DE102004010129B3 - Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung von vorgekühltem Beton - Google Patents

Abstract

Eine Vorrichtung zur Herstellung von vorgekühltem Beton umfasst eine Einrichtung (2, 4, 5) zur Herstellung von tiefkaltem Kunstschnee (3), eine Dosierwaage (8, 9) zur Verwiegung von Teilen (14) des hergestellten Kunstschnees (3) und ein Zuführsystem (13) zur Zuführung des verwogenen Kunstschneeanteils (14) zu einem Mischsystem für die Betonaufbereitung. Die Dosierwaage (8, 9) befindet sich in einer tiefkalten Umgebung.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Herstellung von vorgekühltem Beton, insbesondere Transportbeton.
• Beton kommt in der Bauwirtschaft in unterschiedlichsten Anwendungsbereichen und vielfältigen Variationsmöglichkeiten zum Einsatz. Beton wird im Hoch- und Tiefbau eingesetzt, und die Begriffe Normalbeton, Leichtbeton, Sichtbeton, selbstverdichtender Beton, Unterwasserbeton usw. deuten nur einige der vielfältigen Variationsmöglichkeiten des High-tech-Baustoffes Beton an.
• Die übliche Form der Betonzubereitung besteht darin, dass Wasser und Zement sowie weitere Zuschläge und Zusätze (Bindemittel, Füller, Hüttensand, Flugasche, Kalk, Dichtmittel, Verflüssiger usw.) in vorgegebener Zusammensetzung gemischt werden. Dabei ist es für die Qualität des hergestellten Frischbetons wichtig, dass die Zumischung des Anmachwassers zu den festen Bestandteilen mengenmäßig genau und reproduzierbar erfolgt, so dass die Einhaltung des geforderten Mischverhältnisses im Toleranzbereich gewährleistet werden kann. In diesem Zusammenhang ist es bereits bekannt, eine mengenmäßig genaue Zudosierung des Anmachwassers über eine Verwiedung des Wassers vorzunehmen.
• Neben der Einhaltung des geforderten Mischverhältnisses wird die Qualität des Frischbetons maßgeblich durch die Einbautemperatur beeinflusst. Je nach Art und Verwendung des Betons darf eine spezifische Einbautemperatur nicht überschritten werden. Ein weiterer Aspekt, der insbesondere bei Transportbeton von großer Bedeutung ist, besteht darin, dass die Temperatur des Frischbetons die Abbindezeit beeinflusst. Um ein vorzeitiges Abbinden des Betons auf dem Transportweg zu vermeiden, muss der Frischbeton möglichst kühl transportiert werden. Hierfür ist es bereits bekannt, im Fahrmischer eine Lanzenkühlung einzusetzen, welche den Transportbeton mit flüssigem Stickstoff (LIN) kühlt.
• Um die genannten Anforderungen hinsichtlich der Einbautemperatur und der Transportfähigkeit des Betons einhalten zu können, wurde bereits vorgeschlagen, den Beton durch Verwendung von gekühltem Anmachwasser direkt beim Mischvorgang zu kühlen. Die Zugabe des Anmachwassers in Form von Scherbeneis hat sich als nachteilig erwiesen, da sie zu einer Verminderung der Betonqualität aufgrund einer ungleichmäßigen Durchfeuchtung des Betons führt. Als Alternative wurde vorgeschlagen, das Anmachwasser in Form von tiefkaltem Kunstschnee zuzusetzen. Ungelöst ist dabei das Problem, eine mengenmäßig exakte und reproduzierbare Zudosierung des Kunstschnees zu den festen Betonbestandteilen zu bewerkstelligen.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung von vorgekühltem Beton zu schaffen, welches eine mengengenaue Zudosierung von tiefkaltem Kunstschnee unter weitgehender Vermeidung von Wärmeverlusten ermöglicht.
• Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabenstellung wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
• Der Kerngedanke der Erfindung besteht darin, die Zudosierung des gekühlten (d.h. tiefkalten) Kunstschnees über eine sich in tiefkalter Umgebung befindende Dosierwaage vorzunehmen. Dadurch, dass sich die Dosierwaage innerhalb der tiefkalten Umgebung befindet, entfallen aufwändige Maßnahmen für die Isolation und Durchführung von mechanischen Antrieben, welche erforderlich wären, wenn die Dosierwaage im Normaltemperatur bereich außerhalb der tiefkalten Umgebung angeordnet wäre. Derartige Durchführungen und damit verbundene Temperaturgradienten im Bereich mechanisch beweglicher Teile führen zu Kraftnebenschlüssen mit erheblichen Einschränkungen der Wägegenauigkeit, welche durch die erfindungsgemäße Verlegung der Dosierwaage in die tiefkalte Umgebung ausgeschlossen werden können. Sofern durch die Verlegung der Dosierwaage in die tiefkalte Umgebung Meßfehler auftreten sollten (beispielsweise infolge von Änderungen der Federelastizität der Rückstellfeder der Waage), sind die Messfehler größtenteils systematische Messfehler, die durch eine Neueichung oder geeignete temperaturabhängige Steuerung der Waage in der tiefkalten Umgebung korrigiert werden können. Im Ergebnis ist daher festzustellen, dass die mit der Verlegung der Dosierwaage in die tiefkalte Umgebung erreichbaren Vorteile – insbesondere die erhöhte Wägegenauigkeit und -reproduzierbarkeit des Verwiegevorgangs infolge der Vermeidung von Kraftnebenschlüssen im Bereich mechanischer Durchführungen – einen wesentlich genaueren und auch prozesssichereren Dosiervorgang ermöglichen.
• Vorzugsweise ist die Dosierwaage mitsamt Wägebehälter in einer gegenüber der Umgebung thermisch isolierten Isolierzelle untergebracht. Dabei ist es durchaus möglich, dass temperaturkritische Teile der Dosierwaage, insbesondere mechanische Antriebe und/oder Ventile und/oder die Wägezelle mit einer sich innerhalb der Isolierzelle befindenden lokal wirkenden Heizeinrichtung thermisch gekoppelt sowie gegen Abkühlung lokal thermisch isoliert sind. Eine derartige Heizeinrichtung, die beispielsweise aus einer elektrischen Spule zur lokalen Erwärmung eines Ventils oder einer Gleitdichtung im Bereich der Messzelle bestehen kann, ermöglicht eine gezielte, lokale Temperaturanhebung derartiger Teile, wodurch temperaturbedingten Schwierigkeiten, wie beispielsweise dem Auftreten einer beginnenden Undichtigkeit im Bereich eines Druckfluid-Antriebs bei zu tiefen Temperaturen, in ausreichendem Maße entgegengewirkt werden kann.
• Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst einen Silobehälter zur Aufbewahrung des hergestellten Kunstschnees, sowie eine im unteren Bereich des Silobehälters angeordnete Dosierklappe zur Entleerung des Silobehälters, welche den Silobehälter zur Isolierzelle hin öffnet bzw. schließt. Die sich in tiefkalter Umgebung befindende Behälterwaage kann in diesem Fall direkt unterhalb des Silobehälters angeordnet sein, wobei zwischen dem Silobehälter, welcher sich ebenfalls im tiefkalten Temperaturbereich befindet, und der Isolierzelle keine besonderen Isolationsmaßnahmen getroffen werden müssen.
• Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die Herstellung von tiefkaltem Kunstschnee, das Verwiegen von Teilen des tiefkalten Kunstschnees mittels einer Dosierwaage, welche sich in einer tiefkalten Umgebung, insbesondere Isolierzelle, befindet, und das Zuführen des verwogenen Kunstschneeanteils zu einer Beton-Mischeinrichtung.
• Neben der lokalen Erwärmung von temperaturkritischen Teilen (siehe oben) können auch verfahrenstechnische Maßnahmen ergriffen werden, um eine Abkühlung von temperaturkritischen Teilen der Dosierwaage unterhalb einer spezifischen kritischen Temperatur zu vermeiden. Es kann dafür gesorgt werden, dass die Temperatur der tiefkalten Umgebung, in welcher sich die Dosierwaage befindet, vor einem Dosiervorgang (etwas) höher ist als während des Dossiervorgangs. Dies kann beispielsweise allein durch eine entsprechende Auslegung der thermischen Isolation der Isolierzelle erreicht werden. Die Dosierzeitintervalle werden dann so kurz bemessen, dass die Temperatur der temperaturkritischen Teile der Dosierwaage, insbesondere von mechanischen Antrieben und/oder Ventilen und/oder der Wägezelle der Dosierwaage, nicht unterhalb eine vorgegebene kritische Temperatur, welche höher als die Temperatur des tiefkalten Kunstschnees ist, fällt. Gegebenenfalls kann hierfür eine lokale thermische Isolation von temperaturempfindlichen Teilen der Waage vorgesehen sein.
• Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die einzige Zeichnung näher erläutert.
• Dargestellt ist eine Vorrichtung zur Herstellung von vorgekühltem Beton. Diese umfasst einen Kunstschneebehälter oder Silo 1, in welchem mittels einer Kunstschnee-Erzeugungseinrichtung tiefkalter Kunstschnee 3 hergestellt wird. Der deckenseitig angebrachten Kunstschnee-Erzeugungseinrichtung 2 wird über eine erste Zuleitung 4 das Anmachwasser (H20) und über ein Zuleitung 5 flüssiger Stickstoff (LIN) einer Temperatur von –196°C zugeführt. Das Silo 1 ist gegenüber der Umgebung thermisch isoliert. Die Temperatur des tiefkalten Kunstschnees 3 soll möglichst tief sein und wird in der Praxis je nach baulichen Gegebenheiten beispielsweise zwischen –100°C und –170°C betragen.
• Unterhalb des Silos 1 ist eine tiefkalte Isolierzelle 6 angeordnet. Die Isolierzelle 6 ist baulich in Form eines abgeschlossenen Raums oder Schranks realisiert, dessen Boden- und Seitenwände mit einer Tieftemperatur-Isolierung 7 ausgekleidet sind. Die Kühlung der tiefkalten Isolierzelle 6 kann über den (nicht isolierten) Deckenbereich erfolgen, welcher gleichzeitig den Boden des Silos 1 bildet. Ferner erfolgt eine Kühlung der Isolierzelle 6 durch den Zufluss von kaltem Kunstschnee 3 während des Dosiervorgangs. Darüber hinaus kann die tiefkalte Isolierzelle auch mit einer eigenen Kühleinrichtung auf LIN-Basis ausgerüstet sein.
• Innerhalb der tiefkalten Isolierzelle 6 befindet sich eine Behälterwaage bestehend aus einem Behälter 8 und einer kraftschlüssig mit dem Behälter 8 gekoppelten Waage 9. Wesentlicher Bestandteil der Waage 9 ist eine Messzelle (nicht dargestellt) zur Gewichtserfassung des Gewichts eines Verwägegutes in dem Behälter 8.
• Im Bodenbereich des Silos 1 ist eine Dosierklappe 10 vorgesehen. Eine Behälterklappe 11 befindet sich am Boden des Wägebehälters 8, und ein als Temperaturschott realisierter Entleerungsverschluss 12 ist im Bodenbereich der Isolierzelle 6 unterhalb der Behälterklappe 11 angeordnet.
• Unterhalb des Entleerungsverschlusses 12 kann sich ein Transport- oder Fördersystem 13 zur Verbringung des verwogenen Kunstschneeanteils zu einem nicht dargestellten Mischsystem befinden. Das Transport- oder Fördersystem kann als Förderband oder Förderschnecke realisiert sein, im einfachsten Fall kann es jedoch auch als einfaches Zuführungssystem in Form eines Schachts oder dergleichen ausgebildet sein, durch welchen der Kunstschnee in den Mischer fällt oder diesem zugeleitet wird.
• Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist wie folgt,: Durch ein Öffnen der Dosierklappe 10 wird Kunstschnee aus dem Silo 1 in den Behälter 8 gefüllt. Da der Behälter 8 sowie der gesamte Innenraum der Isolierzelle 6 tiefkalt ist (die Temperatur liegt vorzugsweise zwischen –50°C und –196°C, in der Regel zumeist zwischen –100°C und –150°C), ergibt sich beim Zufließen des Kunstschnees 3 in den Behälter 8 keine größere Erwärmung des Kunstschnees. Während des Zufließens des Kunstschnees wird das Gewicht des im Behälter 8 befindlichen, zugeflossenen Kunstschnees 14 mittels der Waage 9 ständig gemessen. Über ein nicht dargestelltes Steuersystem wird das von der Waage gemessene Gewicht mit einem Sollwert verglichen und bei Erreichen des Sollwerts die Dosierklappe 10 geschlossen. Die Genauigkeit der Dosierung liegt innerhalb einer Toleranz von z.B. 0,05 kg (oder 0,02%).
