DD281874A5 - Verfahren und messeinrichtung zur qualitaetsbestimmung waehrend des mischprozesses - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Meszeinrichtung zur Qualitaetsbestimmung waehrend des Mischprozesses, bei denen disperse Medien im Prozesz ihrer Herstellung mesztechnisch untersucht werden. Dabei werden im Prozesz der Vermischung entstehende akustische Signale kontinuierlich oder zyklisch gemessen, einer Meszwertverarbeitung zugefuehrt und mit Sollkurven verglichen. Fig. 1{Meszverfahren; Qualitaetsbestimmung; Betongemenge; Meszeinrichtung; Meszwertaufnehmer; akustische Meszsignale; Meszwerterfassung}

Description

Hierzu 5 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Meßeinrichtung zur Qualitätsbestimmung in Mischprozessen, bei denen disperse Medien im Prozeß ihrer Herstellung meßtechnisch untersucht werden, insbesondere bei der Herstellung von Beton und Mörtel in Mischvorrichtungen.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Der Mischprozeß von Betongemengen, Mörtel und ähnlichen Stoffen hat in der Regel die Erzielung eines homogenen Endproduktes, bestehend aus mindestens drei oder mehr Komponenten zum Ziel. Die Qualitätsparameter sind vorzugsweise die Homogenität selbst sowie die Konsistenz und die Gemengezusammensetzung, insbesondere der W/Z-Wert des Gemenges. Die erreichbare Homogenität ist bestimmt durch die konstruktive Ausführung des Mischers und die Mischzeit. Die Qualitätsparameter Konsistenz und Gemengezusammensetzung, insbesondere W/Z-Wert, deren Einhaltung für die weiteren technologischen Schritte der Verarbeitung sowie für die Qualität des Endproduktes von Bedeutung ist, werden von einer Reihe von zufälligen Abweichungen beeinflußt, die sowohl aus Abweichung zwischen den projektierten Größen und den Ist-Werten, als auch aus den dem Mischprozeß vorgelagerten Dosierprozessen resultieren.

Zur Bestimmung und Regelung der Konsistenz oder des W/Z-Wertes sind Verfahren und Vorrichtungen bekannt, die als Meßwert die Leistungsaufnahme des Mischerantriebes und damit das zur Durchmischung erforderliche Drehmoment bestin men (DE-PS 1683778 und DD-PS 141129) oder die als Meßwert über in Mischern angeordnete Elektroden den elektrischen Widerstand des Mischgutes (DE-PS 1784920) bestimmen.

Nachteilig bei diesen Verfahren ist, daß sie nur einen begrenzten Konsistenzbereich erfassen, eine Regelung der Konsistenz ausschließlich durch die Regelung der Wasserzugabe ermöglichen und damit die Einhaltung eines geforderten W/Z-Wertes nicht garantieren bzw. bei der in der DD-PS 141129 beschriebenen Lösung den W/Z-Wert garantieren, aber die Konsistenz nur ungenügend berücksichtigen.

Weiterhin ist ein Verfahren und eine Vorrichtung bekannt, die die Konsistenzregelung durch Regelung der W^serzugabe unter Anwendung der Messung des elektrischen Widerstandes und der Leistungsaufnahme des Mischerantriebes (DE-OS 2855324) realisiert. Dieses Verfahren ermöglicht durch die Vereinigung der beiden Meßverfahren eine Messung über den gesamten Konsistenzbereich. Mit der DD-PS 236391 ist ein Verfahren und eine Anordnung zur Konsistenzbestimmung im Mischprozeß beschrieben, bei derr die Messung der Konsistenz durch die Messung der Eigenschwingungen des Gemenges und der eingeleiteten Grund.'.chwingung vorgekommen wird und die Konsistenzbestimmung über den gesamten Konsistenzbereich gestattet.

