DD236391A1 - Verfahren und anordnung zur konsistenzbestimmung in mischprozessen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Konsistenzbestimmung in Mischprozessen. Ziel der Erfindung ist ein Messverfahren und eine Anordnung zu schaffen, bei diesen subjektive Fehlereinfluesse eingeschraenkt, eine Verringerung des manuellen Messaufwandes mit einer Messzeitverkuerzung bei Wegfall von Probenahme und Probeauswertung verbunden ist und eine Korrektur der aktuellen Mischung innerhalb des Mischprozesses erreicht wird. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Anordnung zu entwickeln, die konsistenzrelevante Messgroessen innerhalb von Mischprozessen, insbesondere bei dispersen Medien unter Ausnutzung der Eigenschwingung der Gemengekomponenten des Mischgutes erfasst. Erfindungsgemaess wird ueber ein mit der Antriebsquelle verbundenes Uebertragungsglied auf einen Mischgutbehaelter ins Gemenge eine in ihren Parametern bestimmbare Grundschwingung eingetragen und das sich aus dem Deformationsverhalten aufbauende Schwingungsfeld an mehreren Stellen gemessen, wobei die Messung der Schwingungsanteile waehrend des Mischvorganges oder unmittelbar danach ohne zeitliche Verzoegerung zur eingetragenen Grundschwingung erfolgt.

Description

Hierzu 3 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Bestimmung der Konsistenz in Mischprozessen, bei denen disperse Medien im Prozeß ihrer Herstellung meßtechnisch untersucht werden, insbesondere bei der Herstellung von Beton und Mörtel in Misch vorrichtungen

Charakteristik der bekannten technischen Losungen

Bei Mischpfrozessen erfolgt in der Regel die Vereinigung von zwei oder mehr Komponenten in vorher dosierten Anteilen u/id Mengen zur Erzielung eines homogenen Endproduktes mit bestimmten quantitativen und qualitativen Parametern u a der Konsistenz, deren Einhaltung fur die weiteren technologischen Schritte der Verarbeitung von Betongemischen oder dgl von maßgeblicher Bedeutung ist

Zur Bestimmung der Konsistenz von dispersen Medien, insbesondere von Beton und Mörtel sind Verfahren und Einrichtungen bekannt, bei welchen nach Abschluß des Mischprozesses eine Probe aus dem Mischgut entnommen und diese unter Laborbedingungen außerhalb des Mischprozesses mit einer jeweiligen zeitlichen Verzögerung einer Belastung unterzogen wird, wahrend derer die Verformungszeit bzw nach Abschluß die Verformung selbst (Ausbreitmaß, Absenkmaß) als Grundlage fur die Beurteilung und Zuordnung des Konsistenzmaßes dienen

Nachteilig ist, daß diese Verfahren einen hohen manuellen Aufwand erfordern So sind die repräsentativen Proben nur im Stillstand von Mischanlagen zu entnehmen, wobei sich die Analysezeit zur Mischzeit in einem Verhältnis von 15 1 bis 40 1 nachteilig auswirkt und Korrekturen der aktuellen Mischung wahrend des Mischprozesses ausgeschlossen sind Die bekannten Verfahren sind nicht fur alle Konsistenzstufen geeignet und das Ergebnis unterliegt der subjektiven Beeinflussung, so daß die fur die Weiterverarbeitung interessierenden Meßwerte stark fehlerbehaftet sind

