LU82988A1 - Zum herstellen kolloidaler gemische geeignete einrichtung und verfahren zu deren betreiben - Google Patents

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R Mercatoris
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    • B28C5/08—Apparatus or methods for producing mixtures of cement with other substances, e.g. slurries, mortars, porous or fibrous compositions using driven mechanical means affecting the mixing
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Description

Γ** ί _____ A 643
Demande de brevet de .................................................
Désignation de l’Inventeur (1) Le soussigné ...René NEYEN Aàninistration Centrale de l'ARBED Case postale Î802, Luxembourg agissant en qualité de déposant — de mandataire du déposant — ^ MecanARBED S. à r.l.
..................................avëhuë‘'de'la"Xïberté.................................................................................................................
..........................................LUXEMBOURG................................................................................................................................................
(3) de l’invention concernant : .........Zm.Herstell.en..kQlloIdaler...Gerais.che...ge.eignete...Einrichtung und..¥erfahren......
zu deren Betreiben.
désigné comme inventeur(s) : ί Mercatoris Robert 1. Nom et prénoms .......................................................................................................................................................................
Adresse ..............................68 rue Etoile Metzt L - Eich..................................................................................
2. Nom et prénoms .........Artois. Feraand....................................................................................................................
Adresse .............................................................................................
3. Nom et prénoms ..........Colling.. Joseph..................................... .........................................................................
Adresse ..............................15.6...rue....des...S.ources.,... Luxembourg.....................................................................
**)
Il affirme la sincérité des indications susmentionnées et déclare en assumer l’entière responsabilité.
**) 4) Feitler Albert 27A rue de Marner, Kopstal
Luxembourg le 8 décembre ig80 ............................Reni.NEXM.....................................
(signature) A 680 26_ (1) Nom. prénoms, firme, adresse.
. I
/ A 643
Patentanmeldung
Anmelder: MecanARBED S.à.r.l.
Avenue de la Liberté Luxembourg
Zum Herstellen kolloidaler Gemische geeignete Einrichtung und Vefahren zu deren Betreiben
V
- 1 -
Zum Herstellen kolloidaler Gemische geeignete Einrichtung und Verfahren zu deren Betreiben«_
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Herstellen 5 kolloidaler Gemische, insbesondere vergiess- bzw. verspritzbarer kolloidaler Wasser-Zement-Gemische, die Zuschläge enthalten können, sowie ein Verfahren zu deren Betreiben.
Die Entwicklung kolloidaler Wasser-Zement-Gemische zum Herstellen 10 von kolloidalem Beton, sei es auf reiner Wasser-Zement-Basis, oder in Gegenwart von Zuschlägen, erfordert spezifische Mischanlagen.
In der Tat werden solche Gemische hergestellt, indem man generell in die innig miteinander vermengten Gemisch-Komponenten Energie - einleitet. Unter dem Einfluss der eingeleiteten Energie werden die 15 einzelnen Zementpartikel weitgehend benetzt und man kann das Gemisch in einen kolloidalen Zustand überführen, in einen Zustand also, in welchem weder flüssiges Wasser, noch feste Zementparti.kel als solche vorliegen, sondern ein innig vermengtes, homogenes Gemisch, das in einer einzigen Phase existiert.
20
Das Einleiten von Energie in ein anfänglich vorliegendes Zwei-Phasen-System, bestehend aus Wasser sowie darin suspendiertem festen Zement, wird selbstverständlich am besten vermittels eines geeigneten Rührers vollzogen.
25
So kann man bspw. gemäss den in der DE-OS 27 18 236 beschriebenen Verfahren in einem Mischer Zement und Wasser in einem Verhältnis von 0,25-0,6 während eines Zeitraumes von etwa 2 Minuten mit einer Rührer-Umfangsgeschwindigkeit von etwa 300 m/Minute vormischen und 30 dann mindestens 8 Minuten lang einer Massenbeschleunigung von mindestens 2 g (g = 9,81 m/sec2) aussetzen.