Nachteilig ist, daß diese Verfahren nur für bestimmte Typen von Mischern geeignet sind und die Messungen keinen näheren Rückschluß auf die Mischungszusammensetzung, insbesondere auf den W/Z-Wert gestatten, da sie nur Meßwerte aus dem Prozeß bei konstantem Bslastungsniveau ermitteln und damit eine Zuordnung von Konsistenz, Mischungszusammensetzung und Meßwerten nur ungenügend ermöglichen.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die die vorgegebene Qualität des Mischgutes repräsentierenden Eigenschaften, Konsistenz und Gemengezusammensetzung, durch ein einfaches, weitgehendst störunanfälliges, subjektive Einflüsse ausschließendes und über den gesamten Bereich der Konsistenz und Gemengezusammensetzung anwendbares Meßverfahren zu finden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Meßeinrichtung zu schaffen, bei der ein kontinuierlicher oder zyklischer Vergleich von Soll- und Ist-Zustand der Mischung während des Misihprozesses in offenen oder geschlossenen Behältern möglich ist, eine Einschätzung der die Qualität repräsantierenden Eigenschaften wie Konsistenz undGemengezusammensetzung bei einfachem Meßaufbau sowie weitgehender Einschränkung von Störgrößen en licht wird und eine Korrektur der aktuellen Mischung möglich ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die durch die Eigenbewegung des Mischgutes und/oder durch das Zusammenwirken von Mischgut, Mischwerkzeug und Mischgutbehälter entstehenden akustischen Signale, kontinuierlich oder zyklisch während des Mischvorganges oder unmittelbar vor der Beendigung dessen, durch einen oder mehrere Meßwertaufnehmer, vorzugsweise als Schalldruckpegel in mindestens zwei auseinanderliegenden, um den Faktor 10 bis 100 voneinander verschiedenen Frequenzbereichen, aufgenommen und die beiden Meßwerte als Vergleichswerte den Soll-Werten, die eine vorgegebene Konsistenz und Gemengezusammensetzung repräsentieren, zugeordnt* werden. Die Meßeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist gekennzeichnet durch einen oder mehrere unmittelbar über der Austragsöffnung von Mischgutbehältern oder in unmittelbarer Nähe am Mischgutbehälter angeordneten akustischen Meßwertaufnehnrarn, wobei die Meßwertaufnehmer an offenen Mischgutbehältern nahe des Zentrums der Mischbewegung oder bei geschlossenen Mischgutbehältern nahe des Zentrums des Innenwinkels eines trichterförmigen Verschlußdeckels angeordnet sind. Je nach Mischertyp sind ein bzw. mehrere Meßwertaufnehmer in Reihung oder kreisförmig über dem Mischgut und in sich sowie in bezug auf das Mischgutprofil verstellbar angeordnet.

Durch die getrennte Messung und Verarbeitung von mindestens zwei den Schalldruckpegeln repräsentierenden Meßwerten in verschiedenen Frequenzbereichen ist eine hinreichende Zuordnung von Meßwerten und Qualitätsgrößen während des Mischprozesses gegeben und die gezielte Korrektur einer oder mehrerer Mischungsbestandteile beeinflußbar.

Ausführungsbeisplbl

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: eine Prinzipdarstellung der Meßeinrichtung, Fig. 2: ein Blockschaltbild zur Istwerterfassung und Meßwertauswertung, Fig. 3: eine Darstellung des Schalldruckpegels über der Frequenz für verschiedene Gemenge, Fig. 4: eine Darstellung des Schalldruckpegels in Abhängigkeit von der Gemengezusammensetzung, Soll-Kurven, Fig. 5: eine Darstellung der Meßeinrichtung, Fig. 5a: die Anordnung der akustischen Meßwertaufnehmer in Reihung, Fig. 5b: die kreisförmige Anordnung der akustischen Meßwertaufnehmer. Die Komponenten des Gemenges werden je nach Rezeptur in bekannten Dosiereinrichtungen mengenmäßig dosiert und mit

bekannten, in den Zeichnungen nicht dargestellten Zuführeinrichtungen in den Mischgutbehälter 11 eingebracht.