Weiterhin sind Verfahren und Vorrichtungen zur Konsistenzregelung bekannt, die als Meßwert über in Mischern angeordnete Elektroden den elektrischen Widerstand des Mischgutes bestimmen (DE PS 1 784 920) und die über die Leistungsaufnahme des Mischerantriebes das zur Durchmischung erforderliche Drehmoment bestimmen (DE PS 1 683 778) oder die Regelung der Wasserzugabe unter Anwendung des Prinzips der indirekten Konsistenzmessung über den elektrischen Widerstand des Mischgutes bzw über die Leistungsaufnahme des Mischerantnebes (DE OS 2 855 324) realisieren Bei der Betonbereitung entsprechend der DE PS 1 784 920, DE PS 1 683 778 werden ausschließlich Verfahren angewandt, denen die Messung des elektrischen Widerstandes des Mischgutes oder die Messung der Antriebsleistung zugrunde liegt Somit sind in der Praxis eine Reihe von Vorrichtungen bekannt geworden die auf einem dieser beiden Meßverfahren basieren Mit der Vereinigung beider entsprechend der DE OS 2 855 324 wurde eine Steuerung des Mischprozesses erreicht, die unter Berücksichtigung des Eigenfeuchteanteils vorgenommen wird Das Verfahren versucht die der Leistungsregelung und die der Messung des spezifischen Widerstandes anhaftenden Nachteile durch die rechnergestutzte Auswertung weitgehend zu minimieren Mit der DE OS 2 255 707 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung hartbarer Massen beschrieben, bei dem die Änderung einer vorbestimmten physikalischen Eigenschaft u a der Viskosität und Weichheit der Masse wahrend des Durchmischens der Komponenten mittels einer Vorrichtung überwacht und bei Erreichung der vorbestimmten physikalischen Eigenschaft ein elektrisches Signal erzeugt wird Insbesondere wird dabei die Schwingcharakteristik des Antnebsorgans bestimmt, welche sich mit den ablaufenden Eigenschaftsanderungen der Masse verändert Der Nachteil des Verfahrens besteht darin, daß die Überwachung des Inhalts des Mischbehälter über den Einfluß einer Änderung von dessen Viskosität und Weichheit auf die Schwingungscharakteristik des Antriebsorgans erfolgt Dies ist nur möglich, wenn das Antriebsorgan in ganz bestimmter Weise konstruktiv ausgebildet ist und die bewegte Masse bzw das Verhältnis der bewegten Masse zur Masse des Antnebsorgans eine bestimmte Große nicht überschreitet Die Merkmale des bekannten Standes der Technik erschöpfen sich dann, daß über die Masse des Mischgutes gewisse harmonische Schwingungen eingeleitet werden und zu dem Zeitpunkt wo sich das Mischgut seiner vorbestimmten oder physikalischen

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Eigenschaft nähert, werden harmonische Schwingungen bzw eine Gruppe dieser Schwingungen in ihrer Amplitudenveranderung gemessen Das Ansteigen bzw Absinken bis zum Erreichen eines Schwellwertes fuhrt letztlich zu einem elektrischen Signal, welches geeignet erscheint, die Beendigung des Mischprozesses auszulosen Mit dem Verfahren und der Vorrichtung erfolgt jedoch keine kontinuierliche Überwachung des Mischgutzustandes und auch die Vorrichtung ist nicht geeignet mit den gemessenen Werten Systemkorrekturen vorzunehmen

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Anordnung zur Konsistenzbestimmung innerhalb von Mischprozessen zu schaffen, wobei die Bestimmung der Konsistenz bzw der diese repräsentierenden Eigenschaften kontinuierlich unter der Berücksichtigung der vorhandenen Stoffeigenschaften im Echtzeitbetrieb vorzunehmen ist, die subjektiven Einflüsse bedingt durch die konstruktive Ausfuhrung der Bauart der Anordnung weitgehendst zu reduzieren sind und die Verringerung des Meßaufwandes insgesamt eintritt

Wesen der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine zur Durchfuhrung des Verfahrens geeignete Anordnung zu entwickeln, die konsistenzrelevante Meßgroßen innerhalb des Mischprozesses unter Ausnutzung der Eigenschwingungen der einzelnen Gemengekomponenten meßtechnisch aufnimmt, sowie bei einfachen Meßaufbau Störgrößen weitgehend einschrankt und eine Korrektur der aktuellen Mischung ermöglicht

