DE102019110657A1

DE102019110657A1 - Verfahren zur Einhaltung von Frischbetontemperaturen

Info

Publication number: DE102019110657A1
Application number: DE102019110657.5A
Authority: DE
Inventors: Marcel Brouns
Original assignee: Air Liquide Deutschland GmbH
Current assignee: Air Liquide Deutschland GmbH
Priority date: 2019-04-25
Filing date: 2019-04-25
Publication date: 2020-10-29
Also published as: US20220194866A1; EP3959054A1; EP3959054B1; WO2020216940A1

Abstract

Zur Bereitstellung eines Batchs Frischbeton mit einer gewünschten Temperatur an einem Lieferort wird bei der Produktion des Batchs mindestens ein Schritt zur Kühlung des Zements oder des Zuschlagstoffs oder des Zugabewassers oder des Frischbetons durchgeführt unter Berücksichtigung von Informationen zu einem früher produzierten Frischbetonbatch.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zur Bereitstellung von Frischbeton mit einer vorgegebenen Temperatur, wobei das Verfahren mindestens einen Verfahrensschritt zur Kühlung des Zements oder des Zuschlagstoffs oder Zugabewassers oder des Frischbetons umfasst.
Beton ist typischerweise ein Gemisch aus Zement, welches als Bindemittel fungiert, und einer Gesteinskörnung als Zuschlagstoff, bei welchem das Zugabe- oder Anmachwasser den chemischen Vorgang des Abbindens, also des Erhärtens des flüssigen Betons, einleitet. Der zunächst flüssige Beton wird auch als Frischbeton bezeichnet, wohingegen der erhärtete Beton als Festbeton bezeichnet wird. Dem noch flüssigen (Frisch-)Beton können weitere Zusatzstoffe hinzugefügt werden, mit denen verschiedene Eigenschaften des Betons beeinflusst werden können.
Die Eigenschaften des Festbetons hängen zum einen von den Zutaten des Gemischs ab, also von dem Zementanteil, von dem Zuschlagstoff sowie dem Zugabewasser und den Betonzusatzstoffen ab.
Bei der Verarbeitung des Frischbetons sind Temperaturgrenzen einzuhalten, insbesondere vor dem Hintergrund steigender Umgebungstemperaturen. Einerseits darf die Temperatur des Frischbetons nicht weniger als 0 °C betragen, da anderenfalls das Zugabewasser Eis bilden kann. Andererseits soll die Temperatur des Frischbetons typischerweise nicht über 30° C liegen, weil höhere Temperaturen zu einer geringeren Festigkeit des erhärteten Betons, also des Festbetons, führen. In jüngerer Zeit wird daher häufig die maximal erlaubte Frischbetontemperatur vorgegeben, um eine gewünschte Mindestfestigkeit des Festbetons gewährleisten zu können.
Vor dem Einbringen des Frischbetons in die Schalung, also in die Gussform, ist daher sicherzustellen, dass die Temperatur des einzufüllenden flüssigen Frischbetons innerhalb eines vorgegebenen Temperaturintervalls liegt, insbesondere eine vorgegebene Maximaltemperatur nicht überschreitet.
Das Kühlen von Frischbeton vor dem Gießen in die Schalung ist aus dem Stand der Technik bekannt. Niedrige Temperaturen haben hinsichtlich des Erhärtens eine verzögernde Wirkung, hohe Temperaturen beschleunigen hingegen das Erhärten des Betons. In der Literatur wird daher für die Einbautemperatur des Frischbetons ein Temperaturbereich von +5°C bis +30°C empfohlen. Dieses führt dazu, dass beispielsweise bei hohen Umgebungstemperaturen die Temperatur des Frischbetons am Lieferort (point-of-use) höher als der zulässige Bereich sein kann. Demzufolge ist sicherzustellen, dass die Temperatur des Frischbetons am Lieferort unterhalb eines vorgegebenen Maximalwerts liegt. Dazu kann eine Kühlung erforderlich sein.
Die EP 1 749 767 A2 beschreibt ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zum Kühlen von Zement in einer Förderanlage und bevor der Zement als Bindemittel dem Gemisch zugefügt wird, wobei der pulverförmige Zement beim Eintreten in ein Misch-Lagerungssilo von einem Strahl Kühlmedium, beispielsweise Stickstoff, umhüllt ist. Der pulverförmige Zement vermischt sich dann mit dem Kühlmedium, sodass das Kühlmedium den Zement kühlt. Auf diese Weise wird ein Bestandteil des Frischbetons, nämlich der Zement, vor dem Vermischen gekühlt, sodass die Temperatur des Frischbetons dadurch gesenkt werden kann. Weil der Anteil des Zements an dem Beton begrenzt ist, ist die maximal mögliche Temperatursenkung entsprechend begrenzt.
Aus der DE 102006047261 A1 ist die Verwendung eines Wirbelschneckenkühlers für einen Teilstrom der Zuschlagstoffe bekannt, wobei der Wirbelschneckenkühler mit flüssigem Stickstoff gekühlt wird, sodass der durch den Wirbelschneckenkühler geförderte Zuschlagstoff darin gekühlt wird, bevor der Zuschlagstoff dem Frischbeton zugesetzt wird. Da auch hierbei nur ein Anteil des Frischbetons gekühlt wird, ist die damit erreichbare Temperaturabsenkung ebenfalls begrenzt.
Ebenso ist bekannt, dass nicht ein Zuschlagstoff, sondern das Zugabewasser vor dem Vermischen mit den anderen Frischbetonbestandteilen gekühlt werden kann, um die Temperatur des Frischbetongemischs abzusenken. Da auch hier die maximal hinzugebbare Menge des Wassers begrenzt ist, ist wiederum der erreichbare Kühlungseffekt begrenzt. Weiterhin ist aus der DE 10054563 A1 bekannt, dass dem Frischbeton Wasser in Form von Eis oder Schnee zugegeben werden kann, um das Gemisch in dem Mischer zu kühlen.
