Vorlage Lehrbrief mit Text_4.12.2007_mit Eirich-Zeile und Logo

Mischen von BetonWas muss man beachten, um Betone gleichmäßig gut aufzubereiten?Peter Nold, Maschinenfabrik Gustav Eirich GmbH & Co KG, 74736 Hardheim, Deutschlandpeter.nold@eirich.deGliederung1. Einführung2. Normen3. Gesetzmäßigkeiten von Mischern für Beton4. Zwangsmischer für Beton5. Eigenschaften von ZwangsmischernMischgutbewegungMassekonsistenz und LeistungseintragMischwerkzeugeMischarbeit und ReibungReibung und VerschleißMischgüte6. Wann rechnet sich ein besserer Mischer?7. Ausblick1. EinführungBeton wird heute als 5-Stoff-System definiert:ZuschlagZementWasserZusatzmittelZusatzstoffeFührende Betontechnologen wie Bernd Hillemeier sprechen sogar von einem 6-Stoff-System (+ Luft) [1].Es gilt nun, diese verschiedenen Stoffe zu mischen, also die einzelnen Bestandteile so homogen wie möglichuntereinander zu verteilen.Um eine konstant gute Mischung zu erhalten, dürfen zum einen die Bestandteile der Mischung keinenSchwankungen unterliegen; zum anderen muss der Mischprozess gut, und immer gleich gut, ablaufen.Die Eigenschaften der Zuschlagstoffe, der Zemente, des Anmachwassers, der Zusatzmittel und derZusatzstoffe und auch zulässige Schwankungen sind in Normen beschrieben und dem Verwendervorgegeben. Keinerlei bindende Vorgaben oder Normen gibt es jedoch für den Vorgang,in welchem diese Stoffe alle zusammengeführt werden: dem Mischen des Betons.Hier vertrauen Regelwerke und Zementhersteller auf das Gefühl des Anwenders.Für den Mischer verlangt die DIN EN 206-1 nur eine Gleichmäßigkeit:„9.6.2.3 Mischer: Die Mischer müssen in der Lage sein, mit ihrem Fassungsvermögeninnerhalb der Mischdauer eine gleichmäßige Verteilung der Ausgangsstoffeund eine gleichmäßige Verarbeitbarkeit des Betons zu erzielen“ [2].Völlig unprüfbar und subjektiv ist der Mischvorgang selbst:„9.8 Mischen des Betons: Das Mischen der Ausgangsstoffe muss in einem Mischernach 9.6.2.3 erfolgen und so lange dauern, bis die Mischung gleichförmig erscheint“ [2].MASCHINENFABRIK GUSTAV EIRICH GmbH & Co KG, Walldürner Str. 50, D - 74736 HardheimSeite 1

Eine Definition der Gleichförmigkeit kennt die Norm nicht.Was bedeutet gleichförmig? Regelwerke definieren diesen Begriff nicht.Aus der Physik kennen wir die gleichförmige Kreisbewegung. Bei der gleichförmigen Kreisbewegungbewegt sich ein Punkt „P“ in der X-Y-Ebene mit konstanter Bahngeschwindigkeit „v“.„Gleichförmig bedeutet, dass sich zwar der Betrag |v| der Geschwindigkeit nicht ändert,wohl aber seine Richtung. Ein Körper führt eine gleichförmige Kreisbewegung aus,wenn die Bahnkurve ein Kreis ist und der Betrag des Geschwindigkeitsvektors konstant ist“ [3].Hilft uns dies beim Mischen von Beton? Nicht wirklich.Eine Recherche im Internet mit „gleichförmig bedeutet“ bringt nur 5 Treffer. Einer beschreibt die Herkunftdes Wortes vom lateinischen „uniform“, drei befassen sich mit der Physik, und einer kommt vom Tolkiens-Herr-der-Ringe-Club. Dort lesen wir:„Gleichförmig bedeutet nicht immer, dass alles auch gleich ist, sondern nur dass es als gleichförmigwahrgenommen wird. Sieh dir Wasser an, es sieht in unbewegtem Zustand absolut gleichförmig aus,aber jedes Kind weiß, dass es aus mehreren Substanzen besteht, Sauerstoff und Wasserstoff.Aber deshalb kann man das Wasser dennoch als optisch gleichförmig betrachten“ [4].Auch dies hilft wohl so nicht beim Mischen von Beton.Was sagen die Zementhersteller zum Mischen?Das Zement-Merkblatt „Betontechnik: Bereiten und Verarbeiten von Beton“ der Bauberatung Zement desBundesverbands der Deutschen Zementindustrie vom August 2002 sagt:„Das Mischen der Ausgangsstoffe muss in einem mechanischen Mischer erfolgen und so langefortgeführt werden, bis die Mischung gleichförmig erscheint. Dieser Zeitraum ist die Mischdauer.Sie soll bei Normalbetonen erfahrungsgemäß mindestens 30 Sekunden, bei Leichtbetonenmindestens 90 Sekunden betragen. Bei der Herstellung von Betonen mit besonderen Anforderungen,zum Beispiel Selbstverdichtenden Betonen, Sichtbeton oder bei Verwendung von Luftporenbildnern,können längere Mischzeiten erforderlich sein“ [5].Wenn man im Internet das Betonlexikon des Bundesverbands der Deutschen Zementindustrie (kurz: BDZ)aufruft, kann man lesen [6]:„MaschinenmischenBeton muss i. d. R. mit geeigneten Mischern für Beton gemischt werden (Mischer für Beton).Die zuvor abgemessenen Ausgangsstoffe für den Beton sind so lange miteinander zu mischen,bis ein gleichmäßiges Gemisch entstanden ist. Als ausreichend lange Mischzeiten gelten für Mischermit besonders guter Mischwirkung wenigstens 30 Sekunden. Bei Zugabe von Betonzusätzenempfiehlt es sich, die Mischzeit wegen der geringen Zusatzmengen deutlich zu verlängern.Mischer für Beton und MörtelBaustoffmaschine zur Herstellung von Beton und Mörtel mit hydraulischen Bindemitteln.Mischer mischen die zuvor abgemessenen Ausgangsstoffe zu einem Baustoffgemisch.Nach ihrer Arbeitsweise wird unterschieden in absatzweise arbeitende und stetig arbeitende Mischer.Absatzweise arbeitende Mischer mischen das Mischgut in Arbeitsspielen; typische Bauarten sindTrommelmischer, Tellermischer und Trogmischer. Bei stetig arbeitenden Mischern wird das Mischgutununterbrochen unter ständigem Einfüllen der Ausgangsstoffe in das Mischgefäß und ständigemEntleeren des Mischgefäßes gemischt. Je nach Bauart werden diese Mischer alsTrommeldurchlaufmischer oder Trogdurchlaufmischer bezeichnet. Größe, Leistungund Beurteilung der Mischwirkung sind in DIN 459, Teile 1 und 2, geregelt.“MASCHINENFABRIK GUSTAV EIRICH GmbH & Co KG, Walldürner Str. 50, D - 74736 HardheimSeite 2

