DE3722781C1 - Method and apparatus for producing heated surfaces in road construction - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Herstellung von erhitzten Flächen im Straßenbau zur Replastifizierung von Flächen mit bituminös gebundenen Straßenbaumaterialien, durch Übertragung großer Wärmemengen von hohem Temperaturniveau von einem oberhalb der zu erwärmenden Flächen verfahrbaren Wärmeübertrager.

Im Straßenbau ist Bitumen nur in bestimmten, genormten Sorten und Klassen als Bindemittel für Straßenbaumaterialien zulässig. Die chemischen und physikalischen Eigenschaften von Bitumen sind entscheidend für die Tragfähigkeit und die Lebensdauer einer bituminös gebundenen Fahrbahnfläche. Sowohl bei der Errichtung neuer Straßendecken als auch bei der Wiederverwendung bzw. Recycling von bituminös gebundenen Materialien entsteht ein Problem dadurch, daß eine Erwärmung von Bitumen zur chemischen und physikalischen Änderung des Materials führt und in Abhängigkeit von der Temperatur sich deren Viskosität ändert. Eine unsachgemäße Erwärmung von Bitumen führt in aller Regel in einem Verbrennungsprozeß in Form einer Verkokung bzw. Oxidation des Materials, wobei chemische und physikalische Änderungen auftreten, die das betreffende mit einem derartig veränderten Bitumen durchsetzte Baumaterial zu einem für den Straßenbau unzulässigen Baustoff umwandeln. Für das Recycling eines bituminös gebundenen Baumaterials ist Grundvoraussetzung, daß es mittels Erwärmung replastifiziert und somit erneut eingesetzt werden kann.

Bei einem bekannten Verfahren und der Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens (DE-OS-28 43 338) besteht die Vorrichtung aus einem rechteckigen, aus Längs- und Querträgern aufgebauten Rahmen, der oben und an den Seiten durch Platten abgedeckt ist, welche eine nach unten offene Kammer bilden. An den parallel zur Fahrbahnoberfläche angeordneten Platten sind mehrere davon senkrecht nach unten vorspringende Ablenkplatten vorgesehen, welche die Kammer in kleinere Räume unterteilen, die miteinander in Verbindung stehen. Diese nach unten offene Kammer steht mit einem vorauseilenden - oder nacheilenden - Kasten mit Brennern über Ausnehmungen bzw. Öffnungen in Wärmeübertragungsverbindung, durch welche die im Brennerkasten erhitzte Luft einströmen und durch die Ablenkplatten turbulent verwirbelt werden kann. Dadurch erfüllt der nach unten offene Kasten eine Erhitzungsfunktion als nach- oder vorgeschaltete Wärmeübertragungsfläche, der bei seiner Nachschaltung gleichzeitig eine Wärmeausstrahlung von dem gerade vom Brennerkasten überfahrenen Asphaltabschnitt verhindert.

Die gleiche Vorrichtung läßt sich durch Umkehrung um 180° zur Vorwärmung der zu erwärmenden Flächen mit bituminös gebundenen Straßenbaumaterialien verwenden. Dieses Gerät läßt sich auch an einem Fahrgestell mit mehreren Heizflächen hintereinander anordnen, beispielsweise mit einem Vorheizgerät, mit dem eigentlichen Hauptheizgerät sowie mit einem Nachheizgerät.

Dieses Verfahren sowie diese Vorrichtung sind jedoch mit einem erheblichen Aufwand an Zeit, Maschinen, Energie und Personal behaftet. Dabei bestehen die Heizflächen in aller Regel aus rechteckigen, sich über die gesamte Fahrbahnbreite erstreckende Heizplatten mit Brennelementen, die über Dieselöl oder Propangas betrieben werden. In Kurvenbereichen tritt bei einem derartigen Verfahren und einer solchen Vorrichtung das Problem hinzu, daß die Heizplatte bei tangentialer Anlage an den inneren Kurvenrand mit einem Teilbereich über den äußeren Kurvenrand hinausragt. Dies führt zu einer unerwünschten Überhitzung der am inneren Kurvenrand gelegenen Bereiche, insbesondere wenn diese Grasflächen oder Bepflanzungen aufweisen sowie zu einer unerwünschten Erhitzung der außerhalb des äußeren Kurvenrandes gelegenen und auf diese Weise miterhitzten Flächen. Diese unerwünschten Wirkungen sind um so größer, je länger und je breiter die hierzu verwendeten Heizplatten sind.