Erfindungsgemaß wird die Aufgabe dadurch gelost, daß über ein vom Antrieb getriebenes Übertragungsglied eine in ihren Parametern bestimmbare Grundschwingung, insbesondere im Frequenzbereich von 3,5 bis 15 Hz mit einer Beschleunigung von mehreren g, in einen Mischbehälter und somit in das Gemenge eingetragen wird und wahrend des Mischvorganges das Eigenschwingverhalten des sich aus zwei bzw mehreren Stoff Komponenten zusammensetzenden Gemenges angeregt, und die die Grundschwingung überlagernde Schwingungsanteile erzeugt Das Schwingverhalten des Gemenges wird wesentlich durch seine Stoffkenngroßen wie u a seine Konsistenz, Homogenitat, Phasenverteilung, Reibwerte und die Mengenanteile der Komponenten bestimmt Die Grundschwingung wie auch deren aus der Eigenschwingung des Gemenges herrührenden sich überlagernde Schwingungsanteile werden wahrend des Mischvorganges oder unmittelbar danach an einer bzw mehreren Stellen des flexiblen Mischgutbehalters und/oder an einer oder mehreren Stellen einer als Aufhangung des flexiblen Mischgutbehalters dienenden Rahmenkonstruktion und im Gemenge selbst bzw auf dessen Oberflache, mittels in Richtung auf die dominierenden Schwingungsbewegungen des Gemenges orientierte Meßwertaufnehmer gemessen Die gemessenen Meßwerte werden einer den Meßwertaufnehmern nachgeordneten bekannten Schaltung zur Meßwertverarbeitung zugeführt und auf Anzeigegeraten sichtbar dargestellt sowie über Steuer und Übertragungsglieder mittels Steuerschaltungen zur Korrektur der aktuellen Mischung umgeformt Die Meßwertaufnehmer sind bezogen auf den räumlichen Meßpunkt ortsfest als auch beweglich ausgeführt und das über die Anordnung zu verarbeitende Gesamtsignal bzw dessen optische Darstellung auf einem Anzeigegerat dient als ein Maß der Konsistenz innerhalb des Mischprozesses und ist geeignet eine unmittelbare Aussage über die Qualität aller Verarbeitungsstufen eines Gemenges, insbesondere von Betonen u dgl zugeben

Ausfuhrungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines Ausfuhrungsbeispieles naher erläutert In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen

Fig 1 eine Prinzipdarstellung der Meßanordnung,

Fig 2 das Blockschaltbild zur Meßwerterfassung und Meßwertverarbeitung,

Fig 3 typische, unterschiedliche Konsistenzstufen des Gemenges charakterisierende Schwingungsbilder

