DE102004057051B4

DE102004057051B4 - Vorrichtung zur Aufbereitung von Erdstoffen

Info

Publication number: DE102004057051B4
Application number: DE200410057051
Authority: DE
Inventors: Olaf Stolzenburg
Original assignee: FORSCHUNGSINSTITUT fur FLUESSIGBODEN GmbH; FORSCH FLUESSIGBODEN GmbH; Forschungsinstitut fur Fluessigboden Privatwirtschaftliches Unternehmen GmbH
Current assignee: Forschungsinstitut fur Fluessigboden Pri De GmbH
Priority date: 2004-08-06
Filing date: 2004-11-25
Publication date: 2012-01-19
Anticipated expiration: 2024-11-26
Also published as: DE102004057051A1; EP1623754A1

Abstract

Vorrichtung zur Aufbereitung von Erdstoffen, im wesentlichen bestehend aus einem Aufnahmebehältnis, in dem mindestens zwei Arbeitswellen parallel zueinander und axial beabstandet drehbar angeordnet sind, wobei der axiale Abstand der Arbeitswellen zueinander und/oder zu benachbarten Wandungen des Aufnahmebehältnisses einstellbar und die Drehzahl oder die Umfangsgeschwindigkeit und/oder die Drehrichtung der Arbeitswellen einzeln oder gruppenweise einstell- oder regelbar ist, wobei sich an oder in der Wandung des Aufnahmebehältnisses ein Kanal befindet, der der Aufnahme und staubdichten Weiterleitung von Trockenkomponenten in die Nähe des Arbeitsbereiches mindestens einer Arbeitswelle dient.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aufbereitung von Erdstoffen.
Die in der DE 10 2004 038 959 A1 beschriebene Vorrichtung zur Aufbereitung von Erdstoffen besteht aus mindestens zwei Arbeitswellen und/oder Arbeitsachsen, die parallel zueinander und axial beabstandet in einem Aufnahmebehältnis angeordnet sind.
Unter Arbeitswellen und Arbeitsachsen werden im Sinne dieser Anmeldung Wellen oder Achsen verstanden, auf deren Umfang sich ein oder mehrere, axial beabstandete Werkzeuge oder Werkzeugelemente befinden, die entweder drehfest mit der Arbeitswelle verbunden oder auf der Arbeitsachse gelagert sind und gesondert angetrieben werden.
Unter Werkzeuge werden im Sinne dieser Anmeldung Mittel verstanden, mit deren Hilfe eine mechanische Bearbeitung und Aufbereitung von Erdstoffen möglich ist (z. B. Scheiben, Schlegel, Fräser, Meißel).
Es zeigt sich unter Produktionsbedingungen, dass es an derartigen Vorrichtungen, insbesondere an Schaufelseparatoren, beim Betrieb zu Umweltbelastungen durch Staubentwicklung zu Problemen beim Zugeben der Trockenkomponenten und beim energie-intensiven Mischprozess kommt. Ein weiteres Problem besteht in der z. T. nicht vollständigen Durchmischung der Komponenten nach deren Aufgabe auf den Schaufelseparator im nachfolgenden Separiervorgang.
Ebenso ist an bekannten Vorrichtungen mit dem Wirkprinzip eines Schaufelseparators keine kontinuierliche und temporär dosierte Zugabe der Trockenkomponenten möglich.
Die DE 101 31 869 A1 beschreibt ein Verfahren zur Neutralisierung von Kalziumhydroxid in verbesserten Böden durch Vermischung mit einem CO2-Träger, der CO2-haltige Luft, ein Pulver oder eine flüssige Substanz sein kann. Zum Einsatz kommt dabei ein üblicher Bagger oder Radlader, an dem ein Schaufel-Seeparator angebracht ist, in dem die Durchmischung stattfindet. Der CO2-Träger wird oberhalb eines Aufnahmebehälters verteilt und in diesen hinabrieseln gelassen.
Gegenstand der DE 198 52 583 A1 ist eine mobile Vorrichtung zum Zerkleinern von Steinen oder dergleichen, die sich insbesondere durch die verstellbaren Achsen, die die Brecherwerkzeuge tragen sowie die Montierbarkeit und Wechselbarkeit an einem Bagger, auszeichnet. Die Zumischung einer Trockenkomponente zu einem Erdstoff oder auch nur die Verbesserung der Eigenschaften von üblichen Erdstoffen ist nicht vorgesehen.
In der DE 100 38 010 A1 wird eine Vorrichtung zur Aufbereitung von Erdstoffen unter Einsatz eines Schaufelseparators beschrieben. Der Schaufelseparator ist als separate Baueinheit ausgeführt, der in einem stationären Gestell angeordnet ist. Die Zuführung von Zuschlagstoffen wird per Druckluft realisiert. Während des Mischvorganges erfolgt eine Separierung von Geröll. Eine Weiterleitung von Trockenkomponenten in die Nähe einer oder mehrerer Arbeitswellen wird nicht vorgesehen
