DE102014012857A1 - Fahrbahn mit Asphaltschicht - Google Patents
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Abstract
Nach der Erfindung werden Asphaltschichten für Fahrbahnen mit einer Matrix aus Bitumen, Kautschuk und Elastomeren erstellt, die in einem Planetwalzenextruder aufbereitet wird.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Fahrbahn/Straße/Autobahn mit Asphaltschicht. Die Auslegung solcher Fahrbahnen richtet sich nach der Belastung. Dabei wird bei der Fahrbahn zwischen einer bzw. mehreren Tragschichten und der Verschleißschicht/Deckschicht unterschieden. Gegebenenfalls kommen auch Verbundschichten aus Asphalt zwischen verschiedenen unterschiedlichen Schichten vor. Die Tragschichten haben die Aufgabe, die Belastung aus dem Fahrbetrieb aufzunehmen und so auf den Untergrund zu verteilen/weiterzuleiten, daß der Untergrund keine wesentliche Verformung erfährt. Würde eine wesentliche Verformung entstehen, so würde in der Regel die Tragschicht mit der Verschleißschicht ebenfalls nachgeben und gegebenenfalls brechen. Für die Tragschichten kommen verschiedenste Materialien in Betracht. Klassisch sind das Steine aus einem Steinbruch. Dabei werden vorzugsweise Steine mit unterschiedlicher Körnung verwendet. Die Körnung hat Einfluß auf die Festigkeit der Tragschicht wie auch auf das Ablaufen anfallenden Oberflächenwassers. Üblicherweise liegen die verwendeten Steine mit ihrer Körnung innerhalb eines bestimmten Kornbandes.
- Die Steine aus dem Steinbruch sind relativ aufwendig. Die Steine müssen aus dem Gebirge herausgebrochen und gemahlen werden, bis das gewünschte Kornband entsteht. Deshalb bemüht man sich seit langem um preisgünstige Materialien für Tragschichten. Solche Materialien finden sich an unterschiedlichen Stellen, zum Beispiel beim Abbruch von Gebäuden und in diversen Industrien, im Bergbau, bei der Stahlgewinnung.
- Für die Deckschicht/Verschleißschicht ist der Asphalt seit vielen Jahrzehnten ein klassischer Werkstoff. Der Asphalt kommt als natürlicher Asphalt vor. Die Vorkommen an natürlichen Asphalten sind gering. Ihr Nachteil ist, daß sie für einfache Anwendungen überqualifiziert sind und für schwere Anwendungen nicht ausreichend sind. Um allen Anwendungen optimal zu genügen, ist es üblich, die Asphalte technisch herzustellen. Dabei wird Bitumen mit unterschiedlichen anderen Bestandteilen vermischt. Die klassischen Asphaltbestandteile sind neben dem Bitumen Splitt und Sande. Die Mischung und deren Anteile wird in zeitgemäßen Anlagen elektronisch gesteuert. Durch Änderung der Mischungsanteile wird dabei Einfluß auf die Eigenschaften des Asphalts genommen. Der Split und die Sande werden in das Bitumen eingebettet. Das Bitumen bildet insoweit eine Matrix. Je höher der Splittanteil und/oder Sandanteil in der Mischung ist, desto härter wird der Asphalt. Das Bitumen wird dann immer mehr zum bloßen Kleber zwischen den Splittkörner und/oder Sandkörnern.
- Darüber hinaus ist bekannt, durch weitere Materialanteile wie granuliertes Altgummi (recyceltes Gummi) Einfluß auf die Beschaffenheit des Asphalts zu nehmen. Das Altgummi stammt vorzugsweise aus der Verwertung von Altreifen von Kraftfahrzeugen. Das Altgummi kann aber auch von Förderbändern und aus anderen Quellen stammen. Dabei schließt der Begriff Altgummi hier sowohl Naturkautschuk als auch künstlichen Kautschuk als auch Elastomere ein, die nicht der Gruppe der Kautschuke zugerechnet werden. Das Altgummi liegt in der Regel in gemahlener Form vor. Altgummi wird üblicherweise zunächst geschreddert. Die Mahlung schließt sich an das Schreddern an.
- Durch die Mahlung kann dem Altgummi in bestimmten Grenzen gewünschte Körnung bzw. Feinheit gegeben werden. Durch die Mahlung werden die metallischen Armierungen von Altreifen und dergleichen frei, so daß diese Bestandteile von dem Mahlgut getrennt werden können. Bei Armierungen aus magnetischem Stahldraht kommen vorzugsweise Magnete als Trennwerkzeuge in Betracht. Nicht magnetische Armierungen müssen anders getrennt werden, zum Beispiel durch eine Sichtung mittels Luft oder Wasser. Bei der Sichtung in Luft oder Wasser wird das unterschiedliche Gewicht bzw. das unterschiedliche Auftriebsverhalten der verschiedenen Mahlgutpartikel ausgenutzt. Die in einen Luftstrom oder Wasserstrom aufgegebenen Partikel werden von dem Luftstrom bzw. Wasserstrom unterschiedlich weit getragen, so daß sich die verschiedenen Partikel an unterschiedlichen Stellen sammeln. Aus der
CH 410031 - Natürliches Bitumen hat eine Beschaffenheit, die verhältnismäßig eng begrenzt ist. Um die Beschaffenheit des Bitumens auch anderen Anforderungen anzupassen, sind synthetische Bitumen bzw. modifizierte Bitumen entwickelt worden. Zum Beispiel offenbart die
DE3727456 die Mischung von Bitumen mit einem Kunststoffgranulat. Bei dem Kunststoffgranulat handelt es sich um Synthesekautschuk, zum Beispiel ein nicht ölverstrecktes Styrol-Butadien-Styrol-Copolymer. DieUS4314921 ,DE3920878 ,US5137946 beschreiben die gemeinsame Behandlung von Polymeren und Bitumen in einer Mühle;
dieFR9002138
dieUS4154710 offenbart den Zusatz von Fettsäureestern;
dieUS4978698 und dieWO8705313
dieDE4032218 beschreibt den Zusatz von Fluxmitteln wie schweren Erdöldestillaten;
