.
Nachfolgend wird eine Regelphase II durchgeführt, in der eine Regelung unter Einbeziehung der Temperaturmesssignale T mit einer entsprechenden Einstellung der Brennereinstellsignale b durch die Steuereinrichtung 15 vorgenommen wird. Nachfolgend wird die Abfahrphase III durchgeführt, in der kein oder nur noch wenig Mineralgut 5 am Materialeinlass 4 eingegeben wird. Die Abfahrphase III wird vorteilhafterweise ebenfalls als Steuerung gemäß vorgegebener Brennereinstellwerte b gesteuert, d. h. ohne Einbeziehung weiterer Temperaturmesssignale T.
Erfindungsgemäß wird in der Regelphase II die nachfolgend beschriebene Regelung vorgenommen. Es wird eine mittlere Verweildauer des Mineralgutes 5 von einem heißesten Punkt HP zur Materialausgabe 6 ermittelt aus einer mittleren Fördergeschwindigkeit und dem Abstand von HP zu der Materialausgabe 6. Hierzu können auch empirisch ermittelte Werte herangezogen werden. Die so ermittelte Verweildauer wird als Totzeit t0 genommen. Temperaturmesswerte T zum Zeitpunkt t an der Materialausgabe 6 werden bei der erfindungsgemäßen Regelung dem Brennereinstellwert b zum Zeitpunkt t – t0, d. h. vor der Totzeit t0 zugeordnet.
Erfindungsgemäß wird hierbei ein Korrekturfaktor K ermittelt. Der Korrekturfaktor K kann insbesondere als K = Tsoll/Tist gebildet werden, d. h. es wird das Verhältnis der vorgegebenen Solltemperatur Tsoll von z. B. 180° C zu der gemessenen Isttemperatur Tist = T(t) von z. B. 170° C gebildet und ein neuer Brenner-Einstellwert b (t + Δt) als Produkt des Korrekturwertes K(t) des aktuellen Temperaturmesswertes T(t) und des Brennereinstellwertes b (t – t0) vor der Totzeit ermittelt, d.h. b (t + Δt) = K(t) × b (t – t0).
Zur Bildung des Faktors K können grundsätzlich noch weitere Größen, z.B. Änderungen der Eingangsmenge und/oder -feuchte gegenüber der Zeit (t – t0) aus entsprechenden Messwerten herangezogen werden.
Die Abfahrphase III kann in Abhängigkeit von den letzten Brennereinstellwerten b (t) und ggf. der noch in der Trockentrommel 3 befindlichen Menge an Mineralgut 5 gemäß hieraus berechneter Brennereinstellwerte erfolgen.

Claims

Asphaltanlage, die mindestens aufweist: ein Gestell (2), eine in dem Gestell (2) gelagerte drehbare Trockentrommel (3) mit einem Materialeinlass (4) für Mineralgut (5) und einem Materialauslass (6) für getrocknetes, erhitztes Mineralgut (5), einen Brenner (10) mit einstellbarer Brennerleistung, dessen Flamme (12) in den Innenraum (7) der Trockentrommel (3) gerichtet ist, einem Temperatursensor (14) zum Messen einer Ausgabetemperatur des ausgegebenen Mineralgutes (5) und Ausgabe eines Temperaturmesswertes (T), und eine Steuereinrichtung (15), die die Temperaturmesssignale (T) des Temperatursensors (14) aufnimmt und Brennereinstellwerte (b) an den Brenner (10) ausgibt, wobei die Steuereinrichtung die Brennereinstellwerte (b) in einer Regelphase (II) einstellt durch Festlegung einer Totzeit (t0) des Mineralgutes (5) in dem Innenraum (7) der Trockentrommel (3), Zuordnung eines Temperaturmesswertes (T(t)) des ausgegebenen Mineralgutes (5) zu einem Brennereinstellwert (b(t – t0)) vor der Totzeit (t0), Ermittlung eines Korrekturfaktors (K) aus der Solltemperatur (Tsoll) und dem Temperaturmesswert (T(t)) des ausgegebenen Mineralgutes (5), und Ermittlung und Speicherung eines neuen Brennereinstellwertes (b(t + Δt)) aus den Brennereinstellwerten (b (t – t0)) vor der Totzeit (t0) und dem Korrekturfaktor (K).
Asphaltanlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Proportional-Regelung des Brennereinstellwertes (b) durch den Korrekturfaktor (K) ohne Integral-Anteil und ohne Differenzial-Anteil.
