DE102022116603B4 - Verfahren zum Betreiben einer Betonpumpe und Betonpumpe - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Betonpumpe, die einen Pumpzylinder zum Pumpen von Beton und einen Antrieb zum Antreiben des Pumpzylinders aufweist, mit den Schritten Erfassen eines Kraftparameters, der eine Kraft kodiert, die der Antrieb auf den Pumpzylinder ausübt, Berechnen eines Kraftzunahmeparameters, der eine Zunahme der Kraft während eines Pumpzyklus beschreibt, aus zumindest zwei Kraftparameterwerten des Kraftparameters in jeweils einem Pumpzyklus des Pumpzylinders, Berechnen eines Entmischungsparameters aus Kraftzunahmeparameterwerten des Kraftzunahmeparameters zweier unterschiedlicher Pumpzyklen und Ausgeben einer Warnmeldung, wenn der Entmischungsparameter außerhalb eines vorgegebenen Soll-Intervalls liegt.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Betonpumpe. Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung eine Betonpumpe, insbesondere eine Autobetonpumpe, die (a) zumindest einen Pumpzylinder zum Pumpen von Dickstoff, insbesondere Beton, (b) einen Antrieb zum Antreiben des Pumpzylinders, (c) einen Kraftparametermesser zum Messen eines Kraftparameters, der eine Kraft kodiert, die der Antrieb auf den Pumpzylinder ausübt, und (d) eine Steuereinheit aufweist.
• Beim Pumpen von Dickstoff, insbesondere von Beton, werden regelmäßig Betonpumpen eingesetzt. Wenn im Folgenden von Beton gesprochen wird, ist stets Dickstoff allgemein mit gemeint. Beim Pumpen von Beton kommt es zu einer Interaktion des Betons mit der Betondruckleitung, mit der der Beton weitergeleitet wird. Diese Interaktion kann dazu führen, dass sich die festen Bestandteile des Betons von den flüssigen Bestandteilen teilweise trennen, sodass sich ein Betonpfropfen bildet.
• Derartige Entmischungen treten sporadisch auf, ohne dass ein Grund erkennbar ist. Sie können daher nur schlecht vorhergesagt werden. Bislang wird auf die Erfahrung der Personen vertraut, die die Betonpumpe bedienen, um die Bildung von Betonpfropfen zu verhindern oder nach deren Entstehen die Betonpumpe so zu bedienen, dass sich der Betonpfropfen zurückbildet. Gelingt dies nicht, kann die Betondruckleitung bersten oder die Pumpe ausfallen, was einen Stillstand des Baubetriebs bedeutet und eine Reparatur notwendig macht.
• Die DE 10 2018 208 125 A1 beschreibt eine gattungsgemäße Betonpumpe, bei der beim Anpumpen die Position einer Front an Beton in der Betonförderleitung erfasst wird. Anhand der Position der Front wird auf eine etwaige Verstopfung geschlossen und diese beispielsweise durch Rückwärtspumpen beseitigt. Um das Ende des Anpumpens zu erfassen, wird ein Druckänderungswert erfasst.
• Aus der DE 31 03 942 A1 ist eine Vorrichtung zum Verhindern von Verstopfungen in einer Betonleitung bekannt, bei der der Druck des Betons gemessen wird. Wird ein einstellbarer Grenzdruck für eine einstellbare Zeit überschritten, wird die Förderleistung der Pumpe selbstständig abgeschaltet und eine Rücksaugbewegung eingeleitet.
• Die AT 342 973 B beschreibt eine Zweikolben-Betonpumpe, bei der die Gehäusewand, die den Anschlüssen der Förderzylinder zugeordnet ist, in einem spitzen Winkel zu der gegenüberliegenden Gehäusewand verläuft. Auf diese Weise können Entmischungen vermieden werden.
• Die WO 2019/ 224 236 A1 beschreibt ein Verfahren, bei dem die Steuereinheit der Betonpumpe so ausgebildet ist, dass sie eine Verstopfung automatisch beseitigt, wenn ein Druckanstieg einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet. Nachteilig an einem solchen System ist die häufige Zahl an Fehlalarmen.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Nachteile im Stand der Technik zu vermindern.
• Die Erfindung löst das Problem durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1.
• Gemäß einem zweiten Aspekt löst die Erfindung das Problem durch eine Betonpumpe mit den Merkmalen von Anspruch 7.
• Vorteilhaft an der Erfindung ist, dass Betonpfropfen in der Regel rechtzeitig erkannt werden können, bevor die Betonpumpe beschädigt wird.
• Günstig ist zudem, dass zur Bedienung der Betonpumpe auch Personen eingesetzt werden können, die nicht über die Erfahrung verfügen, wie ein Betonpfropfen rechtzeitig erkannt und potentieller Schaden von der Betonpumpe abgewendet werden kann.
