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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Rückgewinnung von Stahlfasern primär aus verunreinigter Stahlwolle aus Recyclingprozessen von Altreifen.
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Nach dem Stand der Technik werden Altreifen unter anderem dadurch einer Verwertung zugeführt, dass sie mittels Schneidmühlen klein gehäckselt werden. Nachfolgend werden die einzelnen in den Reifen enthaltenen Bestandteile wie beispielsweise vulkanisierter Gummi oder Stahlwolle und/oder Textilwolle durch Fraktionierverfahren getrennt und ggf. einer weiteren Verwertung zugeführt.
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Vorrichtungen und Verfahren zur Trennung von Stahl- und Gummianteilen aus Altreifen oder Ausschussprodukten der Reifenherstellung sind beispielsweise in der deutschen Patentanmeldung
DE 10 2005 021 503 A1 und der deutschen Patentschrift
DE 10 2008 035 963 B3 beschrieben. In der deutschen Patentanmeldung
DE 41 04 929 A1 wird ein Stahlfaser-Verbundbeton mit Fasern aus Altreifen-Recycling beschrieben.
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Verfahrensbedingt führt die oben dargestellte Vorgehensweise jedoch dazu, dass insbesondere die Stahlfasern stark verunreinigt in einer praktisch nicht reproduzierbaren Qualität, insbesondere stark verbogen, verknäult und mit stark unterschiedlichen Längen erhalten werden. Die Verunreinigung der Stahlfasern besteht dabei darin, dass hohe Anteile von Gummipartikeln (in der Größenordung von 35Gew%) an den Fasern anhaften, was die weitere Verwertung der Fasern erheblich erschwert.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik stellt sich die Erfindung die Aufgabe, eine Vorrichtung und ein Verfahren anzugeben, durch welche bzw. durch welches Stahlfasern mit insgesamt besserer, reproduzierbarer Qualität erhalten werden, welche einer nachfolgenden Verwertung zugeführt werden können.
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Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtung und das Verfahren mit den in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Merkmalen gelöst. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Ausführungsformen und Varianten der Erfindung.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Rückgewinnung von Metallanteilen aus Verbundstoffen weist eine Welle in einem Gehäuse auf, wobei an der Welle Beschleunigungselemente angeordnet sind. Dabei kann es sich bei den Beschleunigungselementen um flexible Körper, insbesondere um Ketten handeln. Die Verwendung von Ketten hat den Vorteil, dass hierdurch eine vergleichsweise robuste Vorrichtung realisiert werden kann. Naturgemäß sind die Beschleunigungselemente hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt. Die flexible Ausgestaltung der Beschleunigungselemente insbesondere durch Ketten hat ferner die Wirkung, dass in demjenigen Fall, in dem der Vorrichtung Gegenstände zugeführt werden, die sich nicht oder nur schwer zerlegen lassen, nicht die Vorrichtung zum Stillstand kommt, sondern die Ketten zunächst an dem nicht zerlegbaren Gegenstand vorbei gleiten, ohne dass die im Betrieb der Vorrichtung üblicherweise rotierende Welle blockiert. Somit erübrigt sich das ansonsten erforderliche Vorsehen einer Rutschkupplung zwischen der Welle und einer Antriebseinrichtung für die Welle.
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Bei den Verbundstoffen kann es sich bspw. um verunreinigte Stahlwolle aus Recyclingprozessen von Altreifen und bei den Metallanteilen kann es sich um Stahlfasern handeln.
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In einer Variante der Erfindung können an einer bestimmten axialen Position an der Welle am Wellenumfang eine Mehrzahl von Beschleunigungselementen angeordnet sein; zur Befestigung der Beschleunigungselemente an der Welle kann an der Welle ferner ein umlaufender Flansch vorgesehen sein.