Was ist eine ‘längere’ Mischzeit? Und was geschieht, wenn man zu kurz oder zu lange mischt?Dyckerhoff Zement sagt im Anwender-Handbuch Zement im Kapitel Pflastersteine auf der Seite„Wie vermeide ich Gefügeunterschiede?“:Voraussetzung zur Vermeidung von Gefügeunterschieden ist ein gleichmäßig hergestellter, gut undhomogen durchmischter Beton. Die Gesamtmischzeit sollte 120 Sekunden nicht unterschreiten“ [7].Menschen, denen man zutrauen kann, viel von Beton zu verstehen, sagen heute, dass der Mischvorgangdurchaus prägend für den Beton ist. F. Ferraris, National Institute of Standards and Technology, USA,schreibt in einem Beitrag ‘Concrete Mixing Methods and Concrete Mixers: State of the Art’ (Mischmethodenund Mischer für Beton: der Stand der Technik) [8]:„Wie bei allen Werkstoffen wird auch bei Beton die Güte („performance“) von der Mikrostrukturbestimmt. Diese hängt ab von der Zusammensetzung, den Aushärtebedingungen,aber auch von der Mischmethode und den Mischbedingungen beim Anmachen des Betons.“Dies lässt erkennen, dass das Mischen eine weitaus größere Bedeutung hat, als man dem heute zuordnet.2. Normen für MischerWährend das Mischen selbst nicht genormt ist, gibt es eine Norm, welche „Mischer für Beton und Mörtel“beinhaltet: die DIN 459 [9]. Uns interessieren hier die dort aufgeführten Tellermischer und Trogmischer.In der Praxis unterscheidet man [10]bei den TellermischernRingtrogmischer, RingtellermischerPlanetenmischerGegenlaufmischerGleichlaufmischersowie bei den TrogmischernEinwellenmischerDoppelwellenmischerDie in der Norm aufgeführten Ringtellermischer nennt man üblicherweise Ringtrogmischer. Im Internet bietetnur ein einziger deutscher Hersteller „Ringtellermischer“ an; dieser sieht aus wie ein Ringtrogmischer [11].Die rechte Skizze auf Seite 2 der Norm in der Zeile Tellermischer zeigteinen einfachen Eirich-Mischer, Bauart 1924. Die Mischarme desexzentrisch sitzenden Mischwerks sind jedoch zu lang.So kann der Mischer nicht laufen. Dies lässt erkennen, dass die Väterdieser Norm wohl das Eirich-Mischprinzip weder selbst gesehen nochverstanden haben.Das Prinzip des Planetenmischers – 1906 erfunden und seitdem aufdem Markt – kennt die zuletzt 1995 überarbeitete Norm noch nicht.Man kann sich fragen, ob diese Norm heute noch zeitgemäß ist. Dies soll auch an der Definitionder Mischzeit aufgezeigt werden.„Mischzeit = Dauer des Durchmischens der vollständig eingefüllten Ausgangsstoffebis zum Beginn des Entleerens“Wenn also jemand 10 Sekunden vor Ende der Mischzeit ein Zusatzmittel zugibt, ergibt sichnach der Norm eine Mischzeit von 10 Sekunden.Unsere Kunden benutzen andere Mischzeit-Definitionen. Die Mischzeit ergibt sich im volkstümlichenGebrauch als Chargenzeit minus Einfüllzeit minus Entleerzeit. Mit Einfüllzeit ist das Chargieren derTrockenstoffe und des Anmachwassers gemeint.MASCHINENFABRIK GUSTAV EIRICH GmbH & Co KG, Walldürner Str. 50, D - 74736 HardheimSeite 3

