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Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen
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von Blöcken od. dgl. aus schmelzbarem Material Die Erfindung bezieht
sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überführen schmelzbaren Materials,
wie Bitumen, ataktisches Polypropylen usw., vom heißflüssigen in den festen Aggregatzustand
unter Erzeugung stückigen Gutes, insbesondere unter Erzeugung von Blöcken.
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Es ist bekannt, heißflüssige Massen auf gekühlte Metallbänder zu gießen
und durch Wärmeentzug zu verfestigen. Die dabei eingesetzten Vorrichtungen haben
aber bezogen auf die Kühlfläche nur eine begrenzte Leistung, so daß bei größerem
Durchsatz pro Zeiteinheit Anlagen erforderlich sind, die sehr lang bauen und damit
aufwendig sind. Außerdem bereitet die Ablösung des verfestigten Materials von der
Metalloberfläche große Schwierigkeiten und zwingt zu technisch teueren Problemlösungen.
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Es ist weiterhin bekannt, die Abkühlung von heißen, schichtförmig
aufgebrachten Materialien, wie z.B. Pech, durch innen gekühlte rotierende Trommeln
vorzunehmen. Die Kühl leistung dieser bekannten Trommeln, die allein nicht in der
Lage sind, Blockformen herzustellen, ist jedoch sehr gering, so daß, um einen bestimmten
Durchsatz des abgekühl ten Materials pro Zeiteinheit zu erreichen, entweder Trommeln
mit sehr großem Durchmesser eingesetzt werden müssen, oder aber die Drehzahl der
Trommeln nur gering sein darf.
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Auch hier treten die bekannten Schwierigkeiten beim Abtrennen des
auf den plastisch bildsamen Zustand abgekühlten Materials von der Trommel auf.
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Weiterhin sind Verfahren bekannt, bei denen durch Aufgießen des schmelzflüssigen
Materials in Form eines flachen Bandes bzw. Filmes auf ein endloses antiadhäsives
Förderband, das durch ein Wasserbad geleitet wird, die Abkühlung vorgenommen wird.
Nach einem weiteren bekannten Verfahren wird heißflüssiges Material auf eine antiadhäsiv
beschichtete Oberfläche einer rotierenden, in ein Wasserbad eintauchenden Walze
aufgegeben und nach einer Umdrehung durch Abstreifvorrichtungen relativ leicht von
der Oberfläche abgelöst. Durch die unmittelbare Berührung der zu kühlenden Mediumoberfläche
mit dem Kühlmedium werden jedoch sehr aufwendige Trockeneinrichtungen mit hohem
Energiebedarf zur Entfernung der Wasserrückstände benötigt.
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Schließlich ist es auch bekannt; Bitumen zur Abkühlung durch großquerschnittige
Rohre zu pumpen, in denen gegenläufige spiralförmige Widerstände eingebaut sind,
die als Wärmetauscher ausgebildet sind. Die Kühlung ist jedoch wegen der großen
Wandstärken schlecht. Die Förderung des Bitumens kann auch nur bis zu etwa 80 bis
900C herunter erfolgen, da sonst ein zu großer Widerstand im Rohr entsteht. Benötigt
wird jedoch eine Temperatur in der Größenordnung von 30 bis 40°C.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik bestent die Aufgabe der Erfindung
darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen von Blöcken od. dgl. aus
schmelzbarem Material, wie Bitumen oder ataktischem Polypropylen, zu schaffen, bei
denen die obigen Nachteile vermieden sind, die also bei möglichst geringem Energieeinsatz
und leichter Durchführbarkeit in kurzer Zeit zu einem sofort in Blockabschnitte
zerteilbaren Strang führen. Dabei soll die Vorrichtung kompakt ausgebildet sein,
auch im diskontinuierlichen Betrieb, also auch nach längeren Stillstandszeiten,
eingesetzt werden können und leicht nach der Art eines Baukastensystems erweiterungsfähig
sein.
