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Die
Erfindung betrifft einen Füllwagen zur Befüllung
einer Form mit Gemenge, bevorzugt mit Betongemenge, mit einem Gemengeraum
zur Aufnahme des Gemenges.
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Zur
Befüllung von Formen für Betonwaren – wie
beispielsweise Pflastersteinen – bei denen eine Form eine
Vielzahl von Formkammern enthält, werden spezielle Vorrichtungen
eingesetzt, die eine hohe Taktfrequenz für die Fertigung
solcher Formteile erlauben. Im Stand der Technik gut etabliert ist
dabei die Verwendung einer Befüllvorrichtung, die mit einem
Füllwagen arbeitet. Eine solche Vorrichtung mit Füllwagen
ist beispielsweise in der
DE
195 41 281 C1 beschrieben. Zum Beginn des Füllvorgangs ist
die Form leer und der Füllwagen befindet sich unter einem
Silo, in welchem sich das Gemenge befindet. In der Grundposition
des Füllwagens wird Gemenge aus dem Silo über
eine obere Öffnung in den Füllwagen gefüllt,
wobei das Gemenge in der Regel durch die Schwerkraft getrieben aus
dem Silo in den Wagen fällt. Nach Befüllung des
Füllwagens oder noch während der Befüllung
wird der Füllwagen dann aus seiner Grundposition über
die Form verfahren. Der Füllwagen verfügt über
eine untere Öffnung, über die das Gemenge nun – ebenfalls
wieder verursacht überwiegend durch die Schwerkraft – aus
dem Füllwagen in die Form fällt. In der Grundposition
des Füllwagens wird dies verhindert, indem die untere Öffnung
entsprechend verschlossen ist. Die Vorrichtung verfügt
dazu in der Regel über eine entsprechende Anlagefläche,
die die untere Öffnung abschließt, so daß der
Füllwagen selbst immer über eine permanente untere Öffnung
verfügt. Die Form befindet sich meist neben der Füllvorrichtung,
und sobald der Füllwagen über die Form fährt,
beginnt die Befüllung der Form mit Gemenge. Am Ende des
Befüllvorgangs, wenn die Form voll und der Füllwagen
leer ist bzw. entsprechend dem Formvolumen weniger Gemenge enthält,
wird letzterer wieder in die Grundposition gefahren und erneut befüllt.
Währenddessen wird das Gemenge in der Form verdichtet und
anschließend entschalt, so daß niedrigere Taktzeiten
erreicht werden können. Ein solcher Befüllvorgang
beispielsweise für Pflastersteine dauert in der Regel etwa
3 bis 10 Sekunden.
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Füllwagengrundkörper
und Antriebssysteme sind beispielsweise bei Steinformmaschinen unterschiedlicher
Fabrikate sehr ähnlich ausgebildet. Die Dimensionen der
Füllwagen oder die Konstruktion zusätzlicher Einbauten
und Abstreifsysteme sind jedoch teilweise sehr unterschiedlich.
So gibt es starr oder beweglich gelagerte Einbauten in Form von Schüttel-
oder Füllrosten. Solche Einbauten sollen den Befüllungsprozeß unterstützen
und beschleunigen bzw. Entmischungen während des Prozesses verhindern.