Was unsere Kunden als Chargenzeit bezeichnen, ist nach Norm die „Spielzeit“, welche die Dauereines „Arbeitsspiels“ ausdrückt. Verwenden Sie diese Begriffe?Wir gehen weiter, zur DIN 459 Mischer für Beton und Mörtel - Teil 2: Verfahren zur Prüfung der Mischwirkungvon Betonmischern [12]. Die Mischwirkung wird anhand der Gleichmäßigkeit des Gemisches geprüft.Dazu werden in Frischbetonproben die Streumaße der Anteile von festgelegten Mischungsbestandteilenuntersucht. Die Streumaße, insbesondere die Variationskoeffizienten, bezeichnen die Gleichmäßigkeitin der Verteilung der Ausgangsstoffe.So weit gibt es nichts auszusetzen.Dann folgt das Kapitel „Prüfbetone“. Und hier werden drei Prüfbetone vorgegeben, aus Zement,Zuschlag und Wasser. Das alte Dreistoffsystem. Sind das die heute typischen Betone?Bei Betonwaren in Grenzen ja. In vielen anderen Fällen sicher nicht.3. Gesetzmäßigkeiten von Mischern für BetonDie letzten Untersuchungen dazu wurden um 1980 veröffentlicht.Harald Beitzel hat 1980 zunächst über den „Einfluss der Mischdauer auf die Betonmischgüte“ berichtet [13].Auftraggeber der Untersuchung an der Uni Karlsruhe war der Bundesminister für Verkehr und derBundesminister für Raumordnung, Bauwesen und Städtebau. Die Untersuchung sollte eine Beurteilungvon Betonmischern nach der Güte des aufbereiteten Betons und nach der Mischzeit, in welcher der Betonseinen Optimalwert erreicht, ermöglichen. Die Probenahme erfolgte über 60 bis 180 Behälter, welchein einer fahrbaren Wanne unter dem Mischer angebracht waren und in welche der Mischer entleert wurde.Die Untersuchung zeigte, dass z. B. im Tellermischer 500 – 750 l das Optimum für die WasserundMehlkornverteilung bei 70 s liegt, dass jedoch bereits ab 30 s Entmischungserscheinungenbeim Mittelkorn (2/16) und Grobkorn (16/22) auftreten.Ähnliche Erscheinungen beschreibt Beitzel bei Trogmischern. Als Grund für die Entmischungserscheinungennennt Beitzel den Geschwindigkeitsgradient zwischen Innen- und Außenzone sowie die Zentrifugalkraft.Neben Entmischung zeigt Beitzel weitere unschöne Dinge auf. Sowohl beim Tellermischer als auchbeim Trogmischer ändert sich die Mischgüte, wenn sich die Größe des Mischers ändert. So wurdefür die beste Mehlkornverteilung beim Trogmischer mit Füllmengen von 500 bis 750 l eine Mischzeitvon ca. 70 s als gut gefunden, während bei Baugrößen von 1000 bis 2000 l das Optimum bei 180 s lag.Beschrieben wird auch der Mangel der Gleichmäßigkeit der Durchmischung in axialer Richtung,der sich bei Wellenmischern durch die Bauart ergibt.Eirich-Mischer waren in diese Untersuchung nicht einbezogen.1981 erschien der umfangreiche Bericht „Gesetzmäßigkeiten zur Optimierung von Betonmischern“ [14].Zielsetzung waren Aussagen über den Einfluss von Mischgut, Werkzeugen, Drehzahlen, Bearbeitungsgeschwindigkeitenund Mischdauer auf die Mischgüte. Eingesetzt wurde ein Ringtrogmischermit 100 l Volumen, 920 mm Innendurchmesser und 300 mm Höhe.Beitzel zitiert aus der Literatur, dass eine langsame Wasserzugabe einen besseren Beton ergibt,weshalb er bei seinem Versuchsmischer Wasser mit 0,2 l/s zugab. Das Mischgut wurde durch die Rohdichte,den Winkel der inneren Reibung, die Reibung zwischen Mischgut und Werkzeug, den w/z-Wert,den wirksamen Korndurchmesser, die Kornverteilung, die Kornform sowie die Kornfestigkeit beschrieben.MASCHINENFABRIK GUSTAV EIRICH GmbH & Co KG, Walldürner Str. 50, D - 74736 HardheimSeite 4

Der Prüfbeton mit Sand und Kies bis 8 mmsowie Splitt 8/22 enthielt pro m³ 350 kg Zementund 420 kg Mehlkorn.w/z-Wert 0,42, Ausbreitmaß ca. 36 cm.Ergebnisse waren: Es gibt ein Optimum fürdie Werkzeuggeschwindigkeit, etwa um 1,5 m/s.Wenig darunter und darüber ergibt deutlichschlechtere Mischgüte.Insbesondere bei der Kornfraktion 16/22wird die Entmischung bei höherenGeschwindigkeiten deutlich.Beschrieben wird, dass im Geschwindigkeitsbereichvon 0,6 m/s bis 1,0 m/s das Mischgutvor den Mischwerkzeugen in Form einesMischgutkeils hergeschoben wird, ohne dass dergewünschte Austausch der Kollektive stattfindet.Der Austausch beginnt erst, wenn das Mischgut bei der Bewegung der Mischwerkzeuge zu fließen beginnt.Zitat: „Dabei sind einer Steigerung der Bearbeitungsgeschwindigkeit Grenzen gesetzt, die durch dieEntmischungsgefahr, durch erhöhten Verschleiß sowie Beanspruchungsgrenzen der Mischerkonstruktionvorgegeben sind.“„Mit zunehmender Bearbeitungsgeschwindigkeitunterliegen alle Kornkollektive dem Zwang,durch mehr oder weniger starke Zentrifugalkräftein die Außenzone des Mischers zu gelangen.Die Außenmischwerkzeuge werfen dann dieKornkollektive ≤ 16 mm weiter in dasMischrauminnere zurück als die relativ trägenGrobkornkollektive von > 16 mmKorndurchmesser.“Drastisch ist auch der Einfluss der Breite derMischerschaufeln auf die Mischgüte. Schongeringfügige Änderungen ergeben eine deutlicheVerschlechterung.Des Weiteren ist die Mischgüte stark von derFüllmenge abhängig.Eine Variation der Füllhöhe ändert die Mischgütedeutlich. Zu niedrige und zu hohe Füllhöhe führendazu, dass sich die Mischgüte verschlechtert.Beim vorliegenden Mischer erwies sich eineFüllhöhe mit 14 cm von 30 cm optimal,entsprechend einem Füllungsgrad von 40 %.MASCHINENFABRIK GUSTAV EIRICH GmbH & Co KG, Walldürner Str. 50, D - 74736 HardheimSeite 5

