DE2211559A1 - Verfahren zum Beheizen von Gieß formen mit Dampf sowie in Verbindung hiermit anzuwendende Gießform - Google Patents

Description

Dipl.-lng. H. Sauerland · Dn.-lng. R. König · Cip!.-!ng. K. Bergen

Patentanwälte · 40oo Düsseldorf Cecilienallee 76 · Telefon 4ssyas

Unsere Akte: 27 288 8. März 1972

Thomas Schmidt A/S und Gustav Erik Hummelsh^j, Krogsh^gvej 42, DK-2880 Bagsvaerd, / Dänemark

"Verfahren zum Beheizen von Gießformen mit Dampf sowie in Verbindung hiermit anzuwendende Gießform"

Es ist bekannt, daß das Aushärten von gegossenen Betonkörpern, wie zum Beispiel Betonelementen für Bauzwecke, dadurch beschleunigt werden kann, daß der Beton in warmem Zustand vergossen wird, zu welchem Zweck die Materialien, aus denen der Beton besteht, beispielsweise während ihrer Verarbeitung im Mischer beheizt werden können. Dieses Verfahren hat gewisse Vorteile gegenüber anderen bekannten Heißhärteverfahren, nach welchen der Beton nach dem Vergießen in den Formen beheizt wird.

Entsprechendes gilt für das Vergießen anderer aushärtender Massen, doch da die Erfindung für das BetongiB-ßen und speziell für die Herstellung von Betonelementen von größtem Interesse ist, wird sie im Folgenden im Zusammenhang hiermit beschrieben . ohne

209841/0697

dass dies jedoch irgendeine Einschränkung des Anwendungsgebietes oder der Nutzbarkeit der Erfindung bedeuten soll.

Damit durch die Anwendung von vorgewärmtem Beton Vorteile erzielt werden können, ist es jedoch eine Voraussetzung, dass der vergossene warme Beton nicht sofort seine Wärme an die relativ kalte Metallmasse der Form abgibt. Eine grosse Betonelementform hat eine Metallmasse, die mindestens eben so gross wie die Masse des in sie eingefüllten Betons ist, und da die spezifische Wärme des Stahls etwa 0,11 kcal/°C/kg beträgt, während der Beton je nach Zusammensetzung eine spezifische Wärme von etwa 0,24 kcal/ °C/kg hat, wird ein Beton, der beim Vergiessen eine Temperatur von beispielsweise etwa 60° C hat, durch eine ursprünglich etwa 10° warme Form im Laufe kurzer Zeit auf beispielsweise etwa 40 C abgekühlt. Da sich die Härtegeschwindigkeit jedesmal, wenn die Betontemperatur um 10° C erhöht wird oder absinkt, verdoppelt bzw. halbiert, ist ersichtlich, dass im angegebenen Fall der Härteeffekt etwa um den Faktor 4 herabgesetzt, d.h. die Härtezeit vervierfacht wird. Auch ist von Wichtigkeit, dass dafür gesorgt wird, dass die Betonrnasse während des Aushärtens ihre Wärme nicht abgibt, und zwar gilt dies sowohl für ihren ursprünglichen Wärmegehalt, als auch für die beim Härten entwickelte Wärme, ohne dass hierdurch jedoch ein stellenweises Überhitzen riskiert werden darf. Es ist bekannt, die Formen im Hinblick hierauf mit Hohlräumen zu versehen, in welche Dampf direkt eingeblasen wird, der dann an denjenigen Flächen kondensiert, die den mit Beton auszufüllenden Hohlraum der Formen begrenzen, doch da der Dampf notwendigerweise eine Temperatur von 100-110° C haben muss, werden diese Flächen auf su hohe Temperaturen gebracht, was zu lokalen EaSchädigungen des härtenden Betonelements führen kann, und zwar durch Wärmespannungen und auch dadurch, dass sich an den warmen Formflächen Dampfblasen bilden, die sich unter Hinterlassung von Spuren in der Oberfläche der Elemente ihren Weg ins Freie bahnen,.

Alle diese Schwierigkeiten werden durch das erfindungsgemässe Verfahren zur Dampfbeheizung von Giessformen für aushärtende Massen, insbesondere Beton, überwunden. Das für die Erfindung Kenn-

209841/0697

zeichnende besteht darin, dass der Dampf in wassergefüllte Hohlräume in den Giessformen eingeblasen wird.