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Die
Hauptschwierigkeit bei der Befüllung der Formen mit Gemenge
besteht darin, daß Gemenge in der Form möglichst
gleichmäßig und homogen über den Querschnitt
der Form zu verteilen, damit die zu formenden und anschließend
zu verdichtenden Produkte eine gleichmäßige Dichte
und damit eine gleichmäßige Qualität
aufweisen. Dies ist insbesondere dann wichtig, wenn die Form mehrere
Formkammern – wie beispielsweise bei Steinfertigern – enthält,
da die Qualität der Produkte unabhängig von der
Position der Formkammer in der Form sein soll. Die Verdichtung des
Gemenges kann dabei schon bei der Befüllung einsetzen,
indem die Form in Vorvibration versetzt wird. Bei einem einfachen
Füllwagen ohne zusätzliche Einbauten, d. h. nur
mit einer unteren Öffnung, wird das Gemenge in der Form
jedoch inhomogen verteilt: Während die der Grundposition nächstliegenden
Formkammern der Form am dichtesten befüllt werden, so nimmt
die Dichte des Gemenges in den Formkammern, die von der Grundposition
weiter weg liegen und beim Verfahren des Füllwagens erst
später erreicht werden, ab. Da das Gemenge nur aufgrund
der Schwerkraft in die Form gefüllt wird, spielt das noch
im Füllwagen befindliche Gemenge eine wichtige Rolle, da
durch die im Füllwagen befindliche Gemengesäule
ein zusätzlicher Druck auf das Gemenge, insbesondere in
der Form, ausgeübt wird. Je mehr Gemenge im Füllwagen
vorhanden ist, desto starker ist der Druck, und desto höher
auch die Verdichtungswirkung aufgrund des Druckes der Gemengesäule.
Je weiter der Füllwagen aber über die Form verfahren
wird, desto niedriger wird diese Gemengesäule, unter der
man die mittlere Höhe vom Gemenge im Füllwagen
versteht. Dies hat die oben beschriebenen Inhomogenitäten
bei der Gemengedichte in der Form zur Folge. Mit Pendelbewegungen
des Füllwagens sollen solche Inhomogenitäten ausgeglichen
werden, wobei mitunter jedoch ein mehrmaliges Überfahren
der Form notwendig wird, so daß sich nachteilig auch die
Taktzeit erhöht.
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Zur
Verbesserung der Gemengeverteilung werden häufig Schüttelroste
verwendet, die starr oder beweglich sein können. In der
DE 11 83 001 wird ein Füllwagen
für Steinformmaschinen beschrieben, dessen Boden durch
jalousieartig angeordnete Klappen gebildet wird. In der Grundposition
des Füllwagens unter dem Silo sind diese Klappen geschlossen, kurz
bevor der Füllwagen die Entleerposition über der Form
erreicht, werden die Klappen geöffnet. Diese Ausführung
ist konstruktiv sehr aufwendig, außerdem ist damit zu rechnen,
daß die Zwischenräume zwischen den Klappen leicht
durch Klumpen des Gemenges verstopft werden.
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Eine
andere Lösung ist in der eingangs erwähnten
DE 195 41 281 C1 beschrieben.
Der dort beschriebene Füllwagen weist einen Bodenrost auf. Auch
der Bodenrost kann in der Grundposition teilweise verschlossen werden.
Der Verschluß wird erst in der Entleerposition des Füllwagens
geöffnet. Durch den Bodenrost, dessen lamellenartige Querstäbe
hin und her bewegt werden können, soll eine möglichst
gleichmäßige Befüllung erreicht und Klumpenbildung
verhindert werden. Wenn jedoch der Füllwagen erst vollständig über
die Form verfahren wird, bevor er entleert wird, erhöht
dies die Taktzeiten nicht unbeträchtlich, was neben der
aufwendigen Konstruktion einen weiteren Nachteil darstellt. Häufig – beispielsweise
bei der Fertigung zweischichtiger Betonsteine – werden
sogar zwei verschiedene Gemenge eingefüllt, so daß der
Befüllvorgang zweimal stattfindet. Im ersten Schritt wird
dabei beispielsweise ein Kernbeton als dicke und statisch hauptsächlich
tragende Schicht eingefügt, im zweiten Schritt ein höherwertiger
und beispielsweise witterungsstabiler Vorsatzbeton.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zu entwickeln, mit
der solche Formen gleichmäßig und schnell befüllt
werden können, wobei die Konstruktion technisch möglichst
einfach sein soll.
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Diese
Aufgabe wird bei einem Füllwagen der eingangs beschriebenen
Art dadurch gelöst, daß im Gemengeraum ein in
diesem entlang einer Schubrichtung beweglicher Schieber angeordnet
ist, mit dem während der Befüllung die Verteilung
des Gemenges im Gemengeraum beeinflußt wird. Im Gegensatz
zu üblichen Schüttelrosten, wie sie im Stand der
Technik bekannt sind, kann der Schieber größere Wege
im Füllwagen zurücklegen.
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Im
einfachsten Fall sorgt die Bewegung des Schiebers dafür,
daß das Gemenge durchmischt wird und so Klumpenbildung
verhindert wird, was zu einer gleichmäßigeren
Verteilung des Gemenges beiträgt. Der Schieber hat dabei
eine an die Form des Füllwagens angepaßte Form.
Er verfügt über eine Schubfläche, die
bei der Bewegung des Schiebers entlang der Schubrichtung auf das
Gemenge drückt. Diese Fläche kann eben sein, sie
kann aber auch konkav oder konvex gewölbt sein, wobei letztere
Ausgestaltung vor allem bei der Durchmischung von Gemenge von Vorteil
ist, während eine konkave oder ebene Ausgestaltung beispielsweise
dann von Vorteil ist, wenn Gemenge in Bereiche geschoben werden
soll, in denen bei der Befüllung der Gemengestand schon
abgenommen hat. Auf diese Weise können Bereiche mit zu
wenig Gemenge im Füllwagen vermieden werden, und es wird
eine gleichmäßigere Verteilung des Gemenges in
der Formkammer erreicht, da durch die höhere Gemengesäule
in den genannten Bereichen ein höherer Druck nach unten
wirkt, was zu einer gleichmäßigeren Verdichtung
führt.
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Der
Schieber kann dabei so ausgestaltet sein, daß die Schubrichtung
während des Schiebens geändert werden kann, so
daß eine flexible Einstellung auf verschiedene Gemengebereiche
möglich ist. In einer konstruktiv sehr einfachen Ausgestaltung
der Erfindung liegt jedoch die Schubrichtung des Schiebers in der
Bewegungsrichtung des Füllwagens. Der Schieber schiebt
das Gemenge also in der gleichen Richtung, in die sich der Füllwagen
bewegt, so daß sich der Schieber in Richtung der in Fahrtrichtung vorderen
Begrenzung des Füllwagens bewegt. Weist der Schieber etwa
die gleiche Höhe wie der Füllwagen auf, so kann
auf diese Weise eine besonders homogene Gemengeverteilung erreicht
werden, da das Volumen, welches dem Gemenge zur Verfügung steht,
effektiv verkleinert wird. Durch das Verschieben wird die Gemengesäule
von den vom Füllwagen zuerst überfahrenen und
damit zuerst befüllten Bereichen im weiteren Verlauf der
Befüllung entfernt. Somit lastet kein Druck einer Gemengesäule
auf dem schon in der Form befindlichen Gemenge. Das Gemenge andererseits
wird in den vorderen Bereich des Füllwagens verschoben,
dort wird der Druck der Gemengesäule auf das in der Form
befindliche Gemenge erhöht, so daß der bei einer
Befüllung auftretende Dichtegradient entlang der Fahrtrichtung
des Füllwagens vom Betrag her verringert wird. Der Schieber weist
daher in der Regel eine einteilige Schubfläche auf, er
kann aber auch mit einer mehrteiligen Schubfläche versehen
sein, wobei sich die Teile mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten
bewegen können. Außerdem ist es möglich,
mehrere hintereinander angeordnete Schieber zu verwenden, die sich
alle in die gleiche Richtung bewegen. Die Schubgeschwindigkeiten
können dabei jedoch unterschiedlich sein, eine solche Anordnung
kann beispielsweise dann von Vorteil sein, wenn verschiedene Betongemenge in
die Form in einem Befüllvorgang eingebracht werden sollen.