• Günstig ist auch, dass bereits bestehende Betonpumpen häufig mit vergleichsweise geringem Aufwand nachgerüstet werden können.
• Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung wird unter einer Betonpumpe insbesondere eine Pumpe verstanden, die nicht nur zum kurzfristigen Pumpen von Beton in der Lage ist, sondern die ausgebildet ist, um Beton dauerhaft, insbesondere für mehr als 10 Stunden, insbesondere mehr als 100 Stunden, zu pumpen.
• Unter dem Antrieb wird beispielsweise ein Hydraulikantrieb oder ein Elektroantrieb verstanden. Es ist möglich, dass der Antrieb von einem Verbrennungsmotor, einer Batterie oder einer Brennstoffzelle mit Energie versorgt wird.
• Unter dem Kraftparameter wird insbesondere ein Parameter verstanden, aus dem auf die Kraft geschlossen werden kann, die der Antrieb auf den Pumpzylinder ausübt. Beispielsweise handelt es sich beim Kraftparameter um einen Hydraulikdruck, der an einem Antriebszylinder des Pumpzylinders anliegt. Alternativ kann es sich beim Kraftparameter um eine Leistungsaufnahme eines Elektromotors handeln, der den Pumpzylinder antreibt. Es ist möglich, nicht aber notwendig, dass dieser Kraftparameter in Form von für Menschen lesbaren Daten vorliegt. Insbesondere ist es auch möglich, dass der Kraftparameter in Form von maschinenlesbaren Daten vorliegt.
• Es ist zudem möglich, nicht aber notwendig, dass der Kraftparameter in einer SI- oder sonstigen Einheit angegeben wird. Es ist insbesondere auch möglich, dass der Kraftparameter eine relative Angabe ist, die angibt, wo der Kraftparameter in einem Intervall zwischen einem Minimalwert und einem Maximalwert liegt. Maßgeblich ist lediglich, dass aus dem Kraftparameter eine Änderung der Kraft, die der Antrieb auf den Pumpzylinder ausübt, bestimmbar ist.
• Unter einem Pumpzyklus wird die Abfolge an Stellungen des Pumpzylinders zwischen einem Anfangszustand, in dem der Pumpzylinder vollständig mit Beton gefüllt ist, und einem Endzustand, in dem der Beton aus dem Pumpzylinder ausgedrückt ist, verstanden.
• Unter dem Kraftzunahmeparameter wird insbesondere ein Parameter verstanden, der kodiert, wie stark die Kraft während eines Pumpzyklus zunimmt. Dabei werden vorzugsweise etwaige Spitzen, insbesondere zu Beginn des Pumpzyklus und/oder zum Ende des Pumpzyklus, nicht betrachtet. Insbesondere wird der Kraftzunahmeparameter in einem Bereich des Kraftverlaufs der Kraft auf den Pumpzylinder bestimmt, in dem die Kraft monoton zunimmt.
• Unter dem Merkmal, dass der Kraftzunahmeparameter aus zumindest zwei Kraftparameterwerten des Kraftparameters in jeweils einem Pumpzyklus des Pumpzylinders erfasst wird, wird insbesondere verstanden, dass ein erster Kraftparameterwert erfasst wird, der einer ersten Stellung des Pumpzylinders entspricht, und ein zweiter Kraftparameterwert erfasst wird, der einer zweiten Stellung des Pumpzylinders entspricht, wobei die beiden Stellungen der Pumpzylinder nicht die gleichen sind. Vorzugsweise wird der erste Kraftparameterwert in einem ersten Drittel, insbesondere einem ersten Viertel, bevorzugt einem ersten Fünftel, des Weges des Pumpzylinders vom Anfangszustand zum Endzustand aufgenommen und/oder der zweite Parameter in einem letzten Drittel, insbesondere einem letzten Viertel, bevorzugt einem letzten Fünftel, dieses Weges aufgenommen.
• Unter dem Entmischungsparameter wird insbesondere ein Parameter verstanden, der zu der Wahrscheinlichkeit korreliert, dass eine Entmischung des Betons vorliegt.
• Unter dem Berechnen des Entmischungsparameters aus den Kraftzunahmeparametern zweier unterschiedlicher Pumpzyklen wird insbesondere verstanden, dass der Entmischungsparameter so berechnet wird, dass er auch aus den Kraftzunahmeparametern zweier unterschiedlicher Pumpzyklen berechnet werden könnte. Es ist möglich, dass der Kraftzunahmeparameter nicht explizit berechnet wird, sondern die einzelnen Bestandteile, aus denen der Kraftzunahmeparameter berechnet wird, direkt zur Berechnung des Entmischungsparameters verwendet werden.
