Betonmischer

Betonmischfahrzeug

amerikanischer Fahrmischer

Ein Betonmischer ist ein Baugerät zum Mischen von Beton. Es gibt manuell zu befüllende Kleinmischer sowie Maschinen unterschiedlicher Bauformen für industrielle Prozesse, die zusammen mit der vor- und nachgelagerter Anlagentechnik hohe und qualitätssichere Leistungen ermöglichen.

Beton-Produktionsprozess

Beton wird aus Zement, Gesteinskörnungen (Sand, Kies oder Splitt) und Wasser hergestellt. Er kann außerdem Betonzusatzmittel und Betonzusatzstoffe (z.B. Fasern, Farben) in geringen Mengen enthalten. Zement ist der hochwertigste Bestandteil der Rezeptur, er dient nach Kontakt mit Wasser als Bindemittel. Seine gleichmäßige Verteilung und vollkommene Benetzung sind von entscheidender Bedeutung für die Betonqualität. Die Rezepturbestandteile werden deshalb homogen vermischt. Als Ergebnis erhält man den Frischbeton, der je nach Erfordernis eine mehr oder weniger flüssige Konsistenz aufweisen kann. Nachdem der Frischbeton in die gewünschte Schalung eingebracht ist und bindet er über die Zeit zum Festbeton als Baustoff ab.

Um den Prozess der Betonherstellung qualitätssicher und wirtschaftlich zu gestalten, hat sich ab den 50er Jahren die Transportbetonindustrie in den westlichen Industrieländern entwickelt und inzwischen weltweit durchgesetzt. Anstelle einer Herstellung auf der Baustelle wird der Beton in zentralen Transportbetonwerk hergestellt und in LKW-Fahrmischern angeliefert. In Transportbetonwerken werden für jede Charge die Betonbestandteile rezepturgenau verwogen und danach in einem Betonmischer maschinell zum Frischbeton vermischt. Dieser Prozess wird auf einem Lieferschein dokumentiert. Der Frischbeton wird zur Baustelle transportiert und dort in die Schalung vergossen. Die drehende Fahrmischertrommel des LKWs verhindert ein vorzeitiges Binden des Betons sowie ein Entmischen. Im allgemeinen Sprachgebrauch werden LKW-Fahrmischer resp. Betonmischfahrzeug auch als „Betonmischer“ bezeichnet, was jedoch nicht korrekt ist.

Eine zweite Form der Betonherstellung ist die Errichtung von Betonfertigteilen. Verkaufsprodukt ist in diesem Fall nicht der pastöse Frischbeton sondern ein nach Kundenwunsch hergestelltes Endprodukt aus Beton (z.B. Träger, Pfeiler, Platten, Dachpfannen, Betonsteine, Rohre, Garagen etc.). Ähnlich wie im Transportbetonwerk findet in einem Beton-Fertigteilwerken zunächst die Herstellung des Frischbetons statt. Der Frischbeton verbleibt jedoch vor Ort und wird in einem weiteren Arbeitsgang direkt zum endgültigen Fertigteil vergossen. Auch in diesem Fall ist ein zuverlässiger Mischprozess für die Betonherstellung erforderlich.

Anforderungen an einen Betonmischer

Aufgabe eines Betonmischers ist es die Rezepturbestandteile des Betons zuverlässig, schnell und mit möglichst hoher Homogenität zum Frischbeton zu vermischen. Das geschieht ganz überwiegend im Chargenverfahren. Folgende Anforderungen muss ein Chargen-Mischer erfüllen:

• In sehr kurzer Zeit – Charge für Charge – zuverlässig einen gewünschten Homogenitätsgrad erreichen
• Universelle Einsetzbarkeit für alle möglichen Betonrezepturen
• Geringer Verschleiß
• Geringer Energieverbrauch
• Hohe Zuverlässigkeit im Betrieb und Wartungsfreundlichkeit

Gängige Bauformen eines Betonmischers

Trockendosierung und Fahrmischer-Mischung

Im Transportbetonwerk werden die Beton-Rezepturbestandteile lediglich verwogen und dann zusammen mit dem Anmachwasser in den LKW-Fahrmischer gefüllt. Die Fahrmischertrommel wird anschließend für einige Minuten mit einer erhöhten Geschwindigkeit gedreht. Die Nachteile dieses Prozesses sind eine herstellerseits nicht ausreichend überprüfbare Homogenität und Qualität des Betons, Staubentwicklung beim Befüllen mit Zement und hoher Verschleiß der Fahrmischertrommel. Diese unzureichende Herstellweise ist heute noch in den USA sehr weit verbreitet. Die Verfahrensmängel werden häufig durch eine erhöhte Zementzugabe kompensiert.