Weiter hat die Anmelderin in ihrer LU 81.524 ein Verfahren beschrieben, dessen Merkmale darin bestehen, dass man in einem 35 Mischer einen auf die Zementmenge bezogenen Anteil von 25-60 %
Wasser mittels eines Rührers in eine Drehbewegung solcher Art versetzt, dass die Umfangsgeschwindigkeit am Aussendurchmesser des ο - L - Rührers min 1500 m/Minute beträgt, dass man den Mischer mit Zement beschickt, dass man die Drehbewegung des Rührers beibehält oder auf höchstens die Hälfte der Umfangsgeschwindigkeit drosselt und dem Gemisch einen Anteil von bis zu 2 Teilen Sand pro Zementmenge 5 mit einem Feuchtigkeitsgrad von 5-15 % so zuführt, dass der Sand in das Zentrum des durch das Rühren gebildeten trichterförmigen Profils des Mischgutes gelangt.
Es wurde festgestellt, dass die Zugabe von Sand überraschender-10 weise bewirkt, dass weniger hochwertige Zemente, die sich wohl gut kolloidieren lassen aber des öfteren Gemische ohne ausreichendes Haftvermögen ergeben, unter den erfindungsgemässen Bedingungen verwendet werden können, was unbestreitbare Vorteile sowohl in Punkto Gestehungskosten als auch hinsichtlich der Versorgung an 15 Rohstoffen mit sich bringt.
Solcherart hergestellte kolloidale Wasser-Zement-Gemische, mit oder ohne Zuschläge, dienen insbesondere zum Beschichten von Formteilen aus Stahl, wie Leitungsrohren, Kesseln, Behältern u.dgl. Sie 20 können auch dazu herangezogen werden die teuren zum Schutz gegen Korrosion verwendeten Anstriche, Farben, Lacke oder Kunststoff-Überzüge bspw. auf der Basis organischer Polymerer, preisgünstig zu ersetzen. Hierbei besteht einer der Hauptvorteile dieser Gemische darin, dass die zu beschichteten Formteile aus Stahl 25 keiner Oberflächenbehandlung, z.B. durch Sandstrahlen, bedürfen , die einen hohen Faktor bei der Berechnung der Gestehungskosten für den konventionellen Korrosionsschutz darstellt.
Allerdings ist erwiesen, dass bereits geringfügige Abweichungen 30 von den einzelnen Verfahrensbedingungen, wie z.B. eine zu hohe oder zu niedrige Sandfeuchtigkeit, oder eine nicht verfahrensgerechte Zuführung des Sandes zum Scheitern des Herstellungsprozesses führen.
35 So kann im Fall einer nicht verfahrensgerechten Zugabe des Sandteiles das Mischgut an der Wandung des Mischers hochsteigen und abbinden, während sich um die Rührerflügel ein Hohlraum bildet in - 3 - welchem diese wirkungslos rotieren.
Weiter darf man, um ein frühzeitiges Abbinden des Mischgutes zu vermeiden, die Mischzeit nicht überschreiten; gleichzeitig ist es 5 notwendig, das Mischen und Rühren möglichst lange und intensiv zu betreiben, da dies die unabdingbare Voraussetzung zur Kolloidie-rung selbst darstellt.
Das Ziel der Erfindung besteht darin, eine Einrichtung vorzuschla-10 gen, die die Herstellung kolloidaler Gemische gemäss den gewonnenen Erkenntnissen in der Verfahrensweise erlaubt und die zum Teil widersprüchlichen Bedingungen zu erfüllen gestattet.
