DE19811344C2 - Betonverdichtungsanordnung mit Schwingungssensor und Steuerung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Betonverdichtungsanordnung gemäß dem Oberbe­ griff von Patentanspruch 1.

Eine derartige Anordnung dient zum Verdichten von noch plastisch verform­ barem Beton, der zur Erzeugung von Betonteilen in eine Schalung eingefüllt worden ist. An der Schalung sind mindestens eine, üblicherweise aber mehrere Rütteleinheiten befestigt, die häufig jeweils einen Außenrüttler aufweisen. Ein derartiger Außenrüttler besteht üblicherweise aus einem Motor, der ein oder mehrere aus Fliehgewichten bestehende Unwuchten antreibt und dadurch eine Schwingung erzeugt, die über eine starre Verbindung auf die Schalung über­ tragen wird. Durch das Rütteln der Schalung kann der Beton in der gewünsch­ ten Weise verdichtet werden.

Üblicherweise werden an Schalungen für größere Betonteile eine bestimmte Anzahl von Außenrüttlern angeordnet, die alle mit einem gemeinsamen Frequenzumformer gekoppelt sind, der für die angeschlossenen Elektromotoren eine elektrische Wechselspannung mit der gewünschten Frequenz bereitstellt.

In der Praxis tritt häufig das Problem auf, daß bestimmte Bereiche der Scha­ lung und damit Teile des Betons nicht ausreichend gerüttelt und dadurch ver­ dichtet werden. Wenn der Bediener dieses Problem erkannt hat, erhöht er übli­ cherweise die vom Frequenzumformer bereitgestellte Spannungsfrequenz. Die Frequenzerhöhung betrifft allerdings alle angeschlossenen Außenrüttler gleich­ zeitig, unabhängig davon, ob sich die Rüttler in der Nähe des bisher schwach erregten Betons oder an einer Stelle mit bereits starker Erregung befinden. Dies führt zu einer erheblichen Lärm- und Materialbelastung, die sowohl für die Bediener als auch für die Schalung nachteilig ist.

Aus der DE 195 42 868 A1 ist eine Betonverdichtungsanordnung mit zwei an einer Schalung befestigten und jeweils eine Schwingungserzeugungseinrichtung aufweisenden Rütteleinheiten bekannt.

Die Schwingung der Schalung wird jeweils durch an den Rütteleinheiten befe­ stigte Beschleunigungssensoren erfaßt und an eine gemeinsame Signalverarbei­ tungseinheit weitergeleitet. An die Signalverarbeitungseinheit ist eine Daten­ verarbeitungslogik angeschlossen, die aus den Meßwerten und aus abgespei­ cherten Vergleichswerten eine Prognose über die zu erwartende Produktqualität der Betonformteile erstellt.

Die für alle Rütteleinheiten maßgebliche zentrale Steuerung erfordert im Vor­ feld eine sehr genaue Ermittlung der im Betrieb möglichen Parameter. Für die­ sen Zweck wird z. B. die Abspeicherung eines Expertenkatalogs vorgeschlagen. Die Anpassung der Verdichtungsanordnung für verschiedene Formteile bzw. der Betrieb von mehr als zwei Rütteleinheiten erfordert somit einen ganz erheb­ lichen Aufwand für die Festlegung des Expertenkatalogs.

Eine ähnliche Anordnung ist aus der DE 297 12 242 U1 bekannt. Dort ist je­ doch eine individuelle Frequenzänderung einzelner Rüttler nicht vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Betonverdichtungsanordnung anzugeben, bei der nur solche Bereiche der Schalung stärker erregbar sind, die bis dahin noch nicht mit der gewünschten Stärke schwingen, wobei eine flexi­ ble und einfache Anpassung der Betonverdichtungsanordnung an verschiedene Schalungsgeometrien und eine verschiedene Anzahl von Außenrüttlern anzu­ streben ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Betonverdichtungsanordnung mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterentwick­ lungen der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.

Erfindungsgemäß sind mehrere Rütteleinheiten vorgesehen, die jeweils eine ei­ gene Schwingungserzeugungseinrichtung, einen eigenen Beschleunigungssen­ sor, einen eigenen Frequenzumformer und eine eigene Steuerung aufweisen. Dadurch kann die Schwingungsstärke an den einzelnen Stellen der Schalung sehr genau und individuell durch Ansteuern der einzelnen Rütteleinheiten er­ folgen. Um eine Koordination der Steuerungen zu ermöglichen, sind bei einer vorteilhaften Weiterentwicklung die Steuerungen der jeweiligen Rütteleinheiten über eine Datenleitung miteinander gekoppelt. Die Datenleitung kann auch mit einem gemeinsamen Leitrechner verbunden sein, der zur individuellen Ansteue­ rung der Rütteleinheiten dient.