Über die Antriebsquelle 12 und das Übertragungsglied 13 werden Schwingungen in das Mischgut 4 eingeleitet. Während des

ganzen Mischprozesses und/oder vor Abschluß werden akustische Signale kontinuierlich oder zyklisch, vorzugsweise der

Schalldruckpegel, die durch das dynamische Zusammenwirken von Mischbehälter 11, Übertragungsglied 13 und Mischgut 4

entstehen, meßtechnisch mittels eines oder mehrerer Meßwertaufnehmer 8 erfaßt.

Erfindungsgemäß erfolgt di > Messung der akustischen Signale, vorzugsweise der Schalldruckpegel, in mindestens zwei um den Faktor 10 bis 100 voneinander verschiudenen Frequenzbereichen, wobei die kleinere Frequenz nicht über 1,OkHz liegen sollte. Störgrößen, die den Meßprozeß beeinflussen, sind in Grenzbereichen des akustischen Signalspektrums durch den Einsatz von

nicht dargestellten Filtern und/oder Isolatoren weitgehend zu minimieren. Die gemessenen Werte werden einer nachgeordnetenbekannten Schaltungsanordnung zur Meßwertverarbeitung zugeführt und getrennt auf Anzeigegeräten angezeigt bzw. in einergeeigneten Einrichtung mit zugehörigen Soll-Werten verglichen, wodurch eine Korrektur der aktuellen Mischung vorgenommen

In der Fig. 2 ist der prinzipielle Aufbau einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Meßwertauswertung in Form eines Blockschaltbildes dargestellt. Mittels des Übertragungsgliedes 13 und des flexiblen Mischgutbehälters 11 oder anderer geeigneter Mischorgane werden Bewegungen, im speziellen Schwingungen, in das Gemenge eingetragen. In der Folge des Zusammenwirkens zwischen Mischgutbehälter 11, Mischgut 4 und Übertragungsglied 13 entstehen, in Abhängigkeit von den Mengenverhältnissen, unterschiedliche akustische Signale. Diese akustischen Signale sind ein Kriterium