• Unter dem Merkmal, dass eine Fehlermeldung ausgegeben wird, wird insbesondere verstanden, dass automatisch eine - durch den Menschen wahrnehmbare oder nicht wahrnehmbare - Nachricht abgegeben wird, die den Zustand kodiert, dass wahrscheinlich eine Entmischung des Betons vorliegt. Es kann sich bei der Fehlermeldung um ein, beispielsweise elektrisches Signal handeln, aufgrund dessen die Betonpumpe automatisch Schritte durchführt, die der Ausbildung der Entmischung entgegenwirken und/oder diese vermindern oder beseitigen.
• Unter dem Kraftparametermesser wird insbesondere eine Vorrichtung verstanden, mittels der der Kraftparameter aufgenommen werden kann. Beispielsweise handelt es sich beim Kraftparametermesser um einen Druckmesser zum Messen eines Hydraulikdrucks oder einen Strommesser zum Messen eines elektrischen Stroms in einem elektrischen Antrieb des Pumpzylinders.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Berechnen des Entmischungsparameters ein Berechnen einer ersten Entmischungsparameterkomponente durch (i) Berechnen einer Ausgleichsgeraden durch zumindest zwei Kraftzunahmeparameterwerte jeweils unterschiedlicher Pumpzyklen und (ii) Berechnen der ersten Entmischungsparameterkomponente aus der Ausgleichsgeraden und dem aktuellen Kraftparameterwert. Insbesondere wird die Ausgleichsgerade extrapoliert und der aktuelle Kraftparameterwert durch den so erhaltenen Extrapolationswert geteilt. Der Quotient gibt an, um wie viel größer oder kleiner der aktuelle Kraftparameterwert im Vergleich zum durch die Extrapolation erwarteten Kraftparameterwert ist.
• Alternativ oder zusätzlich umfasst das Berechnen der Zunahme des Strömungswiderstandsparameters ein Berechnen einer zweiten Strömungswiderstandparameterkomponente aus dem aktuellen Kraftparameterwert und einem Interperzentilabstand aller Kraftparameterwerte, wobei zumindest drei Perzentile vorhanden sind. Insbesondere sind zumindest vier Perzentile, beispielsweise genau vier, genau fünf oder genau sechs Perzentile vorhanden. Der Interperzentilabstand ist der Abstand zweier Perzentile, die einen gemeinsamen Nachbarn haben. Beispielsweise ist der Interperzentilabstand Quartilen der Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Quartil.
• In anderen Worten werden alle seit dem Beginn des Pumpens des Betons erfassten Kraftzunahmeparameter in Perzentile, insbesondere Quartile, eingeteilt. Perzentile sind äquidistante, disjunkte Intervalle, deren Vereinigungsmenge das Intervall zwischen dem kleinsten Kraftzunahmeparameter und dem größten Kraftzunahmeparameter ist.
• Vorzugsweise ist die zweite Entmischungsparameterkomponente der Quotient aus dem aktuellen Kraftparameterwert und dem Interperzentilabstand, insbesondere dem Interquartilabstand.
• Übersteigt diese zweite Entmischungsparameterkomponente einen vorgegebenen Schwellenwert, beispielsweise 1,5, ist dies ein Zeichen, dass eine Entmischung vorliegt und/oder Gegenmaßnahmen gegen eine Entmischung eingeleitet werden müssen.
• Wenn der Entmischungsparameter zwei oder mehr Entmischungsparameterkomponenten aufweist, wird dann eine Warnmeldung ausgegeben, wenn die Entmischungsparameterkomponenten außerhalb des kartesischen Produkts vorgegebener Soll-Intervalle für die jeweilige Entmischungsparameterkomponente liegt. In anderen Worten wird dann eine Warnmeldung ausgegeben, wenn alle Entmischungsparameterkomponenten außerhalb ihres jeweiligen Soll-Intervalls liegen.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform entspricht der Entmischungsparameter dem Quotient aus (i) einem Mittelwert aus zumindest zwei Kraftparameterwerten des Kraftparameters in jeweils einem Pumpzyklus des Pumpzylinders als Nenner und (ii) dem aktuellen Kraftzunahmeparameterwert als Zähler. Der Mittelwert kann aus genau zwei, genau drei, genau vier, genau fünf, genau sechs oder mehr Kraftparameterwerten gebildet werden. Als günstig haben sich höchstens zwanzig, insbesondere höchstens fünfzehn, besonders bevorzugt höchstens 10, insbesondere bevorzugt höchstens fünf, Kraftparameterwerte für die Mittelwertbildung herausgestellt. Der Mittelwert kann der arithmetische Mittelwert, der geometrische Mittelwert, der quadratische Mittelwert oder ein getrimmter Mittelwert sein. Der Median wird ebenfalls als Mittelwert betrachtet.