Durch die erfindungsgemäße Lösung ist es möglich, über den Beschleunigungs­ sensor die an der Schalung wirkende Schwingung zu erfassen. Ein der Schwin­ gung entsprechender, sich permanent ändernder Beschleunigungswert wird an die Steuerung geliefert, die entsprechend die Betriebsparameter der Schwin­ gungserzeugungseinrichtung variieren kann, um an der Schalung die gewünschte Schwingung zu erzeugen. So ist es zum Beispiel möglich, daß die Steuerung die Frequenz der Schwingungserzeugungseinrichtung erhöht, wenn der Beschleunigungssensor eine zu niedrige Schwingung der Schalung detek­ tiert hat.

Durch Ansteuern des Frequenzumformers mittels der Steuerung ist es in einfa­ cher Weise möglich, die Schwingungsfrequenz der Schwingungserzeugungsein­ richtung zu variieren.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Be­ schleunigungssensor an der Schwingungserzeugungseinrichtung oder an der Schalung befestigt. Damit ist es möglich, daß der Beschleunigungssensor ent­ weder die Schwingung direkt an der Schalung oder - aufgrund einer starren Befestigung der Schwingungserzeugungseinrichtung an der Schalung - an der die gleiche Schwingung wie die Schalung erfahrenden Schwingungserzeugungs­ einrichtung abgreifen kann.

Als Sollwerte für die an den Rütteleinheiten vorgesehenen Einzelsteuerungen eignen sich die Frequenz der Schwingungserzeugungseinrichtung, eine Soll- Beschleunigung oder ein zulässiger Regelbereich innerhalb dem die Einzel­ steuerung in Abhängigkeit von dem gemessenen Schwingungssignal die Schwingungserzeugungseinrichtung ansteuern kann.

Diese und weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden nachfolgend anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die Figur näher erläutert. Die Figur zeigt schematisch den Aufbau einer erfindungsgemäßen Betonverdich­ tungsanordnung.

Eine erfindungsgemäße Betonverdichtungsanordnung weist mehrere Rüttelein­ heiten 1 auf, die jeweils an einer ebenfalls nur schematisch dargestellten und zur Aufnahme von flüssigem Beton dienenden Schalung 2 angeordnet sind. Die Rütteleinheiten 1 bestehen jeweils aus einem als Schwingungserzeugungsein­ richtung dienenden, an der Schalung 2 starr befestigten Außenrüttler 3 sowie einem Frequenzumformer 4, einem Beschleunigungssensor 5 und einer Steue­ rung 6. Zur Vereinfachung der Darstellung wird in der Figur nur der Aufbau von einer der Rütteleinheiten 1 gezeigt.

Der an sich bekannte Außenrüttler 3 besteht im wesentlichen aus einem Elek­ tromotor und einem oder zwei von dem Motor angetriebenen Fliehgewichten, die bei Drehung die erforderliche Unwucht zur Erzeugung der gewollten Schwingungen bewirken. Um die Schwingungen möglichst verlustfrei auf die Schalung 2 zu übertragen, muß der Außenrüttler 3 mit der Schalung 2 starr verbunden sein. Wie bereits beschrieben, ist der Außenrüttler 3 als solcher be­ kannt, so daß auf eine weitere Beschreibung sowie eine Darstellung in der Figur verzichtet wird.

Um die Schwingungsfrequenz einstellen zu können, ist dem Elektromotor des Außenrüttlers 3 ein Frequenzumformer 4 vorgeschaltet, der in bekannter Weise mit dem Stromnetz verbunden ist. Der Frequenzumformer 4 wandelt die Netz­ frequenz in eine für den Außenrüttler 3 geeignete Spannungsfrequenz um. Wäh­ rend es bekannt ist, alle mit der Schalung 2 verbundenen Außenrüttler 3 durch einen Frequenzumformer 4 zu speisen, ist erfindungsgemäß für jeden Außen­ rüttler 3 ein eigener Frequenzumformer 4 vorgesehen.

In der Figur ist der Frequenzumformer 4 direkt an dem Außenrüttler 3 angeord­ net. Je nach Ausführungsform kann es jedoch auch zweckmäßig sein, den Frequenzumformer 4 in einem nicht dargestellten, separaten Schaltschrank, abseits des Außenrüttlers 3, vorzusehen.

Bestandteil der Rütteleinheit 1 ist auch der Beschleunigungssensor 5, der vorzugsweise entweder an dem Außenrüttler 3 oder direkt auf der Schalung 2 angebracht wird, um möglichst präzise die erzeugte Schwingung erfassen zu können. Der Beschleunigungssensor 5 registriert die durch die Schwingung her­ vorgerufenen und auf die Schalung 2 wirkenden Beschleunigungen und erzeugt daraus ein Signal, das an die Steuerung 6 weitergeführt wird.

Die Steuerung 6 kann - je nach Ausgestaltung der Erfindung - auch als Regelung realisiert sein, die aufgrund der vom Beschleunigungssensor 5 gemes­ senen Beschleunigungswerte und einer entsprechenden Sollwert-Vorgabe den Frequenzumformer 4 ansteuert. Als Parameter eignen sich außer der gemesse­ nen Schwingungsfrequenz auch die gemessenen Beschleunigungswerte. In der Steuerung 6 kann ein zulässiger Regelbereich oder auch ein Kennfeld abgespei­ chert sein, mit Hilfe dessen die Steuerung 6 unter Berücksichtigung des Signals vom Beschleunigungssensor 5 den Betrieb des Außenrüttlers 3 beeinflußt.