Asphaltanlage nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Ermittlung der Totzeit (t0) aus dem Abstand eines Referenzpunktes (HP) in der Trockentrommel (3) zu der Materialausgabe (6) und einer mittleren Fördergeschwindigkeit des Mineralgutes (5) in der Trockentrommel (3).
Asphaltanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzpunkt der heißeste Punkt (HP) im Innenraum (7) der Trockentrommel (3) ist.
Asphaltanlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trockentrommel (3) von dem Materialeinlass (4) zu der Materialausgabe (6) geneigt ist.
Asphaltanlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Innenraum (7) der Trockentrommel (3) Einbauten (8) zum Umwerfen des geförderten Mineralgutes (5) vorgesehen sind.
Asphaltanlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass hinter der Materialausgabe (6) eine Mischeinrichtung (19) zum Mischen des getrockneten, erhitzten Mineralgutes (5) mit Bitumen (18) vorgesehen ist.
Asphaltanlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Materialeinlass (4) eine Messeinrichtung (9) zur Ermittlung der in dem Materialeinlass (4) eingegebenen Menge des Mineralgutes (5) angeordnet ist.
Asphaltanlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Brenner (10) am hinteren Ende der Trockentrommel (3) angeordnet ist.
Asphaltanlage nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Materialeinlass (4) eine Feuchtigkeitsmesseinrichtung zum Messen der Feuchtigkeit des eingegebenen Mineralgutes (5) vorgesehen ist.
Verfahren zum Herstellen von Asphalt (20), mit mindestens folgenden Schritten: Zuführung eines Mineralgutes (5) in einen Materialeinlass (4) einer sich drehenden Trockentrommel (3), Fördern des Mineralgutes (5) in der sich drehenden Trockentrommel (3) zu einer Materialausgabe (6), Ermittlung einer Temperatur des ausgegebenen Mineralgutes (5) und Ausgabe eines Temperaturmesswertes (T), Ermittlung von Brennereinstellwerten (b) und Ausgabe an den Brenner (10) zur Einstellung der Brennerleistung, wobei der Brenner (10) eine Flamme (12) in den Innenraum (7) der Trockentrommel (3) bläst, Mischen des ausgegebenen, erhitzten Mineralgutes (5) mit Bitumen (18) zu Asphalt (20), wobei die Brennereinstellwerte (b(t)) in einer Regelphase (1) eingestellt werden, indem eine Totzeit (t0) des Mineralgutes (5) in dem Innenraum (7) der Trockentrommel (3) festgelegt wird, ein Temperaturmesswert (T(t)) des ausgegebenen Mineralgutes (5) einem Brennereinstellwert (b(t – t0)) vor der Totzeit (t0) zugeordnet wird, aus dem Temperaturmesswert (T(t)) und einer Solltemperatur (Tsoll) ein Korrekturfaktor (K) ermittelt wird aus dem Brennereinstellwert (b(t – t0)) vor der Totzeit (t0) und dem Korrekturfaktor (K) ein neuer Brennereinstellwert (b(t + Δt)) ermittelt und gespeichert wird, und der neue Brennereinstellwert (b(t + Δt)) an den Brenner (10) ausgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrekturfaktor (k) ermittelt wird als Verhältnis der Solltemperatur (Tsoll) zu dem Temperaturmesswert (T(t)).
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Proportionalregelung des Brennereinstellwertes (b) durch den Korrekturfaktor (K) ohne Integral-Anteil und ohne Differenzial-Anteil erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Totzeit (t0) ermittelt wird aus dem Abstand eines Referenzpunktes (HP) in der Trockentrommel (3) zu der Materialausgabe (16) und einer mittleren Fördergeschwindigkeit des Mineralgutes (5) in der Trockentrommel (3).
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Anfahrphase (I) vor der Regelphase (II) eine Steuerung des Brenners (10) mit errechneten oder vorgegebenen Brennereinstellwerten (b) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass in der Anfahrphase (I) die Brennereinstellwerte (b) aus gespeicherten Werten und/oder unter Heranziehung eines grob ermittelten oder gemessenen Feuchtigkeitsgrades des eingegebenen Mineralgutes und/oder unter Heranziehung der in die Trockentrommel eingegebenen Menge des Mineralgutes (5) ermittelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Abfahrphase (III) nach der Regelphase (II) eine Steuerung des Brenners (10) mit errechneten oder vorgegebenen Brennereinstellwerten (b) durchgeführt wird.