Ebenso ist bekannt, dass Frischbeton während des Transports in einem sogenannten Fahrmischer durch Zugabe von flüssigem Stickstoff (LIN) signifikant abgekühlt werden kann. Diese Methode ist zwar flexibel und hat nur geringe Einflüsse auf die Zusammensetzung des Frischbeton-Gemischs, jedoch erfordert dies eine entsprechende Vorrichtung die zusätzlichen Platz benötigt und ein hohes Maß an Flexibilität für den Produktionsprozess und die Lieferkette benötigt.
Die oben beschriebenen Verfahren ermöglichen zwar die Temperaturabsenkung des Frischbetongemischs, jedoch ist diese häufig nicht ausreichend, wenn beispielsweise nur eine Komponente des Gemischs gekühlt wird bzw. ist das Kühlen des Frischbetons in einem Fahrmischer aufgrund der notwendigen Kühleinrichtung aufwändig, zeitintensiv und teuer.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren näher beschrieben, wobei

1 eine schematisch dargestellte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, und
2 eine schematische Darstellung der Verfahrensschritte zeigt.

1 zeigt eine schematische Vorrichtung 100 zur Herstellung von Frischbeton gemäß dem nachfolgend beschrieben Verfahren. Die Vorrichtung 100 umfasst einen Mischer 110, dem Zement aus einem Silo 120 und Zuschlagstoff von einem Lagerort 130 sowie Zugabewasser aus einer Zuführung zugeführt werden können. Das Zuführen des Zements sowie des Zuschlagstoffs, des Zugabewassers sowie möglicher weiterer Zuschlagstoffe sowie die weiteren unten beschriebenen Schritte werden dabei von einer Steuereinheit 140 gesteuert, wobei die Steuereinheit die Mengen sowie Temperaturen jeweils steuert, wie nachfolgend beschrieben. Die Steuereinheit 140 umfasst einen Datenspeicher, beispielsweise in Form einer Datenbank. Weiterhin ist die Steuereinheit mindestens mit den nachfolgend beschriebenen Messfühlern, insbesondere Temperaturfühlern, kommunikativ verbunden, sodass sie Informationen über mindestens die Temperatur des Zements, des Zuschlagstoffs und des Zugabewassers sowie gegebenenfalls der Temperatur eines weiteren Zusatzzuschlagstoffs kann.
Die Steuereinheit 140 ist auch dazu eingerichtet und mit den entsprechenden Silos 110, Lagerbehältern und Leitungen verbunden, um die Zugabe des Zements, des Zuschlagstoff sowie des Zugabewassers in den Mischer 110 hinsichtlich des Zeitpunkts und der Mengen zu steuern, sodass die Zugabe der für einen Batch Frischbeton benötigten Mengen an Zement und Zuschlagstoffen von der Steuereinheit 140 hinsichtlich der Zeit und der Menge jeweils gesteuert werden kann.
Weiterhin ist die Steuerungseinheit dazu eingerichtet und vorgesehen, die Kühlung des Zements in dem Silo 120, das Kühlen des Zugabewassers sowie das Kühlen des Zuschlagstoffs, das Zugeben eines Kühlmittels, insbesondere von flüssigem Stickstoff, in einen Betonmischer sowie das Kühlen von Frischbeton in einem Transportmischer zu regeln und zu steuern. Die Steuerungseinheit 140 ist dazu mit den dazu vorgesehenen Einrichtungen, also einer Kühleinrichtung an dem Silo 120, einer Kühleinrichtung für des Zugabewasser, einer Kühleinrichtung für den Zuschlagstoff sowie einer Kühleinrichtung an dem Mischer 110 kommunikativ verbunden und kann diese jeweils steuern.
Das Silo 120 weist einen Messfühler zur Ermittlung der Temperatur des Zements in dem Silo auf. Der Messfühler ist mit der Steuereinheit 140 kommunikativ verbunden und dazu eingerichtet und vorgesehen die Temperatur des in dem Silo gelagerten Zements an die Steuerung zu übertragen, sodass die Steuerung die Temperatur des Zements bei den Schritten zur Erzeugung des Frischbetons berücksichtigen kann. Weiterhin weist das Silo eine Einrichtung zur Kühlung des Zements auf, wobei diese Einrichtung von der Steuereinheit 140 gesteuert werden kann. Die Steuereinheit kann damit für einen zu produzierenden Batch Frischbeton die Menge des Zements sowie den Zeitpunkt der Zugabe der Zementmenge in den Mischer steuern, und kann weiterhin diese Zementmenge kühlen. Geeignete Verfahren zur Kühlung von Zement sind aus dem Stand der Technik bekannt.
Der Lagerort 130 für den Zuschlagstoff weist ebenfalls einen Messfühler zur Messung der Temperatur des Zuschlagstoffs auf bevor dieser einer Kühlung zugeführt wird, wobei auch dieser Messfühler kommunikativ mit der Steuereinheit 140 verbunden ist. Der Messfühler sowie die Steuereinheit sind auch dazu eingerichtet und vorgesehen, die Temperatur des Zuschlagstoffs vor dem Einbringen des Zuschlagstoffs in den Mischer bzw. den Mischraum des Mischers zu messen und der Steuereinheit mitzuteilen, sodass die Steuereinheit die Temperatur des Zuschlagstoffs nach berücksichtigen kann. Weiterhin weist der Lagerort 130 eine Einrichtung zur Kühlung des Zuschlagstoffs, beispielsweise Sand oder Kies, auf, wobei die Einrichtung zur Kühlung ebenfalls mit der Steuereinheit 140 verbunden ist, sodass die Steuereinheit 140 die für einen Batch Frischbeton benötigte Menge an Zuschlagstoff steuern und den Zuschlagstoff kühlen kann, wobei die Steuereinheit basierend auf der Temperatur des Zuschlagstoffs vor dem Kühlen ermitteln kann, ob eine Kühlung zum Erreichen einer gewünschten Temperatur des Zuschlagstoffs notwendig ist. Weiterhin kann sind die Kühleinrichtung des Lagerorts 130 sowie die Steuerung 140 dazu eingerichtet, die Menge eines zur Kühlung des Zuschlagstoffs notwendigen Kühlmittels so zu bemessen, dass der Zuschlagstoff eine gewünschte Temperatur aufweist, bevor dieser dem Mischer 110 zugeführt wird.