Da aus den eingangs genannten Gründen die Wärmeübertragung zur Vermeidung von Vekokungen und den damit verknüpften Änderungen der chemisch-physikalischen Eigenschaften begrenzt und zeitbezogen sein muß, müssen diese Heizplatten so lang und so breit ausgelegt werden, daß bei einer Translationsgeschwindigkeit von 3 m/Min. die Erwärmung des bituminös gebundenen Materials in der gewünschten Tiefe von beispielsweise 50 mm zu der erwünschten Replastifizierung führt. Aufgrund der schlechten Wärmeleitfähigkeit der bituminös gebundenen Straßenbaumaterialien resultiert daraus häufig ein Hitzestau. Die nachteilige Gesamtfolge macht sich einerseits in einem Wärmeverlust von 40% bis 45% der ausgegebenen Wärmeenergie und andererseits in einer Anbrennung bzw. Verkokung der Oberfläche in einem Tiefenbereich von 0 mm bis 10 mm bemerkbar, der in diesem Bereich zur Zerstörung der chemischen und physikalischen Eigenschaften des bituminösen Bindemittels führt.

Dieser liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens der eingangs genannten Gattung zu schaffen, mit dem in energiesparender Weise Wärmemengen von hohem Temperaturniveau auf bituminös gebundene Straßenbaumaterialien ohne deren Zerstörung in schonender Weise übertragbar sind.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit dem eingangs genannten Gattungsbegriff verfahrenstechnisch dadurch gelöst, daß die zu übertragende Wärmemenge mit einstellbarer Frequenz pulsierend aufgebracht wird. Diese pulsierende Wärmeübertragung kann beispielsweise dadurch bewerkstelligt werden, daß entweder mittels eines mit entsprechender Frequenz eingestellten Reglers die Wärmeübertragung alternierend eingeschaltet und abgeschaltet oder vermindert oder verstärkt wird oder die Heizflächen alternierend ganz oder teilweise abgedeckt oder oberhalb der zu erwärmenden Flächen in Rotation versetzt werden. In sämtlichen Fällen wird die Wärmemenge zum überwiegenden Teil durch Strahlung aufgebracht.

Nach einer ersten Alternative wird der Wärmeübertrager mit einstellbarer Translationsgeschwindigkeit oberhalb der zu erwärmenden Flächen verfahren und zugleich wird über einen Regler seine Wärmeübertragungsleistung in Bezug auf die zu erwärmende Fläche oszillierend unterbrochen, vermindert oder verstärkt. Dieses Verfahren ist auch noch mit den bekannten Vorrichtungen mit ihren stationär angeordneten Heizflächen durchführbar.

Nach einer zweiten, besonders vorteilhaften Ausführungsalternative wird der Wärmeübertrager mit einstellbarer Translations- und Rotationsgeschwindigkeit oberhalb der zu erwärmenden Flächen verfahren. Diese Verfahrensweise weist den besonderen Vorteil auf, daß auch in Kurven sämtliche Flächenbereiche einer zu erwärmenden bzw. zu erhitzenden Fläche ghleichmäßig und kontinuierlich und damit äußerst schonend bestrichen werden können, ohne daß es über die Begrenzungslinien hinaus zu Erhitzungen bzw. Überhitzungen kommt.

Bei der letzten Ausführungsalternative kann die Wärmeübertagungsleistung einerseits dadurch variiert werden, daß der Richtungswinkel der Wärmeübertragung, insbesondere der Anstellwinkel der Heizfläche in Richtung auf die zu erwärmende Fläche verstellt wird und andererseits dadurch, daß die Verstellung des Richtungswinkels der Strahlungsfläche und/oder die Höhe der Wärmeübertragungsleistung stufenlos während des Wärmeübertragungsvorganges thermostatisch geregelt vorgenommen wird.

Vorrichtungsmäßig wird das der Erfindung zugrundeliegende Problem dadurch gelöst, daß ein Fahrgestell mit mindestens einem daran angeordneten Wärmeübertrager mit einer auf die zu ewärmende Fläche richtbaren Heizfläche aus einer drehbar angeordneten Heizplatte besteht und relativ zum Fahrgestell und/oder gemeinsam mit letzterem höhenverstellbar ist. Zur Erzielung einer großen Flexibilität der Wärmerübertragungsleistung erweist es sich als besonders vorteilhaft, an dem Fahrgestell mehrere Heizplatten neben und/oder in Fahrtrichtung hintereinander anzuordnen und mit gleichen oder unterschiedlichen Drehzahlen in Rotation zu versetzen. Auch können sämtliche Heizplatten an einem gemeinsamen Drehgestell angeordnet und zusätzlich mit diesem drehbar sein. Ferner können die Heizplatten als Ventilatorflügel mit verstellbarem Anstellwinkel in Richtung auf die zu erwärmenden Flächen ausgebildet sein und dadurch eine Wärmeübertragung sowohl durch Strahlung als auch durch Konvektion begünstigen.