Dieses Ziel wird voll erreicht durch die erfindungsgemässe Ein-15 richtung, die in der Hauptsache einen Mischbehälter, eine Wasser-sowie eine Feststoffzufuhr-Vorrichtung und einen Flügel-Rührer begreift und die dadurch gekennzeichnet ist, dass ein vorzugsweise über dem Mischbehälter angeordnetes Antriebaggregat mit dem Rührer feststehend über eine Welle verbunden ist, die einen am unteren 20 Ende fest anliegenden und am oberen Ende offenen Schutzmantel aufweist, wobei das Wasserzufuhrrohr in den offenen Teil des Schutzmantels zielt und dass der Mischbehälter heb- und senkbar so angeordnet ist, dass in Höchststellung das Verhältnis zwischen, Gesamtdurchmesser des Flügel-Rührers und dem des Mischbehälters in 25 der mittleren Flügelebene 1:1,15 bis 1:2 beträgt.
Die der Erfindung zugrundeliegende Idee stützt sich auf die Beobachtung, dass die besten Resultate hinsichtlich der Qualität des hergestellten Kolloidgemisches dann zu erzielen sind, wenn das 30 Mischgut im Verlauf des Misch- und Rührvorganges im Behälter die Form einer stehenden Welle annimmt, deren Profil an eine Lemnis-kate erinnert. Innerhalb dieser Form erfahren die Materialteilchen eine Beschleunigung, die zu einer weitgehenden Desintegration führt; letztere ist dafür verantwortlich, dass es überhaupt zu 35 einer Kolloidierüng kommt.
Diese Beschleunigung der Teilchen kann man durch eine entsprechend - 4 - hohe Rührgeschwindigkeit herbeiführen, wobei jedoch zu beachten ist, dass das Ueberschreiten einer gewissen Geschwindigkeitsgrenze, die vom jeweiligen Zustand des Materials, von der Konfiguration des Mischbehälters und von der Ausbildung des Rühreres, insbeson-5 dere der Flügel abhängt, dazu fuhrt, dass das Mischgut an der Behälterwand hochsteigt und abbindet, während sich um die Rührerflügel ein Hohlraum bildet, in welchem diese wirkungslos rotieren.
10 Geht man davon aus, dass konventionelle Rührer mit geneigten
Flügeln eine bestimmte Beschleunigung der Teilchen bewirken, so ist es erfindungsgemäss sinnvoll, sich nicht durch das oben erwähnte Geschwindigkeitsmaximum eingrenzen zu lassen, sondern ein Mehr an Beschleunigung dadurch herbeizuführen, dass man mehrere 15 Beschleuniger vorsieht, deren Einzelwirkungen kumulativ sind.
Aus diesem Grunde weist der zu der erfindungsgemässen Vorrichtung gehörende Rührer eine bzw. mehrere in zur Rührachse senkrechten Ebenen und mit einem Abstand zueinander angeordnete Serien von 20 Flügeln gleicher Abmessungen auf, wobei die zu einer Serie gehörenden Flügel gegenüber den Flügeln der benachbarten Serie um ein Winkel-mass von annähernd 60° versetzt sind, jeder Flügel zur besagten Ebene und entgegen der Rührer-Drehrichtung eine Neigung von annähernd 12° aufweist und der Höhenstand zwischen zu 25 benachbarten Serien gehörenden Flügeln zumindest dem Dickenmass eines Flügels entspricht.
Während bei Verwendung eines einstöckigen Rührers, also eines Rührers, der eine gewisse Anzahl Flügel aufweist die alle in einer 30 Ebene liegen, der Beschleunigungseffekt lediglich Funktion der Drehzahl und des Flügel-Neigungswinkels ist, bietet ein mehrstöckiger Rührer den Vorteil, dass der Beschleunigung von Null auf einen ersten Wert eine weitere Beschleunigung nachgeschaltet ist, die von einem bereits relativ hohen Wert ausgeht.