Die Zuführung des Zugabewassers weist ebenso einen ersten und zweiten Temperaturfühler sowie eine Kühleinrichtung auf, die jeweils mit der Steuereinheit verbunden sind, sodass die Steuereinheit eine Information über die Temperatur des Zugabewassers vor und nach einer eventuellen Kühlung erhält. Die Kühleinrichtung sowie die verbundene Steuereinheit 140 sind weiterhin dazu eingerichtet, die Menge des Zugabewassers, welcher einer Charge zu produzierenden Frischbetons hinzuzufügen ist, zu steuern. Weiterhin sind die Steuereinheit 140 und die Zuführung des Zugabewassers dazu eingerichtet, die Kühlung des Zugabewassers so zu steuern, dass das Zugabewasser auf eine gewünschte Temperatur heruntergekühlt werden kann.
Der Mischer 110 weist ebenfalls einen Messfühler zur Messung der Temperatur des Frischbetons in dem Mischraum auf, wobei der Messfühler mit der Steuereinheit 140 kommunikativ verbunden ist. Der Messfühler in dem Mischraum und entsprechend die Steuereinheit 140 sind dazu eingerichtet und vorgesehen die Temperatur des Frischbetons in dem Mischraum des Mischers 110 zu messen und die gemessene Temperatur der Steuereinheit 140 mitzuteilen. Weiterhin weist der Mischer eine Einrichtung zur Kühlung des Frischbetons auf, der sich gerade in dem Mischraum befindet, wobei die Einrichtung eine Kühlung insbesondere durch Zugabe eines Kühlmittels, insbesondere Stickstoff und besonders bevorzugt flüssigen Stickstoffs, sein kann. Der Mischer 110 sowie die Steuerung 140 sind dazu eingerichtet und vorgesehen, die Temperatur einer Charge
Der Fahrmischer 150 umfasst einen Temperaturfühler zum Messen der Temperatur des transportierten Frischbetons, wobei der Temperaturfühler mobil kommunikativ mit der Steuereinheit verbunden ist. Der Temperaturfühler kann auch ein optisches, manuelles Messinstrument sein. Der Temperaturfühler ist dafür eingerichtet und vorgesehen die Temperatur des eingefüllten Frischbetons zu messen und den Wert an die Steuereinheit 140 zu senden, wobei für die Datenübertragung während des Fahrens des Fahrmischers beispielsweise ein beliebiger Mobilfunkstandard verwendet werden kann. Auf diese Weise kann die Temperatur während des Transports des Frischbetons der Steuereinheit mitgeteilt werden. Weiterhin ist der Fahrmischer 150 dazu eingerichtet und vorgesehen, dem Fahrzeugführer die Temperatur der gerade transportierten Charge Frischbeton anzuzeigen. Der Fahrmischer 150 umfasst weiterhin eine Zeitmesseinrichtung und ein Außenthermometer zur Erfassung der Transportdauer sowie der Umgebungstemperatur um den Fahrmischer herum. Ebenso wie die Temperatur des Frischbetons ist der Fahrmischer dazu eingerichtet und vorgesehen, sowohl die Außentemperatur als auch die Fahrzeit vom Einfüllen des Frischbetons in den Fahrmischer bis zum Lieferort (point-of-use) an die Steuereinheit zu melden.
Die Steuereinheit 140 erhält auf diese Weise die Temperaturwerte des Zements, des Zuschlagstoffs, des Zugabewassers und eines möglichen Zusatzzuschlagstoff bevor diese in den Mischraum des Mischers 110 gegeben werden. Weiterhin erhält die Steuereinheit die Temperaturwerte des Frischbetons während des Mischvorgangs und beim Einfüllen in den Fahrmischer, sowie die Temperaturwerte des Frischbetons in dem Fahrmischer während des Transports zum sowie am Lieferort, ebenfalls die Werte der Umgebungstemperatur des Fahrmischers und die Dauer des Transports vom Einfüllen aus dem Mischer 110 bis zum Lieferort. Diese Informationen zu einer Charge von Frischbeton werden der Steuereinheit 140 zugeführt und dort zu der Charge gespeichert. Zur Speicherung der bereitgestellten Daten weist die Steuereinheit ein entsprechend geeignetes Speichermittel auf, welches eine Vielzahl von entsprechenden Datensätzen speichern und der Steuereinheit bereitstellt.
Optional kann der Fahrmischer 150 Daten zur thermischen Isolierung seiner Mischtrommel an die Steuereinheit 140 übertragen, welche ebenso zu der transportierten Charge von Frischbeton gespeichert wird.
Ebenso können Daten zur Wettervorhersage und Verkehrsvorhersage an die Einheit 140 übertragen werden, um auch diese Daten in die Berechnung der Art und Menge der Kühlung heranzeihen zu können.