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Dadurch, dass an verschiedenen axialen Positionen am Wellenumfang jeweils eine Mehrzahl von Beschleunigungselementen angeordnet ist, lassen sich entlang der Welle mehrere Ebenen senkrecht zur Achsrichtung der Welle ausbilden, an welchen sich Beschleunigungselemente befinden. Insbesondere können die Beschleunigungselemente in verschiedenen Ebenen geometrisch unterschiedlich ausgestaltet sein; im Fall der Verwendung von Ketten als flexiblen Beschleunigungselementen können insbesondere Ketten mit Gliedern unterschiedlicher Größe zur Anwendung kommen.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist das Gehäuse mindestens abschnittsweise einen zylindrischen Innenraum auf; dabei kann die Welle auf der Zylinderachse des Gehäuses angeordnet sein und die Abmessungen der Beschleunigungselemente können so gewählt sein, dass bei einer Rotation der Welle zwischen den der Innenseite des Gehäuses zugewandten Ende der Beschleunigungselemente und der Innenseite ein freier Spalt von zwischen 20 mm und 100 mm Breite verbleibt.
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Die an unterschiedlichen axialen Positionen der Welle angeordneten Beschleunigungselemente weisen jeweils unterschiedliche Längen auf; ferner ist die Welle vertikal angeordnet und die Länge der Beschleunigungselemente nimmt nach unten hin zu.
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Das Gehäuse weist mehrere zylindrische Teilabschnitte auf, deren Innenradien an die Länge der an den entsprechenden Positionen der Welle angeordneten Beschleunigungselemente angepasst sind.
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Die Ketten sind im oberen Bereich der Vorrichtung angeordnet, wohingegen im unteren Bereich der Vorrichtung starre Beschleunigungselemente angeordnet sind.
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Vorteilhafterweise weist das Gehäuse an seiner Unterseite einen Siebrost auf, welcher insbesondere eine Mehrzahl von Bohrungen aufweisen kann.
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In einer vorteilhaften Variante der Erfindung sind an der Welle in dem der Oberseite des Siebrostes benachbarten Bereich starre Beschleunigungselemente angeordnet.
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Dadurch, dass an der Innenseite des Gehäuses Prallrippen angeordnet sind, welche insbesondere parallel zur Achse der Welle verlaufen können, kann eine effiziente Zerkleinerung der der Vorrichtung zugeführten Materialien erreicht werden.
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Die Prallrippen können dabei auf Trägerkörpern angeordnet sein, die an die Innenkontur des Gehäuses angepasst sind. Die dem Innenraum des Gehäuses zugewandten Seiten der Prallrippen können dabei insbesondere ein scharfkantiges, sägezahnförmiges, ein welliges oder auch ein zinnenförmiges Profil aufweisen, wodurch eine effektive Entzerrung der Fasern sowie ein effizienter Aufschluss der Verbundstoffe gewährleistet werden kann.
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Durch die Vorrichtung kann ein Verfahren zur Rückgewinnung von Metallanteilen aus Verbundstoffen zur Anwendung kommen, wobei auf die Verbundstoffe mittels starrer oder auch flexibler Beschleunigungselemente, bei welchen es sich insbesondere um Ketten handeln kann, eingewirkt wird.
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Die Metallanteile können nach der Einwirkung durch die Beschleunigungselemente einen Siebrost passieren; ferner können die Verbundstoffe durch die Beschleunigungselemente gegen Prallrippen beschleunigt werden.
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Im Unterschied zu der Verwendung konventioneller Hammermühlen werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Stahlfasern nicht durch die direkte Einwirkung eines hammerartigen Elementes, sondern durch Beschleunigung insbesondere sowohl gegen einander als auch gegen die erwähnten Prallrippen weitgehend von den anhaftenden Gummianteilen befreit. Dadurch wird insbesondere auch verhindert, dass sich die einzelnen Stahlfasern wieder zerknäulen bzw. verkugeln, wodurch eine weitere Verwendung insbesondere als Armierungsfaser weitgehend unmöglich werden würde.
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Bei den der Vorrichtung zugeführten Verbundstoffen kann es sich um verunreinigte Stahlwolle aus Recyclingprozessen von Altreifen und bei den Metallanteilen kann es sich um Stahlfasern handeln.
