Betonmischer

Betonmischfahrzeug

Ein Betonmischer ist ein Mischer für Beton. Er wird im Bauwesen verwendet, um Beton herzustellen, zu transportieren und weiterzuverarbeiten. Betone werden heute primär ab Werk gemischt, und in definierten Chargen angeliefert (Chargenmischen).

Beton-Produktionsprozess

Beton wird aus Zement als Bindemittel, verschiedenen Gesteinskörnungen (Sand, Kies oder Splitt) und Wasser hergestellt. Er kann außerdem Betonzusatzmittel und Betonzusatzstoffe (z.B. Fasern, Farben) in geringen Mengen enthalten. Der teuerste Rezepturbestandteil ist der Zement. Aufgrund seiner Eigenschaft als Bindemittel ist sein Anteil und seine gleichmäßige Verteilung in der Masse für die Betonqualität von entscheidender Bedeutung. Bei der Vermischung der Rezepturbestandteile enthält man als Suspension den Frischbeton, der eine mehr oder weniger flüssige Konsistenz aufweist. Der Frischbeton wird danach in die gewünschte Schalung eingebracht und bindet über die Zeit zum Festbeton als Baustoff ab.

Verschiedene Fahrmischer

Um den Prozess der Betonherstellung qualitätssicher und wirtschaftlich zu gestalten, hat sich ab ca. 1960 die Transportbetonherstellung in den westlichen Industrieländern entwickelt und inzwischen weltweit durchgesetzt. Im Transportbetonwerk werden für jede Charge die verschiedenen Betonbestandteile rezepturgenau verwogen und danach in einem Betonmischer maschinell zum Frischbeton vermischt. Dieser Prozess wird dokumentiert und auf dem Lieferschein protokolliert. Der Frischbeton wird dann in einen LKW-Fahrmischer gefüllt, der den Beton zur Baustelle transportiert, wo er direkt vergossen, oder per Betonkübel oder Autobetonpumpe verteilt wird. Die Rotation der Fahrmischertrommel dient dazu, eine Entmischung zu verhindern. Im allgemeinen Sprachgebrauch werden LKW-Fahrmischer resp. Betonmischfahrzeug auch als „Betonmischer“ bezeichnet, was jedoch – wie oben dargestellt – nicht korrekt ist.

Eine zweite Form ist die Herstellung von Betonfertigteilen. Verkaufsprodukt ist in diesem Fall nicht der Frischbeton sondern ein nach Markterfordernissen hergestelltes Endprodukt aus Beton (z.B. Träger, Pfeiler, Platten, Dachpfannen, Betonsteine, Garagen etc.). In Beton-Fertigteilwerken findet die Verarbeitung des Frischbetons im Werk selbst statt.

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

amerikanischer Fahrmischer

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, deren Auslassöffnung zudem verschwenkt werden kann, 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 geänderter Drehrichtung fördern die Schaufeln das Mischgut zur Öffnung und zusammen mit der Kippvorrichtung der Trommel wird die Entleerung bewirkt. Der Nachteil dieser Bauform sind vor allem einen 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 Süd-Amerika als Standardtechnologie angesehen.

Tellermischer, Ringtrogmischer, Planetenmischer

Diesen drei Mischertypen ist gemeinsam, dass sie aus einen 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 Umfangsgeschindigkeit 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. Besondere keramische Auskleidungen wie beispielsweise bei Doppelwellenmischern sind daher nicht notwendig.

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

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

Siehe auch

• Fahrmischer

Weblinks

 Commons: Betonmischer – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• Betonmischer um 1900: [1], [2], [3], [4]