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Zur Lösung dieser Aufgabe sind bei der Erfindung die im kennzeichnenden
Teil des Anspruches 1 angegebenen Verfahrensmerkmale und die im kennzeichnenden
Teil des Anspruches 3 enthaltenen Gestaltungsmerkmale vorgesehen, wobei noch in
den übrigen Ansprüchen für die Aufgabenlösung vorteilhafte und förderliche Weiterbildungen
beansprucht sind.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gelingt es, aus der Strangpresse
einen Blockstrang auszupressen, dessen Temperatur über dem gesamten Querschnitt
etwa konstant ist, so daß er sofort ohne weitere Kühlung in Abschnitte beliebiger
Länge zerteilt werden kann, wobei die benötigte Energie auf ein Minimum begrenzt
werden kann. Die erfindungsgemäße Vorrichtung läßt sich jedem geforderten Durchsatz
anpassen, so daß sie vielseitig einsetzbar ist und bei vergrößertem Kapazitätsbedarf
baukastenartig vergrößert werden kann. Da das schmelzbare Material mit dem Kühlmedium
nicht in Berührung kommt, erübrigen sich tiere Trockeneinrichtungen, die den baulichen
Aufwand erhöhen und den Energieeinsatz vergrößern würden. Es werden Blöcke erhalten,
die das verpreßte schmelzbare Material in hoher Reinheit ohne Fremdeinschlüsse enthalten.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung benötigt trotz ihres großen Durchsatzes nur wenig
Raum und kann durch einfaches Aneinander- und/oder Nebeneinanderreihen von Preßzylindern
in ihrer Kapazität vergrößert werden.
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Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang
mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Ansicht der
Vorrichtung mit den einzelnen Teilen und Einrichtungen, Fig. 2 eine Ansicht von
mehreren hintereinandergereihten Preßzylindern im montierten Zustand in vergrößerter
Darstellung und Fig. 3 die nochmals vergrößerte Ansicht dnes Preßzylinders in abgebrochener
Darstellung.
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In Fig. 1, die schematisch die gesamte Anlage zeigt, bezeichnet 1
den Lagerbehälter für das schmelzbare Material. Dieses soll im folgenden als Bitumen
bezeichnet werden, obwohl selbstverständlich auch andere schmelzbare Materialien,
wie ataktisches Polypropylen usw. verarbeitet werden können. Der Lagerbehälter 1
stützt sich auf einem pfannenartig ausgebildeten Sockel 2 ab, der wiederum über
Standbeine 3 abgestützt ist.
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Der Sockel 2 trägt die Heizung oder ist selbst als Heizung ausgebildet,
um das im Lagerbehälter 1 befindliche Bitumen aufheizen und in den heißfiüssigen
Zustand bringen zu können.
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Von der Unterseite des Lagerbehälters 1 führt eine Bypass-oder Umwälzleitung
4 ab, die zur Oberseite des Lagerbehälters 1 zurückführt. von der Umwälzleitung
4 zweigt die eigentliche Transportleitung 5 für das Bitumen ab, die zu dem oder
den Preßzylindern 6 führt, auf die weiter unten näher eingegangen
wird.
In der Umwälzleitung 4 ist die Umwälzpumpe oder Fördarpumpe 7 angeordnet, und zwar
vor dem Abzweiq 8 der Transportleitung 5, so daß sie sowohl zum Umwälzen des heißflüssigen
Bitumens als auch zum Transport desselben zu den Preßzylindern 6 eingesetzt werden
kann. Hinter dem Abzweig 8 -- in Strömungsrichtung des Bitumens gesehen - sind zwei
Durchlaßventile 9 und lo vorgesehen, und zwar das eine Ventil 9 in der Umwälzleitung
4 und das andere Ventil lo in der Transportleitung 5. Die Ventile 9 und lo arbeiten
in gegenseitiger Abhängigkeit derart, daß das eine Ventil 9 bzw. lo öffnet, wenn
das andere Ventil 10 bzw. 9 schließt. Des weiteren ist an der Umwälzleitung 4 noch
ein Wärmetauscher 11 angeordnet, der einerseits vom heißflüssigen Bitumen und andererseits
vom Kühl- bzw. Heizmedium, vorzugsweise Wasser, des Kühl- bzw. Heizkreislaufs -
im folgenden kurz Kühlkreislauf genannt -, der mit dem Bezugszeichen 12 bezeichnet
ist, durchströmt wird. Dieser Kühlkreislauf 12 mit der Fördereinrichtung 13 führt
zu den Preßzylindern 6 und soll diese auf einer bestimmten Temperatur halten, bei
der das Bitumen noch gießfähig bleibt. Es sei noch erwähnt, daß die Umwälz- und
die Transportleitung 4 und 5 wie auch der Lagerbehälter 1 wärmeisoliert sind.
