DE2933956A1

DE2933956A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von formkoerpern aus mineralischen bestandteilen und haertbaren organischen bindemitteln.

Info

Publication number: DE2933956A1
Application number: DE19792933956
Authority: DE
Inventors: Helmut 6000 Frankfurt Hoedt
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-08-22
Filing date: 1979-08-22
Publication date: 1981-03-12
Also published as: US4315875A

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Foxmkörpern aus mineralischen Bestandteilen und härtbaren organischen Bindemitteln

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus mineralischen Bestandteilen und härtbaren organischen Bindemitteln, die gemischt, in entsprechende Formen gefüllt und unter Zuführung von Wärme gegebenenfalls unter Druck ausgehärtet werden.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

130011/0153

Aus der älteren eigenen Offenlegungsschrift 2 408 503 ist bereits ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Kunststeinen und Platten aus mineralischen Bestandteilen un härtbaren organischen Bindemitteln bekannt, bei dem die Ausgangsmäterialien gemischt, in Formen gefüllt, gepreßt und unter Zuführung von Wärme ausgehärtet werden. Die Zuführung der Wärme erfolgt mit beheizbaren Formen, wobei das auszuhärtende Gemisch einer Temperatur im Ben
10 - 30 Minuten lang ausgesetzt wird.

tende Gemisch einer Temperatur im Bereich von 150 - 300⁰C

Diese verhältnismäßig lange Aushärtungszeit beruht darauf, daß das auszuhärtende Material eine relativ schlechte Wärmeleitung besitzt, sodaß die von der üblicherweise konventionell mit Dampf beheizten Pressplatte abgegebene Wärme nur sehr langsam in das Material eindringt und so die Abbindung und Aushärtung des Bindemittels bewirkt.

Es ist nunmehr Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, womit die Aushärtung der aus mineralischen Bestandteilen und härtbaren organischen Bindemitteln bestehenden Masse beschleunigt durchgeführt werden kann, sodaß das Herstellungsverfahren wesentlich schneller und damit kostengünstiger durchbührbar ist.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß die Wärme der auszuhärtenden Masse über eine dielektrische Heizung zugeführt wird.

Eine solche dielektrische Heizung ist an sich bekannt und wird bereits für vielfältige Erhitzungs- und Trocknungsprobleme eingesetzt.

Sie arbeitet mit Hochfrequenz, in der Regel zwischen 0,5 und 300 Megaherz, vorzugsweise im Bereich von etwa 30 MHz. Molekulare Dipole, wie beispielsweise Wassermoleküle, die in das elektrische Wechselfeld zwischen Kondensatorplatten gebracht ": werden, werden gegeneinander verschoben und zu mechanischen

130011/0 153

Schwingungen angeregt, da sich die molekularen Dipole in die jeweilige Richtung des Wechselfeldes einzustellen streben. Die auf diese Weise vom elektrischen Feld in das Dielektrikum hineingesteckte Energie geht dabei mehr oder weniger vollständig in thermische Molekularbewegung, d.h. Wärme, über. Auf diese Weise werden auch elektrisch nicht leitende Stoffe im Wechselfeld erwärmt.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die zwischen die Platten eines Kondensators gebrachte auszuhärtende Masse durch die zugeführte Hochfrequenzenergie gleichmäßig erwärmt und in kürzester Zeit ausgehärtet. Die für den Aushärtvorgang erforderliche Zeitdauer ist von den Abmessungen des herzustellenden Formkörpers abhängig und liegt im Bereich von Sekunden bis ca. 4 Minuten.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus mineralischen Bestandteilen und härtbaren organischen Bindemitteln kann unter Normaldruck oder unter Anwendung eines erhöhten Druckes vor oder während des Aushärtvorganges durchgeführt werden«

Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die auszuhärtende Masse vor oder während des Aushärtens einer Vibrationsbehandlung unterworfen.

Eine solche Vibrationsbehandlung kann in an sich bekannter Weise dadurch durchgeführt werden, daß Schwingungen mit Frequenzen von 1 - 1000 Hz, vorzugsweise von 5 - 100 Hz auf die auszuhärtende Masse zur Einwirkung kommen. Die Erzeugung dieser Schwingungen kann dabei auf mechanischem Wege, beispielsweise mittels Excenter oder auf elektromagnetischem Wege erfolgen.