Je nach Rezeptur werden die Komponenten des Gemenges in bekannten Dosiervornchtungen mengenmäßig dosiert und über vorzugsweise in der Zeichnung nicht dargestellte Transport Einrichtungen in den ruhenden bzw sich in Bewegung befindlichen Mischgutbehalter 3 eingebracht Die Zugabe der Komponenten erfolgt vorzugsweise in der Reihenfolge flussige Komponenten (Wasser), feinkornige Komponenten (Zement), grobkörnige Komponenten (Zuschlagstoffe) Über die Antriebsquelle 7 und das Übertragungsglied 8 wird in das Gemenge 6 eine Grundschwingung im Frequenzbereich von 3,5—15 Hz mit einer Beschleunigung bis zu mehreren g eingeleitet, wodurch die Durchmischung der Komponenten erreicht wird Die Mischzeit betragt etwa 30 Sekunden Innerhalb dieses im Sekundenbereich ablaufenden Zeitintervalle wird die Grundschwingung, wie auch deren aus der Eigenschwingung des Gemenges herrührende sich dieser überlagernde Schwingungsanteile am flexiblen Mischgutbehalter 3, an der Rahmenkonstruktion 4 und im Gemenge 6 selbst bzw auf dessen Oberflache gemessen Das Schwingungsverhalten an verschiedenen Stellen der Anordnung und des Gemenges selbst wird durch die eingeleitete Grundschwingung, deren Transformation über die konstruktive Ausfuhrung der Mischvorrichtung und durch überlagerte, aus den stofflichen Gemengeeigenschaften resultierenden Schwingungsanteilen bestimmt Die die Schwingungsanteile aufnehmenden Meßwertaufnehmer 11a 11 f sind mit Meßkabeln 12a 12f mit einer Schaltung zur Meßwertverarbeitung 17 und Steuerschaltungen 30, 31, 32, 33 zur Korrektur des Mischprozesses gekoppelt Die Meßwertaufnehmer 11a 11 f sind mechanisch elektrische Wandler, die als Ein- oder Mehrkomponentenwandler ausgelegt sind und Schwingungsparameter in den dominierenden Schwingungsnchtungen des angeregten Gemenges messen Vorzugsweise können die Meßwertaufnehmer Beschleunigungsaufnehmer sein Mit dem am Übertragungsglied 8 angeordneten Meßwertaufnehmer 11 f wird erfindungsgemaß die eingeleitete Grundschwingung gemessen Die Meßwertaufnehmer 11c, 11 d und 11 e dienen der Messung des Schwingungsverhaltens an der Rahmenkonstruktion 4 der Mischvorrichtung, wobei eine Messung sowohl an der Rehmenkonstruktion als auch am flexiblen Mischgutbehalter 3 verfahrensgemaß durchfuhrbar ist Mit Hilfe weiterer Meßwertaufnehmer 11a und 11 b werden die Schwingbewegungen des Gemenges 6 selbst erfaßt In einer speziellen nicht naher ausgeführten Ausfuhrung befinden sich die Meßwertaufnehmer schwimmend auf der Gemengeoberflache oder sind im Gemenge

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selbstangeordnet Verfahrensgemaß erfolgt die Messung der Schwingungsparameter entweder nach Beendigung der nominellen Mischzeit oder in diskreten Abstanden bzw kontinuierlich wahrend des ganzen Mischprozesses Im ersten Fall erfolgt nach der Analyse des Schwingungsverhaltens eine Quahtatseinschatzung in Form der Zuordnung zu bestimmten Konsistenzstufen, wobei auch eine Korrektur der aktuellen Mischung vornehmbar ist Bei der kontinuierlichen oder diskreten Messung ergeben sich weitere Möglichkeiten zur Mischzeitoptimierung und Prozeßsteuerung Die benotigte Meßzeit liegt im Bereich von 10 Grundschwingungen, wobei sie 20% der Mischzeit nicht überschreitet In einer besonderen Ausfuhrung des Verfahrens besteht gemäß Fig 1 die Anordnung dann, daß ein bekannter flexibler Mischgutbehalter 3 schwenkbar an einer Rahmenkonstruktion 4 innerhalb eines Gestells 1 weitgehendst schwingungsisoliert gelagert ist, wobei an der Rahmenkonstruktion eine vorzugsweise hydraulische Antriebsquelle 7 angeordnet ist, deren Motorantriebswelle 14 exzentrisch mit einem Übertragungsglied 8 so verbunden ist, daß die Drehbewegung der Antriebsquelle 7 in eine oszillierende Bewegung des Übertragungsgliedes 8 umgeformt wird und somit eine Grundschwingung 26 ins Gemenge 6 über den flexiblen Mischgutbehalter 3 eingetragen wird