dieJP06184252
dieEP639630 EP640665
dieDE3920878 zeigt eine besondere Homogenisierung für Thermoplaste oder Thermoplastmischungen im Bitumen. Weitere bekannte Kunststoffe zur Herstellung polymermodifizierter Bitumina sind ataktisches Polypropylen, Styren-Butadien-Blockcopolymere, Polyisopren, Styren-Butadien-Styren (zumeist SBS genannt, aber auch SBR genannt, abgeleitet aus Styren-Butadien-Rubber) oder Styren-Isopren-Styren-Triblockpolymere, Naturkautschuk, Ethylen-Copolymere mit Vinylacetat oder Acryl- bzw. Methacrylsäurenund deren Estern. - Es sind auch Versuche bekannt, Altkunststoffe zur Modifizierung von Bitumina zu verwenden. Aus der
DE4424290 undDE4424291 sind Versuche mit einem Extruder bekannt, Altkunststoffe und Altelastomere zu einem reaktiven Compound für die Bitumina zu verarbeiten. Als reaktive Zusatzstoffe finden dabei insbesondere Maleinsäureanhydrid, Phthalsäureanhydrid oder Acryl- bzw. Methacrylsäure Verwendung. DieDE3888128 beschreibt die Mischung von Kautschuk und Asphalt mit einem Mastikator/Mastizierer und mit Wärmebehandlung und in verschieden Stufen. Solche Mastikatoren/Mastizierer sind Mittel, welche den Kautschuk plastisch machen, ohne einen wesentlichen Abbau der Molekühlketten zu bewirken. Solche Wirkung haben auch bekannte Weichmacher wie Stearinsäure, Zinkstearat, Extenderöle wie naphtenische Öle und Parafinöle. Das Mastizieren verbessert die Mischfähigkeit des Kautschuks mit dem Bitumen. Allerdings wird bei dem Mastizieren des Kautschuks vor wesentlicher Klebrigkeit des entstehenden Mischgutes gewarnt. - Die Erfindung hat sich auch die Aufgabe gestellt, die Mischfähigkeit des Kautschuks bzw. der für die Mischung mit dem Bitumen vorgesehenen nicht thermoplastischen Elastomere zu verbessern.
- Nach der Erfindung wird die bessere Mischfähigkeit mit einem temperierbaren Planetwalzenextruder/Planetwalzenextruderabschnitt und mit eingebauten Ringen, vorzugsweise mit Dispergierringen erreicht, deren Innendurchmesser kleiner als der übliche Innendurchmesser der Anlaufringe ist. Die Klebrigkeit des Kautschuks bzw. der Elastomere stört im Planetwalzenextruder nicht, weil das Material dort einer Zwangsförderung unterliegt, während die Klebrigkeit in herkömmlichen Knetern oder dergleichen zu Betriebsproblemen führen kann, weil sich an der Gehäusewand des Kneters eine Schicht aus Bitumen und Kautschuk bzw. Elastomeren aufbauen kann.
- Planetwalzenextruder/Planetwalzenextruderabschnitte bestehen aus einer Zentralspindel, Planetspindeln und einem umgebenden Gehäuse. Die Zentralspindel und die Planetspindeln besitzen die gleiche Schrägverzahnung, so daß die Planetspindeln mit ihrer Verzahnung in die Verzahnung der Zentralspindel greifen können und um die Zentralspindel umlaufen können. Zugleich besitzt das Gehäuse eine Innenverzahnung bzw. ist das Gehäuse mit einer innen verzahnten Buchse versehen, deren Verzahnung die gleiche ist wie die der Planetspindeln, so daß die Planetspindeln auch in die Verzahnung des Gehäuses bzw. der Buchse greifen können und innen in dem Gehäuse bzw. innen in der Buchse umlaufen können. Die Schrägverzahnung bewirkt einen Druck der Planetspindeln in Längsrichtung/Förderrichtung des Extruders. Damit die Planetspindeln aufgrund ihres Druckes nicht in Längsrichtung auswandern werden sie mit einem Anlaufring in der Umlaufbahn gehalten. Die Planetspindeln gleiten mit ihrem Kopf bei ihrem Umlauf in dem Gehäuse an dem Anlaufring. Für den Anlaufring gilt üblicherweise, daß der Innendurchmesser des Anlaufringes größer/gleich dem Durchmesser der Umlaufbahn ist, auf der sich die Mittelachsen der Planetspindeln beim Umlauf in dem Gehäuse bewegen. Damit soll die Reibung zwischen Planetspindeln und Anlaufring in Grenzen gehalten werden. Im Übrigen sind die wesentlichen Merkmale von Planetwalzenextrudern in folgenden Druckschriften beschrieben:
DE 10 2009 019 846 ,DE 10 2009 013 839 ,DE 10 2008 063 036 ,DE 10 2008 018 686 ,DE 10 2007 058 174 ,DE 10 2007 050 466 ,DE 10 2007 041 486 ,DE 10 2007 040 645 ,WO2011/091966 - Schon die Bearbeitung des Kautschuks bzw. der Elastomere im Planetwalzenextruder bewirkt eine starke mechanische Verformung des Kautschuks bzw. der Elastomere.
- Nach der Erfindung ist darüber hinaus für den Planetwalzenextruder bzw. für mindestens einen Planetwalzenextruderabschnitt ein Dispergierring vorgesehen, dessen Innendurchmesser kleiner als der übliche Innendurchmesser von Anlaufringen ist. Der Innendurchmesser des Dispergierringes kann sogar gleich oder kleiner als der Außendurchmesser der Zentralspindel sein. Dann ist in der Zentralspindel eine Vertiefung/Nut vorzusehen, in die der Dispergierring eingreift. Die Vertiefung/Nut muß allerdings so tief und so breit sein, daß gleichwohl noch ein Spalt bleibt, durch den die Mischung aus Bitumen und Kautschuk bzw. Elastomeren durchtreten kann. Bei einem Planetwalzenextruder mit der Baugröße 70 kann der Spalt je nach der Beschaffenheit des zu behandelnden Materials 0,75 bis 4 mm groß sein. Bei größeren Planetwalzenextrudern ist eine größere Durchsatzmenge zu berücksichtigen. Um gleiche Strömungsverhältnisse für das durch den Spalt an den Dispergierringen größerer Planetwalzenextruder zu erreichen, wird der Spalt entsprechend vergrößert.