Wenn mehrere Rütteleinheiten 1 an der Schalung 2 befestigt sind, kann es gemäß einer Ausführungsform der Erfindung besonders vorteilhaft sein, wenn die Rütteleinheiten 1 bzw. ihre jeweiligen Steuerungen 6 über eine Datenleitung 7 miteinander gekoppelt sind. Über die beispielsweise als Datenbus ausgeführte Datenleitung 7 können die Steuerungen 6 miteinander Informationen austau­ schen und sich gegenseitig über bestimmte Betriebszustände informieren.

Bei der in der Figur dargestellten, besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Datenleitung 7 noch mit einem Leitrechner 8 gekoppelt, über den zentral jede einzelne der Steuerungen 6 ansteuerbar ist. Vom Leitrechner 8 werden jeder Steuerung 6 die zu dem entsprechenden Fertigungsschritt beim Erzeugen der Betonteile erforderlichen Betriebsparameter in Form von Soll­ werten zugeführt. Der Leitrechner 8 gibt z. B. jeder einzelnen Steuerung 6 vor, mit welcher Frequenz zu diesem Zeitpunkt der Außenrüttler 3 laufen soll, bzw. welche Beschleunigungswerte erreicht werden sollen. Dazu kann der Leitrechner 8 auch einen entsprechenden zulässigen Regelbereich an die Steuerung 6 über­ mitteln, innerhalb dem die Steuerung 6 autark, entsprechend dem abgelegten Steuerprogramm den Außenrüttler 3 ansteuert.

Der Leitrechner 8 ermöglicht es, beim Füllen des flüssigen Betons in die durch die Schalung 2 bestimmte Form die Rütteleinheiten 1 zunächst mit niedriger Frequenz zu fahren, um eine übermäßige Lärmerzeugung zu vermeiden. Beim anschließenden Verdichtungsprozeß wird durch den Leitrechner 8 die Frequenz der Außenrüttler 3 erhöht. Über die jeweiligen Beschleunigungssensoren 5 ermittelt jede lokale Steuerung 6, ob der zugeordnete Außenrüttler 3 die erfor­ derliche Beschleunigung an der Schalung 2 erreicht. Reicht die gemessene Beschleunigung nicht aus, erhöht die Steuerung 6 die Frequenz des Außenrütt­ lers 3 über den Frequenzumformer 4. Bei zu großer Beschleunigung hingegen wird die Frequenz vermindert.

Je nach Motortyp des Außenrüttlers 3 ist es auch möglich, bei konstanter Frequenz die Stellung der Rotoren bzw. Fliehgewichte zueinander und damit die auf die Schalung wirkenden Kräfte bzw. Beschleunigungen zu beeinflussen. Die Relativstellung der Rotoren beeinflußt in bekannter Weise den Schwerpunkt der Unwucht und damit die Stärke des resultierenden Kraftvektors zum jeweiligen Zeitpunkt.

Da die erfindungsgemäße Betonverdichtungsanordnung für die verschiedensten Arten von Schwingungserzeugungseinrichtungen realisierbar ist, ist es offen­ sichtlich, daß in einigen Fällen kein Frequenzumformer 4 erforderlich ist, wenn die auf die Schalung 2 wirkende Schwingung mit Hilfe der Steuerung 6 auch auf andere Weise beeinflußt werden kann. Das oben beschriebene Beispiel dient daher nur zur Erläuterung der Erfindung, nicht jedoch zur Einschränkung des Schutzumfangs.

Claims (7)

1. Betonverdichtungsanordnung zum Verdichten von plastisch verformbarem Beton in einer Schalung (2), mit mindestens zwei an der Schalung (2) befestigten Rütteleinheiten (1), die jeweils
eine Schwingungserzeugungseinrichtung (3),
einen Beschleunigungssensor (5) zum Generieren eines einer von der Schwingungserzeugungseinrichtung (3) an der Schalung (2) erzeugten Schwin­ gung entsprechenden Signals,
eine von dem Signal beaufschlagbare Steuerung (6) zum Einstellen von Betriebsparametern der Schwingungserzeugungseinrichtung (3), sowie
einen von der Steuerung (6) beaufschlagbaren Frequenzumformer (4) für die Schwingungserzeugungseinrichtung (3) aufweisen.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwin­ gungserzeugungseinrichtung ein Außenrüttler (3) ist.

3. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Beschleunigungssensor (5) an der Schwingungserzeugungs­ einrichtung (3) oder an der Schalung (2) befestigt ist.

4. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Steuerungen (6) der jeweiligen Rütteleinheiten (1) über eine Datenleitung (7) miteinander gekoppelt sind.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steue­ rungen (6) der jeweiligen Rütteleinheiten (1) über einen an die Datenleitung (7) angeschlossenen Leitrechner (8) ansteuerbar sind.

6. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Steuerungen (6) durch Sollwerte beaufschlagbar sind.

7. Anordnung nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollwerte über den Leitrechner (8) eingebbar sind.