Ausgehend von der DE 10 2004 038 959 A1 ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Aufbereitung von Erdstoffen vorzuschlagen, die neben der gezielten Einbringung unterschiedlicher Energiemengen in Form von Reibungsenergie und kinetischer Energie in die Erdstoffpartikel zur Beeinflussung technologisch relevanter Eigenschaften (Ansteifgeschwindigkeit, Dichte, Festigkeit) des Mischgutes eine gezielte Steuerung der Zugabe der Trockenkomponenten bei gleichzeitiger Reduzierung der Umweltbelastung ermöglicht.
Insbesondere soll die Vorrichtung zur Aufbereitung von Böden und Baustoffen geeignet sein, die bei der Gründung, Hinterfüllung oder Durchschüttung von Bauwerken, der Verfüllung von Leitungs- und/oder Kabelschächten, für Auffüllungen, Straßen und Wege sowie für die Rettung von Rohrleitungen und Versorgungsleitungen oder die komplette Verfüllung von Kanälen oder Gräben zum Einsatz gelangen und bei denen der Baustoff anfänglich mittels Wasser und weiterer Komponenten temporär fließfähig eingestellt wird.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen die im Hauptanspruch 1 genannt sind. Vorzugsweise Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand rückbezogener Unteransprüche.
Die Vorrichtung zur Aufbereitung von Erdstoffen besteht im wesentlichen aus einem Aufnahmebehältnis, in dem mindestens zwei Arbeitswellen parallel zueinander und axial beabstandet drehbar angeordnet sind, wobei der axiale Abstand der Arbeitswellen zueinander und/oder zu benachbarten Wandungen des Aufnahmebehältnisses einstellbar und die Drehzahl oder die Umfangsgeschwindigkeit und/oder die Drehrichtung der Arbeitswellen einzeln oder gruppenweise einstell- oder regelbar ist. Um einen intensiven Energieeintrag kürzester Zeiten zu ermöglichen sind vorteilhaft mehrere Arbeitswellen im Aufnahmebehältnis mehrlagig und vertikal zueinander angeordnet.
An oder in der Wandung des Aufnahmebehältnisses ist ein Kanal angeordnet, der der Aufnahme der Trockenkomponenten und deren staubdichten Weiterleitung bis in die Nähe des Arbeitsbereiches mindestens einer Arbeitswelle dient. Damit übernimmt der Kanal die Funktion eines Depots und einer Zufuhr- und Dosiereinrichtung.
In einer konstruktiv und fertigungstechnisch bevorzugten Ausgestaltung wird der Kanal durch die doppelwandige Rückwand des Aufnahmebehältnisses eines Schaufelseparators gebildet. Durch die Gestaltung des Querschnitts des in Arbeitsstellung geneigten Kanals kann bereits mit einfachen Mitteln eine Dosierung des Volumenstroms der Trockenkomponenten realisiert werden.
In einer weiteren, bevorzugten Ausgestaltung ist an der Mündung des Kanals eine Dosiereinrichtung angeordnet, die eine kontinuierliche oder zyklische Zugabe der Trockenkomponenten ermöglicht. Vorteilhaft ist die Dosiereinrichtung als Zellradschleuse ausgebildet.
Um eine gezielte Zugabe aller Komponenten im optimalen Mischungsverhältnis zu ermöglichen ist der Kanal mit einer Wiegeeinrichtung oder einer Durchflussmengenmesseinrichtung zur Bestimmung der aufgenommenen Menge oder des Volumens der Trockenkomponenten verbunden. In einer gleichfalls bevorzugten Weiterbildung weist das Aufnahmebehältnis Einrichtungen zur Bestimmung des Wasser- oder Feuchtigkeitsgehaltes der Erdstoffe auf.
Vorteilhaft ist die Einrichtung zur Bestimmung des Wasser- oder Feuchtigkeitsgehaltes mit einer Wiegeeinrichtung und/oder Durchflussmengenmesseinrichtung verbunden.
Um ein durchgängiges Qualitätssicherungsmanagement bei der Bearbeitung der Baustoffe zu ermöglichen stehen die Wiegeeinrichtung und/oder die Durchflussmengenmesseinrichtung und/oder die Einrichtung zur Bestimmung des Wasser- oder Feuchtigkeitsgehaltes der Erdstoffe miteinander in Wirkverbindung. Die Optimierung des Mischprozesses erfolgt über eine Datenverarbeitungseinrichtung.
Der axiale Abstand der Arbeitswellen des Schaufelseparators zueinander ist in Abhängigkeit vom gewünschten Grad des Energieeintrages einstellbar. Die Drehzahl und die Drehrichtung der Arbeitswellen sind einzeln steuerbar. In einer vorzugsweisen Ausgestaltung vollführen die beiden Arbeitswellen eine gegenläufige Bewegung, die zu einem „Kämmen” der Bodeninhaltsstoffe führt.
Durch die Regelung der Drehzahl bzw. der Umfangsgeschwindigkeit der Arbeitswellen kann auch ein definierter Schlupf erzeugt werden, der zu einem besonders intensiven Energieeintrag in die mechanisch aufbereiteten Bodenpartikel in Form von Reibungsenergie führt. So zeigt sich, dass die eingetragene mechanische bzw. kinetische Energie zu einer deutlichen Erhöhung der Ladungstrennung der mineralischen Bodeninhaltsstoffe führt.