Schließlich wurde gezeigt, dass die Mischgütestark von der Mischzeit abhängig ist.Nach etwa 70 s zeigen sich „starkeSeparierungserscheinungen innerhalb desMischguts“.Eirich-Mischer waren auch in dieserUntersuchung nicht einbezogen.1982 hat Beitzel dann über die „Bedeutung derMischzeit“ berichtet [15].Zitat: „Die Tellermischer variieren mit optimalenMischzeiten in den Bereichen von 30 bis 180Sekunden... Besonders im Grobkornbereichmachten sich der große Geschwindigkeitsgradientzwischen Innen- und Außenzone sowie dieZentrifugalkraft negativ bemerkbar(Absonderungen von Grob- und Feinkorn)“.Die Trogmischer erzielten „nach 30 bis 60Sekunden Mischzeit ihre optimale Mischgüte“.Es wurden keine Einzelwerte mehr veröffentlicht.Die Aussagen sind sehr allgemein gehalten,dennoch aber nicht Vertrauen erregend.In Vortragsveranstaltungen, z. B. 2006 bei Wayss & Freytag, trägt Harald Beitzel auch heute noch dieErgebnisse aus diesen alten Untersuchungen vor [16,17] . Die physikalischen Grundlagen des Mischenshaben sich offensichtlich nicht geändert.Auch Bracko, der 1983 über die „Optimierung von Betonmischern“ berichtete, blieb in seinen Aussagensehr allgemein [18].1984 hat Feger über den „Einsatz von Einwellentrogmischern“ berichtet [19]. Beschrieben wird, dass dieMischgüte durch große Abstände zwischen Schaufel und Wandung abnimmt, wie sich diese durch Verschleißergeben. Der Abstand soll zudem jeweils dem Mischgut angepasst werden, damit sich kein Korn zwischenSchaufel und Wandung klemmen kann.Ebenso 1984 hat Martinek über „Doppelwellen-Trogmischer“ berichtet [20]. Er schreibt, dass dergünstigste Mischeffekt mit Umfangsgeschwindigkeitenvon 1,5 bis 1,6 m/s erreichtwird, dass sich der Verschleiß auf die äußereSchaufelkante und den Trogboden konzentriertund dass die Standzeiten der Auskleidungabhängig von Einjustieren der Spaltweitezwischen Trogwandung und Schaufel sind; beimax. 15 mm soll auf ein Spaltminimum von 2 bis 3mm nachjustiert werden. Hingewiesen wird auf die(wegen der schlechten axialen Durchmischung)notwendige richtige Befüllung des Mischers.MASCHINENFABRIK GUSTAV EIRICH GmbH & Co KG, Walldürner Str. 50, D - 74736 HardheimSeite 6

2005 wurde darüber berichtet, dass beim Doppelwellenmischer der Luftporengehalt vom Füllungsgraddes Mischers abhängig ist [21]. Grundlegende Untersuchungen zur Mischgüte von Betonmischern wurdenmeines Wissens nach 1984 nicht mehr veröffentlicht. In jüngster Zeit wurden jedoch vergleichendeUntersuchungen zur Mischgüte durchgeführt. 2002 untersuchte das IFF Weimar die Mischgüte vonVorsatzbetonen, und zwar Eirich-Intensivmischer im Vergleich zu Planetenmischer [22].Der Eirich-Intensivmischer schnitt in allenuntersuchten Parametern wie Gleichmäßigkeit derFrischbetonrohdichte, des Wassergehalts, desMehlkornanteils, des Feststoffanteils 0,125 - 0,25,der Verschleißfestigkeit und bei der Frost-Tausalz-Beständigkeit deutlich besser ab.Drastisch zeigte sich die höhere Mischgüte durchMessung der Farbintensität an Pflastersteinen.Während Planetenmischer (links, grüne undorange Balken) Streuungen um mehr als 30Einheiten bringen, zeigen sich beim Eirich-Intensivmischer (rechter Balken, blau) nurStreuungen um 8 Einheiten.Planet 1 Planet 2 EirichIn 2004 berichtete Fons Rikken übervergleichende Untersuchungen bei Glasgemenge[23].Er untersuchte die Verteilung von 100 ppm(100 g/t) eines zugegebenen Stoffes. In dieUntersuchung einbezogen waren verschiedeneMischertypen, unter anderem auchRingtrogmischer, Eirich-Intensivmischer mitwaagrechtem Mischbehälter, Ringtrogmischer mitWirbler sowie Eirich-Intensivmischer mit schrägstehendem Mischbehälter.In allen Fällen erwies sich der Eirich-Intensivmischer als derjenige Mischer, welcheram schnellsten die beste Mischgüte bringt.Wichtig ist hierbei, dass auch längeres Mischenbeim Ringtrogmischer (mit oder ohne Wirbler) dieMischgüte nie auf Eirich-Niveau bringt.Was muss man also tun, um gut zu mischen?Zusammenfassend kann man für üblicheTellermischer und Trogmischer feststellen:Um eine hohe Mischgüte zu erreichen, muss man- Wasser „langsam“ zugeben,- die Mischzeit auf die Mischergröße abstimmen,- das Optimum der Werkzeuggeschwindigkeit einhalten,- das Optimum der Breite der Mischwerkzeuge einhalten,- die optimale Füllhöhe einhalten,- die optimale Mischzeit einhalten,- den Abstand zwischen Mischwerkzeug und Wandung optimal einstellen.MASCHINENFABRIK GUSTAV EIRICH GmbH & Co KG, Walldürner Str. 50, D - 74736 HardheimSeite 7

In einer im Jahre 2007 erschienenen Veröffentlichung, das Mischen von selbstverdichtendem Betonbetreffend, stellt Harald Beitzel dar [24]:„ Für die Betreiber von Betonanlagen ergibt sich in der Praxis eine Vielzahl von Fragestellungen ...Unzureichende Erkenntnisse bestehen derzeit noch hinsichtlich- des Mischvorgangs- der notwendigen Mischzeiten- der möglichen Verarbeitungsdauer und- der notwendigen maschinentechnischen Einstellungen.Zur Herstellung von SVB sind folgende offene Fragestellungen zu lösen:- Welche Mischdauer ist mischerspezifisch?- Welche Dosierreihenfolge ist mischerspezifisch?- Wie lässt sich die Mischwirksamkeit verbessern?- Welche Drehzahlen sind in den einzelnen Mischphasen anzunehmen?- Wie lässt sich der Energieeintrag optimieren?- Entstehen Separierungen?- Wie groß ist die Nennfüllung anzusetzen?“Die um 1980 für normale Betone beschriebenen Einschränkungen bestehen heute also auch beiselbstverdichtenden Betonen.Gelten all diese Einschränkungen auch für den Eirich-Mischer? Für den Eirich-Intensivmischer kann manbis hierher festhalten: Er bringt eine höhere Mischgüte als Ringtrogmischer (mit oder ohne Wirbler)und als Planetenmischer.4. Zwangsmischer für BetonDamit die Ergebnisse der aufgezeigten Untersuchungen verständlich werden, müssen wir tiefer in dieMischtechnik einsteigen.Betrachtet werden im FolgendenEinwellentrogmischerZweiwellentrogmischer (Doppelwellenmischer)RingtrogmischerKonusmischerPlanetenmischerEirich-IntensivmischerDie Geschichte der Mischtechnik für Betone ist in der Literatur beschrieben [25].Die Trogmischer sind die ältesten Mischer, entstanden um 1870. BHS hat aus dem Einwellenmischer denDoppelwellenmischer entwickelt, weil dieser weniger Verschleiß im Bereich der Wände hat.Ringtrogmischerum 1900Planetenmischer* 1906Eirich-Mischer Typ D* 1960Erich-Mischer Typ R* 1972MASCHINENFABRIK GUSTAV EIRICH GmbH & Co KG, Walldürner Str. 50, D - 74736 HardheimSeite 8