- Dispergierringe, deren Innendurchmesser um das notwendige Spiel größer als der Außendurchmesser der Zentralspindel sind, können auf die Zentralspindel aufgeschoben werden. Dispergierringe, deren Innendurchmesser gleich/kleiner als der Außendurchmesser der Zentralspindel ist, sind vorzugsweise mindestens zweiteilig, so daß die Dispergierringe dann um die Zentralspindel herum in deren Nut zusammengesetzt werden können bzw. zur Demontage auch wieder auseinander genommen werden können.
- Der Dispergierring zwingt den Kautschuk bzw. die Elastomere auf dem Weg durch den Extruder bzw. durch einen Extruderabschnitt durch den dünnen Spalt. Das bewirkt auch eine starke mechanische Verformung.
- Die Verformung ist mit einem Energieeintrag in den Kautschuk und das Bitumen verbunden. Der Energieeintrag bewirkt eine Erwärmung. Die Wärme läßt sich in dem temperierbaren Planetwalzenextruder gut abführen, so daß die Temperatur des Kautschuks bzw. der Elastomere immer ausreichend weit unterhalb der Zersetzungstemperatur des Kautschuks bzw. der Elatomere bleibt. Bei dem für synthetischen Kautschuk häufig verwendeten SBS ist die Zersetzungstemperatur zum Beispiel 435 Grad Celsius. Das erfindungsgemäße Mastizieren läßt sich mit dem Planetwalzenextruder sicher bei Temperaturen von 180 bis 220 Grad Celsius ausführen. Soweit eine Mischung mit Altgummi unter Devulkanisation des Altgummis im Planetwalzenextruder vorgesehen ist, soll die Temperatur im Devulkanisierungsbereich vorzugsweise mindestens 270 und maximal 310 Grad Celsius betragen. Mengenanteile von 40% des Altgummis an der Mischung sind ohne weiteres erreichbar, aber 60% und mehr lassen sich erreichen. Alle Mengenangaben lassen sich über das spezifische Gewicht der Materialien ohne weiteres in Gewichtsanteile umrechnen.
- Die angegebenen Temperaturen schließen nicht aus, daß die entstandene Mischung vor dem Austrag aus dem Planetwalzenextruder abgekühlt wird. Die Abkühlung ist insbesondere im Falle einer sich an den Planetwalzenextruder anschließenden Unterwassergranulierung von Vorteil.
- Die Temperierung bei einem Planetwalzenextruder erfolgt mit Wasser bzw. Dampf oder Öl. Zur Temperierung sind Kühlkanäle in dem Planetwalzenextruder vorgesehen: im Gehäuse, gegebenenfalls auch in den erfindungsgemäßen Ringen und in der Zentralspindel. Die Kühlkanäle verlaufen wie schraubenförmige Gewindegänge. Die Kühl/Heizkanäle im Gehäuse entstehen an zeitgemäßen Planetwalzenextrudern mit einer im Gehäuse sitzenden, innen verzahnten Buchse dadurch, daß sich an der Gehäuseinnenseite oder an der Buchsenaußenseite Nuten befinden, welche zu Kühl/Heizkanälen verschlossen werden, wenn die Buchse in die Gehäusebohrung gedrückt wird. Es können sich auch gleichzeitig an der Buchsenaußenseite und an der Gehäuseinnenseite Nuten finden. Dann sind die Nuten so ausgebildet und angeordnet, daß in der Buchsen-Endstellung im Gehäuse die Nuten an der Buchsenaußenseite genau über den Nuten in dem Gehäuse verlaufen und ein geschlossener Kühl/Heizkanal entsteht. Die Nuten an der Buchsenaußenseite und/oder an der Gehäuseinnenseite können eingängig oder mehrgängig sein. Die mehrgängige Ausbildung erhöht gegenüber gleichen eingängigen Nuten und gleichem Druck des Temperierungsmittels die pro Zeiteinheit durchfließende Temperierungsmittelmenge. Je größer die durchfließende Temperierungsmittelmenge ist, desto leichter und schneller kann überschüssige Wärme abtransportiert werden bzw. fehlende Wärme in den Extruder eingetragen werden.
- Die Kühl/Heizkanäle münden üblicherweise an den Enden der Planetwaltenextruderabschnitten in einer ringförmigen Nut. Die ringförmigen Nuten sind über Leitungen für Temperierungsmittel mit einem Wärmetauscher verbunden. Über den Wärmetauscher kann das Temperierungsmittel mit Wärme beladen oder dem Temperierungsmittel die Wärme entzogen werden.
- Die Temperierung der Zentralspindel erfolgt durch entsprechende, kanalbildende Hohlräume in der Zentralspindel. Die Kanäle können bei Zentralspindeln mit großem Durchmesser den Kanälen im Extrudergehäuse nachgebildet sein. Im Unterschied zu der Tempierung des Gehäuses kann das Temperierungsmittel aber nur am antriebsseitigen Ende der Zentralspindel eingespeist und abgezogen werden. An dem Zentralspindelkopf findet eine Umleitung des Temperierungsmittels in die hohl ausgebildete Zentralspindelmitte statt. Bei Zentralspindeln mit kleinerem Durchmesser kann eine vereinfachte Kanalführung Anwendung finden.