Durch die aufgewendete Reibarbeit neigen die Bodenpartikel, insbesondere die tonigen Bodenbestandteile, zu einer schnelleren und intensiveren sowie gleichmäßigen Reaktion untereinander und mit den anderen Komponenten des temporär fließfähig eingestellten Bodens. Durch die Intensive Reibung kommt es zu einer ausgeprägten Ladungstrennung und somit zu einer Anhäufung bindungsfreudiger Ionen auf der Oberfläche der mineralischen Bodeninhaltsstoffe. Dadurch wird die Bereitschaft verbessert, Bindungen mit anderen Bodenpartikeln einzugehen.
Eine alternative Form zum definierten Einbringen von Reibungsenergie in den aufzubereitenden Boden besteht in der axialen Einstellung der Scheibenabstände der miteinander kämmenden Scheiben der Arbeitswellen (Separatoren). Aus der Erhöhung des Eintrages von Reibungsenergie resultiert ein besseres Aufreiben des Mischgutes zu feinkörnigern Material. Das Mischgut weist zudem durch die aufgebrachte Reibarbeit eine deutliche Ladungstrennung auf.
In einer weiteren, alternativen Ausgestaltung werden zwei oder mehrere Arbeitswellen so angeordnet, dass die auf ihnen befindlichen scheibenförmigen Werkzeuge jeweils in den Zwischenraum der gegenüberliegenden Arbeitswelle eintauchen (Prinzip „Scheibe in Scheibe”).
Aus dieser Anordnung resultiert ebenfalls eine Erhöhung des Energieeintrages durch Reibung in den Boden und eine besonders homogene Durchmischung der Bodeninhaltsstoffe. Ebenso werden bei dieser Anordnung Verklumpungen vermieden und es kann eine gezielte Beeinflussung der maximalen Korngröße des zu separierenden Gutes vorgenommen werden.
Durch die Einstellung des Abstandes der Umfangs oder Mantelflächen der Arbeitswellen zueinander und die damit einhergehende Änderung der Eingriffs- oder Eintauchtiefe der auf den Arbeitswellen angeordneten Scheiben, Schlag- oder Brechwerkzeuge, wird auch der Arbeitsweg beeinflusst, den ein Bodenpartikel beim Passieren der Scheiben zurückzulegen hat. Dieser Weg ist zugleich ein Maß für die Größe der an die Partikel übertragenen Reibungsenergie.
Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
Ein Schaufelseparator als Funktionsteil eines Radladers weist drei drehbar gelagerte Arbeitswellen auf, die formschlüssig von einer Schaufel umgeben sind, die zugleich das Aufnahmebehältnis bildet. Die Steuerung der Drehzahl und der Drehrichtung der Arbeitswellen erfolgt getrennt mit bekannten hydraulischen Antriebselementen. Die mittlere Arbeitswelle ist axial verschiebbar gelagert und ermöglicht eine Änderung des seitlichen Abstandes der als Bearbeitungswerkzeuge fungierenden Scheiben, die auf den Arbeitswellen montiert sind. Eine Arbeitswelle ist schwenkbar gelagert und ermöglicht dadurch die Einstellung des axialen Abstandes der Mantelflächen der parallel zueinander angeordneten Arbeitswellen und gleichzeitig eine Änderung des Abstandes dieser Weile zu der angrenzenden Wandung des Aufnahmebehältnisses. Dadurch ist eine Einstellung der Korn- bzw. Fraktionsgröße und eine gezielte Dosierung der Reibungsenergie möglich, die bei der mechanischen Bearbeitung und beim Passieren der beweglichen und feststehenden Elemente der Vorrichtung an die Bodenpartikel übertragen werden.
Der Kanal, der als Vorratsbehälter der Aufnahme und Zufuhr der Trockenkomponenten dient, ist als doppelwandige Rückwand des Aufnahmebehältnisses ausgebildet. Die obenliegende Einfüllöffnung des Kanals weist einen Adapter auf, der in Verbindung mit einem Befüllstutzen eine staubdichte Übergabe der Trockenkomponenten ermöglicht. An der Mündung (Austrittsöffnung) des Kanals ist als Dosiereinrichtung eine Zellradschleuse angeordnet.
Die Zellradschleuse und eine Wiegeeinrichtung ermöglichen die Bestimmung der aufgenommenen bzw. zugegebenen Mengen oder Volumina der Baustoffkomponenten.
Zum Schutz vor Umweltbelastungen durch Stäube sind am Aufnahmebehältnis des Schaufelseparators beidseitig Wind- und Rieselschutzeinrichtungen angeordnet, die aus federbelastete Klappen bestehen, die in Arbeitsstellung (Mischprozess) auskragen und beim Aufnehmen des Bodens axial in seitlich angeordnete Taschen einfahren.