zur Qualitätsbestimmung des Gemenges. Die Messung der akustischen Signale, vorzugsweise des Schalldruckpegels, im Mischprozeß erfolgt erfindungsgemäß mit einem oder mehreren Meßwertaufnehmern 8. Die Meßwertaufnehmer β sind über, am oder im Mischgutbehälter 4 angeordnet. Das Meßsignal 15, der vorzugsweise von einem oder mehreren Meßwertaufnehmern 8 gemessene und der den Schalldruckpegel repräsentierende Meßwert, wird über Meßkabel 16 einer Einrichtung zur Meßwerterfassung 17, z.B. Impulsschallpegelmesser zugeführt. Die gemessenen Größen werden über eine Anzeigeeinheit 18 direkt angezeigt und/oder mit vorher Über Eingabegerät 19 eingegebenen Soll-Werten 20 verglichen, wobei das in der Vergleichseinrichtung 21 entstehende Ergebnis den Grad und die Richtung der Abweichung vom gewünschten Ergebnis angibt und somit die Voraussetzung für eine Korrektur liefert. Das Messen in zwei Frequenzbereichen liefert bei prinzipiell gleicher Aussagefähigkeit eine zusätzliche Kontrollmöglichkeit. Die Darstellung gemäß Fig. 3 zeigt das typische, unterschiedliche Konsistenzstufen und W/Z-Werte charakterisierende Bild des Schalldruckpegels für verschiedene Frequenzen bei zyklischer Messung. Die Kurven la und Ib charakterisieren zwei Gemengen mit gleichem W/Z-Wert und unterschiedlichen Konsistenzen, wobei das Gemenge I a einen geringeren Zementleimgehalt aufweist. Die Kurven I a und Il a charakterisieren zwei Gemenge mit gleicher Konsistenz aber verschiedenen W/Z-Werten, wobei das Gemenge Il a den kleineren W/Z-Wert besitzt. Fig.4 zeigt die aus Fig.3 abgeleiteten Soll-Kurven für Gemenge mit zwei verschiedenen W/Z-Werten und verschiedenen Konsistenzen. Die fallenden Soll-Kurven im Bereich der großen Schalldruckpegel sind dem Bereich kleiner Frequenzen und die steigenden Soll-Kurven im Bereich der geringen Schalldruckpegel sind dem Bereich von, um den Faktor 10- bis 10Omal größeren Frequenzen entnommen. Das Gemenge wird durch die Mischungszusammensetzung in der Form Zuschlagstoff, bezogen auf die Gesamtmenge wie z. B. Zuschlagstoff + Wasser + Zement und den W/Z-Wert, hinreichend genau charakterisiert. Ausgehend von einer angestrebten Mischungszusammensetzung, die durch die Gerade A festgelegt ist und den W/Z-Wert der Kurven III, ergeben sich zwei Soll-Werte 20a und 20b für den Schalldruckpegel. Nur für die Soll-Kurve 111 besteht eine Übereinstimmung zwischen den Soll-Werten 20a und 20b sowie einer einzigen zugehörigen Mischungszusammensetzung. Bei Ermittlung der Meßsignale 22a und 22 b im Mischprozeß liefert die Gerade A' nur für die Soll-Kurve III einen einzigen Schnittpunkt mit der Mischungszusammensetzung. Daraus ergibt sich für die Korrektur, daß die Zementleimmenge zu senken ist oder die Zuschlagstoffzusammensetzung zu ändern ist, da die Gemenge zu weich sind. Bei Ermittlung der Meßsignale 22a' und 22 b' liefert di* 3erade A" nur für die Soll-Kurven IV einen einzigen Schnittpunkt mit der Mischungszusammensetzung. Daraus ergibt sich, daß der W/Z-Wert nicht eingehalten wurde, z. B. falsche Annahme der Zuschlagstoffeuchte. Für die Korrektur ergibt sich daraus eine Senkung der dosierten Wassermenge.

Die Darstellung gemäß Fig. 5 zeigt einen geschlossenen Mischgutbehälter 11, verschlossen mit einem speziell ausgebildeten trichterförmigen Verschlußdeckel 1, welcher über Schwingungsdämpfer 2 an dem Mischerrahmen 3 leicht lösbar befestigt ist. Der trichterförmige Verschlußdeckel 1 ist so dimensioniert, daß der Innenwinkel α die optimale Erfassung der akustischen Signale während des Mischprozesses gewährleistet. Zur Abschirmung meßwertverfälschender akustischer Störsignale ist der trichterförmige Verschlußdeckel 1 mit Schalldämmaterial 6, welches zwischen der Innenhülle 5 und Außenhülle 6 angeordnet ist, ausgerüstet. Über Aufhänger 9 sind ein oder mehrere Meßwertaufnehmer 8,im speziellen Fall Mikrofone, entsprechend Fig. 5a, in Reihung oder entsprechend Fig. 5b kreisförmig, über dem Mischgut 4 angeordnet. Die Anordnung der Meßwertaufnohmer 8, entsprechend Fig. 5a oder 5b, ist in Abhängigkeit vom Mischertyp so vorzunehmen, daß eine optimale Erfassung der akustischen Signale gegeben ist. Weiterhin sind die Meßwertaufnehmer 8 stufenlos in sich sowie in bezug auf das Mischgutprofil verstellbar anzuordnen.

Die Meßwertaufnehmer 8, die im speziellen Fall Mikrofone sind, sind durch Abweiser 10 vor Verschmutzung geschützt. Die Abweiser 10 bestehen aus schalldurchlässiger Folie, die gegen Wasser und Alkalien beständig ist. Durch die Messung der akustischen Signale in zwei getrennten Frequenzbereichen wird ein qualitativer und quantitativer Vergleich des Ist-Gemisches mit den Soll-Werten möglich. Bekannte Verfahren liefern bei der Messung im Mischprozeß jeweils nur einen funktioneilen Zusammenhang zwischen Meßwert und Qualitätsmerkmal. Die verfahrensgemäße Lösung liefert in vorteilhafter Weise, durch die Messung in zwei Frequenzbereichen, zwei grundsätzlich verschiedene funktioneile Zusammenhänge für ein und dasselbe Gemisch.