Trogmischer werden oft für Massenbetone eingesetzt, weniger aber für Betonwaren. Dort werden Tellermischer bevorzugt.Grund dafür ist die bessere Mischgüte in Tellermischern, da sich in diesen „noch verschiedenartigere Bahnen der Mischschaufeln unddamit des Mischgutes als beim horizontalen Zwangsmischer (Trogmischer) erreichen“ lassen [26].Der Konusmischer war als „trichterförmige Mischmaschine“ bereits um 1907 auf dem Markt.Der Vorteil gegenüber dem Einwellenmischer war die kleinere Entleeröffnung.Der Ringtrogmischer wurde 1903 erfunden, der Planetenmischer 1906 (von Eirich).Das Prinzip des heutigen Eirich-Mischers wurde1924 erfunden:Im Gegensatz zu allen anderen Mischsystemenwurden Transport des Mischguts und Mischenvoneinander getrennt. Ein sich drehenderBehälter transportiert das Mischgut, einexzentrisch sitzendes Mischwerkzeugübernimmt das Mischen.Diese Mischer erbrachten schon damals in BetonHöchstleistungen.1960 wurde der Eirich-Mischer mit Wirbler erfunden (Eirich-Mischer Typ D).1972 wurde der Eirich-Intensivmischer mit schräg stehendem Mischbehälter erfunden (Eirich-Mischer Typ R).In Baugrößen zwischen 3 l und 3000 l benötigt dieser nur mehr 1 Mischwerkzeug (Wirbler).So arbeitet dieser Mischer:Im Mischbehälter wird das Mischgut durchWandreibung nach oben transportiert.Von dort fällt es auf Grund der Schwerkraft nachunten. Unterstützt vom Wandabstreifer wird dasMischgut dem schnell drehenden Wirblerzugeführt.Innerhalb einer jeden Drehung des Behälters, alsoinnerhalb weniger Sekunden, werden 100 Prozentdes Mischguts umgewälzt. Dabei kann der Wirblerhier mit Umfangsgeschwindigkeiten zwischen2 und mehr als 30 Metern pro Sekunde laufen.Diese schrägen Mischer bringen in vielen Branchen eine unerreicht hohe Mischgüte. Je nach Mischaufgabekann der Mischer dabei im Gegenstrom oder im Gleichstrom arbeiten. Bei hochwertigen Betonen laufenMischbehälter und Wirbler oft in der gleichen Richtung, weil auf diese Weise ein Maximum an Scherkräftenin die Mischung eingebracht werden kann.Aus einer Auflistung in der BWI Heft 4/2004 geht hervor, wann die einzelnen Anbieter mit dem Mischerbaubegonnen haben [27]. Die ältesten Mischerbauer in Deutschland sind BHS und Eirich.Nach Erfindung des Wirblers haben Hersteller von Ringtrog- und Planetenmischern auch diese Mischermit Wirblern nachgerüstet, welche jedoch vergleichsweise wenig Materialbewegung bewirken.Warum unterscheidet sich der Eirich-Intensivmischer grundlegend von allen anderen Mischern?MASCHINENFABRIK GUSTAV EIRICH GmbH & Co KG, Walldürner Str. 50, D - 74736 HardheimSeite 9

Betrachten wir den schrägstehenden Eirich-Mischer beim Mischen von Betonen:- Wasser kann meist nahezu beliebig schnell zugegeben werden- Die Mischzeit ist unabhängig von der Mischergröße- Die Werkzeuggeschwindigkeit kann in weitem Rahmen verändert werden- Die Mischwerkzeuge können in weiten Grenzen variiert und auf das Mischgut abgestimmt werden- Die Mischgüte ist nahezu unabhängig von der Füllhöhe- Diese Mischer mischen ohne Entmischen. Es gibt keine Überschreitung der „optimalen Mischzeit“;Grund: 100 % Materialumwälzung während 1 Umdrehung des MischbehältersDie Gründe liegen einzig und alleine in der Trennung zwischen dem Transport des Mischgutsund dem eigentlichen Mischen.5. Eigenschaften von Zwangsmischern5.1 Mischgutbewegung im MischerDer Mischprozess wird im Betonlexikon wie folgt beschrieben:„In dem Mischteller sind drehende oder feststehende Mischwerkzeuge zentrisch oder exzentrischangeordnet. Das Mischgut wird durch die Mischwerkzeuge auf verschiedene geometrische Bahnengelenkt und dadurch intensiv gemischt“ [6].Wie erfolgt dies z. B. in einem Ringtrogmischer oder Planetenmischer?Die Mischwerkzeuge fahren relativ langsam durch das ruhende Mischgut. Der Mischbehälter steht still.Die Materialbewegungen sind im wesentlichen gekennzeichnet durch Schubkräfte, wenig durch Wurfkräfte,Fliehkräfte und freien Fall.Beim Eirich-Mischer hingegen fahren die Mischwerkzeuge schnell durch das bewegte Mischgut.Der Mischbehälter dreht sich. Die Materialbewegungen sind nicht gekennzeichnet durch Schubkräfte,sondern durch Wurfkräfte, Fliehkräfte und freien Fall.Der drehende Mischbehälter transportiert das Mischgut zum Mischwerkzeug. Dieses ist nun nicht mehrauf Langsamlauf beschränkt, sondern kann beliebig schnell laufen, bis zu 40 m/s. Für Betonwerden diese nicht benötigt. 8 m/s sind jedoch durchaus üblich, z. B. für Vorsatzbeton.Was bewirkt die im Vergleich zu einfachen Mischern deutlich höhere Werkzeuggeschwindigkeit?5.2 Massekonsistenz und LeistungseintragDer Leistungseintrag in eine Mischung ergibt sich bei einfachen Mischern anhand der Konsistenz derMischung. Eine Trockenmischung „braucht weniger“, nimmt weniger Leistung auf, eine plastische Mischungentsprechend mehr. Bei gegebenem Mischer liegt die Beziehung Konsistenz zu Leistungseintrag fest.Nicht so beim Eirich-Intensivmischer. Dieser kann beliebig schnell laufen, ohne zu entmischen.Man kann den Leistungseintrag in den Mischer nicht mathematisch beschreiben. Vergleicht man den Mischermit einem Rührer (Kessel = Mischbehälter, Rührer = Wirbler) so kann man die Theorie des idealen Rührerszu Hilfe nehmen. Und diese besagt, dass der Leistungseintrag proportional ist zur 3. Potenz der Drehzahlund zur 5. Potenz des Werkzeugdurchmessers.Nur beim Eirich-Intensivmischer können Drehzahl / Werkzeuggeschwindigkeit und Werkzeuggröße in weitenGrenzen variiert werden. Der Leistungseintrag in die Mischung ist somit gezielt auf das Mischgut einstellbar.Wenn notwendig, kann selbst bei trockenem Mischgut der Leistungseintrag von 0,5 kW/100 kg Mischgutauf 10 kW/100 kg gesteigert werden.5.3 MischwerkzeugeBei einfachen Mischern gibt es nur eine sehr beschränkte Auswahl. Beim Eirich-Intensivmischer könnendie Mischwerkzeuge auf das Mischgut abgestimmt werden, ebenso wie die Drehrichtung des Wirblers.MASCHINENFABRIK GUSTAV EIRICH GmbH & Co KG, Walldürner Str. 50, D - 74736 HardheimSeite 10