• Vorzugsweise beträgt eine untere Grenze des Soll-Intervalls zumindest zwei, insbesondere zumindest 2,5. Als gut geeignet hat sich 3 herausgestellt. Eine Obergrenze für das Soll-Intervall ist nicht notwendig, kann aber zumindest kleiner als 1000 gewählt werden.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Berechnen des Entmischungsparameters die Schritte (a) Bestimmen eines Hydrostatikdruckparameters, der einen hydrostatischen Druckanteil des Betondrucks des Betons am Ort des Pumpzylinders beschreibt, und (b) Korrigieren des Kraftparameters mittels des hydrostatischen Druckparameters. So wird erreicht, dass der Entmischungsparameter einen Strömungswiderstand des Betons beschreibt. Beim Pumpen des Betons nach oben nimmt, insbesondere zu Beginn des Pumpvorgangs, der hydrostatische Druck zu. Um zu verhindern, dass eine Zunahme des hydrostatischen Drucks die Wahrscheinlichkeit eines Fehlalarms erhöht, wird vorzugsweise der Einfluss des hydrostatischen Drucks auf den Entmischungsparameter herausgerechnet.
• Vorzugsweise umfasst das Verfahren den Schritt des zumindest zeitweisen Rückförderns des Betons entgegen einer Förderrichtung, wenn eine Warnmeldung vorliegt. Die Förderrichtung verläuft von der Pumpe weg. Durch das Bewegen des Betons entgegen dieser Förderrichtung sinkt der Druck an der Stelle, an der sich ein Betonpfropfen gebildet hat. Dadurch löst sich der Betonpfropfen auf.
• Besonders günstig ist es, wenn beim Vorliegen einer Warnmeldung der Beton oszillierend bewegt wird. Das bedeutet, dass sich der Beton abwechselnd in Förderrichtung und entgegen der Förderrichtung bewegt. Es hat sich herausgestellt, dass dadurch etwaige entstandene Betonpfropfen aufgelöst werden können. Vorzugsweise wird die Förderrichtung des Betons zumindest zweimal, insbesondere zumindest dreimal, vorzugsweise zumindest viermal, geändert. Danach wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Beton wieder in Förderrichtung befördert.
• Vorzugsweise umfasst das Verfahren die Schritte (a) nach dem Rückfördern des Betons in Förderrichtung, (b) Berechnen des Entmischungsparameters aus zumindest einem Kraftparameter des Zyklus nach dem Rückfördern und zumindest einem Kraftparameter, der nicht in einem Pumpzyklus nach dem Rückfördern zugeordnet ist, und (c) wenn der Entmischungsparameter außerhalb des Soll-Intervalls liegt zumindest zeitweise Rückfördern des Betons, also entgegen der Förderrichtung, und wenn der Entmischungsparameter innerhalb des Soll-Intervalls liegt, Fördern des Betons in Förderrichtung. Stellt sich also heraus, dass durch das Rückfördern der Betonpfropfen entfernt wurde, kann das Pumpen fortgesetzt werden. Stellt sich heraus, dass der Betonpfropfen nicht entfernt wurde, wird das Rückfördern wiederholt.
• Das Bestimmen des Hydrostatikdruckparameters umfasst vorzugsweise die Schritte (a) Ermitteln der Zahl an Pumpzyklen nach einem Beginn des Pumpens des Betons, (b) Ermitteln einer Neigung zumindest eines Teils eines Knick-Verteilermasts der Betonpumpe und (c) Berechnen des Hydrostatikdruckparameters aus der Hubzahl und der Neigung. In anderen Worten wird berechnet, bis in welche Höhe der Beton bereits gefördert wurde, um daraus den hydrostatischen Druck zu bestimmen. Der Hydrostatikdruckparameter ist insbesondere der hydrostatische Druck, den der Beton ausübt.
• Alternativ kann der Hydrostatikdruckparameter dadurch bestimmt werden, dass der Druck im Beton zu einem Zeitpunkt bestimmt wird, zu dem kein Beton gepumpt wird. Das kann beispielsweise zwischen zwei Pumpzyklen erfolgen.
• Eine erfindungsgemäße Betonpumpe ist vorzugsweise Teil einer Autobetonpumpe, die ein Fahrgestell zum autonomen Bewegen, einer Betondruckleitung zum Leiten von Beton, die zumindest zwei Rohrbögen aufweist, und einen Knick-Verteilermast, an dem die Betondruckleitung befestigt ist, aufweist.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Betonpumpe ausgebildet zum automatischen Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
• Günstig ist es, wenn der Antrieb ein hydraulischer Antrieb ist, der zumindest einen Antriebszylinder zum Antreiben des Zylinders hat. Der Kraftparameter ist dann vorzugsweise ein Hydraulikdruck, der am Antriebszylinder anliegt. Vorzugsweise wird der Hydraulikdruck mittels eines Drucksensors gemessen. Günstig ist es, wenn die Messrate mindestens 50 Messungen pro Sekunde beträgt.