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Das Kernstück der Anlage stellt der bzw. stellen die Preßzylinder
6 dar, die auch in Fig. 2 und 3 deutlich dargestellt sind. Das die Preßzylinder
6 aufnehmende Maschinengehäuse 14 ist über Ständer 15 abgestützt, die Traversen
16 tragen.
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Am Maschinengehäuse 14 ist ein Einsatz 17 (vgl. auch Fig. 2) zur Aufnahme
der Preßzylinder 6 angeordnet, die in den Einsatz 17 in senkrechter Ausrichtung
eingehängt sind. Je nach geforderter Kapazität lassen sich beliebig viele Preßzylinder
6 neben- und/oder hintereinander aufreihen, so daß die Anlage in der Art eines Baukastens
jederzeit erweiterungsfähig ist.
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Die Preßzylinder 6 selbst sind von einem hermetisch abgeschlossenen
Kühlgehäuse 18 umgeben, in das der Kühikreislauf 12 einmündet. Das Kühlgehäuse 18
ist ebenfalls am Einsatz 17 befestigt
und im übrigen wärmeisoliert.
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Die Preßzylinder 6 bestehen im wesentlichen aus zwei Stirnteilen 19
und 20, zwischen denen der Zylindermantel 21 eingespannt ist. Dabei sind an beiden
Stirnteilen 19 und 20 Flansche 22 und 23 angeordnet, in die Anker- oder Zugbolzen
24 eingreifen, so daß ein axiales Verspannen der Stirnteile 19 20 und damit ein
festes Einspannen des Zylindermantels 21, der zusätzlich stirnseitig mit Dichtungen
25 versehen ist, ermöglicht wird. Der Flansch 22 des oberen Stirnteils 19 ist radial
vergrößert, um eine sichere Abstützung im Einsatz 17 zu qewährleisten. Das obere
Stirnteil 19 ist in Axialrichtung verlängert bzw. büchsenartig ausgebildet; es stellt
die obere Verlängerung des Zylindermakels 21 dar und dient zur Führung des Preßkolbens
26, der in der Nähe des Kolbenbodens 27 mehrere rundumlaufende Dichtungen 28 trägt.
Der Preßkolben 26 steht mit einer Hydraulikeinrichtung 29 in Wirkverbindung, die
sich auf der Traverse 16 des Maschinengestells 14 abstützt.
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Das untere Stirnteil 20 ist etwa konisch, nach außen konvergierend,
ausgebildet und weist eine mittig angeordnete Auslaßöffnung 30 auf, in die über
die Rohrmutter 31 die Rohrleitung 32 eingeschraubt ist. Im Stirnteil 20 ist weiterhin
eine Einlaßöffnung 33 vorgesehen, in die die Transportleitung 5 mündet. Kurz vor
der Einlaßöffnung 33 ist in der Transportleitung 5 ein Hochdruckhahn 34 angeordnet.
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Die Rohrleitung 32 bzw. - bei mehreren Preßzylindern 6 - die Rohrleitungen
32 führen in ein wärmeisoliertes Kühlgehäuse bzw. Kühlgefäß 35 (vgl. Fig. 1) und
sind in der Art von Rohrschlangen spici- oder schraubenförmig verlegt, so daß sich
eine große Kühlstreck ergibt. Um einen guten Wärmeaustausch zu ermöglichen, sind
die Rohrleitungen 32 verhältnismäßig dünnwandig ausgebildet. Dem Kühlgefäß 35 ist
der Kühlkreislauf
36 zugeordnet, der eine Kühlmittelquelle 37,
vorzugsweise Wasser, und eine Fördereinrichtung 38 Besitzt Die Rohrleitungen 32
führen zu einem Einfülltrichter 39 einer Strangpresse 40 die beispielsweise als
Kolben- oder als Schneckenpresse ausgebildet sein kann. Diese Strangpresse 40 besitzt
ein Vorschubelement 41 und trägt an der anderen Stirnseite einen Auslauftrichter
42 mit einer Auslaufdüse 43, die in ihrem Querschnitt sowohl hinsichtlich Größe
als auch hinsichtlich der Form variabel ist oder aber gegen eine Auslaufdüse anderer
Querschnittsform und -größe austauschbar ist. Im Bereich der Auslaufdüse 43 ist
eine Fördereinrichtung 44 für den aus der Auslaufdüse 43 austretenden Blockstrang
45 des ausgepreßten Bitumens vorgesehen. Ebenfalls im Bereich der Auslaufdüse 43,
oberhalb des Blockstrangs 45, ist eine Schneid- bzw. Teileinrichtung 46 zum Ablängen
beliebig langer Abschnitte vom Blockstrang 45 angeordnet.