Der Mischgutstrom im Mischer ist in weiten Grenzen beliebig lenkbar. Mischen ohne Eintrag von Scherkräftenist genauso möglich wie Mischen mit Eintrag von Scherkräften (Kneten).5.4. Mischarbeit und ReibungUm eine bestimmte Mischaufgabe zu erfüllen, braucht man eine bestimmte Menge an Arbeit. Die Mischarbeitergibt sich aus der spezifischen Mischleistung und der Mischzeit. Die spezifische Mischleistung (in kW/100 kgoder kW/t) ergibt sich aus der effektiven Motorbelastung und dem Gewicht der Mischung. Wie viel Mischarbeitnotwendig ist, muss empirisch ermittelt werden.Wie wird die Mischleistung nun in die Mischung eingebracht? Betrachten wir dazu, was sich energieundarbeitsmäßig in einem Mischer tut. Wir haben zunächst einen Elektromotor, der elektrische Arbeit inmechanische Arbeit (und Wärme, Lagerreibung) umwandelt. Es wird eine Bewegung erzeugt, also elektrischeEnergie in Bewegungsenergie verwandelt. Die Bewegungsenergie der Mischwerkzeuge bewirkt zunächst eine- Beschleunigungsarbeit (Arbeit zur Überwindung der Trägheit des Mischguts), sowie- Hubarbeit (Arbeit zum Anheben des Mischgutes).Die Beschleunigungs- und Hubarbeit führt zu Relativbewegungen innerhalb des Mischgutes.Diese Relativbewegungen stellen letztendlich den eigentlichen Mischvorgang dar.Mischen ist – vereinfacht ausgedrückt – das Verschieben von einzelnen Teilchen gegeneinander,also eine Energie benötigende Transportaufgabe.Das Mischgut wird in einfachen Mischern über die Wand- und Bodenflächen geschoben. Die Werkzeugekratzen förmlich das Material über diese Flächen. Dadurch wird ein Teil der Bewegungsenergieder Mischwerkzeuge in Reibung und Verschleiß umgewandelt. Die durch Reibung und Verschleißverlorene Energiemenge steht nicht mehr für den eigentlichen Mischvorgang zur Verfügung.Ringtrog-, Planeten- und Wellenmischer brauchen eine Vielzahl von Werkzeugen, um das Mischgutzu bewegen. Alle diese Werkzeuge reiben das Mischgut an Boden und Wand, erzeugen Reibungund Verschleiß. Ein Teil der eingetragenen Energie geht für den Mischprozess verloren.Je schneller diese Mischer laufen, desto mehr Reibung wird erzeugt.Beim Eirich-Intensivmischer hingegen sind die Verhältnisse völlig anders. Hier gibt es kein Reibendes Mischguts über Wand und Boden. Der Mischbehälter transportiert ja das Mischgut,es gibt keine Geschwindigkeitsunterschiede zwischen Behälterwand und -boden und dem Mischgut.Betrachten wir den Mischer mit dem schräg stehenden Mischbehälter. Es gibt nur 1 Boden-Wand-Abstreifer,an dem Wand-Boden-Reibung auftreten kann. Das Mischgut wird dort jedoch mit einer langsamenGeschwindigkeit von ca. 1 m/s „angeliefert“. Diese Geschwindigkeit ändert sich nicht, wenn dasWirblerwerkzeug schneller oder langsamer läuft. Das Wirblerwerkzeug kann deshalb – im Gegensatzzu einfachen Mischern – beliebig schnell laufen, ohne erhöhte Reibung und Verschleiß im Wand- oderBodenbereich zu bewirken.Bei Baugrößen von 3 l bis 3 m³ gibt es nur ein einziges bewegtes Mischwerkzeug, den Wirbler.Die Strömungsverhältnisse und die Mischwirkung – um den Ausdruck der Norm zu gebrauchen –im 75-Liter-Mischer entsprechen in erster Näherung den Verhältnissen im 3000-Liter-Mischer.Hier zeigt sich der charakteristische Unterschied zwischen einfachen Mischern und Eirich-Intensivmischern:Bereits 1928 hat Stadtbaurat Schmidt beschrieben: „Die Reibungsarbeit des Mischgutes tritt beim Eirich-Mischer hauptsächlich innerhalb des Mischgutes auf; die zugeführte Antriebskraft wird fast restlos inMischarbeit umgesetzt“ [28].Dies gilt so auch noch heute. Deshalb braucht ein Eirich-Intensivmischer für Beton keineKeramikauskleidungen, deshalb gibt es in anderen Branchen viele Anwendungen,wo sogar Gummi- oder Kunststoffauskleidungen eingesetzt werden.Kunden, welche von Ringtrog oder Planet auf Eirich umstellen, sind regelmäßig überrascht,welche Einsparungen sich durch weniger Verschleiß (und damit auch höhere Verfügbarkeit) ergeben.MASCHINENFABRIK GUSTAV EIRICH GmbH & Co KG, Walldürner Str. 50, D - 74736 HardheimSeite 11