Dadurch ist z.B. bei Betongemischen eine Anwendung über den gesamten üblichen Bereich von Konsistenzen und Mischungszusammensetzungen gegeben.

Die unterschiedlichen funktioneilen Verläufe für Mischungen von Beton mit verschiedenen W/Z-Werten, Geraden besitzen unterschiedliche Neigungen bzw. Anstiege, gewährleisten in vorteilhafter Weise die Erkennung von Konsistenz- und/oder W/Z-Wertänderungen. Damit vereinigt die Messung akustischer Signale in zwei Frequenzbereichen sowohl eine Zwei-Punkt-Messung ohne eine Änderung der eingetragenen Mischgutbewegung, z. B. Änderung der Drehzahl, zu erfordern als auch die Bestimmung von zwei voneinander verschiedenen Meßgrößen, z. B. Drehmoment und elektrischem Widerstand, in vorteilhafter Weise.

Eine kontinuierliche Messung über die Mischzeit ermöglicht zusätzlich die Gewinnung von Aussagen über den Homogenisierungszustand.

Die erfindungsgemäße Lösung erhöht die Sicherheit des Erreichens vorgegebener Soll-Werte und trägt damit zur Erhöhung der Qualität und Dauerbeständigkeit, insbesondere von Betonerzeugnissen bei.

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   1. Verfahren zur Qualitätsbestimmung während des Mischprozesses, bei dem Stoffkenngrößen und die Konsistenz disperser Medien ermittelt werden, gekennzeichnet dadurch, daß die durch die Eigenbewegung des Mischgutes und/oder durch das Zusammenwirken von Mischgut, Mischwerkzeug und Mischgutbehälter entstehenden akustischen Signale, kontinuierlich oder zyklisch, während des Mischvorganges oder unmittelbar vor der Beendigung, durch einen oder mehrere Meßwertaufnehmer, vorzugsweise als Schalldruckpegel, in mindestens zwei um den Faktor 10 bis 100 voneinander verschiedenen Frequenzbereichen, wobei die kleinere Frequenz unter 1,OkHz liegt, aufgenommen und die beiden Meßwerte als Vergleichswerte den Soll-Werten, die eine vorgegebene Konsistenz und Gemengezusammensetzung repräsentieren, zugeordnet werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den Zusammenhang zwischen Schalldruckpegel und Mischungszusammensetzung kennzeichnende Soll-Kurven zur Bestimmung von Soll-Werten, die eine vorgegebene Konsistenz und Mischungszusammensetzung repräsentieren, gebildet werden.
3. 3. Meßeinrichtung zur Qualitätsbestimmung während des Mischprozesses, die Schallwellen aufnimmt, registriert und verarbeitet, gekennzeichnet dadurch, daß sich ein oder mehrere akustische Meßwertaufnehmer (8) unmittelbar über der Austragsöffnung von Mischgutbehältern (': 1) oder in unmittelbarer Nähe am Mischgutbehälter (11) befinden, wobei die Meßwertaufnehmer (8) an offenen Mischgutbehältern (11) nahe des Zentrums der Mischbewegung oder bei geschlossenen Mischgutbehältern (11) nahe des Zentrums eines trichterförmigen Verschlußdeckels (Din Reihung oder kreisförmig und in sich sowie in bezug auf das Mischgutprofil verstellbar angeordnet sind und mit einem Schalldruckpegelmesser (17) mit einem nachgeordneten Anzeigegerät (18) und einer Vergleichseinrichtung (21) verbunden sind.
4. 4. Meßeinrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, daß akustische Meßwertaufnehmer (8) Mikrofone sind, um die wasser- und alkalibeständige, schalldurchlässige Folien (10) angeordnet sind.