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Diese Teileinrichtung 46 besteht im wesentlichen aus einer Mitfahreinrichtung
47, die gemäß Doppelpfeil A hin- und her verfahrbar ist und während des S¢hneid-
bzw. Teilvorgangs synchron mit dem Blockstrang 45 mitfährt. An der Mitfahreinrichtung
47, die am Maschinengestell 14 befestiqt ist, ist ein beheizbares Messer 48 aufgehängt,
welches über eine Hydraulikeinrichtung 49 in Vertikalrichtung gemäß Doppelpfeil
B verlagerbar ist.
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Es sei noch darauf hingewiesen, daß vom Kühlkreislauf 12 eine Zweigleitung
So zum Einfülltrichter 39 der Strangpresse 40 führt. Sowohl diese Zweigleitung So
als auch der Kühlkreislauf 12 sind durch Ventile 51 und 52 absperrbar. Weiterhin
ist zwischen dem Kühlgehäuse 18 der Preßzylinder 6 und dem Kühlgefäß 35 für die
Rohrleitungen 32 eine über das Ventil 53 absperrbare Verbindungsleitung 54 für das
Kühlmittel angeordnet. Schließlich führen sowohl vom Kühlgefäß 35 zum Aus lauf trichter
42 der Strangpresse 40 als auch vom Auslauftrichter
42 zum Einlauftrichter
39 Verbindungsleitungen 55 und 56 für das Kühlmittel, die ebenfalls absperrbar sein
können.
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Hinzuweisen ist auch noch auf das in der Transportleitung 5 zwischen
dem Durchlaßventil lo und dem Hochdruckhahn 34 angeordnete Druckbegrenzungsventil
57.
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Insgesamt besteht also die Vorrichtung bzw. Anlage zur Erzeugung von
Blöcken aus Bitumen aus fünf Baugruppen, nämlich dem Lagerbehälter 1 dem oder den
über die Transportleitung mit dem Lagerbehälter 1 verbundenen Preßzylindern 6, den
von den Preßzylindern 6 abgehenden, im Kühlgefäß 35 angeordneten Rohrleitungen 32,
der Strangpresse 40 und der Teileinrichtung 46. Zum Verpacken der abgelängten Bitumenblöcke
in Kunststoffolien, Papier od. dgl. ist noch eine nicht weiter dargestellte Verpackungseinrichtung
vorgesehen.
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Im folgenden wird nun auf die Wirkungsweise der Vorrichtung näher
eingegangen, aus der auch die einzelnen Verfahrensschritte deutlich werden: Das
im Lagerbehälter 1 befindliche heißflüssige Bitumen wird zunächst im Kurzschluß
über die Umwälzleitung 4 umgewälzt und gibt über den Wärmetauscher 11 Wärme an den
Kühlkreislauf 12 ab, so daß die Preßzylinder 6 angewärmt und aufgeheizt werden.
In dieser Phase ist das Ventil 9 geöffnet, während das Ventil lo geschlossen ist.
Sobald die erforderliche Temperatur in den Preßzylindern 6 erreicht ist, schließt
Ventil 9, während das hiervon abhängige Ventil io öffnet. Das heißflüssige Bitumen
wird nun über die Transportleitung 5 in das Innere der Preßzylinder 6 transportiert.
Ist der bzw. sind die Preßzylinder 6 mit Bitumen gefüllt, was über das Druckbegrenzungsventil
57 geregelt wird, Schließt der Hochdruckhahn 34. Gleichzeitig schließt auch das
Durchgangsventil lo und das Durchgangsventil 9 öffnet, so daß die Funktion des Wärmetauschers
11 wieder gewährleiget ist. Der Preßkolben 26 des Preßzylinders 6 fährt, angetrieben
durch die Hydraulikeinrichtung
29, nach unten und preßt das heißflüssige
Bitumen in die spiralförmig ausgebildete Rohrleitung 32, S wo das Bitumen während
des Transports bis auf eine Temperatur abgekühlt wird, bei der das Bitumen plastisch
bildsam ist.