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Das aus der Vorrichtung unmittelbar austretende Gemenge enthält im Wesentlichen Mikrofasern (Stahlfasern mit einem Durchmesser von 0,15 mm–0,35 mm), Standardfasern (Stahlfasern mit einem Durchmesser von 0,6 mm–2,5 mm) und noch größere Anteile vulkanisierten Reifengummis sowie Textilfasern, wobei der Gummi weitgehend von den Fasern abgelöst vorliegt und wobei an den Fasern noch Gummireste anhaften können. Es kann nachfolgend einem Förderband mit Überbandmagneten zugeführt werden, wodurch die Stahlfasern enthaltenen Anteile von den nichtmagnetischen Anteilen, also im Wesentlichen Gummi und Verunreinigungen, getrennt werden können. Im nächsten Schritt kann der Stahlfasern enthaltende Anteil, der noch ca. 8%–12% Gummi enthält, einer zweiten Vorrichtung zur Rückgewinnung von Stahlfasern mit Beschleunigungselementen zugeführt werden, welche der ersten im Hinblick auf ihr Funktionsprinzip entspricht. Aus dem aus der zweiten Vorrichtung austretende Gemenge können erneut mittels eines Förderbandes mit Überbandmagneten die Stahlfasern enthaltenden Anteile separiert werden; erfahrungsgemäß liegt der Gummianteil in der zuletzt genannten Fraktion in der Größenordnung von ca. 1%–2%. Eine derartige Stahlfaser-Qualität kann kompaktiert oder als lose Schüttung zum Einschmelzen in Stahlwerken verwendet werden.
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Die genannte Fraktion, also die Stahlfasern mit Restgummianteil, kann in einem weiteren Schritt zunächst einem Kreissieb zugeführt werden. Das Kreissieb kann dabei als Fischgrätsieb mit einem Schlitz-Lochblech mit einer Lochung von ca. 2 bis 6 mm (Breite) × 15 50 mm (Länge) und einer Längsneigung von ca. 12% längs ausgebildet sein. Das Sieb kann eine Breite von ca. 1 m und eine Länge von ca. 1,80 m aufweisen. Durch die kreisförmige Bewegung des Kreissiebs werden weitgehend saubere Stahlfasern mit einem Durchmesser im Bereich von 0,15–0,35 mm – nachfolgend als Mikrofasern bezeichnet – ausgesiebt. Auf dem Sieb verbleiben als Überkorn im wesentlichen Fasern mit einem Durchmesser von 0,6–2,5 mm – nachfolgend als Standardfasern bezeichnet – und noch stark mit Reifengummi verunreinigte Mikrofasern. Diese auf dem Sieb verbleibende Überkorn-Fraktion kann nachfolgend bspw. mittels eines Schwerteil-Abscheiders mit Luftkissen in einen Anteil aus sauberen Standardfasern und Reifengummi enthaltende Mikrofasern getrennt werden. Der verbleibende verunreinigte Mikrofaseranteil kann dann wieder einer der beiden Vorrichtungen zur Rückgewinnung von Stahlfasern zugeführt werden.
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Das als End- oder Zwischenprodukt mittels des beschriebenen Verfahrens zur Rückgewinnung von Stahlfasern aus Altreifen erhaltene Stahlfasergemenge mit einer Mikrofaserfraktion von Fasern mit einem Durchmesset von 0,15–0,35 mm und einer Standardfaserfraktion von Fasern mit einem Durchmesser von 0,6–2,5 mm kann einen an den Fasern anhaftenden Restanteil vulkanisierten Reifengummis kleiner 12%, bevorzugt 2%, besonders bevorzugt <1% aufweisen.
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Der Anteil der Mikrofaserfraktion oder auch der Standardfaserfraktion an der Gesamtmasse des Gemenges kann dabei jeweils höher als 99% sein.
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Die Fasern der Mikrofaserfraktion können eine Länge von 5,0–60 mm aufweisen und/oder die Fasern der Standarfaserfraktion können eine Länge von 1,5–70 mm aufweisen.
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Das beschriebene Stahlfaser-Gemenge eignet sich als beispielsweise Armierungsfasern für ein Verbundmaterial. Verfahrensbedingt kann die Oberfläche der Stahlfasern Unebenheiten, insbesondere Kratzer bzw. Dellen aufweisen und es können an den Stahlfasern Gummipartikel aus vulkanisiertem Reifengummi anhaften.
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Der Anteil des Reifengummis an den Stahlfasern kann dabei 0%–1Gew% betragen.
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Die Stahlfasern können einen Durchmesser von 0,15–0,35 mm und/oder einen Durchmesser von 0,6–2,5 mm aufweisen.
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Insbesondere kann es sich bei dem Verbundmaterial um einen faserverstärkten Beton handeln; eine Vielzahl weiterer Anwendungen ist denkbar.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher ausgeführt.