Zur Ermittlung der für eine zu produzierende Charge Frischbeton am besten geeigneten Kühlung kann die Steuerung somit auf eine Vielzahl gespeicherter Datensätze zu früher produzierten Chargen von Frischbeton zugreifen, sodass die Ermittlung der notwendigen bzw. am besten geeigneten Kühlung einer zu produzierenden Charge Frischbeton nicht nur basierend auf den aktuellen Temperaturen des Zements, des Zuschlagstoffs und -wassers sowie der Außentemperaturen, der voraussichtlichen Transportzeit usw., sondern auch auf Erfahrungswerten beruhen kann. Insbesondere kann das Verfahren, welches für die Ermittlung der Kühlung verwendet wurde, anhand der zu einer Charge Frischbeton gespeicherten Daten verbessert werden. Die Bereitstellung der Temperatur des Frischbetons während des Transports in dem Fahrmischer sowie der Temperatur zum Auslieferungszeitpunkt implementiert damit eine Rückkopplungsschleife, auch wenn diese die Daten nur zeitversetzt liefert und die Temperatur des Frischbetons während des Transports nicht mehr unmittelbar beeinflusst werden kann, sondern allenfalls nochmal gekühlt werden kann, wie unten beschrieben.
2 zeigt in schematischer Ansicht die Verfahrensschritte, welche von der Vorrichtung ausgeführt werden, wobei die Steuereinrichtung 140 sowohl die erzeugten Daten zu einer Charge Frischbeton entgegennimmt als auch entsprechende Daten früherer Frischbetonchargen zur Steuerung der Verfahrensschritte heranzieht.
Eine Charge Frischbeton, in der Verfahrenstechnik und im Nachfolgenden auch Batch (engl. für Füllung) genannt, bezeichnet dabei eine Betonmenge, die in einer Mischung produziert wurde. Für den Fall, dass die Temperatur des Betons am Lieferort möglicherweise ohne Kühlung eingehalten werden kann, weil sämtliche Anteile des Frischbetons beispielsweise ausreichend kalt und ebenso die Umgebungstemperaturen ausreichend kühl sind oder die Temperatur des Frischbetons unbeachtlich und damit beliebig ist, findet keine Kühlung des Betons oder seiner Bestandteile statt. In einem solchen Fall werden lediglich die ermittelten Temperaturen des Zements, des Zuschlagstoffs, des Zugabewassers und möglicher Zusatzzuschlagstoffe sowie die Temperatur des Frischbetons am Ort der Auslieferung sowie zum Zeitpunkt der Auslieferung ermittelt und der Steuereinheit 140 bereitgestellt. Zur Übermittlung der gemessenen Temperaturen und der weiteren Produktionsparameter ist die Steuereinheit dementsprechend mit den jeweiligen Temperatursensoren kommunikativ verbunden, in 2 sind die jeweiligen Datenübertragungen durch strichlinierte Pfeile schematisch dargestellt.
Das Verfahren beginnt, siehe Schritt 200, mit der Ermittlung der Temperaturen aller wesentlichen Bestandteile des späteren Frischbetons. Dazu werden die jeweilige Temperatur des Zements, des Zuschlagstoffs sowie des Zugabewassers und möglicher weiterer Zuschlagstoffe ermittelt und an die Steuerung 140 übertragen, sodass die Steuerung die Information über die aktuellen Temperaturen aller Mischungsbestandteile vor dem ersten Mischen hat. Weiterhin hat die Steuerung Informationen über die am Zielort gewünschte Temperatur bzw. den zulässigen Temperaturbereich, sowie auf die Außentemperatur während des geplanten Transports zum Ort der Lieferung. Basierend auf mindestens diesen Informationen ermittelt die Steuerung, ob eine Kühlung in mindestens einem Verfahrensschritt notwendig ist.
Falls die Temperatur des Betons am Ort der Lieferung, d.h. am sog. Point-Of-Use, einen vorgegebenen Maximalwert nicht überschreiten soll und zur Einhaltung des zulässigen Temperaturbereichs eine Kühlung notwendig ist, so wird in einem ersten und optional während der weiteren Produktionsschritte in mehreren Schritten geprüft, ob eine Kühlung der Anteile des Betons, also des Zements, des Zuschlagstoffs und des Zugabewassers und/oder der Mischung notwendig ist, sodass die Temperatur des Batchs unter der gewünschten Maximaltemperatur bleibt.
Bekanntermaßen wird Beton im Batchbetrieb produziert, auch Chargenprozess genannt. Eine solche Batchproduktion ist dabei ein diskontinuierliches Produktionsverfahren, bei dem eine bestimmte Menge des gewünschten Produktionsstoffs, hier Frischbeton, durch Vermischen der jeweiligen Anteilsmengen/Zutaten des Frischbetons in einem Mischer erzeugt wird. Demzufolge ist für jeden Batch basierend auf den jeweiligen Anforderungen und ermittelten Temperaturen individuell zu entscheiden, welche Schritte zur Kühlung und gegebenenfalls mit welcher Menge an Kühlmittel durchzuführen sind, um eine gewünschte/zulässige Temperatur des Frischbetons am Lieferort sicher einhalten zu können, wobei gleichzeitig die Menge des Kühlmittels bestmöglich eingesetzt werden soll.
Dabei kann an verschiedenen Stellen entschieden werden, ob gekühlt werden soll, wie nachfolgend beschrieben.
In dem Verfahren zur Produktion eines Batchs bzw. einer Charge kann bei jeder Entscheidung, ob eine Kühlung für den Batch und gegebenenfalls in welchem Maße notwendig ist, jeweils auch ein entsprechender Vergleichswert eines vergleichbaren früher produzierten Batchs berücksichtigt und einer Datenbank der Steuerung 140 entnommen werden.
Die Vorrichtung bzw. das System zur Produktion umfasst in der Steuereinheit 140 demenentsprechend eine geeignete Datenbank, in welcher Daten zu bereits produzierten und zu einem Lieferort transportierten Batches gespeichert sind, wobei für einen jeweiligen Batch mindestens die jeweilige Menge und Temperatur des Zements, des Zuschlagstoffs und des Zugabewassers vor dem Einbringen in den Mischer, die Temperatur des Batches nach dem Vermischen im Mischer, die tatsächliche Transportdauer vom Mischer zum Lieferort, die Umgebungstemperatur und die Temperatur des Betons zum Zeitpunkt der Lieferung gespeichert sind.