• Günstig ist es, wenn die Betonpumpe einen zweiten Pumpzylinder aufweist, der antizyklisch zum ersten Pumpzylinder arbeitet und mit dem ersten Pumpzylinder eine Doppelkolbenpumpe bildet. Vorzugsweise besitzt die Doppelkolbenpumpe eine S-Rohrweiche, das ist aber nicht notwendig.
• Günstig ist es, wenn die Steuereinheit ausgebildet ist zum automatischen Durchführen eines Verfahrens mit den Schritten (i) Erfassen eines zweiten Kraftparameters, der eine zweite Kraft kodiert, die der Antrieb auf den zweiten Pumpzylinder ausübt, (ii) Erfassen von zumindest Zweit-Kraftparameterwerten des zweiten Kraftparameters in jeweils einem Pumpzyklus des zweiten Pumpzylinders, (iii) Berechnen eines zweiten Entmischungsparameters aus den Zweit-Kraftparametern zweier unterschiedlicher Pumpzyklen und (v) Ausgeben einer Warnmeldung, wenn der zweite Entmischungsparameter außerhalb eines vorgegebenen zweiten Soll-Intervalls liegt oder der erste Entmischungsparameter außerhalb des ersten Soll-Intervalls liegt. In anderen Worten wird für jeden der beiden Pumpzylinder der Entmischungsparameter berechnet und eine Warnmeldung ausgegeben, wenn einer der beiden Entmischungsparameter außerhalb des Soll-Intervalls liegt. Die beiden Soll-Intervalle können gleich sein oder sich voneinander unterscheiden.
• Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt
• 1 schematisch eine Ansicht einer erfindungsgemäßen Betonpumpe in einer erfindungsgemäßen Autobetonpumpe zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
• 2 in 2a eine schematische perspektivische Ansicht der Betonpumpe gemäß 1 und in der 2b den Verlauf eines Kraftparameters beim Betreiben der Betonpumpe und
• 3 in 3a den Verlauf des Kraftzunahmeparameters für zwei Zylinder über der Hubzahl bei ungestörtem Betrieb, in 3b den Verlauf des Kraftzunahmeparameters für die 2 Zylinder bei Entmischung, in 3c einen Box-Whisker-Plot eines Entmischungsparameters und in 3d einen zweiten Box-Whisker-Plot eines Entmischungsparameters.
• 1 zeigt eine erfindungsgemäße Betonpumpe 10 in einer erfindungsgemäßen Autobetonpumpe 12. Die Autobetonpumpe 12 besitzt ein Fahrgestell 14, eine Betondruckleitung 16 und einen Knick-Verteilermast 18, an dem Teile der Betondruckleitung 16 befestigt sind. Die Autobetonpumpe 12 ist mittels eines Motors 20 bewegbar. Der Knick-Verteilermast 18 ist in 1 in einer Einklapp-Stellung gezeigt. In einer Ausklapp-Stellung kann eine Ausgabeöffnung 21 der Betondruckleitung 16 an einem vorgegebenen Punkt positioniert werden.
• Zum Betreiben der Autobetonpumpe 12 wird Beton 22 in einen Aufgabetrichter 24 eingefüllt. Mittels einer Leitung wird der Beton zur Betonpumpe 10 geleitet und von dieser in einer Förderrichtung R.
• 2a zeigt eine erfindungsgemäße Betonpumpe 10, die Teil einer erfindungsgemäßen Autobetonpumpe 12 sein kann. Im Aufgabetrichter 24 kann ein Rührwerkzeug 26 zum Bewegen des Betons 22 angeordnet sein. Der Beton 22 gelangt in einen ersten Pumpzylinder 28, der einen ersten Kolben 30 aufweist. Bewegt sich der erste Kolben 30 in Richtung des Pfeils P, so wird der Beton 22 in den ersten Pumpzylinder 28 eingesaugt.
• Die Betonpumpe 10 kann zudem einen zweiten Pumpzylinder 32 aufweisen, der einen zweiten Kolben 34 besitzt. Der zweite Kolben 34 arbeitet antizyklisch zum ersten Kolben 30. Mittels einer S-Rohrweiche 36 wird der Beton 22 in die Betondruckleitung 16 gedrückt. Die S-Rohrweiche 36 wird von Schaltzylindern 38.1, 38.2 betätigt.
• Der erste Pumpzylinder 28 wird von einem ersten Hydraulikzylinder 40 angetrieben. Der erste Hydraulikzylinder 40 ist mit einer Hydraulikpumpe 42 zum Zuführen von Hydraulikflüssigkeit verbunden. Mittels eines ersten Druckmessers 44 kann ein erster Hydraulikdruck p_hyd im ersten Hydraulikzylinder 40 gemessen werden. Der zweite Pumpzylinder 32 wird von einem zweiten Hydraulikzylinder 46 angetrieben, der ebenfalls mit der Hydraulikpumpe 42 zum Zuführen von Hydraulikfähigkeit verbunden ist. Mittels eines zweiten Druckmessers 48 kann ein zweiter Hydraulikdruck p'_hyd im zweiten Hydraulikzylinder 46 gemessen werden. Der erste Hydraulikdruck p_hyd stellt einen ersten Kraftparameter dar. Der zweite Hydraulikdruck p'_hyd stellt einen zweiten Kraftparameter dar.