- In Abhängigkeit von der Verformung, welche der Kautschuk bzw. die Elastomere zwischen den Zähnen des Planetwalzenextruders und durch den Dispergierring erfahren, entsteht eine geringe oder eine umfangreiche Mastizierung. Schon mit einer geringen Mastizierung findet der Kautschuck bzw. finden die Elastomere zumindest eine bessere Verteilung im Bitumen bzw. das Bitumen eine bessere Verteilung im Kautschuk bzw. Elastomer. Für die Verformung des Kautschuks bzw. der Elastomere ist das Bitumen zugleich hilfreich, weil das Bitumen wie ein Schmiermittel im Extruder wirkt. Ohne Schmiermittel können die Scherkräfte in Abhängigkeit von der Formung so stark werden, daß die Kautschukpartikel bzw. die Elastomerpartikel zerreißen. Mit dem Zerreißen entsteht ein nicht erwünschter Abbau der Molekülketten.
- Der Anlaufring und der Dispergierring erfüllen unterschiedliche Funktionen und können separate Bauteile sein. Vorzugsweise ist jedoch eine Ringkonstruktion vorgesehen, die planetspindelseitig den Anlaufring bildet und an der gegenüberliegenden Seite den Dispergierring bildet. Die Ringkonstruktion kann den Dispergierring auch an anderer Stelle zwischen beiden Stirnflächen der Ringkonstruktion bilden. Wichtig ist ein Abstand von der planetspindelseitigen Stirnfläche der Ringkonstruktion. Die Ringkonstruktion kann dabei einteilig oder mehrteilig sein. Die insgesamt einteilige Konstruktion kann dann Anwendung finden, wenn der Innendurchmesser der den Dispergierring und den Anlaufring bildenden Ringkonstruktion unter Berücksichtigung eines notwendigen Spieles für das Aufschieben der Ringkontruktion auf die Zentralspindel größer als der Außendurchmesser der Zentralspindel ist. Die mehrteilige Ringkonstruktion kann auch aus einem einteiligen Anlaufring und einem mehrteiligen Dispergierring bestehen, dessen Teile an dem einteiligen Anlaufring zusammengesetzt werden. Es kann an der Ringkonstruktion auch noch ein Zwischenring zwischen Anlaufring und Dispergierring vorgesehen sein. Der Zwischenring ist dann vorzugsweise auch einteilig und besitzt einen Innendurchmesser, der unter Berücksichtigung des notwendigen Spieles zum Aufschieben des Zwischenring auf die Zentralspindel größer als der Außendurchmesser der Zentralspindel ist. Der Zwischenring kann dann von Vorteil sein, wenn die Ringkonstruktion auch gekühlt werden soll. Dann muß der Zwischenring mit Kühlkanälen hergestellt werden, die bei einem einteiligen Zwischenring leichter hergestellt werden können und sicherer zu betreiben sind als bei einem mehrteiligen Zwischenring, der um die Zentralspindel herum zusammen gesetzt wird. Es können auch mehrere Zwischenringe vorkommen. Weitere Zwischenringe sind von Vorteil, wenn die weiteren Zwischenringe andere Funktionen ausfüllen sollen, zum Beispiel das Eintragen flüssiger bzw. schmelzflüssiger Stoffe erlauben sollen oder eine Druckmessung und/oder eine Temperaturmessung erlauben sollen. Wahlweise besitzt die Ringkonstruktion einen modularen Aufbau mit gleichen Anschlußmaßen, so daß die einzelnen Module beliebig mit einem Anlaufring kombinierbar sind. Vorzugsweise ist dabei die eine Seite jeden Moduls mit einem Vorsprung versehen und die andere Seite jeden Moduls mit einer dem Vorsprung angepaßten Vertiefung versehen, so daß jeder Modul im anderen Modul eine Zentrierung und Halt findet. Die korrespondierenden Enden der Extruderabschnittsgehäuse sind in gleicher Weise mit einem Vorsprung bzw. einer Vertiefung versehen, so daß die Ringkonstruktion mit dem den Anlaufring bildenden Modul in das in Materialströmungsrichtung hinter Ende eines Extruderabschnittsgehäuse dringen kann und dort zentriert und in radialer Richtung gehalten wird, während das in Materialströmungsrichtung nächste Extruderabschnittsgehäuse mit seinem vorderen Ende in die Vertiefung des korrespondierenden (dem Anlaufring) abgewandten Endes der Ringkonstruktion greifen kann und dort zentriert und in radialer Richtung gehalten wird. In axialer Richtung wird die Ringkonstruktion durch übliche Spannschrauben gehalten, mit denen die Enden der Extruderabschnittsgehäuse miteinander verspannt werden und dabei die Ringkonstruktion zwischen sich einspannen. Das Verspannen wird mit Flanschen erleichtert, die an jedem Extruderabschnittsgehäuseende vorgesehen sind.
- Die Vorsprünge und Vertiefungen können auch umgekehrt an den Modulen und den Extruderabschnittsenden angeordnet sein, so daß der Anlaufring mit einer Vertiefung einen Vorsprung an dem zugehörigen Extruderabschnittsgehäuseende umfaßt und das andere Extruderabschnittsgehäuse mit einer Vertiefung einen Vorsprung an dem Ende der Ringkonstruktion umfaßt, welche dem Anlaufring abgewandt ist.
- Vorteilhafterweise kann die erfindungsgemäße Ringkonstruktion auch unabhängig von der Asphaltherstellung für Fahrbahnen Anwendung finden.