Durch eine solche Vibrationsbehandlung wird eine bessere Ausfüllung der Form erreicht, sodaß Hohlräume, die sowohl im Inneren des ausgeformten Körpers als auch an dessen Oberfläche

130011/0153

auftreten können und damit zu einer Beeinträchtigung seiner Festigkeitseigenschaften beitragen, sicher vermieden werden, ohne daß die Druckbehandlung vor dem Aushärten überhaupt oder übermäßig lange durchgeführt werden muß.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die auszuhärtende Masse vor oder während des Aushärtens einer Ultraschallbehandlung unterworfen.

Auch eine solche Ultraschallbehandlung führt zu dem gleichen, _■ vorstehend beschriebenen Ergebnis der besseren Ausfüllung der Form und der Erzielung von Formkörpern mit größerer mechanischer Festigkeit.

Es hat sich gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsf m des erfindungsgemäßen Verfahrens insbesondere für die Serienfertigung von Formteilen als besonders vorteilhaft-erwiesen, wenn die auszuhärtende Masse des Formkörpers zwischen den Elektrodenplatten der dielektrischen Heizung hindurchbewegt wird. Auf diese Weise wird innerhalb kürzester Zeit eine Aushärtung des Formkörpers und damit eine Fertigstellung desselben erreicht.

Der wirtschaftlichen Fließbandproduktion steht damit nichts mehr im Wege. . - . _

Insbesondere bei größeren Formteilen hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Elektrodenplatten der dielektrischen Heizung auf zwei einander gegenüber liegenden Seiten über die auszuhärtende Masse des Förmkörpers geführt werden.

Auf diese Weise lassen sich auch große Formteile nacheinander aushärten.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in Bewegungsrichtung vor den

13 0011/G153

BAD

■-■-■ j - 8 - -

Elektrodenplatten zumindest ein Vibrator auf die auszuhärtende Masse einwirken gelassen.

Ein solcher Vibrator sorgt für eine vollständige Füllung der Form und vermeidet die Bildung von Hohlräumen, durch die die Festigkeit des erzielten Formkörpers beeinträchtigt wird.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Herstellung von Formkörpern aus mineralischen Bestandteilen und härtbaren organischen Bindemitteln besteht gemäß der vorliegenden Erfindung aus zwei mit veränderlichem Abstand angeordneten Elektrodenplatten, einer dielektrischen Heizung und einer dazwischen vorgesehenen Form für die Aufnahme der auszuhärtenden Masse des Formkörpers.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Elektrodenplatten der dielektrischen Heizung zumindest Teil der Form für die Aufnahme der auszuhärtenden Masse des Formkörpers.

Die Leistung der Hochfrequenzgeneratoren für die dielektrische Heizung variiert mit der Größe der herzustellenden Formteile. Ausgangsleistungen in der Größenordnung von beispielsweise 100 - 600 kVA körinen-hierfür Anwendung finden.

Da sich die elektrischen Eigenschaften des auszuhärtenden Materials während des Äusheizens und des Aushärtüngsvorganges verändern, wird die optimale Leistungszuführung durch elekttonisch gesteuerte Regelglieder in an sich bekannter Weise erreicht. Auf diese Weise wird die Anlage optimal zur Erzielung einer schnellstmöglichen Aushärtung des Formkörpers ausgenutzt. Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist unter den Elektrodenplatten der dielektrischen Heizung eine Transportvorrichtung vorgesehen, auf der die auszuhärtende Masse des Formkörpers in einer entsprechenden Form zwischen den Elektrodenplatten -hindurchbewegt werden kann. Mit

130011/0153

einer solchen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung läßt sich ein kontinuierliches Verfahren zur Herstellung und Aushärtung von Formkörpern aus mineralischen Bestandteilen und härtbaren organischen Bindemitteln durchführen.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Äusführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Elektrodenplatten der Hochfrequenzheizung zumindest Teil einer wandernden Schalung für die Erstellung von Gebäudewänden, Die Elektrodenplatten können sich dabei in einer bestimmten Höhe über die gesamte Breite der Schalung erstrecken, die entsprechend der Aushärtungsgeschwindigkeit der auszuhärtenden Masse mit der Schalung wandert, sodaß auf diese Weise Gebäudewände im kontinuierlichen Verfahren und mit relativ großer Geschwindigkeit hochgezogen werden können.