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Es zeigen:
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1 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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2 verunreinigte Stahlwolle als Beispiel eines zu reinigenden Verbundstoffes,
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3 ein Beispiel für eine rückgewonnene Fraktion aus Stahlfasern,
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4 eine Auswahl der in 3 dargestellten Fasern,
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5 ein weiteres Beispiel für eine rückgewonnene Stahlfaserfraktion.
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1 zeigt als Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein Gehäuse 1 aus drei konzentrisch zueinander übereinander angeordneten zylindrischen Teilgehäusen 11, 12 und 13. Dabei kann die Höhe der einzelnen Teilgehäuse wie im gezeigten Beispiel unterschiedlich sein. In der in 1 dargestellten Ausführungsform verringert sich der Durchmesser der einzelnen Teilgehäuse nach oben hin; es ist jedoch alternativ ebenso denkbar, einen einzelnen zylindrischen Körper mit konstantem Querschnitt als Gehäuse 1 zu verwenden; auch eine sich nach oben hin kontinuierlich verjüngende Form, beispielsweise eine Glockenform, kommt für das Gehäuse 1 in Frage. Der Raum zwischen den einzelnen Teilgehäusen 11, 12 und 13 entlang einer zentralen rotierenden Welle 2 ist frei. Im unteren Bereich des untersten Teilgehäuses 13 ist jedoch ein Siebrost 3 angeordnet. Im oberen Bereich der zentrisch innerhalb der Teilgehäuse 11, 12 und 13 rotierenden Welle 2 sind die beiden Flansche 21 und 22 angeordnet, an welchen die Ketten 4 als Beschleunigungselemente befestigt sind, welche durch die bei der Rotation entstehende Zentrifugalkraft in Richtung der Teilgehäuse 11 und 12 nach außen gezogen werden. Im Unterschied hierzu sind im unteren Bereich der Welle 2 an dem Flansch 23 starre Beschleunigungselemente 41 benachbart zu dem Siebrost 3 angeordnet. Der Siebrost 3 kann unterschiedlichste Öffnungen 130 aufweisen, insbesondere kommen hier kreisförmige Bohrungen mit einem Durchmesser von 15 mm bis ca. 60 mm in Frage. Diese Bohrungen sind in ihrer Form nicht auf eine kreisförmige Bohrung festgelegt, es ist vielmehr je nach Anwendung auch denkbar, beispielsweise quadratische Öffnungen, rechteckige Öffnungen oder auch gebogen rechteckige (d. h. im Wesentlichen kreisringabschnittsförmige) Öffnungen vorzusehen. Insbesondere kann auch das Aspektverhältnis der rechteckigen bzw. gebogen rechteckigen Öffnungen in einem weiten Bereich je nach Bedarf gewählt werden, wodurch sich eine gewisse Begradigung der erhaltenen Fasern erreichen lässt.
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Im vorliegenden Beispiel ist das aus den Teilgehäusen 11, 12 und 13 gebildete Gehäuse aus Stahl gefertigt. An den Innenseiten der Teilgehäuse 11, 12 und 13 erstrecken sich die auf den Trägerkörpern 6 angeordneten Prallrippen 5 parallel zu der Welle 2. Die Trägerkörper 6 sind im gezeigten Beispiel als Stahlplatten ausgebildet, deren Verlauf wenigstens grob an die Krümmung der Zylinderumfangsfläche der Teilgehäuse 11, 12 und 13 angenähert ist. Im vorliegenden Beispiel werden als Prallrippen 5 aufgeschweißte Vanadiumkarbidelemente verwendet. Die Verwendung des Materials Vanadiumkarbid gewährleistet dabei eine hohe Verschleißfestigkeit. Auch andere Materialien, welche die erforderliche Härte aufweisen, können vorteilhaft eingesetzt werden.
