DE933497C

DE933497C - Verfahren zur Herstellung von Mischungen von einem thermoplastischen Bindemittel mitkoernigen und/oder feinsten Festteilchen

Info

Publication number: DE933497C
Application number: DES19898A
Authority: DE
Inventors: Albert Sommer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1944-06-06
Filing date: 1950-09-30
Publication date: 1955-09-29

Description

Verfahren zur Herstellung von Mischungen von einem thermoplastischen Bindemittel mit körnigen und/oder feinsten Festteilchen Es ist bereits bekannt, thermoplastische Bindemittel und staubförmiges oder gleichkörniges Festgut kurzzeitig aufeinander zur Einwirkung zu bringen, z. B. in der Weise, daß die Feststoffe aufgewirbelt und dabei mit dem Bindemittel besprüht werden. Dabei ist die Einwirkungszeit zu kurz, um eine gleichmäßige und vollständige Umhüllung aller Einzelkörner unter Ausnutzung des gesamten zur Anwendung gelangenden Bindemittels zu erreichen. Es ist ferner bekannt, einen derartigen Mischvorgang unter Zuhilfenahme fremder Medien, wie Preßluft, Dampf od. dgl., durchzuführen. Die Verwendung solcher Medien hat den Nachteil, daß sie von dem fertigen Mischgut abgeführt werden müssen, wobei feine Teilchen und Bindemittel mitgenommen werden; dabei werden jedoch insbesondere bei plastisch-klebrigem Mischgut die Abzugswege verunreinigt, wodurch die Anwendung dieses Verfahrens erschwert wird.
Demgegenüber sieht die Erfindung vor, die Berührungszeit beliebig lange ausdehnen zu können. Dies geschieht dadurch, :daß in einem Behälter durch zwei auf gegenläufig rotierenden Wellen angeordnete Wurfschaufeln die festen Bestandteile des Mischgutes wiederholt emporgeschleudert und dadurch oberhalb der Wurfschaufeln vorübergehend in den Schwebezustand versetzt werden. In diesem Zustand wird die freie obere Begrenzungsfläche der in den Schwebezustand gebrachten Festteilchen mit dem lediglich durch Flüssigkeitsdruck vernebelten Bindemittel besprüht.
Die Erfindung bietet zunächst den Vorteil, daß kein zusätzliches Druckmedium angewendet wird. Sie erreicht ferner eine vollständige Ausnutzung des Bindemittels bei einer minimalen Mischzeit. Endlich ist es erstmalig möglich, Körnungen verschiedener Größe in einem Arbeitsgang in einer einzigen Apparatur gleichmäßig zu umhüllen.
Das Prinzip der Erfindung wird an Hand der Zeichnung im folgenden erläutert. In der Zeichnung zeigt , Fig, i einen seitlichen Aufriß (Teilschnitt) einer Vorrichtung zur Herstellung von Mischungen gemäß der Erfindung; Fig.2 zeigt schematisch die festen Bestandteile während des Mischvorganges; Fig. 3 zeigt schematisch einen Schnitt durch das komprimierte Mischgut, z. B. einen bituminösen Straßenbelag.
Die Vorrichtung gemäß Fig. i besteht aus einem muldenförmigen Behälter i i (denl Mischtrog) mit den Seitenwandungen 12, den Entleerungsklappen 13 und dem Deckel 14. Innerhalb dieses Behälters ist ein rotierendes Wurfschaufelsystem angeordnet, bestehend aus zwei gegenläufigen Wellen 17 und 18, auf denen die Wurfschaufeln i9, 2o befestigt sind. Die Wellen können z. B. durch Zahnräder angetrieben werden.
Ein temperaturregelndes Medium kann durch Mäntel oder Kanäle an den Mischtrog geleitet werden, z. B. durch die Mäntel 26, 27, gespeist durch eine Pumpe 29, angetrieben durch Motor 3o aus einer Wärmequelle 31 mittels Leitung 33, Rückfluß durch Abzugsleitung 32. Die Wellen und Mischorgane können zur Temperaturregelung des Mischgutes hohl sein. Je nach Art des angestrebten Mischverfahrens kann das Mischgut somit auf verschiedenen Temperaturen gehalten werden.
Die Wurfschaufeln sind so auf den Mischerwellen angeordnet und derart geformt, daß die festen Bestandteile des Mischgutes an den Enden der Wurfschaufeln abgeschleudert werden. Dies kann durch die Umfangsgeschwindigkeit der Mischorgane geregelt werden. Die festen Teilchen werden je nach ihrer Korngröße emporgeschleudert und oberhalb der Wurfschaufeln vorübergehend in Schwebe gehalten, damit sie den Tröpfchen des vernebelten plastischen Bindemittels ausgesetzt werden und sich mit diesem verbinden.
Der plastische Anteil wird in Form von Sprühkegeln aus den über den Mischorganen angeordneten Düsen 35, 36 in den Behälter eingeführt. Das Verspxühungssystem für das Bindemittel umfaßt die Düsen 35. 36, einen Behälter 37 für das verflüssigte plastische Bindemittel, eine Pumpe 38, angetrieben durch Motor 39, mit Dreiwegehahn 40, welche das flüssige Bindemittel durch die Zufuhrleitung 41, 43 in die Düsen einpreßt. Vorgesehen ist weiter ein Rücklaufrohr 44 mit einem Über -druckventi145, durch welches das Bindemittel zurückgeleitet wird, falls 'der Dreiwegehahn 4o den Durchfluß zu den Düsen versperrt oder der Betriebsdruck des Bindemittels überschritten wird. In 47 ist eine Heizvorrichtung angedeutet, um das Bindemittel im Vorratsbehälter 37 auf der erforderlichen Temperatur und damit Viskosität zum Versprühen in den Düsen zu halten.
Die Düsen 35 und 36 sind gegen das schwebende Festmaterial gerichtet und in einem solchen Abstand von diesem gehalten, daß die Zerstäubungskegel des Bindemittels möglichst die gesamte freie Fläche des im Schwebezustand befindenden Festmaterials des Mischgutes ohne Überschneidung bedecken.
In der Zeichnung ist die Drehrichtung der Mischorgane durch Pfeile nahe den Zahlen 15 und 16 angedeutet.
Vor der Inbetriebnahme des Mischers wird das feste Material in den unteren Teil des Mischbehälters, z. B. auf das Niveau 5o/5o, eingefüllt. Fig. 2 zeigt einen Teil des Feststoffanteiles des Mischgutes schematisch zwischen den Wurfschaufeln 51, 52 am Ende der Mischerwellen, um die Lage der verschiedenen Größen des Feststoffes im Mischtrog anzudeuten. Die Schicht des vorübergehend im Schwebezustand über den Wurfschaufeln befindlichen Feststoffanteiles ist durch 53 angedeutet. In dieser Höhe, in der sich die Feststoffe vorübergehend jedoch wiederholt im Schwebezustand befinden, wird das fein vernebelte plastische Bindemittel aus der Düse 56 aufgesprüht und mit dem aufgelockerten Festgut ohne Widerstand feinstverteilt und gleichmäßig verbunden.