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In
der einfachsten Ausführung ist die Schubfläche
flach und bildet mit der Schubrichtung einen rechten Winkel. Diese
Ausgestaltung ist dann ausreichend, wenn beispielsweise nur das
Volumen, welches dem Gemenge zur Verfügung steht, verkleinert werden
soll. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der
Schieber jedoch einen im Winkel gegen die Schubrichtung einstellbare
Schubfläche auf. Auf diese Weise kann beispielsweise vorteilhaft eine
Neigung des Schiebers eingestellt werden, so daß von oben
gesehen die obere Kante der Schubfläche der unteren Kante
der Schubfläche vor- oder nachzulaufen scheint. Die letztere
Einstellung ist besonders dann förderlich, wenn das Gemenge
durchmischt werden soll, um Klumpenbildung zu verhindern. In der
ersten Einstellung kann das Gemenge andererseits effektiv zusammengeschoben
werden, über der Oberkante stehendes Gemenge fällt
jedoch hinter den Schieber, so daß gleichzeitig auch für
eine Durchmischung gesorgt und der Klumpenbildung vorgebeugt wird.
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Auch
eine andere Kippung kann eingestellt werden, bei der von oben gesehen
Oberkante und Unterkante des Schiebers aufeinanderliegen, jedoch in
bezug auf die Bewegungsrichtung nicht mehr senkrecht zu dieser,
sondern schräg gestellt sind. Auf diese Weise kann gezielt
Gemenge in einzelne Bereiche geschoben werden. Dazu ist es zweckmäßig, wenn
der Schieber eine variabel einstellbare Schubfläche aufweist,
beispielsweise aus ineinanderschiebbaren Teilen.
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Während
der Schieber in vielen Ausführungen von Füllwagen
eingesetzt werden kann, ist in einer für die Steinfertigung
besonders gut geeigneten Ausgestaltung der Erfindung der Gemengeraum
des Füllwagens als Füllkasten mit einer oberen Öffnung zum
Einfüllen des Gemenges und einer gegenüberliegenden
unteren Öffnung zum Auslaß des Gemenges ausgestaltet,
wobei diese Öffnungen von Seitenwänden umschlossen
werden. Der Schieber ist dann relativ zu den Seitenwänden
beweglich.
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Weist
der Schieber die gleiche Höhe wie die Seitenwände
auf, so kann dabei insbesondere das Gemenge zusammengeschoben werden,
so daß eine gleichmäßige Füllhöhe
des Gemenges realisiert werden kann. In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist
der Schieber jedoch eine geringere Höhe als die Seitenwände
auf, so daß Gemenge auch auf die andere Seite des Schiebers
entgegen der Bewegungsrichtung fallen kann, dies dient einer besseren Durchmischung
des Gemenges unter Verhinderung von Klumpenbildung.
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Im
einfachsten Fall wird der Schieber während des Befüllvorgangs
mit konstanter Geschwindigkeit entlang der Bewegungsrichtung des
Füllwagens verschoben, so daß sich Vorschubgeschwindigkeit
und Geschwindigkeit des Füllwagens zu einer Gesamtgeschwindigkeit
des Schiebers addieren, die höher als die des Füllwagens
ist. Während auf diese Weise die Gemengeverteilung im Gemengeraum
in bezug auf die homogene Verteilung in der Form und Durchmischung
des Gemenges im Füllwagen prinzipiell positiv beeinflußt
werden kann, weist der Füllwagen in einer vorteilhaften
Ausgestaltung Mittel zur Einstellung einer Vorschubgeschwindigkeit
des Schiebers in Abhängigkeit vom Gemenge und/oder der
Position des Füllwagens auf. Durch die Einstellung verschiedener
Geschwindigkeiten wird eine Anpassung an verschiedene Gemengezusammensetzungen,
die sich vor allem in ihrer Konsistenz unterscheiden möglich.
Die Einstellung der Geschwindigkeit kann mechanisch per Hand, aber
auch über eine Ansteuerschaltung erfolgen. So kann beispielsweise die
Geschwindigkeit erhöht werden, wenn der Füllwagen
sich in seiner Endposition nähert und nur noch wenig Gemenge
im Gemengeraum vorhanden ist. Die Geschwindigkeit des Schiebers
wird in diesem Fall während der Befüllung kontinuierlich
verändert.
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Zur
Realisierung der Bewegung des Schiebers ist zweckmäßig
ein Antrieb für den Schieber vorgesehen. Auch der Füllwagen
weist einen Antrieb auf. Die Antriebsvorrichtung kann beispielsweise
an einem äußeren Rahmen befestigt sein. Der Antrieb des
Füllwagens erfolgt üblicherweise elektrisch, hydraulisch
oder pneumatisch.