• Die Hydraulikpumpe 42 und die Hydraulikzylinder 40, 46 bilden einen Antrieb 49 für die Pumpzylinder 28, 32.
• 2b zeigt den Verlauf des ersten Hydraulikdrucks p_hyd über der Zeit t. Es ist zu erkennen, dass der erste Hydraulikdruck p_hyd ab einem Beginn-Zeitpunkt t_B, zu dem ein Pumpzyklus beginnt, monoton bis zu einem End-Zeitpunkt t_E steigt. Danach kommt es zu einer Druckspitze, die insbesondere dann auftritt, wenn eine gemeinsame Hydraulikleitung verwendet wird, um die Hydraulikzylinder 40, 46 sowie die Schaltzylinder 38.1, 38.2 mit der Hydraulikpumpe 42 zu verbinden. Die Zeit zwischen dem Beginn-Zeitpunkt t_B und dem End-Zeitpunkt t_E ist der Pumpzyklus.
• Aus dem Kraftparameterwert p_hyd(t_B) zum Beginn-Zeitpunkt t_B und dem Kraftparameterwert p_hyd(t_E) zum End-Zeitpunkt t_E wird ein Kraftzunahmeparameter Δp_hyd in Form der Hydraulikdruckdifferenz bestimmt. Es gilt also Δp_hyd = p_hyd(t_E) - p_hyd(t_B). Auf diese Weise wird für den n-ten Pumpzyklus (n = 1, 2, ...) der Kraftzunahmeparameterwert Ap_hyd(n) des Kraftzunahmeparameters Δp_hyd bestimmt.
• 3a zeigt den Verlauf des ersten Kraftzunahmeparameters Ap_hyd(n) und des zweiten Kraftzunahmeparameters Δp'_hyd(n) in Abhängigkeit von der laufenden Nummer n des Pumpzyklus. Es ist zu erkennen, dass der Kraftzunahmeparameter mit steigender Nummer n des Pumpzyklus größer wird. Dies ist auf den zunehmenden hydrostatischen Druck zurückzuführen, den der Beton ausübt. Im in 3a gezeigten Fall kommt es nicht zu einer Entmischung des Betons.
• G1 ist eine Ausgleichsgerade durch die ersten Kraftzunahmeparameterwerte Δp_hyd(n). G2 ist eine Ausgleichsgerade durch die zweiten Kraftzunahmeparameterwerte Δp'_hyd(n).
• 3b zeigt einen überproportionalen Anstieg der Kraftzunahmeparameter Ap_hyd(n) und Δp'_hyd(n) im Falle einer Entmischung. Als Entmischungsparameter E(n) wird im vorliegenden Fall der Quotient Q = Δp_hyd(n)/G1 (n) aus dem jeweils aktuellen Kraftzunahmeparameter Δp'_hyd(n) und dem entsprechenden Funktionswert G1(n) der Ausgleichsgeraden G1 verwendet. Dieser Entmischungsparameter E überschreitet für n= 29 einen vorgegebenen Schwellenwert S von beispielsweise S = 1,5. Daraufhin wird von einer Steuereinheit 50 (vergleiche 2a) eine Warnmeldung ausgegeben.
• Alternativ kann der Quotient q = Δp_hyd(n)/[ Δp_hyd(n-1 )/2+ Δp_hyd(n-2)/2] als Entmischungsparameter verwendet werden. Überschreitet q eine untere Intervallgrenze des vorgegebenen Soll-Intervalls, beispielsweise 3, wird die Warnmeldung ausgegeben.
• Die Warnmeldung bewirkt, dass der erste Pumpzylinder 28 oszillierend bewegt wird, die S-Rohrweiche 36 bleibt jedoch mit dem ersten Pumpzylinder 28 verbunden. Dadurch bewegt sich der Beton 22 in der Betondruckleitung 16 oszillierend hin und her, was zu einer Auflösung der Entmischung und damit zu einem Auflösen des Betonpfropfens führt.
• Nach einer vorgegebenen Zahl H an Wechseln einer Bewegungsrichtung des Betons in der Betondruckleitung 16 wird die S-Rohrweiche 36 erneut hin-und hergeschaltet, sodass der Beton 22 erneut gefördert wird. Beispielsweise gilt 1 < H < 100. Dabei wird das oben beschriebene Verfahren weiter durchgeführt. Stellt sich heraus, dass der Entmischungsparameter E weiterhin den Schwellenwert überschreitet, steuert die Steuereinheit 50 erneut die Hydraulikzylinder 40, 46 so an, dass der Beton 22 in der Betondruckleitung 16 oszillierend hin und her bewegt wird.
• Um den in 3a zu sehenden Anstieg des hydrostatischen Drucks zu eliminieren, kann der hydrostatische Druck p_s beispielsweise als der Druck p_hyd(n, t= t_B) zum Beginn-Zeitpunkt t_B bestimmt werden. Alternativ kann aus der Zahl n der Pumpzyklen, dem Volumen an gefördertem Beton pro Pumpzyklus und dem Innendurchmesser der Betondruckleitung 16 sowie einem Neigungswinkel von Armen des Knick-Verteilermasts 18 berechnet werden, wie hoch der Beton in der Betondruckleitung steht. Daraus kann ein Hydrostatikdruckparameter in Form des hydrostatischen Drucks p_s berechnet werden. Alternativ kann der Hydrostatikdruckparameter beispielsweise mittels eines Drucksensors in der Betonpumpe oder in der Betondruckleitung gemessen werden
• Bezugszeichenliste