Weiterhin umfasst das System eine Zeitmesseinrichtung, welche mindestens die Zeit von dem Einfüllen des Batchs in das Transportfahrzeug bis zur Lieferung des Batchs, also bis zum Leeren des Batchs erfasst und diese an die Datenbank liefert. Die Datenbank speichert zu jedem ausgelieferte Batch Frischbeton neben den erwähnten Temperaturen usw. auch die tatsächliche Transportzeit. Weiterhin umfasst das System eine Einrichtung zum Abschätzen der Transportzeit für einen noch auszuliefernden Batch Frischbeton unter Berücksichtigung des Verkehrssituation für die voraussichtliche Transportzeit, sodass das Verfahren neben den jeweiligen Temperaturen der Mischungsbestandteile auch die berechnete, voraussichtliche Transportdauer sowie die Außentemperaturen bei der Entscheidung bzgl. der Notwendigkeit des Kühlens berücksichtigt.
Für die Entscheidung des Systems, ob eine Kühlung notwendig ist, um den Frischbeton mit der gewünschten Temperatur am Lieferort übergeben zu können, kann weiterhin ein Vergleichswert einer früheren und im System gespeicherten Batchproduktion ermittelt und als Vergleichswert hinzugezogen werden. Anhand des hinzugezogenen Vergleichswerts kann die Entscheidung, nämlich ob eine Kühlung notwendig bzw. ausreichend ist, überprüft und möglicherweise geändert werden. Dabei wird aus einer Datenbank der Steuereinheit ein Datensatz ausgewählt, welcher hinsichtlich des Volumens des Frischbetonbatchs, hinsichtlich der ermittelten Temperaturen des Zements, des Zuschlagstoffs und -wassers sowie der gewünschten Temperatur des Frischbetons am Lieferort und hinsichtlich der Umgebungstemperatur sowie der voraussichtlichen Transportdauer nächstliegend, also möglichst ähnlich ist. Basierend auf dem ausgewählten Datensatz legt die Steuereinheit fest, ob und ggf. in welchem Maße einer der nachfolgend beschriebenen Verfahrensschritte zum Erreichen der gewünschten Temperatur des Frischbetons durchgeführt wird.
Falls in Schritt 210 ermittelt wird, dass eine Kühlung nicht stattfinden soll, so werden die Bestandteile des Betons, also mindestens der Zement sowie der Zuschlagstoff und das Zugabewasser, in den stationären Mischer gegeben, Schritt 220, und dort gemischt, Schritt 230. Optional kann die Temperatur des Batches Frischbeton, also der Mischung, ermittelt und zu dem Datensatz des Batches in der Steuereinheit gespeichert werden. Im Anschluss an das Mischen in dem stationären Mischer kann der Frischbeton für den Transport zu einem Lieferort in einen Fahrmischer 150 gefüllt und von diesem zu dem Lieferort transportiert werden, um dort geliefert zu werden. Optional kann während des Transports 250 und zum Zeitpunkt der Auslieferung die Temperatur des Frischbetons ermittelt, siehe Verfahrensschritt 260, an die Steuereinheit 140 übertragen und dort im Datensatz des Batchs gespeichert werden.
Falls die am Lieferort ermittelte Temperatur des Batchs über dem gewünschten oder zulässigen Temperaturwert liegt, so kann der Batch Frischbeton optional gekühlt werden, während der Frischbeton in dem Fahrmischer verbleibt. Die Kühlung 270 des Batchs Frischbeton kann in der Mischtrommel des Fahrmischers 150 durch Hinzugabe einer Menge von Kühlmittel, insbesondere flüssigem Stickstoff, bewirkt werden. Der Fahrmischer kann dazu entweder zurück zu dem Herstellbetrieb fahren, in welchem der Frischbeton in die Mischtrommel des Fahrmischers gefüllt wurde oder das Kühlmittel, vorzugsweise der flüssige Stickstoff, kann aus einer anderen Einrichtung, die in 1 nicht dargestellt ist, in die Mischtrommel des Fahrmischers gegeben werden. In einer alternativen Ausführungsform kann der Fahrmischer 150 eine entsprechende Einrichtung zum Transport und zur Eingabe des Kühlmittels in die Mischtrommel aufweisen, sodass das Kühlmittel kurz vor der Ausgabe des Frischbetons am Lieferort gekühlt und dann ausgegeben werden kann. Die Menge des für eine gewünschte Temperatur hinzuzugebenden Kühlmittels kann unter Berücksichtigung der gewünschten Temperatur, der ermittelten Temperatur, der voraussichtlichen Transportzeit bis zur Auslieferung des Batchs sowie der Umgebungstemperatur etc. und der Menge des Frischbetons insbesondere in der Steuereinheit 140 berechnet werden, wobei dazu auf die zu dem Batch Frischbeton gespeicherten Daten verwendet werden können. Insbesondere kann bei der Ermittlung der für eine gewünschte Temperatur des Frischbetons notwendige Menge an Kühlmittel auch die Information gespeicherten Datensatzes eines früheren Batchs Frischbeton berücksichtigt werden, sodass die mit einem früheren Batch gewonnenen Erfahrungswerte für die Ermittlung der notwendigen und ausreichenden Menge von Kühlmittel, insbesondere flüssigem Stickstoff, genutzt werden können. Die Temperatur des auf diese Weise heruntergekühlten Frischbetons kann kurz vor der Auslieferung wieder ermittelt und durch nochmaliges Hinzufügen von Kühlmittel nochmal gekühlt werden, bis dass die Temperatur des Frischbetons den Anforderungen entspricht.
Anderenfalls, wenn also entschieden wurde, dass eine Kühlung durchzuführen ist, wird mindestens einer der nachfolgend beschriebenen Schritte zur Kühlung des Zements oder zur Kühlung des Zuschlagstoffs oder zur Kühlung des Zugabewassers oder zur Kühlung der Mischung während des Mischens 230 im stationären Mischer durchgeführt. Es können auch mehrere Schritte zur Kühlung des Frischbetons durchgeführt werden, sodass die Kühlung in mehreren jeweils optionalen Schritten durchgeführt wird.
