Schlagverdichtungsmaschine zum Herstellen von Formlingen aus körnigen Massen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schlagverdichtungsmaschine zum Herstellen von Formlingen aus körnigen Massen, insbesondere Kalksandstein-Rohlingen aus einer Mischung von Sand, Bindemittel und Wasser, mit einer sich auf einen Formkastentisch abstützenden Form, einer die Form oben abschliessenden Schlagplatte und einem senkrecht geführten und auf die Schlagplatte aufschlagenden Schlaggewicht. Die Schlagverdichtungsmaschine nach der Erfindung kann auch zum Herstellen von Formlingen aus anderen als den vorerwähnten, insbesondere keramischen Stoffen verwendet werden.
Schlagverdichtungsmaschinen zum Herstellen von Formlingen aus körnigen Massen sind bekannt. Bei dem Verdichten durch Schlagen schlägt üblicherweise das Schlaggewicht nicht unmittelbar auf das in einem Formkasten befindliche Körnungsgemisch, sondern auf eine Schlagplatte, die auf der zu verdichtenden Masse aufliegt. Diese Schlagplatte hat normalerweise eine Stärke je nach Formkastengrösse von 1 bis 3 cm. Die Schlagplatte hat im wesentlichen die Funktion eines Deckels, mit dem verhindert werden soll, dass bei jedem Schlagvorgang Luft in den zu verdichtenden Körper eingepresst wird.
Bei der Herstellung von Körpern aus körnigen Massen wird in vielen Fällen ein sehr hoher Verdichtungsgrad angestrebt, weil dadurch die gewünschten Eigenschaftswerte des gebrauchsfertigen Körpers wesentlich verbessert werden können.
So steigt bei Kalksandsteinen, die aus einem Gemisch von Kalk, Quarz und Wasser hergestellt werden, die Festigkeit überproportional mit dem Grad der Verdichtung der körnigen Masse bei sonst gleichgehaltenen Herstellungsbedingungen an.
Während des Verdichtungsvorganges wird aber auch ein Teil der Körner zerkleinert. Je höher der Grad der Verdichtung getrieben wird, um so grösser wird die Anzahl der während des Verdichtungsvorganges zertrümmerten Teilchen.
Diese Begleiterscheinung ist nicht erwünscht, weil der Kornaufbau der Masse, der im Hinblick auf ihre Verdichtungswilligkeit und im Hinblick auf die Qualität des Fertigproduktes eine grosse Rolle spielt, in unkontrollierbarer Weise ver ändert wird.
Diese Zertrümmerung wirkt sich auch insofern auf die Qualität des Fertigproduktes ungünstig aus, da zwischen den neugeschaffenen Bruchflächen das der Mischung zugegebene Bindemittel fehlt. Ausserdem wird durch diesen Zertrümmerungsvorgang ein Teil der aufgewendeten Energie zweckentfremdet verbraucht.
Es ist bislang mit wenig Erfolg versucht worden, das Wärmedämmvermögen von Kalsandsteinen durch Zugabe von leichten Zuschlagstoffen - z. B. Blähton zur Masse - zu verbessern. Alle Versuche in dieser Richtung sind fehlgeschlagen, weil während der Verdichtung bei den derzeitig eingesetzten mechanisch oder hydraulisch arbeitenden Pressen ein grosser Teil der leichten Zuschlagstoffe zerdrückt wird.
Diese nicht erwünschte Zertrümmerung tritt auch dann ein, wenn die Leichtzuschlagstoffkörner in einer ausreichend grossen Menge von feiner Grundmasse eingebettet sind.
Durch die Zertrümmerung der Leichtzuschlagstoflkörner wird das gewünschte Ziel - die Verbesserung der Wärmedämmung - nicht erreicht.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine mit hoher Schlagleistung und geringem Energieaufwand arbeitende Schlagverdichtungsmaschine zu schaffen, mit der hochverdichtete, fehlerfreie Körper hergestellt werden können und bei der eine Zerkleinerung der Körner nur in einem geringen Umfange auftritt.
Es wurde gefunden, dass eine hohe Verdichtung bis zu einem Verdichtungsgrad von 0,85 (Verhältniswert aus Rohdichte zu Reindichte nach DIN 52102) bei geringer Kornzertrümmerung erreicht werden kann, wenn gemäss der Erfindung die maximale Fallhöhe des Schlaggewichtes kleiner ist als 0,8 Meter und dabei die Schlagenergie je Quadratzentimeter Verdichtungsfläche grösser ist als 0,3 Meterkilopond pro Quadratzentimeter und dass die Fallhöhe sowie die Masse des Schlaggewichtes und die Masse der Schlagplatte derart aufeinander abgestimmt sind, dass sich die Masse der Schlagplatte in Kilogramm zur Einzelschlagenergie des Schlaggewichtes in Meterkilopond verhält wie 1:1,5 bis 1:4.