10

Betonpumpe

12

Autobetonpumpe

14

Fahrgestell

16

Betondruckleitung

18

Knick-Verteilermast

20

Motor

21

Ausgabeöffnung

22

Beton

24

Aufgabetrichter

26

Rührwerkzeug

28

erster Pumpzylinder

30

erster Kolben

32

zweite Pumpzylinder

34

zweiter Kolben

36

S-Rohrweiche

38.1, 38.2

Schaltzylinder

40

erster Hydraulikzylinder

42

Hydraulikpumpe

44

erster Druckmesser

46

zweiter Hydraulikzylinder

48

zweiter Druckmesser

49

Antrieb

50

Steuereinheit

E

Entmischungsparameter

E'

zweiter Entmischungsparameter

E1

erste Entmischungsparameterkomponente

E2

zweite Entmischungsparameterkomponente

G1

erste Ausgleichsgerade

G2

zweite Ausgleichsgerade

H

Anzahl der Betonförderungsrichtungswechsel

n

Laufindex

phyd

erster Hydraulikdruck, erster Kraftparameter

p'hyd

zweiter Hydraulikdruck, zweiter Kraftparameter

Δphyd

Kraftzunahmeparameter

Aphyd(n)

Kraftzunahmeparameterwert

ps

Hydrostatikdruckparameter

P

Pfeil

Q

Quotient, Entmischungsparameter

q

Quotient, Entmischungsparameter

R

Förderrichtung

S

vorgegebener Schwellenwert

t

Zeit

tB

Beginn-Zeitpunkt

tE

End-Zeitpunkt

Claims (10)