Hierdurch wird ein schnelles und effektives Erhitzen der Formen auf die gewünschte Temperatur ohne die Gefahr des Überhitzens ermöglicht, da die Hitzeübertragung vom zugeführten Dampf an die Form äusserst schnell und effektiv durch die Kondensation des Dampfes in dem in den Hohlräumen befindlichen Wasser erfolgt, welches verhindert, dass der Dampf direkt mit den Formflächen in Berührung kommt; ausserdem stellt die Heisswasserfüllung der hierfür bestimmten Hohlräume in den Formen eine erhebliche Wärmereserve dar, da die spezifische Wärme des Wassers etwa neunmal so gross wie diejenige der Metallmasse der Form und viermal so gross wie die spezifische Wärme des Betons ist, so dass die vom Wasser gebundene Wärme den Wärmeverlust kompensieren kann, der durch Abgabe von Wärme teils von der Betonoberfläche, teils von den Flächen der Form auftritt, wenn die Form zum Härten des Betons abgestellt wird, sei es in der eigentlichen Fabrikationshalle oder in einer Aushärtkammer, in der mit anderen Mitteln eine relativ hohe Temperatur erzeugt und aufrechterhalten wird.

Das Einführen des Dampfes in die wassergefüllten Hohlräume kann nach einer Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens bereits vor dem Vergiessen des Betons eingeleitet werden, so dass die betreffenden Formenteile im voraus auf die oder in die Nähe der gewünschten Härttemperatur gebracht sind. Hierdurch wird ein Abkühlen des Betons vermieden, wenn dieser mit einer gegebenen Härttemperatur in die Formen eingefüllt wird, und gleichzeitig wird eine Abkürzung des gesamten Giessvorgangs erreicht, da das einleitende Erhitzen der Formen so schnell und einfach erfolgt, dass es zusammen mit den übrigen Vorarbeiten, wie 2.B» Säubern und Besprühen mit Öl und eventuelles Zusammenstellen von Formenteilen zu einer giessbereiten Form, vorgenommen werden kann»

Die Erfindung betrifft, wie erwähnt, auch eine bei der Ausübung des Verfahrens anzuwendende Giessform, die durch Hohlräume zur Aufnahme von Wasser und durch Organe zum Einblasen von Dampf in dieses Wasser gekennzeichnet ist. . . '

209841/0697

Die Organe zum Einblasen des Dampfes in die Giessform können erfindungsgemäss von einem Injektor gebildet werden, der so eingerichtet ist, dass er durch das Einblasen des Dampfes das Wasser in den genannten Hohlräumen in Zirkulation versetzt. Hierdurch wird erstens ein schnelles und effektives Vermischen und Kondensieren des Dampfes mit dem bzw. im Wasser und zweitens eine schnelle Verteilung der zugeführten Hitze auf die gesamte disponible Wassermasse erzielt, wodurch sich eine schnelle und gleichmassige Durchwärmung der Form ergibt.

Das gebildete Kondenswasser stellt einen Zuschuss zu der in den wassergefüllten Hohlräumen der Form befindlichen Wassermenge dar, und die Form wird deshalb erfindungsgemäss mit einem oder mehreren Überläufen ausgestattet, durch die das überschüssige Wasser ablaufen kann. Aus praktischen Gründen sollen derartige Überläufe geschlossen sein, solange kein Dampf zugeführt wird, und erfindungsgemäss werden sie deshalb zweckdienlich in der Form sich nach aussen öffnender, automatischer Ventile ausgeführt.

Erfindungsgemäss kann die Form ausserdem vorteilhaft mit einer oder mehreren Temperaturmessstellen, z.B. Thermometertaschen, ausgeführt werden, die dort angeordnet sind, wo die Wassertemperatur für die Temperatur des härtenden Förmlings repräsentativ ist. Hierdurch wird es ermöglicht, durch Kontrollieren der Temperatur an den ausgewählten Stellen den Verlauf des Härtens zu überwachen.