Um diese Verhältniswerte zu erreichen, kann bei einer Schlagenergie von etwa 0,7 Meterkilopond pro Quadratzentimeter Verdichtungsfläche die Dicke der aus Stahl bestehenden Schlagplatte mindestens 20 cm betragen. Zweckmässigerweise liegen die Fallhöhe des Schlaggewichtes im Bereich von 0,4 bis 0,6 Meter und die Schlagenergie je Quadratzentimeter Verdichtungsfläche im Bereich von 0,5 bis 0,8 Meterkilopond pro Quadratzentimeter.
Bei Vergrösserung der Masse der Schlagplatte erfüllt sie nicht nur die Funktion eines Deckels, sondern übernimmt auch die Aufgabe eines Geschwindigkeitstransformators, mit dem die gestellt Aufgabe - hohe Verdichtung bei geringer Kornzertrümmerung - erreicht wird. Durch die Vergrösserung der Masse der Schlagplatte wird die Anfangsgeschwindigkeit der gestossenen Schlagplatte durch die Vergrösserung ihrer Masse reduziert, was sich günstig auf den Verdichtungsvorgang auswirkt. Es wird ferner erreicht, dass eine Auflockerung der verdichteten Masse durch ihre Rückfederung nach dem Verdichtungsstoss durch die grössere Masse der Schlagplatte stärker verhindert wird.
Es wurde weiter gefunden, dass zur Erreichung einer hohen Verdichtung bei geringer Kornzertrümmerung Schlagmaschinen eingesetzt werden müssen, bei denen an Stelle von kleinen bewegten Massen, grosse bewegte Massen und an Stelle von hohen Aufprallgeschwindigkeiten kleine Aufprallgeschwindigkeiten bei sonst gleicher Schlagarbeit in m kp pro cm2 Verdichtungsfläche vorhanden sind.
Zur Verdichtung von körnigen Mineralstoffen wurden bislang Schlagvorrichtungen verwendet, deren Hammermassen zwischen 30 bis 100 kg und deren Aufprallgeschwindigkeit zwischen 10 bis 4 m/sec und deren Schlagenergie je Schlag bei 0,1 Meterkilopond je Quadratzentimeter Verdichtungsfläche liegen.
Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass mit Schlagvorrichtungen, deren Schlagenergie über 0,3 m kp/cm2 und deren Aufprallgeschwindigkeit unter 4 m/sec liegen in Verbindung mit der oben beschriebenen dicken Schlagplatte, bessere Verdichtungsergebnisse mit den unterschiedlichsten körnigen Massen als bisher bekannt, erzielt werden können.
Mit der beschriebenen Maschine können Kalksandstein Rohlinge mit einer Rohdichte bis zu 2,25 g cm3 hergestellt werden, während von den derzeitig bekannten mechanischen oder hydraulischen Pressen, Schlag- oder Vibrationseinrichtungen Rohdichten von höchstens 2,0 g cm bei sonst vergleichbaren Bedingungen erzielt werden. Die erfindungs- gemässe Maschine kann auch mit Vorteil bei der Herstellung von Formlingen aus keramischen Stoffen verwendet werden, z.B. für Formlinge für feuerfeste Auskleidungskörper aus Sinter- oder Pulver-Keramik, sowie für Schamottesteine oder Magnesitsteine.
Es hat sich gezeigt, dass für die Herstellung von hochverdichteten Körpern mit einem Verdichtungsgrad bis zu 0,85 Schlagvorrichtungen benötigt werden, die eine Einzelschlagenergie von 0,5 bis 0,8 m kp pro cm2 Verdichtungsfläche aufweisen sollen.
Abhängig von der Art des zu verdichtenden Körnungsgemisches und dem gewünschten Verdichtungsgrad kann die Gesamtschlagarbeit zwischen 1,5 und 30 m kp pro cm2 Verdichtungsfläche liegen.
Zur Herstellung z. B. von Kalksandsteinen mit einer Rohdichte von 1,9 g cm- ist eine Gesamtschlagarbeit von etwa 2,4 m kp pro cm2 Verdichtungsfläche erforderlich. Bei einer Einzelschlagarbeit von 0,3 m kp würden also insgesamt 8 Schläge benötigt.
Es wurde ferner gefunden, dass mit der beschriebenen Schlagvorrichtung bei entsprechender Schlagarbeit nicht nur hochverdichtete Körper, sondern auch Körper von grosser Homogenität erzeugt werden können. Die Rohdichtwerte an jeder beliebigen Stelle dieser Körper als Mass für ihre Homogenität gewählt, weisen eine Schwankungsbreite auf, die nicht grösser ist als die Schwankungsbreite des Messverfahrens für die Rohdichte nach DIN 52102.