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Im Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die Welle 2 zunächst durch die Antriebseinheit 8 in Rotation versetzt. Hierdurch werden die Ketten 4 durch die aufgrund der Rotation entstehende Zentrifugalkraft nach außen in Richtung der Teilgehäuse 11 bzw. 12 gezogen und bilden zusammen mit den Teilgehäusen 11 und 12 Teilräume im Innenraum des Gehäuses 1 aus. Nach Erreichen der gewünschten Drehzahl der Welle 2 wird der Vorrichtung über den Einfülltrichter 9 verunreinigte Stahlwolle zur Reinigung zugeführt. Durch die Einwirkung der Beschleunigungskörper auf die verunreinigte Stahlwolle wird diese in Richtung der Prallrippen beschleunigt und die noch vorhandenen an den Stahlfasern anhaftenden Gummianteile werden durch das Auftreffen auf die Prallrippen oder durch Stöße der Stahlwolle untereinander abgeschlagen bzw. aufgeschlossen. Das so entstehende Stoffgemenge fällt überwiegend durch den Spalt zwischen dem Ende der Ketten 4 und der Innenseite der Teilgehäuse bzw. den Prallrippen 5 nach unten durch den Innenraum des Gehäuses 1. Zuletzt erreicht das entstandene Gemisch aus Stahlfasern und Gummi die starren Schlagkörper 41, die knapp oberhalb des Siebrostes 3 rotieren. Die rotierenden starren Beschleunigungselemente 41 durchmischen in der Art eines umlaufenden Rechens dabei das Gemisch aus Stahlfasern und Gummi, das sich oberhalb des Siebrostes ansammelt. Daneben wird auch durch die mechanische Einwirkung der starren Beschleunigungselemente 41 auf die verunreinigte Stahlwolle eine weitere Trennung der verbliebenen Gummianteile von den Fasern vorgenommen. Ferner drücken die starren Beschleunigungselemente 41 die Stahlfasern durch die Öffnungen 130 hindurch in Richtung des Austrittsrohres 17. Das Austrittsrohr 17 ist im vorliegenden Beispiel mit den beiden Vakuumstutzen 7 versehen, durch welche ständig Luft aus dem Bereich des Austrittsrohres abgesaugt wird. Diese Maßnahme hat die Wirkung, dass das das Austrittsrohr 17 passierende Gemisch aus Stahlfasern und Gummi von leichten Bestandteilen wie bspw. Gummimehlen, Flusen und Staub gereinigt wird. Nach dem Passieren des Austrittsrohres 17 können weitere Reinigungsschritte erfolgen.
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Die Wahl von beispielsweise Ketten als Beschleunigungselemente 4 hat den Vorteil, dass sich durch die gewählte Drehzahl der Welle 2 einstellen lässt, wie weit die Ketten in Richtung der Innenwand des Gehäuses 1 gezogen werden. Hierdurch kann auf sehr effiziente Weise die verbleibende Spaltbreite zwischen dem Ende der Kette und der Innenseite des Gehäuses 1 bzw. den Prallrippen 5 vorgewählt werden und somit eine gewünschte Materialqualität allein durch die Drehzahl der Welle 2 eingestellt werden. Im Ergebnis führt dies zu dem zunächst unerwarteten Effekt, dass bei einer Erhöhung der Drehzahl der zentralen Welle 2 zunächst weniger Material die Ausgangsseite der Vorrichtung verlässt; dieses Material ist jedoch aufgrund der oben geschilderten Auswirkungen der Drehzahl auf die Spaltbreite tendenziell feiner als bei niedrigeren Drehzahlen. Ein weiterer Freiheitsgrad ergibt sich dadurch, dass die Länge der Ketten 4 im Betrieb einstellbar gewählt wird. Dies kann beispielsweise durch die Verwendung einer Hohlwelle erreicht werden, in deren Mantelfläche Taschenräder eingesetzt sind, auf welchen die Ketten 4 verlaufen. Die Ketten können dann im Inneren der Hohlwelle verkürzt oder verlängert werden, so dass sie über die Taschenräder umgelenkt im Innenraum des Gehäuses 1 einen größeren oder kleineren Spalt offen lassen.
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Es ist auch denkbar, auch im oberen Bereich bzw. ausschließlich starre Beschleunigungselemente zu verwenden.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht die Reinigung praktisch sämtlicher Materialien, die aus einem Verbund von metallischen und Kunststoff- bzw. Gummianteilen bestehen, also insbesondere auch Elektrokabel o. Ä.. Die Reinigung besteht dabei im Wesentlichen in der Trennung des Gummis oder des Kunststoffs von der Metallfraktion.