Die für eine gewünschte Temperatur eines Batchs Frischbeton notwendige gesamte Kühlung kann insbesondere auf die mehreren nachfolgend beschriebenen Kühlungsschritte verteilt werden, sodass in einer Ausführungsform zwei oder mehr Kühlungsschritte durchgeführt werden. Insbesondere kann die Kühlung hinsichtlich des Verbrauchs an Kühlmittel optimiert werden, wobei
Die Kühlung, also letztlich die Absenkung der erwarteten Temperatur des Frischbetons, kann in einem Schritt eine Kühlung der Mischungselemente, also des Zements und/oder eines Zuschlagstoffs, umfassen.
Falls in Schritt 290 entschieden wird, dass keine Kühlung eines Mischungselements, also des Zements oder Zugabewassers oder Zuschlagstoffs stattfinden soll, so werden die Mischungselemente in den vorbestimmten Mengen in den stationären Mischer 110 gegeben, wobei jeweils ermittelten Temperaturen des Zements und des Zugabewassers und des Zuschlagstoffs
Anderenfalls, wenn in Schritt 290 die Kühlung mindestens eines Elements der Mischung entschieden wird, wird wenigstens einer der nachfolgend beschriebenen Kühlungsschritte 300 vor oder während des Einfüllens 220 in den Mischer durchgeführt.
Entsprechende Verfahren zur Kühlung des Zements sind aus dem Stand der Technik bekannt, beispielsweise aus der DE102005037081A1 , bei dem der Zement während des Transports vom Lagerort, beispielsweise von einem Silo, zu dem stationären Mischer in Kontakt mit einem kühlenden Medium gebracht wird, beispielsweise durch Vermischen des Zements mit dem kühlenden Medium mittels einer Zweistoffdüse. Die Temperatur des Zements kann dabei vor dem Kühlvorgang ermittelt und die Menge des verwendeten Kühlmediums kann entsprechend bemessen werden. Weiterhin kann die Temperatur des Zements im Anschluss an den Kühlvorgang ermittelt und an die Steuerung 140 übertragen werden, sodass die Temperatur des gekühlten Zements in den folgenden Verfahrensschritten berücksichtigt werden kann.
Ebenso wie beim Zement kann die Temperatur des Zugabewassers ermittelt und der Steuereinheit 140 signalisiert werden. Die Vorrichtung weist dazu ein Messgerät zur Ermittlung der Temperatur des Zugabewassers auf, bevor dieses eventuell gekühlt wird, sowie Mittel zur Signalisierung einer ermittelten Temperatur des Zugabewassers an die Steuereinheit 140. Die Kühlung des Zugabewassers kann mit an sich bekannten Vorrichtungen und Verfahren bewirkt werden, beispielsweise mittels eines offenen oder geschlossenen Kältekreislaufs. Die Vorrichtung sowie das Verfahren können so eingerichtet sein, dass Temperatur des Zugabewassers auch nach dem Kühlen ermittelt und an die Steuereinheit signalisiert werden kann, sodass die Temperatur auch des gekühlten Zugabewassers bei den nachfolgenden Verfahrensschritten hinsichtlich der Temperatur des Frischbetons berücksichtigt werden kann.
Zusätzlich oder alternativ kann der Zuschlagstoff, typischerweise Sand oder Kies oder ähnliches Material, gekühlt werden, wobei hierfür herkömmliche Verfahren und Vorrichtungen verwendet werden können. So kann für die Kühlung von Sand oder Kies ein Wirbelschneckenkühler oder ein Wirbelbettreaktor verwendet werden. Im Anschluss an die Kühlung des Zuschlagstoffs wird dessen Temperatur ermittelt und an die Steuereinheit übertragen, sodass die Steuereinheit die Temperatur des in den stationären Mischer gegebenen Zuschlagstoffs bei der Steuerung der weiteren Verfahrensschritte berücksichtigen kann.
Ebenso kann ein jegliches Betonzusatzmittel, beispielsweise sogenannte Betonverflüssiger oder Fließmittel oder Beschleuniger oder Verzögerer etc., welches der Mischung während des Mischens in den stationären Mischer hinzugefügt wird, vor dem Hinzufügen bzw. Einfüllen in den Mischer 220 gekühlt werden, wobei jedenfalls die Temperatur des hinzugefügten Betonzusatzmittels vor der Hinzugabe zu der Mischung ermittelt und an die Steuereinheit 140 übertragen wird, sodass diese ebenfalls im weiteren Verfahrensablauf berücksichtigt werden kann.
Während des Mischens, Schritt 230, wird die Temperatur der Mischung fortlaufend gemessen. Die ermittelte Temperatur wird an die Steuereinheit 140 übertragen. Während des Mischens kann die Mischung in dem stationären Mischer (weiter) gekühlt werden, insbesondere durch Hinzugabe eines Kühlmittels, siehe 320, welches bevorzugt Stickstoff und besonders bevorzugt flüssiger Stickstoff ist. Dabei ist zu beachten, dass beim Einleiten von flüssigem Stickstoff Elemente des Mischers zu stark abgekühlt werden können, beispielsweise wenn Pfützen flüssigen Stickstoffs entstehen. Elemente des Mischers können durch schlagartiges und/oder sehr punktuelles starkes Abkühlen beschädigt werden. Zwar kann dies durch langsames Einleiten des flüssigen Stickstoffs verhindert werden, jedoch steht bei der Produktion eines Batchs Frischbeton die dafür benötigte Zeit typischerweise nicht zur Verfügung. Dementsprechend kann optional die maximal zugebbare Menge an flüssigem Stickstoff begrenzt oder die Rate des zugebbaren Flüssigstickstoffs kann begrenzt sein, um Schäden an dem Mischer zu vermeiden.