Die Erfindung ist auf der Zeichnung veranschaulicht. Es zeigt

Fig. 1 schematisch einen Schnitt durch eine für die Ausübung des Verfahrens geeignete Form im Schnitt entlang der Linie I-I in Fig. 2,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie H-II in Fig. 1, Fig. 3 eine andere Ausführung einer erfindungsgemässen Form im Schnitt entlang der Linie IH-III in Fig. 4, und

Fig. 4 das in Fig. 3 Dargestellte im Schnitt entlang der Linie IV-IV in Fig. 3.

Die in den Fig. 1 und 2 wiedergegebene Form ist für die Herstel-

209841/0697

lung von grossen, flächenförmigen Bauelementen aus Beton bestimmt, zu welchem Zweck eine Anzahl solcher Formen 5 zu einer Batterie zusammengestellt werden, bei der die Zwischenräume zwischen den Formen die Giesshohlräume bilden, von denen man sich vorstellen muss, dass sie unten und seitlich von speziell aufgesetzten, nicht dargestellten Seiten und Stirnformenteilen z.B. in der Form von in die Zwischenräume zwischen die einzelnen Formen 5 eingesetzten U-förmigen Rahmen begrenzt werden.

Beim gezeigten Beispiel ist vorausgesetzt, dass die Formen auf fahrbaren Gestellen 6 stehen und auf diesen auf einem Gleis vorgeschoben werden können, das als Förder- oder Fabrikationslinie dienen kann.

Jede Form besteht aus einer hauptsächlich rechteckigen Platte mit Seitenwänden 3, welche die Giesshohlräume abgrenzen, die in Fig. 2 mit Betonfüllung 1 dargestellt sind. Diese Darstellung ist rein schematisch, denn die hergestellten Betonelemente enthalten normalerweise eine Armierung und können durch eine entsprechende Profilierung der Wände 3 mit jeder beliebigen Profilierung versehen werden»

Die die Formen begrenzenden Wände 3 sind mit Hilfe von Stahlprofilen 4 abgesteift, und zwischen ihnen sind Wassermäntel 2 in der Form von geschlossenen Hohlräumen ausgebildet, die bei Gebrauch der Formen mit Wasser gefüllt sind.

Vor oder beim Einfüllen von Beton wird das Wasser in den Mänteln 2 erhitzt, und zwar durch Einblasen von Dampf durch Anschlussstutzen 7 und daran angeschlossene Injektoren Ö, die so eingerichtet sind, dass sie durch das Ausblasen des Dampfes das Wasser in den Mänteln in kräftige Zirkulation versetzen, so wie es in Fig. 1 durch Pfeile angedeutet ist. Wie bereits erwähnt., wird hierdurch die vorhandene Wassermenge und damit die Form schnell und gleichmässig erhitzt, so dass letztere beim Einfüllen des Betons bereits die Temperatur hat, bei der das Aushärten erfolgen soll.

209841/0697

Bei der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsform ist es klar, dass die von den Formen 5 gebildete Batterie während des Härtens nur eine relativ kleine freie Oberfläche hat, von welcher aus Wärme an die Umgebung abgegeben werden kann. Die Abgabe von Wärme erfolgt hauptsächlich entlang der Aussenränder der Formen, und die Wassermäntel sind deshalb hauptsächlich dort angeordnet. Das eigentliche Härten ist zwar exotherm, aber nicht genügend, um mit der Wärmeabgabe Schritt halten zu können, die an die Umgebung stattfinden würde, nun jedoch von der im Wasser enthaltenen Wärme kompensiert wird, die eventuell auch während des Härtens noch durch zusätzliches Einblasen von Dampf ergänzt werden kann, so dass sich der Beton während der gesamten Härtezeit leicht auf einer gewünschten Härttemperatur halten lässt, die z.B. über 60° C liegen kann.

Damit in den Wassermänteln kein Überdruck auftritt, sind sie mit einem Überlauf 9 ausgestattet, durch welchen überschüssiges Wasser, das durch die Kondensation des eingeleiteten Dampfes gebildet worden ist, ungehindert abfHessen kann.

Zur Überwachung des Härtvorgangs sind in der Nähe der Ecken der Form Thermometertaschen 11 vorgesehen, in welche Thermometer zum Kontrollieren der Wassertemperatur eingesetzt werden können. Diese ist repräsentativ für die jeweilige Temperatur des Betons und kann deshalb als Mass für diejenige Temperatur dienen, bei der sich der Härtprozess abspielt, und damit für die Zeit, die vergeht, bis die Härtung genügend weit fortgeschritten ist.