Zum Schutz des Rührwerkes vor Verschmutzungen durch abgebundene Kolloidgemischreste, bzw. zur Erleichterung der Reinigung, dient 35 - 5 - erfindungsgemäss der die Rührerwelle umgebende Schutzmantel.
ln der Tat genügt es, wie erfindungsgemäss vorgesehen, das Wasser in den Mantel zu leiten um zu bewirken, dass das Rührwerk von Ver-5 unreinigungen befreit bzw. freigehalten wird und zwar wird man - nach erfolgter Kolloidierung den Behälter absenken und horizontal verfahren, den entleerten oder auch einen neuen Behälter ein-und auffahren, den Rührer in Bewegung setzen und das Wasser für die nächste Charge einführen. Die Tatsache dass der Schutzmantel 10 an de Rührerwelle fest anliegt und daher mitdreht, bewirkt einen
Schleudereffekt, der zur Reinhaltung der Welle sowie des Getriebes beiträgt.
Die erfindungsgemässe Einrichtung besitzt ferner eine Vorzug, der 15 sich in der Verfahrensweise bei der Herstellung kolloidaler Gemische und insbesondere in Bezug auf die Frage der Endpunktbestimmung äussert. Zur Bestimmung des Zeitpunktes, zu welchem das Gemisch voll durchkolloidi.ert ist und nach welchem ein weiteres Rühren nichts mehr zur Produktqualität beiträgt und nur die Gefahr 20 eines Abbindens vergrössert, genügt es in der Tat, die Leistungsaufnahme des Rührerantriebes zu verfolgen.
Der Rührer wird erfindungsgemäss mit einer Umfangsgeschwindigkeit am Aussendurchmesser von zumindest 500 und vorzugsweise 1500 m/min 25 betrieben. Es konnte erwiesen werden, dass vor Erreichen des kolloidalen Zustandes, d.h. bei Anwesenheit einer Fest- neben einer Flüssigphase im Gemisch, die Leistungsaufnahme des elektrischen Antriebs unregelmässig ist, wobei die Schwankungen an einem Amperemeter beobachtet werden können, insbesondere wenn letzterer 30 eine laufende Schreiberanzeige aufweist. Die Schwankungen nehmen zu einem bestimmten Zeitpunkt ein jähes Ende, was darauf hinweist, dass sich im Behälter ein kolloidales Einphasensystem befindet. Zu diesem Zeitpunkt und nicht etwa nach Ablaufen einer bestimmten Rührzeit empfielt es sich, das Rühren sofort abzustellen und das 35 kolloidierte Produkt weiterzuverarbeiten.
Zur bildhaften Darstellung dienen die Zeichnungen die in nicht einschränkender Weise in Fig.l eine mögliche Ausführungsform der er- - 6 - findungsgemässen Vorrichtung, und in Fig.2 eine bevorzugte Anführungsform eines erfindungsgemässen Rührwerkes zeigen.
Man erkennt den Behälter ( 1 ), der zwecks Zugang zum Rührwerk 5 (10) eine aufklappbare Bodenpartie ( 2 ) aufweisen kann. Der Be hälter ( 1 ) ist heb- und senkbar an geeigneten Hubvorrichtungen (20) angeordnet. Das Rührwerk (10) zeigt eine einstöckige Flügelausführung (11). An der Welle (12) des Rührwerks (10) befindet sich der in der Obenpartie offene Schutzmantel (13). In 10 die offene Obenpartie des Mantels (13) zielt die Wasserzufuhr-
Vorrichtung (14). Der Elektromotor (30) ist mit einer nicht dargestellten Messvorrichtung ausgerüstet, die es erlaubt, die Leistungsaufnahme und insbesondere deren Schwankungen zu verfolgen.
Es ist ohne weiteres möglich, die Messvorrichtung mit einem Modul 15 zu kopplen, das optisch und/oder akutisch anzeigt wann die Leistungsaufnahme ohne Schwankungen verläuft und das Rührwerk dann ggf. abschaltet. Zur Verringerung des insbesondere bei mehrstöckigen, breiten Rührern auftretenden hohen Anfahrmomentes wird eine nicht gezeigte Flüssigkeitskupplung zwischen Rührwerk und Antrieb 20 geschaltet.