Auf diese Weise kann die Steuereinheit 140 die Temperatur des Frischbetons durch Hinzugabe des Kühlmittels während des Mischens verringern. Die Steuereinheit 140 kann dabei für eine jede Entscheidung, also ob ein Kühlungsschritt zur Kühlung des Zements oder des Zuschlagstoffs oder des Zugabewassers oder eine Kühlung während des Mischens in dem stationären Mischer, auf einen Datensatz eines früher produzierten Batchs Frischbeton zugreifen. Insbesondere kann die Steuereinheit so auf die Daten eines früheren, vergleichbaren Batchs Frischbeton zugreifen, für den auch bereits die Umgebungstemperatur für den Transport, die Transportdauer sowie die Temperatur des Frischbetons am Zielort gespeichert sind. Die Steuereinheit kann basierend auf den gespeicherten Daten eines früheren vergleichbaren Batchs und unter Einbeziehung der voraussichtlichen Transportdauer sowie der voraussichtlichen Umgebungstemperatur während des Transports und durch Vergleich mit den Daten eines früher produzierten Batchs Frischbeton ermitteln, ob die Temperatur des Frischbetons in dem Mischer niedrig genug ist, um den Frischbeton mit einer gewünschten (maximalen) Temperatur am Lieferort bereitstellen zu können. Insbesondere die Erwärmung des Frischbetons während des Transport in dem Fahrmischer kann basierend auf den gespeicherten Daten des früheren Batchs Frischbeton geschätzt werden, sodass basierend auf der gemessenen aktuellen Temperatur des Batchs Frischbeton ermittelt werden kann, ob der Frischbeton weiter heruntergekühlt werden muss, um eine Erwärmung während des Transports im Fahrmischer auszugleichen, sodass eine maximal zulässige oder gewünschte Temperatur nicht überschritten wird. Gegebenenfalls kann der produzierte Batch Frischbeton durch Zugabe weiteren Kühlmittels weiter gekühlt werden, beispielsweise durch Hinzugabe flüssigen Stickstoffs.
Der produzierte Batch Frischbeton wird anschließend in einen Fahrmischer umgefüllt, wobei die Temperatur des Frischbetons vor dem Einfüllen gemessen, an die Steuereinheit signalisiert wird und zu dem Batch Frischbeton gespeichert wird. Zu dem produzierten Batch Frischbeton sind damit die Bestandteile mit den jeweiligen Mengen und Temperaturen und optional weitere Angaben gespeichert, beispielsweise ob und ggf. in welchem Maße der Zement oder der Zuschlagstoff oder das -wasser gekühlt wurden.
Optional kann während des Transports 250 die Temperatur des Batchs Frischbeton in dem Fahrmischer gemessen werden. Die entsprechenden Daten können während des Transports an die Steuereinheit 140 übertragen werden. Basierend auf den ermittelten Temperaturdaten sowohl des Batchs Frischbetons als auch der Umgebungstemperatur und insbesondere optional basierend auf gespeicherten Daten eines früheren Batchs Frischbeton sowie auf den ermittelten Umgebungstemperaturen und der verbleibenden voraussichtlichen Transportdauer, kann die Steuereinheit bereits während des Transports ermitteln bzw. prüfen, ob die Temperatur des Frischbetons am Lieferort zum voraussichtlichen Lieferzeitpunkt noch unterhalb des zulässigen Maximalwerts liegen wird. Gegebenenfalls setzt der Fahrmischer den Transport des Batchs Frischbeton fort.
Anderenfalls, wenn die Steuerungseinheit 140 basierend auf den fortlaufenden Temperaturmessungen des transportierten Frischbetons sowie den Umgebungstemperaturen, der verbleibenden restlichen Transportdauer und optional unter Berücksichtigung eines gespeicherten Datensatzes eines früher produzierten und transportierten Batchs Frischbeton ermittelt, siehe Schritt 260, dass die Temperatur des Batchs Frischbeton zum Lieferzeitpunkt voraussichtlich nicht mehr unterhalb des zulässigen bzw. gewünschten Grenzwerts liegen wird, so wird der Batch Frischbeton in dem Fahrmischer 150 gekühlt, Schritt 270. In diesem Fall fährt der Fahrmischer vor dem Erreichen des Lieferorts zu einer Station, an welcher der Frischbeton durch Hinzugabe eines Kühlmittels, vorzugsweise Stickstoff und besonders bevorzugt flüssiger Stickstoff, gekühlt werden kann, sodass die gewünschte bzw. zulässige Temperatur des Frischbetons am Lieferort nicht überschritten wird. Die Station, an welcher der Frischbeton gekühlt wird, kann die Produktionsstätte des Frischbetons sein, sodass der Fahrmischer für die Kühlung des Frischbetons zurück zur Produktionsstätte fährt. Alternativ kann die Station zur Kühlung des Frischbetons anderweitig lokalisiert sein, vorzugsweise in unmittelbarer Nähe des Lieferortes, sodass der Fahrmischer im Wesentlichen weiter in Richtung des Lieferorts fährt, dort jedoch kurz vor Auslieferung des Frischbetons dieser durch Hinzugabe des Kühlmittels gekühlt wird. In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Menge des hinzuzufügenden Kühlmittels von der Steuereinheit 140 basierend auf den zu diesem Batch Frischbeton vorliegenden Informationen, also basierend auf der Menge, der aktuellen Temperatur, der Umgebungstemperatur, der gewünschten bzw. zulässigen maximalen Temperatur, wobei optional ein gespeicherter Datensatz eines früher produzierten Batches Frischbeton zur Ermittlung der hinzuzufügenden Menge des Kühlmittels berücksichtigt werden kann. Der Batch Frischbeton wird dann mit der ermittelten Menge des Kühlmittels im Fahrmischer gekühlt, Schritt 270, und anschließend am Lieferort ausgeliefert, wobei bei der Auslieferung mindestens die Temperatur des Frischbetons ermittelt und an die Steuerung 140 übertragen wird, sodass die während der Produktion und des Transports ermittelten Daten des Batchs für die Produktion eines späteren Batchs Frischbeton herangezogen werden können.