Um die Verluste der von den Heizplatten emittierten Wärmemengen zu vermindern, ist das Fahrgestell mit einer sämtliche Heizplatten schützenden Abdeckhaube aus wärmedämmendem und/oder wärmereflektierendem Material versehen. Die Abdeckhaube ist zur leichteren Verfahrbarkeit hochklappbar sowie in dieser Lage arretierbar.

An einer von einem Motor antreibbaren Hohlwelle sind entweder eine große Heizplatte oder mehrere, an einem gemeinsamen Drehgestell angeordnete Heizplatten befestigt, wobei durch den Innenraum der Hohlwelle sowohl die Energiezufuhr zur Erzeugung der gewünschten Heizleistung als auch ein Abgasschacht zur Fortleitung der Heizgase geführt sind. Die Hohlwelle ist an einem höhenverstellbaren Gleitlager gelagert, so daß auf diese Weise eine Abstandsänderung der Heizplatte sowohl über dieses Gleitlager als auch unabhängig davon über die höhenverstellbaren Räder des Fahrgestelles erfolgen kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt. Dabei zeigt

Fig. 1 eine Querschnittsansicht der neuen Vorrichtung in Richtung I/I von Fig. 2,

Fig. 2 die Draufsicht der neuen Vorrichtung von Fig. 1,

Fig. 3 die Ansicht in Verfahrrichtung der neuen Vorrichtung bei in Fahrtrichtung arretierter Heizplatte und hochgeklappter Abdeckhaube.

Fig. 4 die skizzenhafte Draufsicht auf die neue Vorrichtung mit einer Heizplatte,

Fig. 5 die skizzenhafte Draufsicht auf eine neue Vorrichtung mit zwei rotierend nebeneinander angeordneten Heizplatten,

Fig. 6 die skizzenhafte Draufsicht auf eine neue Vorrichtung mit drei rotierend nebeneinander angeordneten Heizplatten,

Fig. 7 die skizzenhafte Draufsicht auf eine Vorrichtung mit jeweils zwei neben­ und hintereinander rotierend angeordneten Heizplatten,

Fig. 8 die Rotationskreise einer über die gesamte Fahrbahnbreite reichenden Heizplatte gemäß Fig. 2 und Fig. 4.

Gemäß den Fig. 1 bis 3 besteht die neue Vorrichtung (1) zur Herstellung von erhitzten Flächen im Straßenbau aus einem Fahrgestell (2) mit vier Laufrädern (3), einer Heizplatte (4) und einer Abdeckhaube (5), die mit stark wärmedämmendem Material (6) ausgekleidet ist. Die Laufräder (3) sind schwenkbeweglich an Drehbolzen (7) angelenkt, welche je eine Traverse (8) durchgreifen, die wiederum an einem Tragring (9) über das Schwenkgelenk (10) angelenkt ist. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, können die Traversen (8) in der dargestellten, ausgeschwenkten Stellung durch Verriegelungsstifte (11) oder in einwärts geschwenkter Lage von den Arretierungsstiften (12) an der Abdeckhaube (5) arretiert werden. Oberhalb des Tragringes (9) befindet sich in etwa kongruenter Lage ein Lagerring (13) - siehe Fig. 1 - , der von einer mit einem Außengewinde versehenen Lagerhülse (14) durchgriffen ist, die mit ihrem Außengewinde in das Innengewinde einer Hülse (15) eingreift und in dieser höher oder tiefer verschraubt werden kann.

Auf dem Flansch (16) der Lagerhülse (14) liegt der Gegenflansch (17) der Hohlwelle (18) auf, an derem unteren Ende die Heizplatte (4) mit ihren einzelnen Brennelementen (19) befestigt ist. Zwischen dem Flansch (16) und dem Gegenflansch (17) kann ein Gleit- oder Kugellager angeordnet werden. Bei Drehung der Hohlwelle (18), die an ihrem unteren Ende in einem zweiten Lager (20) drehbar gelagert ist, wird auch die zweite Heizplatte (4) in Drehungen versetzt. In Bezug auf die zu beheizende bzw. zu erwärmende Fläche (21) ist der Abstand (A) zwischen der Unterkante der Heizplatte (4) und der Oberkante dieser Fläche (21) sowohl über die Gewindehülse (14) als auch über Handkurbeln (22) der Laufräder (3) veränderlich.

Durch den Innenraum der Hohlwelle (18) erfolgt über die Leitung (23) die Brennstoffzufuhr, z. B. Öl, Gas oder dgl., zu den Brennelementen (19) der Heizplatte (4). Außerdem dient dieser Innenraum (24) der Hohlwelle (18) als Abgasschacht für die abzuführenden Heißgase.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, wird bei einer Drehung der Hohlwelle (18) in Richtung des Pfeiles (25) die Heizplatte (4) mit ihren Brennelementen (19) die Fläche (21) pulsierend erhitzen. Da erfindungsgemäß die Drehzahl der Hohlwelle (18) und damit die der Heizplatte (4) einstellbar sein soll, ist auch die Frequenz der pulsierenden Wärmeübertragung variabel. Da im dargestellten Fall die Breite (B) der Heizplatte (4) über ihre Länge gleichbleibend ist, erhalten die außenliegenden Flächenbereiche der aufzuheizenden Fläche (21) wegen der größeren Umfangsgeschwindigkeit der außenliegenden Heizflächenbereiche pro Zeiteinheit eine geringere Wärmeübertragungsleistung als die innenliegenden Flächenbereiche, ist es im Sinne der Erfindung als vorteilhafte Weiterbildung zu betrachten, wenn entweder die Heizleistung der Brennelemente (19) von außen nach innen abfallend gestaffelt oder umgekehrt von innen nach außen ansteigend gestaffelt sind. Es ist jedoch erfindungsgemäß auch möglich, die Größe der Wärmeübertragungsflächen vom Drehpunktbereich nach außen dadurch ansteigen zu lassen, daß die Heizplatte (4) die Form eines Kreisringstückes (26) erhält, so, wie es in Fig. 2 gestrichelt angedeutet ist.

Und schließlich ist eine weitere Variante der Wärmeübertragungsleistung dadurch möglich, daß der Anstellwinkel der Heizplatte (4) ähnlich einem Ventilatorflügel durch entsprechende Änderung des Anstellwinkels verändert wird.

Um bei bekannten Vorrichtungen zur Erhitzung von bituminösen Straßendecken mit ortsfesten und damit unbeweglichen Heizplatten (4) eine Wärmeübertragung mit einstellbarer Frequenz pulsierend erfolgen zu lassen, können deren Wärmeübertragungsleistungen durch eine Regler oszillierend unterbrochen oder vermindert oder verstärkt werden. Dabei kann die Unterbrechung auch dadurch erfolgen, daß vor diesen ortsunveränderlichen Heizplatten (4) der herkömmlichen Vorrichtungen eine die Wärmeübertragungsleistung unterbrechende Platte drehbar oder schwenkbar geführt wird.

Um die in den Fig. 1 und 2 dargestellte, erfindungsgemäße Vorrichtung möglichst platz- und raumsparend transportieren zu können, ist die Abdeckhaube (5) entlang der Linie (27) geteilt, wodurch die beiden Teile (28, 29) der Abdeckhaube (5) hochgeklappt werden können, wie es aus Fig. 3 hervorgeht. In dieser Lage sind außerdem die Abdeckplatte (4) sowie die Räder (3) entsprechend der strichpunktierten Darstellung der Fig. 2 einwärts geschwenkt und arretiert.

In den Fig. 4 bis 7 sind mehrere Heizplatten (4) in unterschiedlichen Systemen nebeneinander bzw. hintereinander an einem Fahrgestell (2) angeordnet. Dabei können die einzelnen Heizplatten (4) der Fig. 5 bis 7 jeweils für sich drehbar an einem Fahrgestell (2) angelenkt, als auch gemeinsam an einer Drehplatte (30) befestigt sein, die sich gemeinsam mit den Heizplatten (4) dreht, welche zudem noch davon unabhängig drehbar sind. Diese letztgenannte Anordnung hat aufgrund der Addition der Relativgeschwindigkeiten den Vorzug, daß die einzelnen Drehungen mit geringen Drehgeschwindigkeiten durchgeführt werden können, was eine schonende Betriebsweise und eine lange Lebensdauer bewirkt.