Durch dieses nach Beschreibung . der Zeichnungen deutlich gemachte neuartige Mischverfahren gemäß Erfindung ist erreicht worden, daß die Feststoffanteile des Mischgutes einer wirksamen Auflockerung unterzogen und durch die Wurfschaufeln auf den Mischerwellen zwar vorübergehend über den Wurfschaufeln, jedoch während der Gesamtmischzeit wiederholt in den Schwebezustand versetzt werden, in den das unter hohem Flüssigkeitsdruck versprühte, also in feinste Partikelchen aufgelöste plastische Bindemittel ohne Widerstand eingeführt wird. Durch die Wiederholung dieses Schwebezustandes im Feinnebel des plastischen Bindemittels wird@söwohl eine restlose Umhüllung der. Festänfeile aller Korngrößen, als auch die gleichmäßigste Verteilung des Bindemittels im Mischgut erreicht. Es könnenjedoeh-mit dem neuen-

V#, fabren.entsgrechend-der vorliegeTrdenErfindung

üch Einkornfeststoffe, insbesondere Zement; Kalk-

mehlfüller u. dgl., zu einem gleichmäßigen Binde-

mittel-Feststoff-Gemisch aufbereitet werden.

Weiter-e@tr@wi@k-@;t@gen des@er@xlrren-s-s-i-rrd@daf@

Jlie Feststoffe@im schwebenden Zustand über den

ur sc au e n_ ver-hamr-en, so daß der Mischprozeß

gewissermaßen aus dem Mischtrog heraus in den

Raum über den Wurfschaufeln verlagert ist.>

Weiterhin verhält sich die Mischzeit synchron mit

der Z t #vährend der Einsprühung des plastischen

v

Bindemittels derart, daß das Mischgut nach Beendigung der Einsprühung des Bindemittels unmittelbar aus dem Mischtrog abgelassen werden muß. Ein weiteres Nachmischen würde im Gegenteil der Güte des Mischgutes abträglich sein.