In der Fig 2 ist der prinzipielle Aufbau einer erfindungsgemaßen Anordnung in Form eines Blockschaltbildes dargestellt Die über das Übertragungsglied 8 eingetragene Grundschwingung 26 übertragt sich verfahrensgemaß auf alle konstruktiven Elemente der Mischvorrichtung und das Gemenge 6 Mit einem in unmittelbarer Nahe eines Ubertragungsgliedes 8 angeordneten Meßwertaufnehmers 11 f wird die erzeugte und ins Gemenge 6 eingetragene Grundschwingung 26 erfaßt, mittels eines Signalverstarkers 16f verstärkt und der Schaltungsanordnung zur Meßwerterfassung 17 zugeführt Der zum Schwingen angeregte flexible Mischgutbehalter 3 regt seinerseits das Gemenge 6 an, wobei die Schwingbewegungen des Gemenges wesentlich durch seine Stoffkorngroßen, insbesondere seine Konsistenz, die Homogenitat, Phasenverteilung, Reibwerte und Mengenanteile der Komponenten u a beeinflußt werden, so daß es an weiteren Stellen der Konstruktion der Anordnung zur Durchfuhrung des Verfahrens und im Gemenge selbst zu hoherfrequenten Überlagerungen der Grundschwingung 26 kommt Dieses verfahrensgemaß entstandene Schwingverhalten wird in vertikaler und horizontaler Richtung auf der Oberflache des Gemenges und an der Rahmenkonstruktion 4 der Anordnung durch angeordnete Meßwertaufnehmer 11 a, 11 b, 11 с und 11 d erfaßt, verstärkt und der Schaltung zur Meßwerterfassung 17 zugeführt

Die Messung der Schwingbewegung des flexiblen Mischgutbehalters 3 resultierend aus der eingetragenen Grundschwingung über das Übertragungsglied 8 und die Messung der durch das Eigenschwingverhalten des Gemenges erzeugten Schwingbewegung erfolgt über einen am flexiblen Behalter angeordneten Meßwertaufnehmer 11 e, wobei nach einer Verstärkung des Signals dieses der Schaltung zur Meßwerterfassung 17 zugeführt wird Erfindungsgemaß sind die Meßwertaufnehmer 11a 11 f über Meßkabel 12a 12f mit an sich bekannten Signalverstarkern 16a 16f so verbunden, daß die Signale verstärkt und einer bekannten Schaltung zur Meßwertverarbeitung 17 zugeführt werden In der Schaltung zur Meßwerterfassung 17 werden Operationen mit den ankommenden Signalen ausgeführt wie u a Addition und Subtraktion, Integration und Differentation, korrelative Verknüpfung, Mittelwertbildung, Bildung des Frequenzspektrums, Bildung der Phasenunterschiede, Bildung von Amplituden und Frequenzverhaltnissen Dabei können jeweils einzelne, mehrere oder auch alle Signale durch entsprechende Operationen im Sinne eines Mikrorechners bearbeitet werden Als Ausgangssignal der Schaltung zur Meßwerterfassung 17 steht der Vektor der verarbeiteten Meßsignale A zur Verfugung In einer speziellen Ausfuhrung besteht der Vektor A aus den Schwingwegen der Schwingbewegungen 26, 27a, 27b, 28a, 28b und 29

Die Darstellung gemäß Fig 3 zeigt typische, unterschiedliche Konsistenzstufen charakterisierende Schwingungsbilder der beschriebenen Anordnung zur Durchführung des Verfahrens, wobei die vertikalen Schwingwege der Schwingbewegungen 28b der Rahmenkonstruktion 4, gemessen durch den Meßwertaufnehmer 11 с dargestellt sind Die Elemente des Vektors A sind fur drei Konsistenzstufen V,, V₃ und V₅ aufgezeichnet, wobei eine eindeutige Zuordnung der Schwingbilder zu den Konsistenzstufen nach

Anzahl und Form der die Grundschwingung überlagerten hoherfrequenten Anteile und über das Amplitudenverhaltnis η = -³

erfolgte

Verfahren und Anordnung zur Konsistenzbestimmung in Mischprozessen sind besonders geeignet fur die Automatisierung des gesamten Mischprozesses, bei dem neben der Meßwerterfassung gleichzeitig auf die aktuelle Mischung korrigierend Einfluß genommen werden kann Hierzu bieten sich neben der im Ausfuhrungsbeispiel genannte Variante weitere Wege der Meßwertaufbereitung an

Über eine bekannte Ansteuerschaltung 30 fur ein Anzeigegerat 18 werden die Elemente des Vektors A kanalweise oder zusammen als Bild 18a angezeigt Das Anzeigegerat 18 kann ein Monitor, ein Oszyllograph oder dgl sein, daß in den Einheiten der Elemente des Vektors A kallibnert ist