In einer Ausführungsform kann die Kühlung des Frischbetons bzw. die Kühlung der Frischbetonelemente in vorteilhafter Weise auf verschiedene Schritte verteilt sein, auch wenn die notwendige Kühlung in einem Kühlungsschritt erreicht werden könnte. Insbesondere kann dies der Fall sein, wenn ein Kühlungsschritt die weitere Produktion des Batchs Frischbeton verzögern würde. Beispielsweise würde das Herunterkühlen des Zugabewassers auf eine Temperatur unterhalb von 0°C erheblich länger dauern als die Kühlung auf eine Temperatur oberhalb des Gefrierpunkts (0°C). In diesem Fall kann eine gleichzeitige Durchführung verschiedener Kühlungsschritte eine Beschleunigung des Produktionsverfahrens bewirken.
Weiterhin ist zu berücksichtigen, dass jedoch wegen hoher Umgebungstemperaturen in Verbindung mit einer voraussichtlich langen Transportdauer die Notwendigkeit besteht, den Frischbeton herunter zu kühlen, sodass nur bei entsprechender Kühlung in dem stationären Mischer die gewünschte bzw. zulässige Temperatur des Frischbetons am Lieferort erreicht werden kann. Ebenso ist zu beachten, dass eine Kühlung des Frischbeton bei einer langen Transportdauer bei hohen Temperaturen vorteilhaft sein kann, um den Abbindeprozess bzw. ein Erhärten des Frischbetons während des Transports zu verzögern bzw. zu verhindern.
Bezugszeichenliste

100: Vorrichtung zur Produktion eines Batchs Frischbeton
110: Mischer für Frischbeton
120: Silo
130: Lagerort für Zuschlagstoff
140: Steuereinheit
150: Transportmischer, Fahrmischer
200: Start, Ermitteln von Temperaturen
210: Entscheidung: Kühlung?
220: Einfüllen in den Mischer
230: Mischen im stationären Mischer
240: Umfüllen in einen Fahrmischer
250: Frischbetontransport im Fahrmischer
260: Entscheidung: Temperatur zulässig?
270: Kühlung des Frischbetons im Fahrmischer
280: Ausgabe des Betons am Lieferort
290: Entscheidung: Kühlung der Betonanteile
300: Kühlung mindestens eines Betonanteils
310: Entscheidung: Kühlung im stationären Mischer?
320: Zugabe Kühlmittel

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.
Zitierte Patentliteratur

EP 1749767 A2 [0007]
DE 102006047261 A1 [0008]
DE 10054563 A1 [0009]
DE 102005037081 A1 [0041]

Claims

Verfahren zur Bereitstellung eines Batchs Frischbeton an einem Lieferort, wobei der Frischbeton mindestens eine Zementmenge, eine Zuschlagstoffmenge und eine Zugabewassermenge aufweist, umfassend die Schritte - Ermitteln der Temperatur und Menge des Zements, und/oder - Ermitteln der Temperatur und Menge des Zuschlagstoffs, und/oder - Ermitteln der Temperatur und Menge des Zugabewassers, - - und Vermischen des Zements mit dem Zuschlagstoff und dem Zugabewasser in einem Mischraum, und jeweils unter Berücksichtigung von Informationen zu einem früher bereitgestellten Frischbetonbatch: - Kühlen des Zements oder Kühlen des Zuschlagstoffs oder Kühlen des Zugabewassers oder Kühlen des Frischbetons während des Mischens.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die ermittelte Temperatur des Zements und die ermittelte Temperatur des Zuschlagstoffs und die ermittelte Temperatur des Zugabewassers und die in einem Schritt zur Kühlung verwendete Menge des Kühlmittels in einer Datenbank und zu der Mischung gespeichert werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei als Kühlmittel Stickstoff, insbesondere flüssiger Stickstoff, verwendet wird
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei während des Vermischens die Temperatur des Gemischs ermittelt und basierend auf der ermittelten Temperatur des Gemischs Stickstoff zugefügt wird, und die Menge des Stickstoffs in der Datenbank gespeichert wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Temperatur des Frischbetonbatchs zum Zeitpunkt der Auslieferung ermittelt und zu dem Frischbetonbatch gespeichert wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Temperatur des Frischbetonbatchs während eines Transports des Frischbetonbatchs kontinuierlich ermittelt und an eine Steuereinheit (140) übertragen wird.
Vorrichtung nach Anspruch 6, weiterhin umfassend den Schritt der Kühlung des Frischbetonbatchs in einem Transportfahrzeug (150).
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei bezüglich der Kühlung die voraussichtliche Transportzeit berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend den Schritt des Einholens von Verkehrsinformationen für den Transport des Frischbetons zum Lieferort und Berücksichtigen der Verkehrsinformationen bei der Auswahl der Menge und Art der Kühlung des Frischbetons.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend den Schritt des Einholens von Wetterinformation für den Transport des Frischbetons zum Lieferort und Berücksichtigen der Wetterinformation bei der Auswahl der Menge und Art der Kühlung des Frischbetons.
Vorrichtung (100) zur Produktion eines Batchs Frischbeton umfassend - einen Lagerort für Zement (120), einen Lagerort für Zuschlagstoff (130) und eine Zuführung von Zugabewasser, - einen Mischer (110) zum Vermischen von mindestens Zement mit einem Zuschlagstoff und Zugabewasser, und - eine Steuereinheit (110), wobei die Vorrichtung weiterhin zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche eingerichtet und vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, weiterhin umfassend einen Fahrmischer (150), welcher zur Ermittlung der Temperatur eines transportierten Batchs Frischbeton und zur Übertragung der ermittelten Temperatur and die Steuereinheit (110) eingerichtet und vorgesehen ist.