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In diesem Zustand wird das Bitumen direkt in den Einfülltrichter 39
der Strangpresse 40 geleitet. Da die Rohrleitung 32 einen verhältnismäßig kleinen
Querschnitt besitzt und außerdem aus dünnwandigen Rohren gebildet ist, wird das
Bitumen gleichmäßig abgekühlt und erhält bis zum Eintritt in den Einfülltrichter
39 der Strangpresse 4o insgesamt die erforderliche plastische Bildsamkeit. Das von
oer Förderpumpe 13 des Kühlkreislaufs 12 in das Gehäuse 18 geförderte, im Wärmetauscher
11 erhitzte Medium, in der Hauptsache Wasser, verhindert das Ankleben von Restbitumen
an den Wänden des Preßzylinders 6 und somit eine mögliche Beschädigung der Dichtungen
28 des Preßkolbens 26, wobei dem Bitumen in den Preßzylindern 6 gleichzeitig Wärme
entzoqen wird, womit sich die Leistung der Anlage erhöht und keine zusätzlichen
Energeaufwendungen notwendig sind. Dieses erwärmte Medium kann über die Verbindungsleitungen
54, 55 und 56 auch dem Kühlgefäß 35 mit den Rohrleitungen 32, dem Auslauftrichter
42 und dem Einlauftrichter 39 der Strangpresse 40 zugeführt werden und gelangt über
die Zweigleitung So in den Kühlkreislauf 12 zurück. Auf diese Weise ist die Inbetriebnahme
der Vorrichtung auch nach längerem Stillstand und brktten des Bitumens problemlos
möglich; die Anlage ist also auch für diskontinuierlichen Betrieb hervorragend geeignet.
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Bei normalem Betrieb ist das Durchgangsventil 53 geschlossen und dem
Gehäuse bzw Kühlgefäß 35 wird durch die Fördereinrichtung 38 über die Rohrleitung
36 Kühlmedium, vorzugsweise Wasser entsprechender Temperatur, zugeführt, so daß
dem in die Rohrleitung bzw. die Rohrleitungen 32 eingepreßtem Bitumen während des
Durchlaufs Wärme entzogen-wird.
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In der Strangpresse Zio wird das aus den Rohrleitungen 32 ausgepreßte
und in den Einfülltrichter 39 gelangende Bitumen, welches nun nach dem Wärmeentzug
innerhalb der Rohrleitungen 32 plastisch bildsam ist, durch das Vorschubelement
41 völlig verdichtet und durch die Auslaufdüse 43 auf einen beliebig festlegbaren
Querschnitt gepreßt, so daß das Bitumen als Strang aus der Strangpresse 40 austritt.
Dieser Situmenstrang 45 weist über den gesamten Querschnitt etwa eine gleichmäßige
Temperatur auf, wobei der Strang 45 zwar noch verpreßbar ist, andererseits ohne
weitere Kühlung so formstabil ist, daß er sofort in beliebig lange Abschnitte entsprechend
der gewünschten Blockgröße zerteilt werden kann.
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Dieses Zerteilen erfolgt durch das mitfahrende Messer 48, so daß auch
bei größeren Querschnitten des Bitumenstrangs 45 saubere und glatte Schnitte möglich
sind.
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Das Vorschubelement 41, das von einem nicht weiter gezeigten Zentralaggregat
angetrieben wird, ist steuertechnisch so verknüpft, daß grundsätzlich während des
Preßvorgangs der Strangpresse 40 die Preßkolben 26 der Preßzylinder 6 im kraftlosen
Rückhub befindlich sind und umgekehrt, so daß nur eine Kraftfördereinrichtung benötigt
wird.
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Über das Förderband 44 werden die vom Strang 45 abgelängten Blöcke
von der Vorrichtung weg gefördert und können noch einer Verpackungseinrichtung zugeführt
werden.
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Es sei noch darauf hingewiesen, daß die Strömungs- bzw. Trans-» irichtung
des Kühl- oder Heizmittels bzw. des Bitumens in den einzelnen Figuren mit Pfeilen
angedeutet ist.