Trommelmischer oder Freifallmischer

Weltweit erste Trommelmischmaschine mit kardanischer Aufhängung der Mischtrommel (Firma Pekazett)

Trommelmischer für Kleinbaustellen und Heimwerker

Dieser Mischertyp wird in kleinen Baugrößen auf Kleinbaustellen und im Heimwerkerbereich angewendet. In einer drehbaren Trommel findet der Mischprozess statt. Innerhalb der Trommelwand sind schräg positionierte Schaufeln angebracht, die in Mischpositionierung das Material anheben, das dann durch die Schwerkraft wieder nach unten fällt. Bei Trommelmischern ohne kardanische Aufhängung muss die Drehrichtung geändert werden, damit die Schaufeln das Mischgut zur Öffnung fördern und damit die Entleerung der Trommel bewirken können. Bei kardanischer Aufhängung der Mischtrommel kann deren Auslassöffnung mit Hilfe einer Kippvorrichtung bei beibehaltener Drehrichtung zudem geschwenkt und damit gleichzeitig das Material gemischt und entleert werden. Der Nachteil beider Bauformen sind vor allem eine unzureichende und auch zu stark schwankende Homogenität des Mischguts selbst bei längerer Mischzeit. Trommelmischer bzw. Freifallmischer in industrieller Größenordnung waren früher sehr weit verbreitet. Heute werden sie noch in Nord-, Mittel- und Südamerika als Standardtechnologie angesehen.

Tellermischer, Ringtrogmischer, Planetenmischer

Diesen drei Mischertypen ist gemeinsam, dass sie aus einem kreisrunden, topfähnlichen Gefäß bestehen, das mit dem herzustellenden Beton befüllt wird.

Beim Ringtrogmischer und Planetenmischer drehen sich die Mischwerkzeuge in einem feststehenden Mischbehälter auf einer Ringbahn bzw. auf Planetenbahnen. Sie übernehmen dabei sowohl die Aufgabe des Materialtransportes innerhalb des Mischbehälters als auch den eigentlichen Mischvorgang. Teilweise befinden sich neben den Mischarmen noch hochdrehende Wirbler im Mischraum, um den Mischeffekt zu verbessern. Die Entleerung erfolgt über einen oder zwei am Umfang des Behälters in den Boden eingelassenen Schieber.

Beim Tellermischer rotiert ein zylindrischer Mischbehälter relativ langsam um seine vertikale Achse. Im Mischraum sind je nach Baugröße ein oder mehrere exzentrisch angeordnete Mischwerkzeuge angeordnet. Im Zentrum des Mischbehälters befindet sich eine kreisrunde Entleeröffnung. Ein stationär angeordneter Wand- und Bodenabstreifer befreit die Behälterwandung von Anhaftungen und erzeugt eine Grobvermischung des Mischgutes. Dieser Grobvermischung kann durch die gegenüber der Horizontalen geneigte Anordnung des Mischbehälters und die Ausnutzung der Schwerkraft noch intensiviert werden. Bei einer gegenläufigen Drehrichtung von Mischwerkzeug und Mischbehälter ergibt sich beim geneigten Mischbehälter ein besonders ausgeprägtes dreidimensionales Bewegungsbild des Mischgutes.

Durch diese besondere Bauweise wird der Materialtransport durch den drehenden Mischbehälter vom eigentlichen Mischvorgang durch das Mischwerkzeug entkoppelt. Dadurch kann die Form des Mischwerkzeuges sowie dessen Geschwindigkeit bis zu 40 m/s frei eingestellt werden, ohne dass es zur Zentrifugation des Mischgutes an die Mischbehälterwandung kommt, wie das bei Mischern mit feststehendem Mischbehälter der Fall ist. Aufgrund der Zentrifugation des Mischgutes sind Mischer mit feststehendem Mischbehälter in der Wahl der maximalen Umfangsgeschwindigkeit auf etwa 4 m/s bei Ringtrog- und Planetenmischer und etwa 6 m/s bei Doppelwellenmischern beschränkt.

Nachteile beim Ringtrog- und Planetenmischer sind ein geringer Füllgrad und demzufolge eine relativ ausladende Maschinenabmessung. Vor allem jedoch eine überwiegend zweidimensionale und deswegen häufig unzureichend turbulente Bewegung des Mischguts. Beim Einsatz von Wirblern wird dieses Problem allerdings reduziert. Ein weiterer Nachteil ist ein relativ hoher Verschleiß sowohl bei den Mischwerkzeugen als auch bei der Trogauskleidung. Das ist eine Folge der hohen Umfangsgeschwindigkeit der Mischwerkzeuge und des geringen Füllungsgrades, der eine große Trog-Innenfläche zur Folge hat. Diese Bauform ist deshalb vor allem bei kleineren Chargengrößen verbreitet (bis ca. 1,5 Festbeton), wie sie z.B. bei kleineren Fertigteilwerken anzutreffen sind.