In Fig. 8 ist eine Kurve einer zu beheizenden Fahrbahn (21) dargestellt. Durch die Rotationsbewegung der Heizplatte (4) kann die Fahrbahn (21) über ihre gesamte Breite gleichmäßig und kontinuierlich aufgeheizt werden, was durch die einskizzierten Kreisbahnen (31) der Heizplatten (4) und der dadurch bewirkten Hüllkurven verdeutlicht wird.

• Bezugszeichenliste: Vorrichtung 1 Fahrgestell 2 Laufräder 3 Heizplatte 4 Abdeckhaube 5 wärmedämmendes Material 6 Drehbolzen 7 Traverse 8 Tragring 9 Schwenkgelenk10 Verriegelungsstifte11 Arretierungsstifte12 Lagerring13 Lagerhülse14 Hülse15 Flansch16 Gegenflansch17 Hohlwelle18 Brennelemente19 Lager20 zu erwärmende Fläche21 Abstand zwischen Unterkante der Heizplatte 4 und Oberkante der Fläche 21 A Handkurbeln22 Energieleitung23 Innenraum der Hohlwelle 8 24 Breite der Heizplatte 4 B Form der Heizplatte 4 26 Teilungslinie der Abdeckhaube 5 27 Teile der Abdeckhaube 5 28 29 Drehplatte30 Kreisbahnen31

Claims (15)

1. Verfahren zur Herstellung von erhitzten Flächen im Straßenbau zur Replastifizierung von Flächen mit bituminös gebundenen Straßenbaumaterialien, durch Übertragung großer Wärmemengen von hohem Temperaturniveau von einem oberhalb der zu erwärmenden Flächen verfahrbaren Wärmeübertrager, dadurch gekennzeichnet, daß die zu übertagende Wärmemenge mit einstellbarer Frequenz pulsierend aufgebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmemenge zum überwiegenden Teil von einer Heizfläche (4) durch Strahlung aufgebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeüberträger (4) mit einstellbarer Translationsgeschwindigkeit oberhalb der zu erwärmenden Flächen verfahren und zugleich über einen Regler seine Wärmeübertragungsleistung in Bezug auf die zu erwärmende Fläche (21) oszillierend unterbrochen, vermindert oder verstärkt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeübertrager (4) mit einstellbarer Translations- und Rotationsgeschwindigkeit oberhalb der zu erwärmenden Flächen (21) verfahren wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Richtungswinkel der Wärmeübertragung, insbesondere der Anstellwinkel der Heizfläche (4) in Richtung auf die zu erwärmende Fläche (21) verstellt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellung des Richtungswinkels der Heizflächen (4) und/oder die Höhe der Wärmeübertragungsleistung stufenlos während des Wärmeübertragungsvorganges thermostatisch geregelt vorgenommen wird.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Fahrgestell mit mindestens einem daran angeordneten Wärmeübertrager mit einer auf die vorzuwärmende Fläche richtbaren Heizfläche aus einer drehbar angeordneten Heizplatte (4) besteht und relativ zum Fahrgestell (2) und/oder gemeinsam mit letzterem (2) höhenverstellbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Fahrgestell (2) mehrere Heizplatten (4) neben und/oder in Fahrtrichtung hintereinander angeordnet und mit gleichen oder unterschiedlichen Drehzahlen in Rotation versetzbar sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Heizplatten (4) an einem gemeinsamen Drehgestell (30) angeordnet und zusätzlich mit diesem (30) drehbar sind.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizplatten (4) als Ventilatorflügel mit verstellbarem Anstellwinkel in Richtung auf die zu erwärmenden Flächen (21) ausgebildet sind.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Fahrgestell (2) mit einer sämtliche Heizplatten (4) schützenden Abdeckhaube (5) aus stark wärmedämmendem und/oder wärmereflektierendem Material (6) versehen ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckhaube (5) teils hochklappbar sowie in dieser Lage arretierbar ist.

13. Vorrrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine große Heizplatte (4) oder mehrere an einem gemeinsamen Drehgestell (30) angeordnete Heizplatten (4) an einer von einem Motor antreibbaren Hohlwelle (18) befestigt sind, durch deren Innenraum (24) sowohl die Energiezufuhr (23) zur Erzeugung der gewünschten Heizleistung als auch eine Abgasschacht zur Fortleitung der Heißgase geführt sind.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlwelle (18) auf einem höhenverstellbaren Gleitlager (14, 15, 16) gelagert ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizplatte (4) mit Brennelementen (19) bestückt ist, die mit Dieselöl, Propangas oder hochfrequenten Wellen, betreibbar sind.