Bei der beschriebenen Art der Verdichtung verhält sich eine feinkörnige Masse ähnlich einer Quasi-Hydraulik-Flüssigkeit. Darauf ist es zurückzuführen, dass zugegebene leicht zertrünrrnerbare Blähtonkörper nicht zerstört werden, weil sie nicht, wie bei den bekannten Verdichtungsverfahren, einem mehr oder weniger grossen einseitigen Druck, sondern einem allseitig wirkenden Druck ausgesetzt werden. Auch waagrecht, d.h. rechtwinklig zur Stossrichtung des Schlaggewichtes in den Formkasten eingefügte Dorne oder andere Hindernisse werden von der Masse umgossen, so dass die Rohdichte der Masse vor oder hinter dem Hindernis etwa gleich gross ist.
Durch die Vergrösserung der Masse der Schlagplatte wird noch der weitere Vorteil erzielt, dass diese unter der Wirkung der Schläge nicht in Schwingung kommt. Dies hat zur Folge, dass die obenliegende Seite des Formlings völlig eben und planparallel zur Unterseite ist. Bei den bekannten Schlagplatten tritt der Nachteil ein, dass insbesondere die Randbereiche und Ecken stark ausschwingen bzw. flattern, wenn ein hoher Verdichtungsgrad angestrebt wird. Dadurch wird die obenliegenden Fläche des Formlings nicht eben, sondern leicht gewölbt.
Zweckmässigerweise ist die Fallhöhe des Schlaggewichtes während der Verdichtung eines Formlings einstellbar. Dadurch können die ersten Verdichtungsschläge mit geringerer Energie geführt werden, als die letzten Schläge. Es hat sich nämlich als vorteilhaft erwiesen, dass am Anfang des Verdichtungsvorganges, wenn der Körper noch locker und verdichtungswillig ist, Schläge von geringer Einzelschlagenergie aufgebracht werden. Am Ende des Verdichtungsvorganges, wenn der Körper nur noch wenig zusammendrückbar ist, sollten Schläge mit maximaler Schlagarbeit ausgeführt werden.
Die Steigerung der Einzelschlagenergie entsprechend dem Verdichtungsfortschritt kann entweder stufenweise oder kontinuierlich erfolgen.
In der folgenden Beschreibung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezunahme auf eine schematische Darstellung einer Schlagverdichtungsmaschine näher erläutert.
Die Schlagverdichtungsmaschine setzt sich zusammen aus einem Formkastentisch 1, zwei Säulen 2 und je einer Führungsschiene 3, einer oberen, die Säulen 2 verbindenden Brücke 4 mit einer Hub- und Ausklinkvorrichtung 5, einem Schlaggewicht 6, das in den Führungsschienen 3 geführt ist und von der Hub- und Ausklinkvorrichtung 5 bewegt wird, einem Formkasten 7 mit der zu verdichtenden, körnigen Masse 8 und aus einer, den Formkasten 7 oben abschliessenden Schlagplatte 9, die ebenfalls in den Führungsschienen 3 geführt ist und mittels einer Hubvorrichtung 10 anhebbar und absenkbar ist.
Die Schlagplatte 9 hat eine Länge von 100 cm, eine Breite von 50 cm und eine Dicke von 32 cm. Das Gewicht der aus Stahl bestehenden Schlagplatte 9 beträgt 1250 kg. Das Schlaggewicht 6 wiegt 6000 kg. Das Massenverhältnis von Schlagplatte zu Schlaggewicht liegt also bei 1:4,8. Bei einer maximalen Fallhöhe h des Schlaggewichtes 6 von 0,5 m beträgt die maximale Einzelschlagenergie 3000 m kp. Die Masse der Schlagplatte bezogen auf die Einzelschlagenergie hat ein Verhältnis von 1250:3000 m kp, d.h. 1: 2,4. Um die günstigen Arbeitsbedingungen der erfindungsgemässen Maschine einzuhalten, muss also bei Vergrösserung des Schlaggewichtes oder bei Vergrösserung der Fallhöhe auch die Masse der Schlagplatte vergrössert werden.
Der in der Form 7 herzustellende Kalksandstein-Rohling hat eine Länge von 995 mm, eine Höhe von 495 mm und eine Breite von 245 mm und liegt in der Form um 90O gedreht.
Um die fertigen Kalksandsteine aufeinander auszurichten, sind an der Ober- und Unterseite der Steine miteinander fluchtende Höhlungen vorgesehen, die von Dornen 11 gebildet werden, welche an den beiden Längsseiten des Formkastens 7 angeordnet sind. Damit der Rohling der Form 7 entnommen werden kann, sind die Dorne 11 nach aussen beweglich angeordnet. Diese Anordnung der horizontalen Dorne 11 hat den Vorteil, dass die Länge und die Höhe der Kalksandsteine stets ein ganz exaktes Mass einhalten, während die Breite der Kalksandsteine geringe Abweichungen haben kann. Diese Abweichungen kommen dadurch zustande dass die Breite des Kalksandsteines von der Menge der in die Form eingefüllten körnigen Mischung und dem Verdichtungsgrad abhängig ist.