Claims

Vorrichtung zur Aufbereitung von Erdstoffen, im wesentlichen bestehend aus einem Aufnahmebehältnis, in dem mindestens zwei Arbeitswellen parallel zueinander und axial beabstandet drehbar angeordnet sind, wobei der axiale Abstand der Arbeitswellen zueinander und/oder zu benachbarten Wandungen des Aufnahmebehältnisses einstellbar und die Drehzahl oder die Umfangsgeschwindigkeit und/oder die Drehrichtung der Arbeitswellen einzeln oder gruppenweise einstell- oder regelbar ist, wobei sich an oder in der Wandung des Aufnahmebehältnisses ein Kanal befindet, der der Aufnahme und staubdichten Weiterleitung von Trockenkomponenten in die Nähe des Arbeitsbereiches mindestens einer Arbeitswelle dient.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal durch eine doppelwandige Rückwand des Aufnahmebehältnisses gebildet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an der Mündung des Kanals eine Dosiereinrichtung angeordnet ist
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiereinrichtung eine Zellradschleuse ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal eine Wiegeeinrichtung oder eine Durchflussmengenmesseinrichtung zur Bestimmung der aufgenommenen Menge oder des Volumens der Trockenkomponenten aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeöffnung des Kanals einen Adapter zur staubdichten Befüllung mit Trockenkomponenten aufweist
Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufnahmebehältnis seitlich angeordnete Wind- und Rieselschutzeinrichtungen aufweist
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der seitliche Wind- und Rieselschutz durch federbelastete Klappen gebildet wird, die sich ausfahrbar in seitlichen Taschen des Aufnahmebehältnisses befinden.
Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufnahmebehältnis Einrichtungen zur Bestimmung des Wasser- oder Feuchtigkeitsgehaltes der Erdstoffe aufweist
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Bestimmung des Wasser- oder Feuchtigkeitsgehaltes mit einer Wiegeeinrichtung und/oder Durchflussmengenmesseinrichtung in Verbindung steht.
Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wiegeeinrichtung und/oder die Durchflussmengenmesseinrichtung und/oder die Einrichtung zur Bestimmung des Wasser- oder Feuchtigkeitsgehaltes der Erdstoffe miteinander in Wirkverbindung stehen und die Optimierung des Mischprozesses über eine Datenverarbeitungseinrichtung erfolgt.
Vorrichtung mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Arbeitswellen im Aufnahmebehältnis mehrlagig, und in Arbeitsstellung vertikal zueinander angeordnet sind.