• Das Steuersystem kann ferner zur Kompensation von temperaturabhängigen Messfehlern ausgelegt sei, indem die Temperatur in der Isolierzelle 6 und/oder an einem temperaturempfindlichen Teil der Dosierwaage 9 gemessen und der ermittelte Gewichtswert temperaturabhängig korrigiert wird.
• Nach dem Schließen der Dosierklappe 10 wird der Entleerungsverschluss 12 und die Behälterklappe 11 geöffnet, so dass der dosierte Kunstschneeanteil 14 mittels des Transport- oder Fördersystems 13 auf möglichst kurzem Weg (möglichst geringe Erwärmung des Kunstschnees vor dem Mischvorgang) dem Mischer (nicht dargestellt) zugeführt wird.

Claims (10)

1. Vorrichtung zur Herstellung von vorgekühltem Beton, mit – einer Einrichtung (2, 4, 5) zur Herstellung von tiefkaltem Kunstschnee (3), – einer sich in tiefkalter Umgebung befindenden Dosierwaage (8, 9) zur Verwiegung von Teilen des hergestellten Kunstschnees, und – einem Zuführsystem (13) zum Zuführen des verwogenen Kunstschneeanteils (14) zu einem Mischsystem für die Betonaufbereitung.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – die Dosierwaage (8, 9) in einer gegenüber der Umgebung thermisch isolierten Isolierzelle (6, 7) untergebracht ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass – Teile der Dosierwaage (8, 9), insbesondere mechanische Antriebe und/oder Ventile und/oder die Wägezelle, mit einer sich innerhalb der Isolierzelle (6, 7) befindenden lokal wirkenden Heizeinrichtung thermisch gekoppelt sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass – Teile der Dosierwaage (8, 9), insbesondere mechanische Antriebe und/oder Ventile und/oder die Wägezelle, mit einer sich innerhalb der Isolierzelle (6, 7) befindenden lokalen thermischen Isolierung umgeben sind.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch – einen Silobehälter (1) zur Aufbewahrung des hergestellten Kunstschnees (3), und – eine im unteren Bereich des Silobehälters (1) angeordnete Dosierklappe (10) zur Entleerung des Silobehälters (1), welche den Silobehälter (1) zur Isolierzelle (6, 7) hin öffnet bzw. schließt.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch – ein elektronisches Steuersystem, welches eine Temperatur innerhalb der Isolierzelle (6, 7), insbesondere an einem Teil der Dosierwaage (8, 9), erfasst und den beim Verwiegen erhaltenen Gewichtswertes in Abhängigkeit der gemessenen Temperatur korrigiert.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – es sich bei dem Zuführsystem (13) um ein Transport- oder Fördersystem handelt.
8. Verfahren zur Herstellung von vorgekühltem Beton, mit den Schritten: – Herstellung von tiefkaltem Kunstschnee (3); – Verwiegen von Teilen des tiefkalten Kunstschnees (3) mittels einer Dosierwaage (8, 9), welche sich in einer tiefkalten Umgebung, insbesondere Isolierzelle (6, 7), befindet; und – Zuführen des verwogenen Kunstschneeanteils (14) zu einer Beton-Mischeinrichtung.
9. Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch die Schritte: – Erfassen einer Temperatur innerhalb der Isolierzelle (6, 7), insbesondere an einem Teil der Dosierwaage (8, 9); – Korrigieren des beim Wiegen erhaltenen Gewichtswertes in Abhängigkeit der gemessenen Temperatur.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, – dass die Temperatur der tiefkalten Umgebung, in welcher sich die Dosierwaage (8, 9) befindet, vor einem Dosiervorgang höher ist als während eines Dosiervorgangs, und – dass die Dosierzeitintervalle so kurz bemessen sind, dass die Temperatur von Teilen der Dosierwaage (8, 9), insbesondere dem mechanischen Antrieb und/oder einem Ventil und/oder der Wägezelle der Dosierwaage (8, 9), nicht unterhalb eine vorgegebene kritische Temperatur, welche höher als die Temperatur des tiefkalten Kunstschnees (3) ist, abfällt .