5.5. Reibung und VerschleißDie Reibung beschreibt die Kraft, die der Relativbewegung kontaktierender Körper entgegenwirktund zum Verlust an mechanischer Energie führt. Dieser Energieverbrauch ist meist unerwünscht [28].Reibungsarbeit ist die gegen die Reibungskraft verrichtete Arbeit. Die dabei aufgewandte Arbeit wirdin Wärme umgewandelt. Bewegungsenergie wird durch Reibungsverluste in Wärmeenergie umgesetzt.Verschleiß ist definiert als fortschreitender Materialverlust der Oberfläche eines festen Körpers,hervorgerufen durch mechanische Ursachen, d. h. Kontakt und Relativbewegung eines festen Gegenkörpers.Er äußert sich im Auftreten von losgelösten kleinen Teilchen (Verschleißpartikeln) sowie in StoffundFormänderungen der tribologisch beanspruchten Oberfläche [29].Ein altes Sprichwort sagt „Wo Bewegung, da Verschleiß“. Bewegung erzeugt Reibung, diese bewirkteine Temperaturerhöhung sowie Verschleiß. Verschleiß wissenschaftlich ausgedrückt: Ein Teilder mechanischen Energie verändert das oberflächennahe Volumen und führt zu Verschleiß.Was Reibung und Verschleiß angeht, sind im Mischprozess zu betrachten die Mischwerkzeuge,das Mischgut sowie der Mischbehälter. Neuere Untersuchungen zu Reibung und Verschleiß in verschiedenenMischersystemen sind uns nicht bekannt. Sicherlich hat jeder Hersteller Haltbarkeits- und damit Verschleißzahlenaus seinem Kundendienstbereich. Natürlich sind diese Daten Außenstehenden nicht zugänglich.Zugänglich sind jedoch grundlegende tribologische Aussagen, wie diese z.B. die CeramTec AGveröffentlicht [28]:„Reibung und Verschleiß sind keine reinen Werkstoffkennwerte. Beide Größen hängen von einer Füllevon Einflussfaktoren ab. Schon kleinste Veränderungen können sich beträchtlich auf die Reibungszahl undden Verschleißbetrag auswirken, z.B. eine geringfügige Geometrieänderung beim Grund- und Gegenkörper“.Diese geometrische Änderung ergibt sich bei einfachen Mischern ständig durch den Verschleißder Mischwerkzeuge. Entsprechend ändert sich ständig der Anteil der Arbeit,welche als Mischarbeit wirksam wird.Beschrieben wird auch, dass sich Beanspruchungsparameter wie Geschwindigkeit, Flächenpressungund Oberflächenbeschaffenheit auf Reibung und Verschleiß auswirken. „Reibung und Verschleißsind Systemeigenschaften.“Kunden, welche von Ringtrog oder Planet auf Eirich umgestellt haben, berichten regelmäßig,dass es ihnen nun erstmals möglich war, eine über Monate konstante Betonqualität zu fahren.Wir führen dies auf die beschriebenen Umstände zurück.Sehen wir uns dazu noch einmal verschiedene Mischertypen an. Beim Ringtrogmischer sehen wir vieleSchaufeln, welche über den Boden kratzen. Beim Planetenmischer sehen wir viele Schaufeln,welche über den Boden kratzen. Beim Eirich-Mischer sehen wir keine Schaufeln. Bei Baugrößen vom 3-Liter-Mischer bis zum 3000-Liter-Mischer sehen wir 1 Wirblerwerkzeug und 1 Boden-Wand-Abstreifer.Dabei wird der Boden durch kleine Bodenmesser abgereinigt, welche am Wirblerwerkzeug sitzen.Es ist also praktisch kein Werkzeug da, das schnell über den Boden kratzt.Daraus wird verständlich, dass sich im Eirich-Intensivmischer über lange Zeit die Mischparameternicht ändern, und dass deshalb eine über lange Zeit unveränderte Betongüte gefahren werden kann.5.6. MischgüteFür jede Mischaufgabe gibt es eine optimale Mischgüte. Diese wird erreicht nach Einbringender notwendigen Mischarbeit. Die Einbringzeit ist abhängig vom jeweiligen Mischsystem.Wann braucht man einen Mischer mit einem hohen Energieeintrag?Bei einfachen Betonen wird die optimale Mischgüte meist mit einfachen Mischern erreicht.Es wäre vermessen, für Feld-Wald-Wiesen-Betone Eirich-Intensivmischer einsetzen zu wollen.MASCHINENFABRIK GUSTAV EIRICH GmbH & Co KG, Walldürner Str. 50, D - 74736 HardheimSeite 12