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Nachfolgend wird die Wirkung- und Funktionsweise (Reinigungswirkung) der trocken-mechanisch und ambient arbeitenden erfindungsgemäßen Vorrichtung noch einmal übersichtsartig zusammengestellt:
- – Aufnahme der Verbundstoffe, insbesondere verunreinigter Stahlwolle durch flexible und/oder starre rotierende Beschleunigungselemente
- – Induktive Zerschlagung (durch Stöße untereinander und in jeglicher Richtung) und Aufschluss der Verbundstoffe zwischen und/oder durch flexible und/oder starre rotierende Beschleunigungselemente
- – Zerfaserung/Entzerrung und Aufschluss durch zentrifugalen Aufprall der bereits teilweise aufgeschlossenen Verbundstoffe auf scharfkantige/aggressive Prallrippen
- – Teilvermahlung und Endaufschluss der Verbundstoffe durch Materialaufnahme durch starre rotierende Beschleunigungselemente
- – Herauspressen des aufgeschlossenen Gemenges mittels starrer rotierender Beschleunigungselemente durch perforierte Siebroste
- – Selektion der Stahl-Mikrofasern und Stahl-Standardfasern aus den aufgeschlossenen Gemengen
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Die Reproduzierbarkeit der Qualität der Stahl-Mikrofasern und Stahl-Standardfasern wird beeinflusst bzw. gesteuert durch:
- – Rotationsgeschwindigkeit der Welle (bspw. 500–3500 U/min)
- – Rotation/Bewegung der Beschleunigungselemente (starres Stück mit drehbarem propellerähnlichem Endstück)
- – Position und Geometrie der Beschleunigungselemente (bei einer 1 m langen Welle in 5 cm-Abständen einzelne oder Gruppen von Beschleunigungselementen)
- – Anzahl der Beschleunigungselemente (zwischen 5 und 20 Stück)
- – Form der Beschleunigungselemente (abschnittsweise flexibel; ein aus Stahldrähten geflochtener Zopf oder Stahlcord, Kette, starre Platten bzw. Bleche, Kombinationen aus den genannten Elementen)
- – Oberflächenbeschaffenheit der Beschleunigungselemente (glatt, rau oder scharfkantig)
- – Länge der Beschleunigungselemente (400 mm–750 mm)
- – Wirkungsraum zwischen Prallrippen und Außenkanten der Beschleunigungselemente (20 mm–50 mm, ggf. einstellbar durch in Hohlwellen laufende flexible Beschleunigungselemente)
- – Anzahl, Form und Oberflächenbeschaffenheit der Prallrippen (ca. 80% der gesamten Innenfläche des Gehäuses ist von Prallrippen bedeckt)
- – Anzahl, Form, Anordnung und Oberflächenbeschaffenheit der Bohrungen/Öffnungen im Siebrost (bspw. Langlochbohrung zur Begradigung der Fasern)
- – Pressdruck mittels starrer rotierender Beschleunigungselemente durch den Siebrost hindurch (Abstand Unterkante starres Beschleunigungselement zu Oberkante Siebrost bei 5 mm mal 60 mm ovalen Bohrungen ca. 15 mm; dabei kann durch eine Relativbewegung zwischen Welle und Siebrost der Abstand insbesondere im Bereich zwischen 10 mm und 150 mm eingestellt werden)
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Die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung aus den Altreifen oder Reifenteilen gewonnenen Stahlfasern können grob in die beiden Kategorien Mikrofasern und Standardfasern eingeteilt werden. Nachfolgend sind einige physikalische Parameter der beiden Kategorien übersichtsartig zusammengestellt: Mikrofasern:
| Stahlgüte: | Typische Stahl-Reifendrahtqualität |
| Querschnitt: | Rund |
| Länge: | 5,0–60,0 mm |
| Durchmesser: | 0,15–0,35 mm |
| Zugfestigkeit: | 1.500–2.500 N/mm2 |
| Farbe: | stahlglänzend/verkupfert/vernickelt |
| Form: | gebogen/teilgerade/wellig/unregelmäßig |
| Oberfläche: | rauhglatt/geriffelt/gewellt/unregelmäßig |
| Reinheit: gelegentlich Gummispuren – Anhaftungen (0–1,0%) |
Standardfasern:
| Stahlgüte: | Typische Stahl-Reifendrahtqualität |
| Querschnitt: | Rund und/oder rechteckig |
| Länge: | 1,5–70,0 mm |
| Durchmesser: | 0,60–2,5 mm |
| Zugfestigkeit: | 1.500–2.500 N/mm2 |
| Farbe: | stahlglänzend/verkupfert/vernickelt |
| Form: | gerade/gebogen/wellig/unregelmäßig |
| Oberfläche: | rauhglatt/geriffelt/gewellt/unregelmäßig |
| Reinheit: gelegentlich Gummispuren – Anhaftungen (0–1,0%) |
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Dabei zeigen die Mikrofasern üblicherweise einen welligen Verlauf gegebenenfalls mit geraden Abschnitten. Die Standardfasern dagegen verlaufen üblicherweise gerade mit gegebenenfalls welligen Abschnitten. Die angesprochene Welligkeit der Fasern ergibt sich praktisch automatisch aus dem oben geschilderten Verfahren; sie hat insbesondere für eine Anwendung der Fasern als Mikroarmierungen den Vorteil, dass die Faser besser gegen ein Verrutschen im zu armierenden Material gesichert ist, als es bei einer vollständig gerade verlaufenden Faser der Fall wäre. Die verfahrensbedingt hohe Varianz der Geometrien der einzelnen Fasern innerhalb einer Fraktion (im Sinne unterschiedlicher abschnittsweiser Verbiegungen) ist für die genannte Anwendung dabei eher vorteilhaft. Ferner ist es für die Anwendung als Armierungsfaser vorteilhaft, dass die Oberflächenstruktur der erfindungsgemäßen Fasern abschnittsweise rau, glatt, geriffelt, gewellt, und allgemein unregelmäßig ausgebildet ist, bspw. auch Dellen und Kratzer zeigt. Auch hierdurch wird eine Verbesserung der Anhaftung der Armierungsfasern an dem umgebenden Material erreicht.
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Darüber hinaus kann die Haftfestigkeit der erfindungsgemäßen Fasern – insbesondere in der Anwendung als Armierungsfaser für Betone o. ä. – dadurch gesteigert werden, dass an den Fasern – sowohl an den Mikrofasern wie auch an den Standardfasern – Reste vulkanisierten Reifengummis anhaften können, wodurch sich der Reibschluss zwischen der armierenden Stahlfaser und dem umgebenden zu armierenden Material wie z. B. Beton weiter verbessert. Die zuletzt angesprochene Haftverbesserung wird also nicht dadurch erreicht, dass auf eine blanke, neue Stahlfaser ein haftvermittelnder und den Reibschluss verbessernder Stoff aufgebracht wird, sondern, dass lediglich der bereits an recycelter Faser anhaftende Gummi nicht vollständig entfernt wird. Der Anteil des anhaftenden Gummis an der gesamten Faserfraktion kann durch eine geeignete Wahl der Verfahrensparameter in einem weiten Bereich je nach Anforderung eingestellt werden. Er kann dabei insbesondere im Bereich zwischen 0 und 1% liegen.
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In den 2–6 sind zur Verdeutlichung das Ausgangsmaterial und die sich erfindungsgemäß ergebenden erhaltenen Standard- und Mikrofasern dargestellt.
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2 zeigt ein Beispiel verunreinigter Stahlwolle, wie sie in einem typischen Altreifen-Recyclingprozess nach dem Stand der Technik anfällt. Sie enthält Reste von thermoplastischen Fasern 130 aus dem Reifencord sowie Gummispuren 120. Die verunreinigte Stahlwolle liegt in unterschiedlichsten Längen und in den oben bereits angesprochenen Stärken zerknäult und verunreinigt vor. Der Restgummianteil liegt im Bereich Von ca. 35%. In dem in 2 gezeigten Zustand ist die verunreinigte Stahlwolle praktisch keiner sinnvollen Verwertung außer einer Einschmelzung zuzuführen.
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In den 3 und 4 ist eine Fraktion von Mikrofasern dargestellt, wie sie bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf die verunreinigte Stahlwolle, wie sie bspw. in 2 dargestellt ist, ggf. nach einem Fraktionierungsschritt wie einem Siebschritt erhalten werden kann. Gut erkennbar in 3 ist der erheblich geringere Verunreinigungsgrad (der Gummianteil liegt in diesem Fall bei unter 1 Masseprozent), und die wesentlich homogenere Sortierung hinsichtlich Dicke und Länge der Fasern. Die in den genannten Figuren dargestellte Fraktion enthält zu ca. 99% Mikrofasern nach der o. a. Definition.
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Entsprechendes gilt für die in 5 gezeigten Standardfasern.
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Weder die Mikrofasern noch die Standardfasern waren bislang als wiedergewonnene Fasern aus einem Altreifen-Recyclingprozess in einer Fraktion mit der gezeigten reproduzierbaren Qualität verfügbar. Erst durch die beschriebene Aufbereitung wird aus dem Abfallstoff ”verunreinigte Stahlwolle” der Wertstoff Standard- bzw. Mikrofaser mit reproduzierbar höchster Reinheit, Länge und Geradheit der Fasern der Stahlfasern wie vorliegend beschrieben.
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Damit kommen die erhaltenen Stahlfasern insbesondere als Armierungsfasern für die nachfolgend zusammengestellten Anwendungsgebiete in Frage:
- A) Faserbeton jeglicher Art (Beton-Armierungsmittel)
Stahlfasern als lose Schüttung
Stahlfasern als Fasergestricke (Matten/Netze)
- B) Betongruppen
Ort-/Transportbetone
Betonfertigteile
- 1) Fußböden
Industrie- und Betonböden jeglicher Art
Zementestriche
Lagerhallen
Produktionshallen
Werkhallen
Hochregalläger
Parkhäuser/Parkplätze
Betonstraßen
Flughäfen-Start- und Landebahnen
Flugzeug-Abstellflächen
Schrottplätze
Monolithische Hartstoff-Verschleißschichten
Magnesia- und Kunstharz-Systeme
Integrierte Industrieflächenheizungen
Magnetische, elektrische und wärmeleitfähige Flächen/Platten
Verkehrsflächen
Tankstellenflächen bspw. FDE-Beton, SiFCon, SiMCon
- 2) Wohnungs-, Industrie-, Straßen-, Ingenieur- und Tunnelbau
Tragende und nichttragende Teile in Bauwerke
Betonfertigteile jeglicher Art
Fertiggaragen
Filigrane Fassadenplatten aus Hochleistungsbeton (UHPC)
Streifenfundamente
Fundamentplatten
Kellersohlplatten
Kellerwände
Kellerfußböden
Garagensohlen
Terrassen/Balkone/Treppenstufen
Zementestrich
Spritzbetone, Spritzbeton für Sicherungszwecke
Betoninnenschalen
Tunnelschalen
Tübbings/Rohre
Schächte
Kanäle
Feuerfestbetone
Behälter/Behältnisse jeglicher Art
Sicherheits-Bauten (Tresorräume)
Stützmauern bis 1,0 m Geländesprung
Schächte bis 0,9 m Tiefe
Baugruben- und Hangsicherungen
Auffangwannen
- C) Sonstige Anwendungsbereiche
Transportbänder-Systeme jeglicher Art (Armierung)
Abrasive Schleifmittel-Systeme
Metallische Reibmittel-Systeme
Stahlfasern zur Herstellung metallischer Strahlmittel
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Stahl-Fasergestricke zur Isolierung:
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- Abdichtung hoher Temperaturbereiche oder der Abschirmung elektromagnetischer Störungen.
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Stahl-Fasergestricke zur Schalldämpfung:
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- Schwingungsdämpfer für den Motoren- und Abgasbereich
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Stahl-Fasergestricke zur Filtration:
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In allen modernen Industriebereichen werden gestrickte Filter aus Draht oder Verbundmaterialien eingesetzt. Ob als Ölnebelabscheider, Luft- und Fettfilter oder als Filter in Airbag-Systemen und Abgasanlagen. So werden z. B. Öl/Wassergemische effektiv und umweltverträglich getrennt.
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Stahl-Fasergestricke zur Lagerung:
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Um die empfindlichen und teuren Komponenten effektiv zu schützen, kommen Faserstricke und Formteile aus Stahldrähten zum Einsatz. So werden z. B. Katalysatoren und Abgasanlagen von Autos auf diese Art gelagert und geschützt.
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In einer Vielzahl der o. g. Anwendungen werden nach dem Stand der Technik eigens hergestellte neue Stahlfasern bereits verwendet. Diese Fasern können erfindungsgemäß durch die aus Altreifen gewonnenen Standard- oder Mikrofasern teilweise oder vollständig ersetzt werden.