- Das vorstehende System mit Vertiefungen und Vorsprüngen und Spannschrauben findet nicht nur an Planetwalzenextruderabschnitten und zwischenliegenden Ringkonstruktionen sondern vorzugsweise auch auf andere Kombinationen von Extruderabschnitten Anwendung. Andere Kombinationen können sein
- – als Einschneckenextruder ausgebildete Füllteile und Planetwalzenextruderabschnitte
- – Planetwalzenextruderabschnitte und als Einschneckenextruder ausgebildete Austragextruderabschnitte
- – Austragextruderabschnitte und Extrusionsdüsen
- – Austragextruderabschnitte und Granulierungseinrichtungen
- Je mehr Planetwalzenextruderabschnitte vorgesehen sind und mit einem Dispergierring ausgerüstet sind, desto größer wird die mit dem Planetwalzenextruder und mit den Dispergierringen insgesamt verursachte mechanische Verformung. Die Mastizierung kann sogar so weit getrieben werden, daß eine Lösung des Bitumens in dem Kautschuk bzw. in den Elastomere bzw. eine Lösung des Kautschuks bzw. der Elastomere in dem Bitumen möglich ist. Mit der Lösung des einen Mediums im anderen Medium wird ein besonders vorteilhafter Zustand erreicht. Vorzugsweise sind mindestens zwei Planetwalzenextruderabschnitte mit solchen Dispergierringen in der Extrusionsanlage vorgesehen, wahlweise auch drei oder mehr Planetwalzenextruderabschnitte mit solchen Dispergierringen.
- Vorteilhafterweise kann die erfindungsgemäße Mastizierung sowohl unter Mitwirkung der bekannten Mastikatoren/Hilfsmitteln als auch allein auf dem mechanischen Wege erfolgen. Vorzugsweise erfolgt die Mastizierung zumindest zu einem Drittel auf mechanischem Weg und noch weiter bevorzugt zumindest zu 2/3 auf mechanischem Weg und höchst bevorzugt allein auf mechanischem Weg. Bei der Messung der Mastizierung kann von der allein mechanischen Mastizierung ausgegangen und die Viskosität des aus einem Planetwalzenextruder, bestehend aus drei gleichen und mastizierenden Planetwalzenextruderabschnitten, austretenden Materials gemessen werden. Dies wird bei dem gewählten Messverfahren als Ausgangsviskosität angesehen. Nach der Demontage von zwei mastizierenden Planetwalzenextruderabschnitten wird die verbliebene Mastizierung(leistung) als ein Drittel angesehen, wenn der verbliebene Planetwalzenextruderabschnitt in gleicher Weise wie vorher betrieben wird, aber ihm solange Mastikatoren/Hilfsmittel (zum Beispiel Toluol) zugegeben werden, bis das austretende Material die gleiche Viskosität wie bei einer allein mechanischen Aufbereitung mit drei Planetwalzenextruderabschnitten zeigt. Wenn der bei dieser Messung ermittelte Verbrauch an Mastikatoren/Hilfsmitteln (zum Beispiel Toluol) in anderen Anlagen bzw. anderen Versuchen zur Erreichung der Ausgangsviskosität höher wird, beträgt die mechanische Mastizierungsleistung weniger als ein Drittel. Wird der Verbrauch an Mastikatoren/Hilfsmitteln (zum Beispiel Toluol) in anderen Anlagen bzw. anderen Versuchen zur Erreichung der Ausgangsviskosität allerdings geringer, so beträgt die Mastizierungsleistung mehr als ein Drittel.
- Die Messung der 2/3 Mastizierung erfolgt entsprechend. Nach der Demontage von einem Planetwalzenextruderabschnitt wird die Leistung der beiden verbliebenen Extruderabschnitte als 2/3 Plastifizierung angesehen, wenn diese Extruderabschnitte in gleicher Weise wie zuvor betrieben werden und solange Mastikatoren/Hilfsmittel in die verbliebenen Extruderabschnitte aufgegeben wird, bis das austretende Material die Ausgangsviskosität wieder erreicht hat.
- Für die erfindungsgemäße Mastizierung kann eine stufenweise Aufgabe des des Bitumens von Vorteil sein. Das gilt insbesondere für die Verarbeitung von Bitumen mit SBS bzw. für die Verarbeitung von Bitumen mit Kautschuk und SBS oder für die Verarbeitung von Bitumen mit Gummi und SBS. Dabei kann in der ersten Stufe ein kleiner Teil der vorgesehenen Menge an Bitumen aufgegeben werden, zum Beispiel 5 bis 30% der jeweiligen Menge vorzugsweise 10 bis 20% der jeweiligen Menge. Durch Mastizierung wird diese Kautschukmenge und/oder Elastomermenge und/oder Gummimenge im ersten Verarbeitungsschritt in eine plastische Form gebracht, in der sie die schmierende Wirkung des im Extruder eingebrachten Bitumens ergänzt, wenn in einem oder mehreren nachfolgenden Stufen/Verarbeitungsschritten das Bitumen in den Extruder aufgegeben werden. Die stufenweise Zugabe von Bitumen kann auch Vorteile bringen, wenn Kautschuk und/oder Elastomere und/oder Gummi insgesamt am Anfang des Planetwalzenextruders aufgegeben wird. Insbesondere kann auf dem Wege eine gezielte Schmierung erreicht werden. D. h. durch die stufenweise Zugabe von Bitumen kann die für die Mastizierung maßgebliche Knetwirkung des Planetwalzenextruders optimiert werden.
- Die verschiedenen Verarbeitungsschritte können in einem Extruder mit mehreren hintereinander angeordneten Extruderabschnitten ausgeführt werden, wobei für jeden Verarbeitungsschritt einer oder mehrere Extruderabschnitte vorgesehen sind. Es können auch mehrere Extruder in einer Extrusionsanlage zum Beispiel als Tandemanlage zusammen wirken.
- Vorzugsweise wird das oben beschriebene Altgummi nicht einfach geschreddert und gemahlen und so in die Bitumenmatrix gegeben, sondern devulkanisiert, wie das zum Beispiel in der
WO2011/091966 WO2011/091966 - Wahlweise kann das Bitumen auch ganz oder teilweise vor dem Devulkanisieren oder beim Devulkanisieren in den der erfindungsgemäßen Vermischung dienenden Extruder gespritzt werden, um den oben beschriebenen Schmiereffekt zu erreichen.