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In
einer Ausgestaltung der Erfindung ist ein gemeinsamer Antrieb von
Füllwagen und Schieber vorgesehen. Dies kann beispielsweise
realisiert werden, indem der Füllwagenantrieb mit dem Schieberantrieb über
ein Getriebe zwangsgekoppelt ist. Das Getriebe kann dabei über
verschieden wählbare Übersetzungen verfügen,
um so unterschiedliche Geschwindigkeiten zu realisieren. Eine solche Zwangskopplung
führt dazu, daß sich bei einer schnellen Bewegung
des Füllwagens auch der Schieber mit einer entsprechend
hohen Geschwindigkeit bewegt. Bei einer langsamen Bewegung des Füllwagens
wird auch der Schieber nur mit reduzierter Geschwindigkeit verschoben.
Das Getriebe kann darüber hinaus auch stufenlos verstellbar
sein. Dies erlaubt eine optimale Anpassung an verschiedene Typen
von Gemengen.
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In
einer anderen Ausgestaltung der Erfindung sind jeweils separate
Antriebe für Füllwagen und Schieber vorgesehen.
Dies ermöglicht eine individuelle Anpassung der Vorschubgeschwindigkeit des
Schiebers unabhängig von der Geschwindigkeit des Füllwagens.
Der Antrieb des Schiebers kann dabei ebenfalls beispielsweise hydraulisch,
elektrisch oder pneumatisch ausgeführt sein.
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Selbstverständlich
kann der Füllwagen außerdem auch mit anderen Elementen,
wie beispielsweise einem Schüttelrost versehen sein, um
eine gleichmäßige Verteilung des Gemenges noch
besser zu unterstützen.
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Die
Erfindung soll im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels
näher erläutert werden. Die zugehörigen
Zeichnungen zeigen:
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1 den
grundsätzlichen Aufbau und Betrieb einer Füllvorrichtung
mit Füllwagen,
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2 eine
Draufsicht auf die Vorrichtung im Betrieb, und
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3 einen
Füllwagen, in dem der Schieber schräggestellt
ist.
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In 1 ist
zunächst eine Seitenansicht für den grundsätzlichen
Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt.
Aus einem Silo 1 wird Gemenge 2 über
eine – nicht gezeigte, da senkrecht zur Zeichenebene gelegene – obere Öffnung
in einen Füllwagen 3 gefüllt. Zum Auslaß des
Gemenges verfügt der Füllwagen 3 über
eine – ebenfalls nicht gezeigte – untere Öffnung,
die in der Grundposition, in der sich der Füllwagen 3 hier
befindet, jedoch durch eine Anlagefläche 4 verschlossen
wird. Ist die erforderliche Menge von Gemenge 2 in den
Füllwagen 3 gefüllt, so wird dieser durch
einen Füllwagenantrieb 5 aus der Grundposition
in einem vorgegebenen Fahrweg 6 über eine Form 7 verfahren.
Die Form 7 ist auf Federn 8 gelagert und mit Unwuchterregern 9 versehen,
die die Form 7 in Schwingungen versetzen, so daß bei
der Befüllung eine Vorverdichtung stattfinden kann. Über
der Form 7 angekommen, ist die untere Öffnung
des Füllwagens 3 nun nicht mehr durch die Anlagefläche 4 verschlossen
und das Gemenge 2 fällt in die Form 7.
Anlagefläche 4, Silo 1, Füllwagenantrieb 5 sowie
der Fahrweg 6 sind an einem Rahmen 10 befestigt.
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Der
Füllwagen 3 weist rechteckige obere und untere Öffnungen
auf, die von insgesamt vier Seitenwänden umschlossen sind.
In der Nähe der hinteren Seitenwand 11 befindet
sich im Gemenge ein Schieber 12, der über einen
Schieberantrieb 13 angetrieben wird. Der Schieberantrieb 13 ist
im vorliegenden Beispiel als hydraulischer Antrieb ausgestaltet,
er kann allerdings auch elektrisch, pneumatisch oder anderweitig
ausgestaltet sein. Im vorliegenden Beispiel ist der Schieberantrieb 13 außerdem
mit dem Füllwagenantrieb 5 über ein – nicht
gezeigtes – Getriebe gekoppelt. Auch eine elektronische
Kopplung kann verwendet werden. Der Schieber 12 ist mittels des
Schieberantriebs 13 entlang der Fahrtrichtung des Füllwagens 3 verschiebbar.
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Kennzeichnend
für das vorhandene Volumen im Gemengeraum des Füllwagens 3 ist
im vorliegenden Fall die Kenngröße L, die den
Abstand zwischen der vorderen Seitenwand des Füllwagens 3 und
dem Schieber 12 bezeichnet. In der Grundposition ist L
maximal. Im gezeigten Beispiel ist der Schieberantrieb 13 mit
den Füllwagenantrieb 5 gekoppelt, so daß durch
den Schieberantrieb 13 eine relative Bewegung des Schiebers 12 in
bezug auf den Füllwagen 3 realisiert wird.
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2 zeigt
eine Draufsicht auf das Ensemble aus Füllwagen 3,
der – einzelne Formkammern aufweisenden – Form 7,
sowie dem Füllwagenantrieb 5. Die Bewegung des
Füllwagens 3 durch den Füllwagenantrieb 5 ist
durch den rechten der beiden Doppelpfeile gekennzeichnet. Durch
den Füllwagenantrieb 5 wird der gesamte Füllwagen 3 in
Richtung der Form gefahren. Bei ausgeschaltetem Schieberantrieb 13 wird
dieser nicht mit verschoben, so daß auch die klassische
Betriebsweise nach dem Stand der Technik möglich ist. In
der Regel wird jedoch der Schieberantrieb 13 für
einen Vorschub des Schiebers 12 sorgen. Der Schieberantrieb 13 kann
unabhängig vom Füllwagenantrieb 5 gesteuert
werden, kann aber auch mit diesem gekoppelt sein. Im gezeigten Beispiel
sind die Bewegungen von Schieber 12 und Füllwagen 3 gekoppelt,
der Schieberantrieb 13 wird zum einen durch den Füllwagenantrieb 5 bewegt,
kann zum anderen aber eine zusätzliche Verschiebung erzeugen.
Diese Variante ist platzsparend, da der Schieberantrieb 13 den
Schieber 12 dann nur über absolut gesehen relativ
kurze Strecken verschieben muß. Die Bewegung des Schiebers 12 wird
mit dem Doppelpfeil in der Mitte des Füllwagens symbolisiert, sie
ist der Bewegung des Füllwagens 3 überlagert. Läßt
man die Kopplung weg, so benötigt man zwei separate Antriebe,
wobei der Schieberantrieb dann längere Wege schneller als
der Füllwagenantrieb realisieren muß.
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Während
der Schieber in 1 und 2 in gerader
Stellung gezeigt ist, so ist er in 3 in einer Schrägstellung
dargestellt. Der Schieber 12 weist zudem eine geringere
Höhe als die Seitenwände des Füllwagens 3 auf.
Auf diese Weise kann das Gemenge 2 effektiv zusammengeschoben
werden, so daß im vorderen Bereich des Füllwagens
eine höhere Gemengekonzentration herrscht, zum anderen
kann aber auch Gemenge 2 nach hinten über den
Schieber 12 entgegen der Bewegungsrichtung transportiert
werden, was die Durchmischung des Gemenges 2 fördert.
Dies ist insbesondere bei Pendelbewegungen des Füllwagens 3 von
Vorteil.
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- 1
- Silo
- 2
- Gemenge
- 3
- Füllwagen
- 4
- Anlagefläche
- 5
- Füllwagenantrieb
- 6
- Fahrweg
- 7
- Form
- 8
- Feder
- 9
- Unwuchterreger
- 10
- Rahmen
- 11
- hintere
Seitenwand
- 12
- Schieber
- 13
- Schieberantrieb
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 19541281
C1 [0002, 0006]
- - DE 1183001 [0005]