Doch sehen wir uns moderne Betone und deren Zusatzstoffe an [30]:Zusatzstoffspezifische Oberfläche [cm²/g]Quarzmehl DIN 4226 ≥ 1.000Kalksteinmehl DIN 4226 ≥ 3.500Farbpigmente DIN 53237 50.000 bis 200.000Steinkohlenflugasche DIN EN 450 2.000 bis 8.000Microsilica 180.000 bis 200.000Mit Pigmenten und Microsilica haben wir Stoffe vor uns, welche 50- bis 100-mal feiner sind als Zement.Neben den inaktiven Gesteinsmehlen haben wir mit Flugasche und Mikrosilica reaktive Zusatzstoffe vor uns.Es leuchtet ein, dass der Mischprozess, das In-Berührung-Bringen der Reaktionspartner, Einflussauf die Eigenschaften der Betone hat.Da der Eirich-Intensivmischer besser verteilt, können oft die Zugabemengen von Zusatzmitteln reduziertwerden. Den Kunden freut das. Der Eirich-Mischer arbeitet eben intensiver, und verteiltauch kleinste Mengen von Additiven optimal. Wenn es sein muss, bis in den ppm-Bereich.Ebenso wird berichtet, dass man beim Eirich-Intensivmischer oft mit weniger Wasser auskommt,bei unveränderter Konsistenz. Im Betonwarenbereich reduzieren unsere Kunden dann die Zementmenge –etwas, was Zementherstellern nicht zwingend Freude bereitet. In umkämpften Massenmärkten freuen sichdie Betonwarenhersteller aber über jeden Cent, den sie ohne Qualitätseinbußen einsparen können.Im Fertigteilwerk freut man sich über höhere Früh- und Endfestigkeiten.6. Wann rechnet sich ein besserer Mischer?Das war 1930 – Füllen - Mischen - Entleeren in 40 Sekunden.Eirich war nach der Erfindung des Gegenstrom-Intensivmischers viele Jahrzehnte der Standard in Beton.Die Ablösung kam in den 60er-Jahren des letzten Jahrhunderts. Entsprechend der Nachfrage nach Mischernnach dem 2. Weltkrieg fingen viele Unternehmen an , „einfache“ Mischer wie Ringtrog- und Planetenmischer(nach)zubauen.Dann kamen die neuen / ersten Betonnormen:Und hier wurden die Mindestzementmengen für Konstruktionsbetone so hoch angesetzt,dass die Normfestigkeiten mit jedem beliebigen Mischaggregat erreichbar waren.Eirich war damals nicht in der Lage, die Nachfrage in den verschiedenen Märkten zu befriedigen.Darum ist man nicht gegen die Norm, die nicht den Stand der Technik berücksichtigte, vorgegangen.Seitdem sind Eirich-Intensivmischer im Wesentlichen bei „Spezialbetonen“ im Einsatz, wie- Dachsteinbeton, Vorsatzbeton- Bahnschwellenbeton- Schaumbeton- Faserbeton- Hochfester Beton- Ultrahochfester Beton- PolymerbetonZu Vorsatzbeton gibt es neutrale Untersuchungen, welche aufzeigen, dass Eirich-Intensivmischerbesser mischen. Die Ergebnisse der Untersuchung des Instituts für Fertigteiltechnik und Fertigbau Weimarvom Februar 2003 wurden in Kapitel 3 angesprochen.Wann lohnt sich ein Eirich-Intensivmischer, wann reicht ein einfacher Mischer?Bei der Herstellung von Betonwaren bewähren sich Eirich-Intensivmischer im Vorsatzbeton;für den Kernbeton reichen einfache Mischer.MASCHINENFABRIK GUSTAV EIRICH GmbH & Co KG, Walldürner Str. 50, D - 74736 HardheimSeite 13

Pflastersteine,ohne Eirich-MischerhergestelltBei hochwertigem Vorsatzbeton rechnen sich Eirich-Intensivmischer sehr schnell durch einen signifikantenRückgang der Ausschussquote. Oberflächenfehler durch Sandnester oder Pigmentverschmierungengibt es nicht mehr.Bei Rohren /Schachtteilen mit 16 mm Grenzkorn zeigt sich ein bis zu 15 % verminderter Wasserbedarf.Zementmenge kann Kundenangaben zufolge ohne Festigkeitsverlust um 8 % verringert werden.Bei Selbstverdichtendem Beton hat die TU München aufgezeigt, dass die Mischzeiten von 240 s imPlanetenmischer auf 60 s im Eirich-Intensivmischer reduziert werden können [31]. Als vorteilhaft erwieses sich hierbei, mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten (langsam – schnell – langsam) zu mischen.Dazu braucht man jedoch ein Mischsystem, das auch beliebig langsam oder schnell mischen kann.Den Eirich-Intensivmischer.Auch bei hochfesten Betonen punkten eindeutig Eirich-Intensivmischer. Die Uni Leipzig hat aufgezeigt,dass hier Werkzeuggeschwindigkeiten um 9 m/s optimal sind [23, 33]. Eirich-Intensivmischer werdenheute an vielen Hochschulen als Forschungsmischer eingesetzt, mit Erfassung und Protokollierungdes Mischprozesses [34].So findet der Eirich-Intensivmischer, der in etwa 300 Branchen eingesetzt wird, nun auch wieder zunehmendMärkte in Beton, weil einfache Mischer an ihre Grenzen stoßen. Dies erinnert an alte Zeiten. 1928 schriebH. E. de Weerdt in einem Aufsatz „Fehlerfreie Betonmischungen“ in der Westfälischen Bauzeitung:„Versuchsmischungen in einem der größten Betonwerke Deutschlands ... Man findet leider auchheute im Zeitalter der Technik noch immer Fachleute, die sich nicht mit der Tatsache abfindenkönnen, dass ehemals brauchbare und rentable Mischsysteme heute überholt sein können“ [35].In den Versuchen kamen zum Einsatz Trogmischer, Ringtrogmischer, Planetenmischer und Eirich-Mischer.Bei Standardbetonen gilt heute: Für einfache Betone und nicht anspruchsvolle Mischgüte braucht mankeinen Eirich-Intensivmischer. Bei Feinkorn- und anderen Sonderbetonen hingegen lässt sich meistdie Wirtschaftlichkeit einer besseren Mischtechnik rechnen.7. Ausblick„Ein fiktiver Blick in die Zukunft“ – so hat Martin Clarke seinen Beitrag„Die Betonfertigteilindustrie im Jahr 2050“ benannt [36].Seine Visionen: Beton gilt dann als umweltfreundlichster Baustoff. Beton ist das einzige Baumaterial mitpositiver CO 2 -Bilanz. Die Verwendung von ultrahochfesten Betonen hat sich allgemein durchgesetzt. Baustahlist unbezahlbar geworden. Der Zementgehalt wurde optimiert. Betonfertigteile sind der Baustoff erster Wahl.Clarke sagt, dass seine Darstellung „mit fast 100-prozentiger Sicherheit eine grobe Untertreibung dertatsächlich anstehenden Veränderungen“ sei.Es ist abzusehen, dass in der Zukunft auch die Mischtechnik verstärkt von Bedeutung sein wird –so wie für UHPC schon heute [32, 33].MASCHINENFABRIK GUSTAV EIRICH GmbH & Co KG, Walldürner Str. 50, D - 74736 HardheimSeite 14

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