- Die Vermischung der Asphaltmatrix mit dem Splitt und Sand kann unmittelbar nach Herstellung der Asphaltmatrix erfolgen, wenn der Asphalt für eine Großbaustelle bestimmt ist und die Extrusionsanlage zur Vermeidung großer Fahrwege/Transportwege an der Baustelle aufgestellt wird. Bei anderen Baustellen kann ein längerer Transport der Asphaltmatrix von der Extrusionsanlage zur Baustelle erforderlich werden. In dem Fall und in anderen Fällen kann sich als vorteilhaft erweisen, wenn die Asphaltmatrix zunächst zu Granulat verarbeitet wird und wenn
- – das Granulat auf dem Weg zur Baustelle oder an der Baustelle wieder aufgeschmolzen wird und an der Baustelle oder auf dem Weg zur Baustelle mit dem Splitt und Sand in Mischung gebracht wird oder
- – das Granulat zunächst gelagert wird und erst bei Bedarf wieder aufgeschmolzen und mit dem Splitt und Sand vermischt wird. Das kann auf dem Weg zur Baustelle oder an der Baustelle oder vor dem Transport zur Baustelle erfolgen oder
- – das Granulat nur aufgeschmolzen und als Gußasphalt ohne Splitt- und Sandanteil anschließend verarbeitet
- Für die Verarbeitung zu Granulat ist eine Unterwassergranulierung von Vorteil.
- Als Transportfahrzeuge eignen sich bekannte Lkw mit beheizbaren Kesseln/Kübeln, die zugleich mit einem Rührwerk versehen sind. Bei längeren Transporten bzw. bei längerer Vorhaltungsdauer für den Asphalt an der Baustelle können auch Stabilisatoren in die Mischung gebracht werden, die verhindern, daß der Asphalt sich beim Transport oder bei längerer Vorhaltung entmischt.
- Vorteilhafterweise kann das mastizierte Gummi/Elastomere in dem Asphalt nach Verlegung zu einer Asphalt-Fahrbahnschicht und deren Verdichten durch Walzen in der Asphaltschicht vernetzt werden. Dazu sind dann bekannte Vernetzungsmittel vorgesehen, die vor der Verlegung der Asphalt-Fahrbahnschicht in die Mischung eingearbeitet werden und nach dem Verdichten des Asphalts aktiviert werden. Durch die Vernetzung wird die Fahrbahn nicht nur kälteunempfindlicher sondern auch wärmeunempfindlicher/warmfester.
- In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
- In
1 bis3 sind verschiedene Planetwalzenextruder schematisch dargestellt. Allen Planetwalzenextrudern der1 bis3 ist gemeinsam, daß sie aus verschiedenen Extruderabschnitten/Modulen zusammengesetzt sind. Dabei sind vier Extruderabschnitte/Module1 ,2 ,3 ,4 vorgesehen. Jeder der Extruderabschnitte/Module1 ,2 ,3 ,4 sind mit einer gemeinsamen Zentralspindel versehen. Die nicht dargestellte Zentralspindel durchdringt alle Extruderabschnitte/Module. Um die Zentralspindel laufen jeweils sechs Planetspindeln um. Die Planetspindeln des Extruderabschnitts/Moduls1 besitzen eine unterschiedliche Länge. Dies erleichtert den Materialeinzug in den Extruderabschnitt/Modul1 . In Umfangsrichtung gesehen ist jede zweite Planetspindel kürzer bzw. länger als die vorhergehende Planetspindel. Der Unterschied beträgt 59 mm bei einer maximalen Länge von 399 mm. Dabei haben im Ausführungsbeispiel jeweils drei Planetspindeln gleiche Länge. In anderen Ausführungsbeispielen können andere Längen und andere Längenunterschiede vorgesehen sein. Alle Planetspindeln besitzten durchgehend eine Standardverzahnung. In anderen Ausführungsbeispielen können die Planetspindeln ganz oder teilweise mit einer Sonderverzahnung versehen sein. Die Standardverzahnung ist eine Evolventen-Schrägverzahnung. Mit ihrer Verzahnung kämmen die Planetspindeln mit der Verzahnung der angetriebenen Zentralslpindel, so daß sich deren Drehmoment auf die Planetspindeln überträgt. - Zu den Extruderabschnitten/Modulen gehören auch zylindrische Gehäuse, die an den Enden mit Flanschen versehen sind und durch Spannschrauben an den Flanschen miteinander verbunden sind. Die zylindrischen Gehäuse sind innen mit Buchsen versehen. Die Buchsen besitzen innen eine Verzahnung, mit der die um die Zentralspindel umlaufenden Planetspindeln kämmen können. Außen besitzen die Buchsen Kühlkanäle. Sobald die Buchsen in den Extruderabschnitten positioniert sind, verschließen die Gehäuse die in den Buchsenaußenmantel eingearbeiteten Kühlkanäle außen. Das an einem Gehäuse-Ende in die Kanäle gedrückte Temperierungsmittel wird gezwungen, am anderen GehäuseEnde auszutreten. Die Zuleitungen und Ableitungen für das Temperierungsmittel sind mit
6 bezeichnet. Je nach Bedarf wird mit dem Temperierungsmittel Wärme in den Planetwalzenextruder eingetragen oder Wärme aus dem Planetwalzenextruder abgeführt. In geeigneten Kühl/Heizgeräten7 und8 wird dem Temperierungsmittel die gewünschte Wärme aufgeladen oder die nicht gewünschte Wärme entzogen. Das Temperierungsmittel für die Extruderabschnitte1 ,2 ,3 ist Öl. Mit dem Öl kann im Ausführungsbeispiel bis 300 Grad Celsius temperiert werden. Im öltemperierten Bereich des Extruders findet eine Devulkanisierung von Gummipartikeln und Mischung mit Bitumen statt. Das Temperierungsmittel für den Extruderabschnitt4 ist Wasser. Mit dem Wasser kann im Ausführungsbeispiel bis 220 Grad Celsius temperiert werden. Im wassertemperierten Bereich findet eine Abkühlung der Mischung auf Austrittstemperatur statt. - Jeder Planetwalzenextruderabschnitt ist mit einem Anlaufring versehen. Der Anlaufring ist bei den Extruderabschnitten