Statt Teil der wandernden Schalung selbst zu sein, können die Elektrodenplatten der Hochfrequenzheizung auch auf den Schal .ngsplatten angebracht sein und von entsprechenden Steuermitteln betätigt über die Schalungsplatten bewegt und gleichzeitig mit den Schalungsplatten weitertransportiert werden. Mit einer solchen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich auch die mit relativ breiten wandernden Schalungen hergestellten Wände auf einfache und sehneile Weise aushärten.

Es hat sich dabei als besonders vorteilhaft erwiesen, wunn in Bewegungsrichtung gesehen, vor den Elektrodenplatten der dielektrischen Heizung ein Vibrator angeordnet ist, der die auszuhärtende Masse vor dem Aushärten von Luftblasen und dergleichen befreit.

Auf diese Weise wird die Festigkeit der erhaltenen Formkörper und insbesondere auch der erhaltenen Gebäudewände wesentlich verbessert.

Die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Anwendung kommende dielektrische Heizung

130011/0153

ist in ihrer Arbeitsweise an sich bekannt und beispielsweise in "Ulimanns Encyklopädie der technischen Chemie", 3. Auflage, 1951, auf Seite 2o4 ff. beschrieben.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens finden folgende Materialien Anwendung:

A mineralische Bestandteile:

Es kommen hierfür die verschiedenartigsten Stoffe in Betracht. Besonders vorteilhafte Ergebnisse werden mit Quarzsand, Kalksand, gemahlenem Bimsstein, Kiessand und Brechsand erhalten. Die Korngröße der mineralischen Bestandteile liegt zweckmäßig zwischen 0,05 und 4 mm. Es hat sich dabei als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die verwendeten mineralischen Bestandteile innerhalb des vorgenannten Bereiches auf 3-8 verschiedene definierte Korngrößen beschränkt sind, wenn also nicht das gesamte Spektrum von Teilchengrößen vorliegt, sondern nur gewisse; bevorzugte Größenbereiche. Je nach der Art der verwendeten mineralischen Stoffe variiert dabei einmal der Größenbereich und dann zum andern auch die Zahl der aus diesem Größenbereich ausgewählten Korngrößen.

Nachfolgend werden für bevorzugte mineralische Bestandteile die vorteilhaftesten Größenbereiche sowie die Zahl der bevorzugten Korngrößen aufgeführt:

Quarzsand: von 0,05 bis 2,0 mm in 3 - 6 verschiedenen Korngrößen

Hochofenschlacke: von 0,02 bis 1,0 mm in" 4 - 7 verschiedenen Korngrößen gemahlen

Bimsstein gemahlen: von 0,5 bis 4,0 mm in 4 - 7 verschiedenen Korngrößen

Kiessand: von 0,05 bis 6,0 mm in 1 - 10 verschiedenen Korngrößen

130011/0153

Brechsand: von 0,2 bis 3 mm in 4 — 8 verschiedenen Korngrößen.

B harzartige Bestandteile:

Als Bindemittel können im erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt Phenolformaldehydharze oder Harnstofformaldehydharze oder aber Melaminharze Anwendung finden. Diesen Bindemitteln werden dabei zweckmäßig die üblichen Zusatzstoffe, wie Härter, Härtungsbeschleuniger usw. zugesetzt, bevor sie mit dem mineralischen Anteil vermischt werden. Die Zugabe dieser Zusatzstoffe kann selbstverständlich auch gleichzeitig mit dem Mischen erfolgen.

Zusätzlich zu den Härtungsmitteln und den Härtungsbeschleunigern können auch sogenannte Hydrophobierungsmittel zugesetzt werden, die die Wasseraufnahmefähigkeit des Endproduktes herabsetzen, was insbesondere bei Gebäudewänden wesentlich ist.

Das Verhältnis zwischen mineralischen Bestandteilen einerseits und organischen Bindemitteln andererseits kann innerhalb weiter Grenzen variieren. Das Verhältnis hängt weitgehend von den geforderten physikalischen Eigenschaften ab.