Der Mischtrog, wie in der Zeichnung dargestellt, kann beispielsweise ein Fassungsvermögen von 1,3 m3 besitzen, so daß die einzelne Charge von Gesteinsfeststoffen etwa i Tonne wiegt. Der Abstand der Wurfschaufeln von der Wellenmitte kann 4o cm lang sein, was eine Spannweite der Wurfschaufelspitzen von etwa i m ergibt. Bei einer Achsendrehung von etwa 6o Umdrehungen pro Minute, entspricht dies einer Umfangsgeschwindigkeit von etwa 300 bis 320 cm pro Sekunde, mit der die erforderliche Wurfhöhe erreicht wird. Die Wurfhöhe hängt in jedem Fall von der Umfangsgeschwindigkeit der Wurfschaufelspitzen ab.
Was die Zuteilung des plastischen Bindemittels betrifft, so kann bei der geschilderten Arbeitsweise vorteilhaft die volumetrische Dosierung durch Flüssigkeitsmesser angewendet und so der Betrieb nahezu automatisch werden. Beispiele Die folgenden, zur Erläuterung dienenden Beispiele beziehen sich auf die Herstellung von Asphalt-Gesteins-Mischungen für Straßenbeläge; sie können mit entsprechenden Abänderungen für andere Materialien und Zwecke gebraucht werden.
Die Korngrößen der Festbestandteile können in weiten Grenzen variieren. Der Gehalt an plastischem Material (Bitumen) richtet sich nach den Kornstufungen des Gesteins. Er ist im allgemeinen proportional dem Gehalt an feinsten Festanteilen (Filler; Sand). Je gröber die Mischung, um so weniger Bindemittel ist erforderlich.

Folgende Mischungen sind Beispiele praktisch ausgeführter Beläge:

Mischung i Mischung2

3/8" Stein .. .. . . . . . . . . . . . . . 380/0 70%

Sand ................. 47% 2o°/0

Staub (Filler) ........ 1o0/0 6%

Asphaltbitumen (Ein-

dringungstiefe 200) . . . 5% 4%

i000/0 i000/0

Folgende Mischungen sind ermittelt aus Laboratoriumsanalysen von ausgeführten Belägen (Siebanalyse)

Mischung 3 Mischung 4

Rückstand auf Sieb Nr.4. . 34 0/0 -

DurchgangdurchSiebNr.4 11 0/0 0,90/a

_ io i6,50/0 28,3%

- - - - 20 10,0/0 20,6'%

- 40 8,6% 15,80/0

- - - - 8o 6,7'/o 12,:2'0/G

-200 10,30/0 i6,30/0

Asphalt (extrahiert) ..... 2,8% 5,9%

i00 % ioo 0/0

Maßgebend für den Grad der Zerstäubung und damit für die korrekte Innehaltung der Vorschriften für die Zusammensetzung der Gemische ist die Viskosität des plastischen Anteils, im Beispielsfall des Asphaltbitumens. Man arbeitet mit Konsistenzen des Asphalts mit einer Eindringungstiefe von-6o bis 300. Hierunter ist verstanden die Eindringungstiefe (in Zehntelmillimeter) einer mit ioo g belasteten Nadel während 5 Sekunden bei einer Temperatur von 25° C.