1 ,2 ,3 Bestandteil einer Ringkonstruktion9 . Zu der Ringkonstruktion gehören auch ein Dispiergierungsring und ein Ring zur Messung von Druck und Temperatur. Die Ringkonstruktion befindet sich am Ende jedes Extruderabschnittes1 ,2 ,3 . In der Ringkonstruktion ist der Anlaufring planetspindelseitig angeordnet, so daß die umlaufenden Planetspindeln an dem Anlaufring gleiten können. Der Dispergierring ist an der gegenüber liegenden Seite der Ringkonstruktion angeordnet. Während der Innendurchmesser des Anlaufringes größer als der Durchmesser der Planetspindelumlaufbahn um die Zentralspindel ist, ist der Innendurchmesser des Dispergierringes kleiner als der Außendurchmesser der Zentralspindel. Das wird möglich, weil die Zentralspindel an der Stelle eine Nut aufweist, so daß der Dispergierring in diese Nut greifen kann. Dabei bleibt jedoch ein Spalt für den Materialdurchtritt offen. Zur Montage des Dispergierringes ist dieser mehrteilig ausgebildet, so daß er um die Zentralspindel herum zusammen gesetzt werden kann. Im Ausführungsbeispiel ist zwischen dem Anlaufring und dem Dispergierring ein Zwischenring vorgesehen, an dem Meßsonden für die Druckmessung und Temperaturmessung angebracht werden können. Der Zwischenring besitzt dazu Bohrungen, Durchgangsbohrungen für die Druckmessung und Sacklöcher für die Temperaturmessung. - Der Extruderabschnitt
4 ist nur mit einem nicht dargestellten Anlaufring versehen. - Den Extruderabschnitten/Modulen
1 ,2 ,3 ,4 ist ein Füllteil5 vorgeordnet. Das Füllteil ist eine herkömmliche Einschnecke. Das heißt in diesem Bereich ist die Zentralspindel als Einschnecke ausgebildet. Das Füllteil besitzt auch ein Gehäuse. Das Gehäuse umschließt die Einschnecke mit einem für deren Drehbewegung notwendigen Spiel. Durch den Gehäusemantel führt eine Beschickung10 für Altgummi und SBS. Der Gehäusemantel ist ähnlich wie der Extruderabschnitt4 mit einer Wasserkühlung versehen. Dabei sitzt in dem Gehäuse gleichfalls eine außen mit Kühlkanälen versehene Buchse. Innen ist die Buchse aber glatt, ohne Verzahnung. Das als Einschnecke ausgebildete Füllteil kann großen Druck aufbauen. - Zwischen dem Füllteil
5 und dem Extruderabschnitt1 ist ein Einspritzring11 vorgesehen, mit dem die aus dem Füllteil austretende Gummi- und SBS-Masse mit Bitumen benetzt wird. Das Bitumen wird mit einer Pumpe und einer Temperatur von 160 Grad Celsius eingespritzt. Eine zweite Einspritzstelle12 für Bitumen befindet sich am Extruderabschnitt3 . Der Extruderabschnitt4 ist mit einer Entgasung13 versehen. Die aus dem Extruder austretende Mischung wird einer temperierten Schmelzepumpe14 zugeführt, welche die Mischung in eine Unterwassergranulierung15 drückt. Die Granulierung erfolgt unter Wasser. Das Granulat erfährt dadurch sofort eine intensive Kühlung. - Der Extruder ist mit einem Antrieb
16 versehen. Die Zentralspindel ragt dabei mit einem Ende17 aus dem Antrieb heraus. Das Ende17 zeigt die Verbindung der Zentralspindel mit einer Temperierung, wobei als Temperierungsmittel Öl vorgesehen ist. - Das bei
10 gemeinsam in den Extruder aufgegebene Gummi und SBS ist fein gemahlen. Es ist im Ausführungsbeispiel ein Gesamt-Mengenanteil von Gummi und SBS von 50% an der Mischung (Gummi/SBS/Bitumen) vorgesehen. In anderen Ausführungsbeispielen ist ein höherer Gesamtmengenanteil vorgesehen. Im Ausführungsbeispiel entfallen davon 20% Gesamtmengenanteil auf das Gummi, in anderen Ausführungsbeispielen mehr auf das Gummi; der Rest auf SBS. Der für das Bitumen verbleibende Mengenanteil von 50% wird in zwei Stufen zugegeben; in der ersten Stufe 15%, in anderen Ausführungsbeispielen mehr oder weniger; der restliche Bitumenanteil in der zweiten Stufe. Nach der Benetzung der Gummi- und SBS-Partikel mit Bitumen durch Einspritzung mittels Einspritzring11 findet eine intensive Verformung der Partikel in den beiden Extruderabschnitten1 und2 zwischen den Zähnen von Gehäuse, Planetspindeln und Zentralspindeln sowie beim Durchtritt an dem von den Dispergierringen frei gelassenen Spalt statt. Zugleich wird die Teperatur der Mischung zwischen 270 und 300 Grad Celsius gehalten. Dabei erfährt das Gummi eine weitgehende Devulkanisierung. Die notwendige restliche Devulkanisierung erfolgt unter Zugabe der restlichen Bitumenmengen im Extruderabschnitt3 . Entstehendes/eingeschlossenes Gas wird im Extruderabschnitt4 abgezogen. In der aus dem Extruder austretenden Mischung ist das Bitumen im Gummi gelöst bzw. das Gummi im Bitumen gelöst. - Das angefallene Granulat wird getrocknet und bei Bedarf in einem beheizten Behälter wieder erwärmt und mit üblichen Asphaltzuschlägen versetzt. Bei vergleichbarer Weiterverarbeitung zeigt das erfindungsgemäße Asphalt viel bessere Eigenschaften als herkömmliches Asphalt.