In Fig.2 erkennt man ein zweitstöckiges Rührwerk, das je 3 Flügel pro Ebene aufweist. In jeder Ebene sind die Flügel um 120° gegeneinander versetzt; die beiden Flügelserien sind wiederum um 60° 25 gegeneinander versetzt.
Die erfindungsgemässe Einrichtung bietet gegenüber bekannten Einrichtungen Vorteile, die sich in 2 Weisen aussem können: 30 Erstens ist es möglich kolloidale Gemische herzustellen indem man die für konventionelle Vorrichtungen notwendigen und oft kritischen Rührgeschwindigkeit bequem und risikolos herabsetzen kann. Dies ergibt auch Ersparnisse, was die apparative Ausrüstung insbesondere die Nennleistung des Motors anbelangt, der das Rührwerk an-35 treibt.
Zweitens ist es möglich, die üblichen Rührgeschwindigkeiten ohne Bedenken weit unter die kritische Geschwindigkeit zu senken und gleichzeitig die Dauer des Kolloidierprozesses drastisch herabzu- _ 7 - setzen. Dies trägt dazu bei, dass bei optimaler Qualität des Endproduktes jedes Risiko eines vorzeitigen Abbindens des Materials ausgeschaltet wird.

Claims (5)

1. Zur Herstellung kolloidaler Gemische, insbesondere Wasser-Ze-ment-Gemische mit und ohne Zuschläge geeignete Einrichtung, die in der Hauptsache einen Mischbehälter, eine Wasser- sowie eine Feststoffzufuhr-Vorrichtung und einen Flügel-Rührer be- 5 greift und die dadurch gekennzeichnet ist, dass ein vorzugs weise über dem Mischbehälter angeordnetes Antriebsaggregat mit dem Rührer feststehend über eine Welle verbunden ist, die einen am unteren Ende fest anliegenden und am oberen Ende offenen Schutzmantel aufweist, wobei das Wasserzufuhrrohr in den 10 offenen Teil des Schutzmantels zielt und dass der Mischbehälter heb- und senkbar so angeordnet ist, dass in Höchststellung das Verhältnis zwischen dem Gesamtdurchmesser des Flügel-Rührers und dem des Mischbehälters in der mittleren Flügelebene 1:1,15 bis 1:2 beträgt. 15
2. Einrichtung nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rührer eine bzw. mehrere in zur Rührerachse senkrechten Ebenen und mit einem Abstand zueinander angeordnete Serien von Flügeln gleicher Abmessungen aufweist, wobei die zu einer Serie 20 gehören den Flügel gegenüber den Flügeln der benachbarten Serie- um ein Winkelmass von annähernd 60° versetzt sind, jeder Flügel zur besagten Ebene und entgegen der Rührer-Drehrichtung eine Neigung von annähernd 12° aufweist und der Höhenstand zwischen zu benachbarten Serien gehörenden Flügeln zumindest dem Dicken- 25 mass eines Flügels entspricht.
3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet dass sich zum Verringern des Anfahrmomentes zwischen dem Rührer und dem Antrieb eine Flüssigkeitskupplung befindet. 30
4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rührwerk-Antrieb eine Messvorrichtung zum kontinuierlichen Bestimmen der Leistungsaufnahme aufweist. A - 2 -
5. Verfahren zum Betreiben der Einrichtung nach dem Ansprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass man das zu kolloidierende Gemisch rührt indem man das Rührwerk mit einer Umfangsgeschwindigkeit am Aussendurchmesser von zumindest 500 und vorzugsweise 1500 5 m/min. rotiert, dass man die Leistungsaufnahme des Rührer-An triebes koninuierlich bestimmt und das Rühren abbricht, sobald die gemessene Leistungsaufnahme einen plötzlichen Übergang von einem schwankenden zu einem praktisch schwankungsfreien Verlauf anzeigt.
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