Da das Vermischen der Komponenten lediglich in ihrem frei schwebenden Zustand geschieht, so ist für den festen Bestandteil die Beschleunigung der Teilchen (hier abhängig von der Umfangsgeschwindigkeit des Systems) und für den plastischen Teil die Viskosität und der Flüssigkeitsdruck maßgebend. Die Viskosität ist im allgemeinen abhängig von der Temperatur. Es bedarf daher geeigneter Vorkehrungen, um die Arbeitstemperatur und den Pumpendruck konstant zu halten. Höhere Viskositäten und niedere Drucke würden gröbere Tröpfchen des plastischen Guts ergeben und damit sowohl die Dosierung als auch den Dispersionsgrad ungünstig beeinflussen.
Im Fall der obigen Beispiele hatte das Asphaltbitumen eine Eindringungstiefe von i80 bis Zoo. Die Arbeitstemperatur betrug i50 bis 16o° C und der Flüssigkeitsdruck 2o atm. Bei der angegebenen Temperatur war die Viskosität des Asphalts 1,2 Centipoise.
Wenn im vorhergehenden vom Versprühen der Flüssigkeit die Rede ist, so ist hierunter ein Vorgang zu verstehen, bei dem das flüssige Gut durch spezielle Düsen (Druckflüssigkeitsvernebelungsdüsen) auf eine hohe, rotierende Bewegung gebracht wird, so daß es beim Austritt aus der Düse fei.nstens vernebelt wird, wobei die zugeführte potentielleEnergie in Rotations- und Reibungsenergie umgesetzt wird und ihr größter Teil der Vernebelung nutzbar gemacht wird. Das vernebelte Gut verläßt die Düsenöffnung in Gestalt eines Sprühkegels, und die Temperatur der Teilchen derselben verringert sich sofort nach dem Verlassen der Düsenöffnung. Es ist ersichtlich, daß durch diesen Vorgang die relative Oberfläche des plastischen Guts auf das mehr als Tausendfache erhöht wird.
Wiederum im Fall des Beispieles kann die Temperatur des festen Bestandteiles so geregelt werden, daß entweder sofort schwarze, klebende Massen erzeugt werden. Hierzu bedarf es im allgemeinen keiner besonderen Regelung von außen, da sich zwischen dem lufttrockenen Gestein und dem zersprühten Asphalt sehr bald ein Temperaturgleichgewicht einstellt. Oder, wenn beispielsweise ein lagerfester bituminierter Filler erzeugt werden soll, so können die Mäntel 26 und 27 mit kaltem Wasser beschickt und das System so kühl gehalten werden, daß die Tröpfchen ihre Gestalt beibehalten. 'Es entsteht so ein wenig gefärbtes Pulver, das trotz seines Asphaltgehalts sowohl im Aussehen als seiner Körnung nach dem Ausgangsstaub ähnelt, da sich der Asphalt in der inneren Phase befindet. Wie oben erwähnt, ist der Mischprozeß beendet, sobald das Bitumen die Düsen verlassen hat. Das Bindemittel bildet dann außerordentlich feine Schichten zwischen den Gesteinsoberflächen, und Fig.3 zeigt schematisch einen Schnitt durch ein solches durch Druck verdichtetes Konglomerat. Bei 6o, 61 ist schematisch dargestellt, wie die Zwischenräume zwischen den gröberen Teilen mit einem feinen Gemenge von Gesteinsteilchen mit Bindemittel ausgefüllt sind. Als Bindemittel wirkt hier demnach ein Mörtel und nicht, wie bei üblichen Mischungen, freier Asphalt im Überschuß.
Da die dünnen Schichten des Bindemittels einen hohen Widerstand gegen innere Verschiebungen erzeugen, so kann bei dem geschilderten Verfahren zwecks Herstellung eines Straßenbelages wesentlich weicherer Asphalt verwendet werden als bei den üblichen. Dies ist insbesondere von Bedeutung für das Verhalten solcher Beläge bei extremen Temperaturen. Sie verbleiben in der Kälte noch plastisch und verschieben sich auch nicht bei großer Hitze unter Verkehr. Die Vermeidung des Überschusses an Bindemittel, die Möglichkeit der Verwendung weicherer Asphalte und der bessere Wärmehaushalt des Verfahrens kann im Straßenbau beträchtliche Ersparnisse herbeiführen.
An sich sind Mischvorrichtungen mit auf zwei gegenläufig rotierenden Wellen angeordneten Schaufeln bekannt; jedoch arbeiten diese Vorrichtungen als Zwangsmischer, wobei das Mischgut zwecks Homogenisierung durchknetet wird. Hierbei werden jedoch die Festteile nicht in einen derart aufgelockerten Zustand gebracht, daß sie oberhalb der Schaufeln in den Schwebezustand übergehen.

Claims

PATENTANSPRUCH: Verfahren zur Herstellung von Mischungen von einem thermoplastischen Bindemittel mit körnigen und/oder feinsten Festteilchen, wobei das Bindemittel auf die freie obere Begrenzungsfläche der in den Schwebezustand gebrachten Feststoffe gesprüht wird, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Behälter durch auf zwei gegenläufig rotierenden Wellen angeordnete Wurfschaufeln die festen Komponenten des Mischgutes wiederholt emporgeschleudert, dadurch aufgelockert und oberhalb der Wurfschaufeln vorübergehend in den Schwebezustand versetzt und hierbei von dem lediglich durch Flüssigkeitsdruck vernebelten Binde-- mittel umhüllt werden. Angezogene Druckschriften: ,Deutsche Patentschriften Nr. 168 29o, 145 251, 305428, 332941, 299994 314494 467275, 467324 49.7 913, 441577, 511 002, 570759, 60o 18q.; USA.-Patentschriften Nr. 2 256 281, 2 090:290, 1921688, 1987 243, 2053709, :2256422x 2041155; britische Patentschriften Nr. 392 577, 330 503; Prospekt »Millars Asphalt-Maschinen«, Auszug aus »Krupp-Monatsheften«, 1929; Zeitschrift »Asphalt und Teer, Straßenbautechnik«, 1940, S. 359 ff.