1. Verfahren zum Betreiben einer Betonpumpe (10), die (a) einen Pumpzylinder(28) zum Pumpen von Beton (22) und (b) einen Antrieb (49) zum Antreiben des Pumpzylinders (28) aufweist, mit den Schritten (i) Erfassen eines Kraftparameters (p_hyd), der eine Kraft kodiert, die der Antrieb (49) auf den Pumpzylinder (28) ausübt, (ii) Berechnen eines Kraftzunahmeparameters (Δp_hyd), der eine Zunahme der Kraft während eines Pumpzyklus beschreibt, aus zumindest zwei Kraftparameterwerten (p_hyd(t_B), p_hyd(t_E)) des Kraftparameters (p_hyd) in jeweils einem Pumpzyklus des Pumpzylinders (28), (iii) Berechnen eines Entmischungsparameters (E) aus Kraftzunahmeparameterwerten (Δp_hyd(t_B), Δp_hyd(t_E)) des Kraftzunahmeparameters (Δp_hyd) zweier unterschiedlicher Pumpzyklen und (iv) Ausgeben einer Warnmeldung, wenn der Entmischungsparameter (E) außerhalb eines vorgegebenen Soll-Intervalls liegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Berechnen des Entmischungsparameters (E) ein (a) Berechnen einer ersten Entmischungsparameterkomponente (E₁) durch (i) Berechnen einer Ausgleichsgeraden (G1) durch zumindest zwei Kraftzunahmeparameterwerte (Δp_hyd(n)) jeweils unterschiedlicher Pumpzyklen und (ii) Berechnen der ersten Entmischungsparameterkomponente (E₁) aus der Ausgleichsgeraden (G1) und dem aktuellen Kraftzunahmeparameterwert (Δp_hyd) und/oder (b) Berechnen einer zweiten Entmischungsparameterkomponente (E₁) aus dem aktuellen Kraftzunahmeparameter (Δp_hyd) und einem Interperzentilabstand aller Kraftzunahmeparameterwerte (p_hyd,1, p_hyd,2), wobei zumindest drei Perzentile vorhanden sind.
3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass (a) der Entmischungsparameter (E) dem Quotient aus (i) einem Mittelwert aus zumindest zwei Kraftparameterwerten (p_hyd(t_B), p_hyd(t_E)) des Kraftparameters (p_hyd) in jeweils einem Pumpzyklus des Pumpzylinders (28) als Nenner und (ii) dem aktuellen Kraftzunahmeparameterwert (Δp_hyd) als Zähler entspricht und (b) eine untere Grenze des Soll-Intervalls zumindest 2 beträgt.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Berechnen des Entmischungsparameters (E) die folgenden Schritte umfasst: (a) Bestimmen eines Hydrostatikdruckparameters, der einen hydrostatischen Druckanteil des Betondrucks des Betons (22) am Ort des Pumpzylinders (28) beschreibt, und (b) Korrigieren des Kraftzunahmeparameters (Δp_hyd) oder des Kraftparameters (p_hyd) um den Hydrostatikdruckparameter (p_s), sodass der Entmischungsparameter (E) einen Strömungswiderstand des Betons (22) beschreibt.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch den Schritt: aufgrund der Warnmeldung zumindest zeitweises Rückfördern des Betons (22) entgegen einer Förderrichtung (R), insbesondere oszillierendes Bewegen des Betons (22).
6. Verfahren nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch die Schritte (a) nach dem Rückfördern Fördern des Betons (22) in Förderrichtung (R), (b) Berechnen des Entmischungsparameters (E) aus zumindest einem Kraftzunahmeparameter (Δp_hyd) eines Pumpzyklus nach dem Rückfördern und zumindest einem Kraftzunahmeparameter (Δp_hyd), der nicht einem Pumpzyklus nach dem Rückfördern zugeordnet ist, und (c) wenn der Entmischungsparameter (E) außerhalb des Soll-Intervalls liegt, zumindest zeitweises Rückfördern des Betons (22) und wenn der Entmischungsparameter (E) innerhalb des Soll-Intervalls liegt, Fördern des Betons (22) in Förderrichtung (R).
7. Betonpumpe (10), insbesondere Autobetonpumpe (12), die (a) einen Pumpzylinder (28) zum Pumpen von Beton (22), (b) einen Antrieb (49) zum Antreiben des Pumpzylinders (28), (c) einen Kraftparametermesser zum Messen eines Kraftparameters (p_hyd), der eine Kraft kodiert, die der Antrieb (49) auf den Pumpzylinder (28) ausübt, und (d) eine Steuereinheit (50) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass (e) die Steuereinheit (50) ausgebildet ist zum automatischen Durchführen eines Verfahrens gemäß einem der vorstehenden Ansprüche.
8. Betonpumpe (10) nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch (a) einen zweiten Pumpzylinder (32), der antizyklisch zum ersten Pumpzylinder (28) arbeitet und mit dem ersten Pumpzylinder (28) eine Doppelkolbenpumpe bildet, und (b) eine S-Rohrweiche (36), (c) wobei die Steuereinheit (50) ausgebildet ist zum automatischen Durchführen eines Verfahrens mit den Schritten (i) Erfassen eines zweiten Kraftparameters (p'_hyd), der eine zweite Kraft kodiert, die der Antrieb (49) auf den zweiten Pumpzylinder (32) ausübt, (ii) Berechnen eines Zweit-Kraftzunahmeparameters (Δp'_hyd), der eine Zunahme der zweiten Kraft während eines Pumpzyklus beschreibt, aus zumindest zwei zweiten Kraftparameterwerten (p'_hyd) des zweiten Kraftparameters (p'_hyd) in jeweils einem Pumpzyklus des zweiten Pumpzylinders (32), (iii) Berechnen eines zweiten Entmischungsparameters (E') aus Zweit-Kraftzunahmeparameterwerten (Δp'_hyd(t_B), Δp'_hyd(t_E)) des Zweit-Kraftzunahmeparameters (Δp'_hyd) zweier unterschiedlicher Pumpzyklen und (iv) Ausgeben einer Warnmeldung, wenn der zweite Entmischungsparameter (E) außerhalb eines vorgegebenen zweiten Soll-Intervalls liegt oder der erste Entmischungsparameter (E) außerhalb des ersten Soll-Intervalls liegt.
9. Autobetonpumpe (12), gekennzeichnet durch (a) eine Betonpumpe (10) nach Anspruch 7, (b) ein Fahrgestell (14) zum autonomen Bewegen der Betonpumpe (10), (c) eine Betondruckleitung (16) zum Leiten von Beton (22), die zumindest zwei Rohrbögen aufweist, (d) einen Knick-Verteilermast (18), an dem die Betondruckleitung (16) befestigt ist, zum Abgeben von Beton (22) an einer vorgebbaren Stelle (e) wobei der Antrieb (49) ein hydraulischer Antrieb (49) ist, der zumindest einen Antriebszylinder zum Antreiben des Pumpzylinders (28) hat, (f) wobei der Kraftparameter (p_hyd) einen Hydraulikdruck beschreibt, der am Antriebszylinder anliegt.
10. Autobetonpumpe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (50) ausgebildet ist zum automatischen (a) Berechnen des Entmischungsparameters (E) anhand der Kraftzunahmeparameterwerte (p_hyd,1, p_hyd,2) von nur dem ersten Pumpzylinder (28) und/oder (b) Berechnen einer Zunahme eines zweiten Entmischungsparameters (E) aus den Kraftzunahmeparameter (Δp_hyd) zweier unterschiedlicher Pumpzyklen des zweiten Pumpzylinders (32) und (c) Ausgeben der Warnmeldung, wenn die Zunahme des eines der Entmischungsparameter (E) oberhalb des vorgegebenen Schwellenwerts liegt oder Ausgeben der Warnmeldung, wenn die Zunahme beider Entmischungsparameter (E) oberhalb des vorgegebenen Schwellenwerts liegt.

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