Die Fig. 3 und 4 veranschaulichen auf analoge Weise eine Form für die Herstellung grosser, flächenförmiger Betonelemente durch Giessen in waagerechter Stellung» Die einzelnen Teile sind mit den gleichen Bezugsziffern wie bei der soeben beschriebenen Ausführungsform versehen. Die obere Wand 3 der Form, wie sie in Fig. 3 gezeigt ist, dient als Formenwand, und man muss sich vorstellen, dass sie mit Randformen ergänzt ist, die von einfachen Schienen gebildet, jedoch im Hinblick auf eine Beheizung durch Einleiten von Dampf in eine Wassermasse auch als Wasserkästen ausgeführt sein können.

209841/0697

Beim Transportieren der Formen, z.B. .an einem Kranjoch hängend, können dadurch Schwierigkeiten entstehen, dass sich das Wasser in den Hohlräumen bewegt. Damit dies verhindert wird, können die Formen, wie in Fig. 4 angedeutet, mit geeigneten Prall- oder Dämpfplatten 13 in der Form von Stahlplatten mit Perforationen oder anderen Durchbrüchen ausgestattet sein, die den Wasserdurchtritt dämpfen, ohne jedoch temperatur- und druckausgleichende Strömungen zwischen den einzelnen Formenabschnitten zu behindern.

Es ist einleuchtend, dass die durch das erfindungsgemässe Verfahren und die erfindungsgemässen Giessformen erzielten Vorteile bezüglich der Beschleunigung des Härtprozesses und der Vermeidung einer Beschädigung der gegossenen Betonkörper auch dann gegeben sind - sei es auch in geringerem Umfang - wenn der Beton bei einer niedrigeren Temperatur als der optimalen Härttemperatur vergossen wird oder eventuell ohne bereits im Mischer erhitzt worden zu sein.

209841/0697

Claims (7)

1./ Verfahren zur Dampfbeheizung von Giessformen für aushär- ;ende Massen, insbesondere Beton, dadurch gekennzeichnet, dass die Beheizung dadurch erfolgt, dass in wassergefüllte Hohlräume in den Giessformen Dampf derart geregelt eingeblasen wird, dass die Wasserfüllung der Giessformen auf oder in der Nähe der gewünschten Härttemperatur der aushärtenden Masse gehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Einblasen von Dampf während des Vorbereitens der einzelnen Formen zum Giessen eingeleitet und eventuell abgeschlossen wird, woraufhin die Form von der Dampfquelle getrennt wird.

3. Giessform zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 und versehen mit Hohlräumen mit Organen zum Einblasen von Dampf und zur Aufnahme von Wasser, dadurch gekennzeichnet, dass die Einblasorgane von einem oder mehreren Injektoren (8) gebildet werden, die so eingerichtet sind, dass sie das Wasser im genannten Hohlraum (2) in Zirkulation versetzen.

4. Giessform nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Hohlräume (2) zur Aufnahme von Wasser an Stellen angeordnet sind, von denen aus die Wärmeabgabe während des Härtens am grössten ist, d.h. entlang der Ränder von Formenteilen (3), die als Trennwände zwischen Giesshohlräumen dienen, oder auf der ganzen oder einem Teil der Fläche einseitiger Formenwände.

5. . Giessform nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet durch einen oder mehrere Überläufe (9) zum Ablassen überschüssigen Kondenswassers.

6. Giessform nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Überläufe (9) von sich nach aussen öffnenden, automatischen Ventilen gebildet werden.

7. Giessform nach jedem der Ansprüche 3-6, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit Temperaturmessstellen versehen ist, z.B.

20 9841/0697

einer oder mehreren Thermometertaschen (11), die dort angeordnet sind, wo die Wassertemperatur für die Temperatur des härtenden Formlinge repräsentativ ist.

Ö. Giessform nach jedem der Ansprüche 3-7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasser aufnehmenden Hohlräume (2) mit Pralloder Dämpfplatten (13) ausgestattet sind.

209841/0697