Höhere Bindemittelanteile als 10 Gewichtsteile Bindemittel auf 90 Gewichtsteile mineralische Bestandteile sind in der Regel nicht erforderlich und führen nur zu einer unnötigen Verteuerung des Erzeugnisses. Geringere Anteile als 1,5 Gewichtsteile pro 98,5 Gewichtsteile Mineralbeständteile sind in der Regel wegen der erzielten Eigenschaften nicht mehr zu empfehlen.

Die physikalischen Eigenschaften der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Formteile aus mineralischen Bestandteilen und organischen Bindemitteln sind bei Verwendung von Quarzsand wie folgt:

Raumgewicht: 1.600.KG-/ m

2 Biegezugfestigkeit: ca. 170 Kp / cm

1 3001 1/0153

Druckfestigkeit: ca. 400 Kp /cm

Elastizitätsmodul: 160.000 Kp / cm

Wärmeausdehnungskoeffizient: linearer WAK 20 - 200⁰C,

140 · 10~⁷ / °C

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Formteile weisen eine geringe Wasseraufnahmefähigkeit auf, sie sind nicht brennbar, sie haben antiseptische Wirkung und sie eignen sich zum Sägen, Dübeln, Nageln, Schrauben und Bohren. Sie besitzen darüber hinaus sehr gute schalldämmende Wirkung. Aufgrund dieser Eigenschaften eignen sie sich besonders für den Hochbau, die Herstellung von Wandbekleidungen und Trennwänden sowie sanitären Gegenständen.

Anhand der in den anliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen wird nachfolgend die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens im einzelnen näher erläutert.

In den Zeichnungen zeigt:

Figur 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Aushärten von Formkörpern im Fließbandverfahren;

Figur 2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung, bei der die Elektrodenplatten der dielektrischen Heizung gleichzeitig Teil der Form für die Aufnahme der auszuhärtenden Masse sind;

Figur 3 eine wandernde Schalung zur Herstellung von Gebäudewänden mit daran vorgesehener dielektrischer Heizung.

Die in Figur 1 dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung weist zwei Elektrodenplatten 1 und 2 auf, die in zueinander veränderlichem Abstand angeordnet werden können.

Zwischen diesen Elektrodenplatten 1 und 2 wird das in einer Form 3 angeordnete auszuhärtende Material 4 auf einer unter

130011/0153

den Elektrodenplatten vorgesehenen Transportvorrichtung 5 hindurchbewegt. Letztere besteht dabei aus einem auf Rollen G laufenden Förderband 7 aus Gummi.

Der Hochfrequenzgenerator ist der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Es kann hierfür jedoch jeder dem Fachmann geläufige Hochfrequenzgenerator Anwendung finden, der den Elektrodenplatten 1 und 2 die erforderliche Hochfrequenzenergie liefert.

Die Transportgeschwindigkeit des Förderbandes 7 ist so eingestellt, daß das auszuhärtende Material 4 in der Form 3 nach Passieren der beiden Elektrodenplatten ausgehärtet ist.

Der Abstand zwischen den beiden Elektrodenplatten 1 und 2 wird entsprechend der Dicke des herzustellenden Formkörpers an den Haltevorrichtungen 8 und 9 eingestellt.

Bei der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform bilden dit; Elektrodenplatten 10 und 11 einen Teil der Form für den auszuhärtenden Formkörper. Das auszuhärtende Material 12 wird in diese Form eingefüllt und mit dem auf die Form einwirkenden hydraulischen Stempel 13 gepresst und dann durch Einwirkung der an die Elektrodenplatten 10 und 11 angelegten Hochfrequenzenergie ausgehärtet.

In Figur 3 ist eine wandernde Schalung für die Herstellung von Gebäudewänden dargestellt, die aus zwei mit Abstand zueinander angeordneten Schalwänden 14 und 15 besteht, die über Haltebügel 16 und 17 an einer Hubvorrichtung aufgehängt werden. Entlang des oberen Randes der Schalwände ist jeweils eine Laufschiene vorgesehen, auf der die Haltevorrichtung 19 für die beiden einander gegenüber liegenden Elektrodenplatten 20 und auf der Rückseite nicht sichtbar 21 in horizontaler Richtung verschiebbar gelagert ist.