Beim Tellermischer mit rotierendem Mischbehälter ist der Verschleiß gegenüber Mischern mit feststehenden Mischbehältern wie Ringtrog-, Planeten-, Doppelwellen oder auch Rohrmischer deutlich reduziert, da das Mischwerkzeug nicht wand- oder bodengängig ausgeführt wird. Bei Mischern mit feststehendem Mischbehälter muss das Mischwerkzeug das Mischgut durch die Maschine bewegen und von den Wänden und Boden abschaben. Dazu müssen die Werkzeuge mit einem möglichst geringen Abstand zur Behälterwandung arbeiten, was aufgrund der hohen Relativgeschwindigkeit zwischen Werkzeug und Behälterwandung zu hohem Verschleiß führt. Beim Tellermischer erfolgt durch den rotierendem Mischbehälter der Transport allen Mischgutes zum Mischwerkzeug ohne Relativbewegung zwischen Mischgut und Mischbehälter, der Verschleiß am Mischbehälter geht somit gegen Null.

Des Weiteren kann bei dem besonderen Konstruktionsprinzip des Tellermischers die Drehrichtung des Mischwerkzeuges (Gleichstrom- oder Gegenstrom) sowie die Mischwerkzeuggeschwindigkeit beliebig zwischen 1 m/s bis zu 40  m/s eingestellt werden. Das ermöglicht eine optimale Anpassung an die Aufgabenstellung. Während beispielsweise für den vollständigen Aufschluss von Fasern in ultrahochfestem Beton oder dem Aufschluss von Farbpigmenten in Vorsatzbeton hohe lokale Scher- und somit Werkzeuggeschwindigkeiten notwendig sind, um die Agglomerate aufzuschliessen, sind für das schonende Einmischen von Leichtzuschlägen oder Schaum sehr niedrige Werkzeuggeschwindigkeiten vorteilhaft. Für die Herstellung von ultrahochfestem Beton bietet sich zudem die Verwendung von Vakuummischern zur Erzielung eines minimalen Luftporengehaltes an.

Doppelwellen-Chargenmischer

Dieser Mischertyp zeichnet sich durch zwei horizontale Wellen aus, die jeweils mit Mischwerkzeugen bestückt sind und gegeneinander rotieren. Der Boden des Gefäßes ist entsprechend den beiden Mischkreisen als Doppelrundung ausgebildet. In der Längsmitte des Bodens befindet sich die Entleeröffnung, die als Drehschieber oder als Klapptür ausgebildet sein kann. Die Mischwerkzeuge sind idealerweise so ausgebildet, dass sich im Trog eine kreisförmige und zugleich entlang jeder Mischwelle schraubenförmige Bewegung des Mischguts ergibt. Das bewirkt einen gezielten dreidimensionale Materialaustausch im gesamten Mischraum. Herstellerabhängig gibt es jedoch auch andere Bewegungsformen. Eine Veränderung der Drehzahl der Mischwerkzeuge ist bei entsprechender Steuerungstechnik problemlos möglich, um auch bei speziellen Erfordernissen (SVB, UHP etc.) zuverlässig wiederholbare Mischergebnisse zu erzielen.

Außerdem findet in der Mitte des Mischtrogs eine Überlappung der beiden Mischkreise statt, um die Turbulenz der Relativbewegungen des Mischguts zusätzlich zu verstärken. Homogenitätsgrade von 95 % bei nur 30 Sekunden Mischzeit werden von Doppelwellen-Chargenmischer führender Hersteller zuverlässig erreicht, auch bei hohen Chargengrößen. Die Mischzeit ist jedoch rezepturabhängig und kann daher auch variieren. Die Doppelwellen-Chargenmischer haben sich deshalb als heute vorherrschender Maschinentyp in leistungsfähigen Betonwerken und auch in Asphaltmischanlagen in Europa sowie in Asien allgemein durchgesetzt.

Mischen von Kleinmengen

Kleine Mengen von Beton, z.B. für Reparaturen, können auch mit einem Quirl hergestellt werden, der in eine Bohrmaschine eingespannt ist. Dieser funktioniert genauso wie der als Küchengerät verwendete Quirl.

Weblinks

Commons: Betonmischer – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien