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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verteilung von Beton mit
einem Knickmast, der an einem gestellfesten, um eine Hochachse drehbaren Drehwerk
angelenkt ist und der mindestens einen Mastarm aufweist, welcher
um eine Knickachse gegenüber dem Drehwerk oder einem benachbarten Mastarm
mittels eines Antriebsaggregats begrenzt verschwenkbar ist, und über
den eine an eine Betonpumpe angeschlossene Förderleitung
geführt ist, die in einem von der Mastspitze des Knickmasts
nach unten hängenden Endschlauch mündet.
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Betonverteilungsvorrichtungen
dieser Art werden beispielsweise in stationären und mobilen Betonpumpen
eingesetzt. Die Verteilervorrichtung wird durch einen Bediener betätigt,
der über ein Fernsteuergerät sowohl für
die Pumpensteuerung als auch für die Positionierung des
an der Spitze des Knickmasts angeordneten Endschlauchs verantwortlich
ist. Der Bediener muss stets sowohl die betätigten Achsen
als auch den Endschlauch im Auge behalten, um das Risiko von unkontrollierten
Bewegungen am Endschlauch und damit eine Gefährdung des Baustellenpersonals
zu vermeiden. Um die Handhabung der Verteilervorrichtung in dieser
Hinsicht zu erleichtern, wurde bereits eine Betätigungsvorrichtung vorgeschlagen
(
DE-A-4306127 ),
bei der die redundanten Knickachsen des Knickmasts in jeder Drehlage
des Drehwerks mit einem einzigen Stellvorgang des Fernsteuerorgans
gemeinsam angesteuert werden. Um die Bewegungsabläufe im
Knickmast zu erfassen, sind an den Mastarmen Winkelgeber zur Bestimmung
der Knickwinkel vorgesehen. Die einzelnen Winkel messen jeweils
den Knickwinkel zwischen zwei Mastarmen einer Knickachse. Der knickachsbezogene
Winkelmesswert ist unabhängig von der Durchbiegung der
einzelnen Mastarme aufgrund der angreifenden Lastmomente. Die Durchbiegung muss
zusätzlich mathematisch berücksichtigt werden.
Weiter wurde bereits in einem Mastkontrollsys tem vorgeschlagen (
DE-10240180 A1 ),
dass an den Mastarmen im Abstand von den Knickachsen Neigungssensoren
zur Bestimmung von den einzelnen Mastarmen zugeordneten erdfesten
Winkelmesswerten starr angeordnet sind.
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Bei
der Dimensionierung der Mastarme des Knickmasts wird stets darauf
geachtet, dass unter Berücksichtigung der an den Mastarmen
angreifenden Kräfte, die vor allem auf die Eigenmasse der Mastarme,
die Masse der Betonförderleitung und des darin befindlichen
Betons und die Masse des Endschlauchs zurückzuführen
sind, die Elastizitätsgrenzen nicht überschritten
werden. Gleichwohl kommt es in der Praxis immer wieder vor, dass
Anwender den Knickmast unzulässigerweise als Hilfskran
zum Transport von Nutzlasten verwenden oder an der Mastspitze einen überlangen
Endschlauch anbringen. Dadurch kann eine Überlast auftreten,
die zu einer Gefährdung der Funktionssicherheit des Knickmasts
führen kann.
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Um
diese Gefahr zu vermeiden, ist es bekannt, bei Betonpumpen eine Überlastschutzeinrichtung
für den Knickmast vorzusehen. So gibt es z. B. Betonpumpen,
bei denen der Öldruck im Hydrauliksystem eines Knickmasts
erfasst wird, um daraus auf eine Überbeanspruchung eines
Mastarms zu schließen. Weiter ist es bekannt, für
einen Verteilermast einer mobilen Betonpumpe eine Überlastschutzeinrichtung
mit elektrischen Dehnstreifengebern vorzusehen, (
DE-2943089 C2 ), die auf
der Oberseite des ersten und des zweiten Mastarms an den Anlenkstellen
der zugehörigen Hydraulikzylinder gegenüberliegenden
Stellen mit ausgangsseitiger Schaltschwelle angeordnet sind. Diese
bekannten Überlastschutzeinrichtungen erweisen sich jedoch
in der Praxis als nicht zuverlässig, weil die Empfindlichkeit
für das Erfassen einer Überlast bei einem Knickmast
von der Einstellung der Mastarme beeinflusst wird und auch von der
Richtung abhängt, mit der eine Überlast auf den
Verteilermast einwirkt.
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Ausgehend
hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
zur Verteilung von Beton mit einem Knickmast bereitzustellen, bei der
unabhängig von der Richtung einer am Knickmast angreifenden Überlast
ein wirksamer Überlastschutz gewährleistet ist.
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Zur
Lösung dieser Aufgabe wird die im Patentanspruch 1 angegebene
Merkmalskombination vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen
und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen
Ansprüchen.
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Der
erfindungsgemäßen Lösung liegt vor allem
der Gedanke zugrunde, dass eine Überlast aufgrund von Kräften
und Momenten entsteht, die am letzten Mastarm eines Knickmasts angreifen.
Dementsprechend wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen,
dass der letzte Mastarm eine Messanordnung zur Bestimmung der an
der Mastspitze angreifenden Last trägt und dass eine auf
Ausgangssignale der Messanordnung ansprechende, computergestützte Auswerteschaltung
vorgesehen ist.
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Vorteilhafterweise
umfasst die Messanordnung einen Messsensor für Kraft- und
Momentmessung, der zwischen einer den Endschlauch tragenden Halteeinrichtung
und der Mastspitze angeordnet ist. Umfangreiche Versuche haben nämlich
gezeigt, dass nur durch eine Messung in der Nähe der Mastspitze
des Knickmastes zuverlässig bestimmt werden kann, ob dieser
einer Überlast ausgesetzt ist oder nicht. Dieser Anordnung
für den Messsensor liegt insbesondere die Erkenntnis zugrunde,
dass bei einer Vorrichtung zur Verteilung von Beton mit einem Knickmast
eine Kraftmessung zwischen dem Endschlauch und dem letzten Rohrbogen,
der diesen aufnimmt und hält, sich nicht dazu eignet, die
Last zu bestimmen, welche auf den Mastarm wirkt.
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Als
besonders günstig erweist sich eine Anordnung des Messsensors,
bei welcher dieser die an der Halteeinrichtung für den
Endschlauch angreifenden Kräfte und Momente in den Mastarm überträgt.
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Indem
der Messsensor ein Kraft- und Momentensensor ist, der die drei räumlichen
Komponenten einer in den Mastarm eingeleiteten Kraft und eines in
den Mastarm eingeleiteten Moments erfasst, kann auch eine Überlast
bestimmt werden, welche in seitlicher Richtung auf den Knickmast
einwirkt.
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Eine
besonders zuverlässige Kraft- und Momentmessung ist mit
einem Messsensor möglich, der eine Messplattform mit einem
Abschnitt für den Anschluss an den Mastarm und einem Abschnitt
für den Anschluss an die Halteeinrichtung hat, auf der
sich vier 3-Komponenten-Kraftsensoren befinden.
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Mit
einer Auswerteschaltung, in der mindestens ein Moment-Grenzwert
und/oder ein Kraft-Grenzwert hinterlegt ist, wobei eine mit den
Daten der Messanordnung beaufschlagte Auswerteschaltung mit einem
Alarmsignalgenerator zur Auslösung eines Alarmsignals vorgesehen
ist, kann im laufenden Betrieb der Vorrichtung eine Überlast
erfasst werden.
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Mittels
eines Alarmsignalgenerators in Form einer Hupe und/oder einer Rundumleuchte
und/oder einer Displaybeleuchtung kann dann einer Bedienperson eine Überlast
für den Knickmast angezeigt werden.
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Um
Störungen durch Schwingungseinflüsse zu vermeiden,
umfasst die Auswerteschaltung weiterbildungsgemäß mindestens
einen Filter zur Eliminierung von Schwingungseinflüssen.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung in schematischer
Weise dargestellten Ausführungsbeispiels näher
erläutert. Es zeigen
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1 eine
Autobetonpumpe mit einem Knickmast in Arbeitsstellung;
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2 einen
Mastarm mit einer Messanordnung zur Bestimmung der an der Mastspitze
angreifenden Last;
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3 einen
Abschnitt des Knickmasts im Bereich der Mastspitze; und
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4 ein
Blockschaltbild einer der Messanordnung zugeordneten Auswerteschaltung.
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Die 1 zeigt
als Vorrichtung zur Verteilung von Beton eine Autobetonpumpe 10 mit
einem Fahrgestell 12. An dem Fahrgestell 12 ist
eine Dickstoffpumpe angeordnet, die in der Zeichnung nicht dargestellt
ist. Das Fahrgestell 12 trägt einen Betonverteilermast 14 als
Träger für eine Betonfördeleitung 16. Die
Betonförderleitung 16 mündet im Bereich
der Mastspitze 18 in einen Endschlauch 20. Über
die Betonförderleitung 16 wird Flüssigbeton
während des Betonierens fortlaufend zu einer von dem Standort des
Fahrzeugs 12 entfernt angeordneten Betonierstelle 22 gefördert.
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Der
Verteilermast 14 besteht aus einem Drehwerk 24 und
einem Knickmast 26. Das Drehwerk 24 hat einen
hydraulischen Drehantrieb. Mittels des Drehantriebs kann es um die
Hochachse 28 um den Winkel φ gedreht werden.
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Der
Knickmast 26 kann an dem Drehwerk 24 geschwenkt
werden. Der Knickmast 26 ist auf variable Reichweite r
und Höhendifferenz h zwischen dem Fahrgestell 12 und
der Betonierstelle 22 kontinuierlich einstellbar.
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Der
Knickmast 26 der Autobetonpumpe 10 hat fünf
gelenkig miteinander verbundene Mastarme 30, 32, 34, 36, 38.
Sie sind um parallel zueinander und rechtwinklig zur Hochachse 28 des
Drehwerks 24 verlaufende Achsen 40, 42, 44, 46, 48 schwenkbar.
Die einstellbaren Knickwinkel α1 bis α5 an den Knickachsen 42 bis 48 sind
so aufeinander abgestimmt, dass der Verteilermast 14 im
zusammengefalteten Zustand auf dem Fahrgestell 12 der Autobetonpumpe 10 ablegbar
ist.
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Durch
eine Aktivierung von Antriebsaggregaten 50, die den Knickachsen 42 bis 48 einzeln
zugeordnet sind, ist der Knickmast 24 in unterschiedlichen Distanzen
r und/oder Höhendifferenzen h zwischen der Betonierstelle 22 und
dem Standort des Fahrgestells 12 entfaltbar.
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Bei
der Autobetonpumpe ist ein Fernsteuergerät vorgesehen,
mittels dessen eine Bedienperson die Bewegung des Betonverteilermasts 14 steuern kann,
um dessen Mastspitze 18 mit dem Endschlauch 20 über
einen zu betonierenden Bereich mit Betonierstelle 22 zu
führen. Der Endschlauch 20 hat eine typische Länge
von 3 bis 4 m. Er ist in einer gelenkigen Aufhängung an
der Mastspitze 18 befestigt. Deshalb und aufgrund seiner
Eigenflexibilität kann er mit seinem Austrittsende von
einem Schlauchmann in einer günstigen Position zur Betonierstelle 22 gehalten
werden.
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Die 2 zeigt
den letzten Mastarm 38 mit der Mastspitze 18 des
Betonverteilermastes 14 ohne die Betonförderleitung 16.
Der Mastarm 38 hat ein Drehgelenk 51, mit dem
er am vorletzten Mastarm 36 angelenkt ist. Er hat Trageelemente 52, 54 für
die Betonförderleitung 16. Der Mastarm 38 trägt
an seinem zur Mastspitze 18 weisenden stirnseitigen Ende
eine Messanordnung 56. An der Mastspitze 18 des
Betonverteilermastes 14 befindet sich ein weiteres Trageelement 57 für
die Betonförderleitung 16. Das Trageelement 57 ist
eine Schalenkupplung für ein gekrümmtes Rohrstück 75,
an dem sich der Endschlauch 20 befindet.
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Die 3 zeigt
einen Abschnitt des Knickmastes 26 im Bereich der Mastspitze 18.
Die Messanordnung 56 enthält einen Messsensor 58 für
Kraft- und Momentmessung. Dieser Messsensor 58 hat vier
3-Komponenten-Kraftsensoren 60, die auf einer Messplattform 68 angeordnet
sind. Die 3-Komponenten-Kraftsensoren 60 haben jeweils
einen Verformungskörper, der mit der Messplattform 68 verbunden
ist und der jeweils an einem Anschlussstück 70 festliegt.
In dem Verformungskörper eines 3-Komponenten-Kraftsensors 60 gibt
es mehrere Dehnmessstrukturen. Diese Dehnmess strukturen sind jeweils mit
einer Messschaltungsbaugruppe 62 verbunden, die ein elektrisches
Widerstandssignal der Dehnmessstrukturen in einen Wert für
eine Kraft und ein entsprechendes Drehmoment wandelt.
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An
dem Anschlussstück 70 des Messsensors 58 ist
mittels einer Halteeinrichtung 72 die Schalenkupplung 57 aufgenommen.
Die Messplattform 68 des Messsensors 58 ist mit
einer am Stirnende des Mastarms 38 ausgebildeten Flanschplatte 74 als
Anschlussstück verschraubt. Die Schalenkupplung 57 verbindet
die Förderleitung 16 mit dem gekrümmten Rohrstück 75,
das in der Schalenkupplung 57 um die Achse 76 geschwenkt
werden kann. Mit einer Anschlusskupplung 77 ist an dem
Rohrstück 75 der in 3 nicht
gezeigte Endschlauch 20 gehalten.
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Die
an der Mastspitze 18 des Betonverteilermastes 14 angreifende
Last beaufschlagt den Mastarm 38 mit einer Kraft F und
mit einem Drehmoment M. Diese Last wird über die Schalenkupplung 57 durch
die Halteeinrichtung 72 und den Messsensor 58 in
den Mastarm 36 eingeleitet. Die drei räumlichen Komponenten
Mx, My, Mz des in den Mastarm 38 übertragenen
Moments M und die drei räumlichen Komponenten Fx, Fy, Fz der
Kraft F können durch Auswerten der Signale der vier 3-Komponenten-Kraftsensoren 60 gemessen
werden.
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Hierzu
ist eine Auswerteschaltung 80 vorgesehen, die in 4 gezeigt
ist. Die Auswerteschaltung 80 hat eine Recheneinheit 81 mit
einer Filterstufe 82, der die Signale 83 bis 86 der
Messschaltungsbaugruppe 62 der Messanordnung 56 zugeführt
werden. Die Filterstufe 82 in der Recheneinheit 81 bewirkt
eine zeitliche Mittelung des in dem Mastarm 38 eingeleiteten
Moments M und die in diesen eingeleitete Kraft F. Die gemittelten
Werte Fmit, Mmit für
die Kraft F und das Moment M werden in der Recheneinheit 81 mit
einem in einem Speicher 87 abgelegten Datensatz für
Sicherheitsgrenzwerte Fmax, Mmax verglichen,
die bei der Autobetonpumpe 10 nicht überschritten
werden dürfen, um einen sicheren Betrieb zu gewährleisten.
Bei diesen Sicherheits grenzweiten handelt es sich um Grenzwerte
für Betrag und Richtung einer in den Mastarm eingeleiteten
Kraft F und eines in diesen eingeleiteten Moments M.
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Wenn
der Rechner 81 feststellt, dass ein Sicherheitsgrenzwert überschritten
wird, steuert er einen Signalgenerator 88 an, der ein entsprechendes Warnsignal über
eine Hupe, eine Rundumleuchte oder auch eine Displaybeleuchtung
abgibt.
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Zusammenfassend
ist folgendes festzuhalten: Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zur Verteilung von Beton mit einem Knickmast 24, der an
einem Gestell festen, um eine Hochachse 28 drehbaren Drehwerk 22 gelenkt
ist. Der Knickmast 24 weist mindestens einen Mastarm 38 auf,
der um eine Knickachse 48 gegenüber dem Drehwerk 22 oder
einem benachbarten Mastarm 36 mittels eines Antriebsaggregats 50 begrenzt
verschwenkbar ist. Durch den Knickmast ist eine an eine Betonpumpe
angeschlossene Förderleitung 16 geführt,
die in eine von der Mastspitze 18 des Knickmasts 24 nach
unten hängenden Endschlauch 20 mündet.
Der Mastarm 36 trägt eine Messanordnung 56 zur
Bestimmung der an der Mastspitze 18 angreifenden Last F,
M. Die Vorrichtung enthält eine auf Ausgangssignale der Messanordnung 56 ansprechende,
computergestützte Auswerteschaltung 80.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 4306127
A [0002]
- - DE 10240180 A1 [0002]
- - DE 2943089 C2 [0004]