Auch können über eine bekannte Ansteuerschaltung 31 fur ein Registrier und Aufzeichnungsgerät 19 die Elemente des Vektors A auf einen Informationsträger 19a übertragen werden, der als Primarbeleg oder fur weitere rechentechnische Operationen genutzt wird Das Registrier und Aufzeichnungsgerät kann ein χ t Schreiber, Lichtschreiber oder ein Magnetbandaufzeichnungsgerat sein In einer weiteren Variante der Auswertung ist über die Ansteuerschaltung 32 fur die Mischerantnebssteuerung 20 ein Steuersignal 20a zu bilden, daß in Abhängigkeit von der in der Schaltung 32 erfolgten Bewertung der Elemente des Vektors A die Funktion des Hydraulikaggregates 10 beeinflußt, wobei sowohl ein Ab oder Einschalten oder eine Regelung der Drehzahl der Antnebsquelle 7 vorgenommen werden kann

Im weiteren wird in einer bekannten Ansteuerschaltung 33 fur die Dosiervorrichtung 22 ein Steuersignal 21 a erzeugt, das in Abhängigkeit von der in der Schaltung 33 erfolgten Bewertung der Elemente des Vektors A den Materialfluß der Gemengekomponenten 23 so steuert, daß durch die so dosierten Gemengekomponenten 24 ein Zustand des Gemenges erreicht wird der den jeweiligen Anforderungen der Rezeptur entspricht

Claims (1)

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   Erfindungsanspruch:

   1 Verfahren zum Bestimmen von Stoffkenngroßen und der Kosistenz disperser Medien die einem Mischprozeß unterworfen werden durch Eintragen von Schwingungen und Auswerten ihrer Änderung durch den Mischprozeß, gekennzeichnet dadurch, daß die von einem Übertragungsglied (8) über den flexiblen Mischgutbehalter (3) in das Gemenge (6) eingetragene Grundschwingung (26) insbesondere im Frequenzbereich von 3,5 bis 15 Hz mit einer Beschleunigung von mehreren g wahrend des Mischprozesses oder unmittelbar danach ohne zeitliche Verzögerung mit Beginn des Eintragens der Grundschwingung (26) an einer oder mehreren Stellen des Mischgutbehalters (3) und/oder der Rahmenkonstruktion (4) und/oder des dispersen Gemenges (6) erzeugten Schwingungsbewegungen durch Meßwertaufnehmer (11 a bis 11 f) gemessen werden und zu einem Gesamtsignal verarbeitet werden, das mit der Grundschwingung (26) insbesondere durch Auswertung der Schwingungsbilder verglichen wird, wobei bestimmten Schwingungsbildern bestimmte Konsistenzstufen zugeordnet sind

   2 Anordnung zur Durchfuhrung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß ein oder mehrere Meßwertaufnehmer (11 a bis 11 f), die in Richtung auf die dominierenden Schwingbewegungen des Gemenges (6) orientiert sind, am Übertragungsglied (8) und/oder auf dem Gemenge (6) und/oder dem flexiblen Mischgutbehalter (3) und/oder Meßwertaufnehmer (11 a bis 11 f), die in Richtung auf horizontale und vertikale Schwingbewegungen orientiert sind, an einer oder mehreren Stellen der Rahmenkonstruktion (4) angeordnet sind und über Signalverstarker (16a bis 16f) mit einer nachgeordneten bekannten Schaltung zur Meßwertverarbeitung (17) verbunden sind, wobei die Signale aus der Schaltung zur Meßwertverarbeitung (17) Ansteuerschaltungen (30, 31, 32, 33) fur die Mischerantriebssteuerung (20) und/oder fur die Dosiervorrichtung (22) und/oder fur ein Anzeigegerat (18) und/oder ein Registrier und Aufzeichnungsgerät (19) zugeführt werden