- Das Ausführungsbeispiel nach
2 unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel nach1 dadurch, daß anstelle der gemeinsamen Materialaufgabe von Gummi und SBS getrennte Materialaufgaben20 und21 für Gummi und SBS vorgesehen sind. Ferner ist anstelle der Unterwassergranulierung eine Runddüse22 vorgesehen. - Über die Runddüse kann die Mischung einer beliebigen Verwendung zugeführt werden, zum Beispiel unmittelbar in einen Mischer zum Einmischen weiterer Asphaltzuschläge, insbesondere von Splitt und Sand.
- Das Ausführungsbeispiel nach
3 unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel nach2 dadurch, daß die Einspritzung25 restlichen Bitumens nicht mehr zwischen den Extruderabschnitten2 und3 sondern zwischen den Extruderabschnitten1 und2 erfolgt. - ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Claims (16)
- Verfahren zur Herstellung von Fahrbahnen mit einer Asphaltschicht als Deckschicht und/oder als Tragschicht und/oder als Verbindungsschicht zwischen Tragschichten, wobei der Asphalt mindestens einen Bitumenbestandteil aufweist, dessen Bitumen aus natürlichem und/oder synthetischen Bitumen besteht, wobei das Bitumen durch die Einarbeitung von Kautschuk oder dergleichen nicht thermoplastischen Elastomeren modifiziert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Kautschuk und die Elastomere in einem temperierbaren Planetwalzenextruder mastiziert und mit dem Bitumen vermischt werden, wobei der Planetwalzenextruder aus einer verzahnten, angetriebenen Zentralspindel, verzahnten Planetspindeln und einem innen verzahnten einteiligen oder mehrteiligen Gehäuse besteht und die Planetspindeln gleichzeitig mit der Zentralspindel wie auch mit dem innen verzahnten Gehäuse kämmen, so daß die Planetspindeln um die Zentralspindel in dem Gehäuse umlaufen, und wobei der Planetwalzenextruder mit mindestens einem Dispergierring versehen ist, dessen Innendurchmesser kleiner als der Durchmesser der Umlaufbahn ist, welchen die Planetspindeln mit ihren Mittelachsen beim Umlauf beschreiben.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kautschuk und/oder die nicht thermoplastischen Elastomere am Anfang des Extruders aufgegeben werden und das Bitumen danach stufenweise in den Extruder aufgegebenen wird.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit den nicht thermoplastischen Elastomeren auch Altgummi vermischt wird, welches a) vor der Zugabe devulkanisiert worden ist oder b) nach der Zugabe im Planetwalzenextruder soweit devulkanisiert wird, daß seine Plastizität der von mastiziertem Kautschuk bzw. der mastizierten Elastomere entspricht
- Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Devulkanisierung und Mastizierung mindestens zu 1/3, vorzugsweise zu 2/3 und noch weiter bevorzugt insgesamt allein mit dem Planetwalzenextruder bewirkt wird.
- Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß SBS gemeinsam mit dem Altgummi in Mischung mit dem Bitumen gebracht wird, wobei SBS und Gummi in ein Füllteil des Planetwalzenextruders aufgegeben werden und von der vorgesehenen Bitumenmenge 5 bis 30%, vorzugsweise 10 bis 20% nach dem Füllteil und vor den Planetspindeln in den Planetwalzenextruder aufgegeben werden und wobei die Restmenge des Bitumens in einer weiteren oder in mehreren weiteren Stufen in den Planetwalzenextruder aufgegeben werden.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Devulkanisierungsbereich mit einer Temperatur von 270 bis 310 Grad Celsius gearbeitet werden.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Mastizierungsbereich mit einer Temperatur von 180 bis 220 Grad Celsius gearbeitet wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Bitumen mit einer Temperatur von 160 Grad Celsius plus/minus 10 Grad Celsius in den Planetwalzenextruder gespritzt wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Planetwalzenextruders mit Dispergierringen, deren Innendurchmesser kleiner als der Außendurchmesser der Zentralspindel ist, wobei für die Dispergierringe in der Zentralspindel eine Nut vorgesehen ist, in welche die Dispergierringe greifen, wobei die Nut einen Spalt läßt, durch den die Mischung hindurchgedrückt werden kann.
- Verfahren nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Planetwalzenextruder, dessen Dispergierringe zusammen mit den Anlaufringen und/oder mit Ringen zum Kühlen und/oder mit Ringen zum Einspritzen von Bitumen oder anderen Flüssigkeiten und/oder mit Ringen zur Messung von Druck und/oder Temperatur eine Ringkonstruktion bilden.
- Verfahren nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch die Verwendung von Planetwalzenextrudern die aus verschiedenen Planetwalzenextruderabschnitten zusammen gesetzt sind, wobei die Ringkonstruktion zwischen zwei Extruderabschnitten vorgesehen ist, deren Gehäuse mit Flanschen versehen sind und an den Flanschen miteinander verspannt sind, wobei die Ringkonstruktion zwischen den Flanschen eingespannt wird.
- Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß bei stufenweiser Bitumen-Einspritzung durch Ringe und bei Verwendung eines aus Extruderabschnitten zusammengesetzten Planetwalzenextruders der Ring für die erste Einspritzung zwischen dem Füllteil und dem ersten Planetwalzenextruderabschnitt angeordnet ist und daß der Ring für die nachfolgende Bitumeneinspritzung am Ende eines nachfolgenden Planetwalzenextruderabschnittes erfolgt.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung nach dem Austritt aus dem Planetwalzenextruder granuliert wird, vorzugsweise mit einer Unterwassergranulierung granuliert wird.
- Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Granulate zur Mischung mit Asphaltzuschlägen wie Splitt und Sand in einem beheizten Behälter wieder erwärmt und mit den Asphaltzuschlägen verrührt werden.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung in einer Hitze mit den Asphaltzuschlägen verrührt wird.
- Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß dem Asphalt ein Vernetzungsmittel zugesetzt wird und daß das Vernetzungsmittel nach der Asphaltverdichtung in dem Fahrbahnaufbau aktiviert wird.
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