Der Hochfrequenzgenerator, der den Elektrodenplatten 20 und 21

13001 1/0153

die erforderliche Hochfrequenzenergie liefert/ ist nicht dargestellt.

Zwischen die beiden Schalwände 14 und 15 wird das auszuhärtende Material eingefüllt und dann werden die beiden Elektrodenplatten 20 und 21 der dielektrischen Heizvorrichtung mit konstanter Geschwindigkeit über die beiden Schalwände bewegt und härten dabei das Baumaterial aus. Wegen der relativ kurzen Aushärtungszeit lassen sich mit einer solchen wandernden Schalung Gebäudewände sehr schnell hochziehen, wodurch die Bauzeit wesentlich abgekürzt wird.

Selbstverständlich können die Elektrodenplatten auch direkt fest auf der wandernden Schalung angebracht werden, wobei dieselben sich dann selbstverständlich über die gesamte Breite der Schalplatten erstrecken.

Die Elektrodenplatten können weiterhin auch direkt Teil der wandernden Schalplatten sein.

Bei der in Figur 3 dargestellten Äusführungsform kann weiterhin noch an der horizontal· verschiebbaren Haltevorrichtung 19 in Bewegungsrichtung gesehen vor den Elektrodenplatten 20 und 21 jeweils ein Vibrator vorgesehen sein, der das zwischen die Schalplatten 14 und 15 eingefüllte auszuhärtende Material von Lufteinschlüssen befreit, bevor es von den Elektrodenplatten 20 und 21 der dielektrischen Heizung erhitzt und so ausgehärtet wird.

Als Vibrator können die an sich bekannten Hochfrequenzaußenvibratoren oder die Normalfrequenzaußenvibratoren der Firma Wacker-Werke, München, Andwendung finden. Selbstverständlich sind auch Vibratoren anderer Fabrikate einsetzbar.

130011/0 153

Claims

P a t e η ta η s ρ r ü ehe

Verfahren zur Herstellung von Förmkörpern aus mineralischen Bestandteilen und härtbaren organischen Bindemitteln, die gemischt,in entsprechende Formen gefüllt und unter Zuführung von Wärme ausgehärtet werden^ d a d u r c h g e k e η η ζ e i c h η e t , daß die Wärme der auszuhärtenden Masse über eine dielektrische Heizung zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn

zeichnet

daß die auszuhärtende Masse vor oder

während des Aushärtens einer Vibrationsbehandlung unterworfen wird.

13 0 011/0153

2333956
3. Verfahren nach Anspruch 2, d a d u r eh g e k en η zeichnet , daß die ausgehärtete Masse einer Ultraschallbehandlung unterworfen wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die auszuhärtende Masse des Formkörpers zwischen den Elektrodenplatten der dielektrischen Heizung hindurchbewegt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Elektrodenplatten der dielektrischen Heizung auf zwei einander gegenüber liegenden Seiten über die auszuhärtende Masse des Formkörpers geführt werden.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet / daß in Bewegungsrichtung vor den Elektrodenplatten zumindest ein Vibrator auf die auszuhärtende Masse einwirken gelassen wird.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6 gekennzeichnet durch zwei mit veränderbarem Abstand zueinander angeordnete Elektrodenplatten (1,2; 11,12; 20,21), einer dielektrischen Heizung und einer dazwischen vorgesehenen Form (3) für die Aufnahme der auszuhärtenden Masse (4) des Formkörpers .
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichne t, daß die Elektrodenplatten (11, 12) der dielektrischen Heizung zumindest Teil der Form für die Aufnahme der auszuhärtenden Masse (12) des Formkörpers sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7, d a d u r c h g e -

k e η η ζ eich η e t , daß unter den Elektrodenplatten (1,2) eine Transportvorrichtung (5) vorgesehen ist, auf

13001 1/0 153

der die auszuhärtende Masse (4) des Formkörpefs zwischen den Elektrodenplatten (1,2) hindurchbewegt wird.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch g e k e r< η zeichnet , daß die Elektrodenplatten (20,21) zumindest Teil einer wandernden Schalung für die Erstellung von Gebäudewänden sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß in Bewegungsrichtung gesehen vor den Elektrodenplatten ein Vibrator angeordnet ist.

130011/0153