DE19913077A1 - Innenrüttler mit Meßsystem - Google Patents

Abstract

Ein Innenrüttler zur Betonverdichtung weist eine Messeinrichtung zum Erfassen von Betriebsparametern, z. B. der Bewegung einer eine Schwingungserzeugungseinrichtung aufnehmenden Rüttelflasche (2) oder einer Leistungsaufnahme eines zu der Schwingungserzeugungseinrichtung gehörigen Elektromotors auf. Dazu eignen sich auch zwei Beschleunigungsaufnehmer (6), mit denen Beschleunigungswerte der Rüttelflasche (2) im zu verdichtenden Beton ermittelt werden können, was Rückschlüsse auf das Verdichtungsergebnis ermöglicht. Die Messwerte der Beschleunigungsaufnehmer (6) sowie einer Leistungsmesseinrichtung werden von einer Auswerteschaltung ausgewertet und können über eine Anzeige (9) an den Bediener weitergegeben werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Innenrüttelvorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Es ist bekannt, daß Frischbeton nach dem Einbringen in eine Schalung ver­ dichtet werden muß, um ein bestimmtes Raumgewicht unter Vermeidung von Gasporen oder sogenannten "Kiesnestern" zu vermeiden. Eine 10% geringere Dichte des Betons hat bereits eine Halbierung der Druckfestigkeit zur Folge. Eine übermäßige Verdichtung des Betons jedoch kann zu einer Entmischung des Betons mit zonenweiser Anreicherung von Zementleim führen.

Größere Betonschüttungen werden üblicherweise manuell unter Verwendung von Vibratoren bzw. Rüttlern, wie z. B. Schlauch- oder Stabrüttlern, verdichtet. Derartige Rüttler sind Innenrüttler, bei denen im Innern einer in den Frischbeton eintauchenden Rüttelflasche eine Unwucht über einen Elektromotor angetrieben wird, wodurch Schwingungen entstehen, die den Beton verdichten. Während der Baustoff-Beton vielfältigen und strengen Qualitätskontrollen unter­ liegt, ist jedoch das fachgerechte Verdichten des Betons erheblich von den individuellen Fähigkeiten des Bedieners der Innenrüttler abhängig. Er allein bestimmt, ob ein optimales und gleichmäßiges Verdichtungsergebnis erhalten wird. Da aber die individuellen Fähigkeiten verschiedener Bediener naturgemäß sehr unterschiedlich sein können, kann auch die Verdichtungsqualität erheblich streuen, was in bestimmten Fällen zu einem ungenügenden Verdichtungs­ ergebnis und damit zu nicht ausreichender Betonfestigkeit führt.

In zahlreichen Studien wurde bereits die Vielfalt von Einflußfaktoren auf das Verdichtungsergebnis dargelegt. Entscheidende Größen sind dabei der m . r- Wert der Unwucht (Masse . Radius), die Beschleunigung der die Unwucht und den Antriebsmotor aufnehmenden Rüttelflasche, die Frequenz, die aufgenomme­ ne elektrische Leistung, die Wegamplitude und die Energie des einzelnen Stoßes.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Innenrüttelvorrichtung anzu­ geben, die es dem Bediener - unabhängig von seinen individuellen Fähigkeiten - ermöglicht, die Qualität seiner Verdichtungsarbeit einzuschätzen.

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

Die erfindungsgemäße Innenrüttelvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Meßeinrichtung zum Erfassen von wenigstens einem Betriebsparameter der Innenrüttelvorrichtung vorgesehen ist, wobei der Betriebsparameter ein Parame­ ter aus der Gruppe Bewegung der Rütteleinheit, Schwingungsamplitude der Rütteleinheit, Schwingungsfrequenz der Rütteleinheit, Leistungsaufnahme des Elektromotors, Drehzahl des Elektromotors, elektrische Anregungsfrequenz des Elektromotors und Wicklungstemperatur eines Stators des Elektromotors ist.

Wie bereits dargelegt, hängt die Verdichtungswirkung von zahlreichen Größen ab, von denen jedoch nur einige meßbar sind. Außer der Beschleunigung der üblicherweise in Form einer Rüttelflasche realisierten Rütteleinheit im Frischbeton gehören dazu die vom Antriebsmotor aufgenommene elektrische Leistung und seine Drehzahl sowie nicht veränderliche Größen wie der m . r- Wert und die Rüttelflaschenmasse. Die definierten Betriebsparameter über­ schneiden sich teilweise. So kann zum Beispiel aus der Schwingungsamplitute und der Schwingungsfrequenz der Rütteleinheit auf die Bewegung, insbesondere die Beschleunigung der Rütteleinheit geschlossen werden. Die Leistungsaufnah­ me des Elektromotors wird im wesentlichen - unter Annahme einer konstanten Spannung - durch den fließenden Strom bestimmt.

Die Meßeinrichtung wird vorteilhafterweise durch eine Auswerteschaltung be­ trieben.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Meßeinrichtung wenigstens eine in der Rütteleinheit vor­ gesehene Bewegungsmeßeinrichtung aufweist. Durch die Aufnahme der Bewe­ gungsmeßeinrichtung, vorzugsweise eines Beschleunigungsaufnehmers, in die Rütteleinheit kann die Bewegung der Rütteleinheit direkt erfaßt werden, woraus sich Rückschlüsse auf die Verdichtungswirkung ziehen lassen. Sofern die Be­ schleunigung der Rütteleinheit gemessen wird, kann über Integrationen auch die Geschwindigkeit sowie der Bewegungsweg der Rüttelflasche ermittelt wer­ den.

Vorteilhafterweise ist die Auswerteschaltung in der von der Rütteleinheit ge­ trennten Schaltungseinheit vorgesehen, speist die Bewegungsmeßeinrichtung und wertet deren Signale aus. Da die Schaltungseinheit mit der Rütteleinheit lediglich elastisch verbunden ist, werden schädigende Einflüsse auf die Elektro­ nik der Auswerteschaltung durch die in der Rütteleinheit erzeugten Schwingun­ gen vermieden.

Vorteilhafterweise ist die Schaltungseinheit zusammen mit einem Netzschalter und einem Frequenzumformer in einem Schaltergehäuse zusammengefaßt. Der Frequenzumformer dient dazu, die Netzfrequenz in eine für den Antriebsmotor in der Rüttelflasche erforderliche höhere Frequenz zu wandeln.

Wenn in der Rütteleinheit zwei Beschleunigungsaufnehmer vorgesehen sind, deren Meßrichtungen zueinander und zu einer Längsachse der Rütteleinheit senkrecht stehen, kann der Verlauf von Schwingungen in sämtlichen Richtun­ gen senkrecht zur Längsachse erfaßt werden.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung weist die Meßeinrichtung eine mit der Auswerteschaltung gekoppelte Leistungsmeßeinrichtung zum Ermitteln der von der Schwingungserzeugungseinrichtung, d. h. vom Antriebs­ motor, aufgenommenen elektrischen Leistung auf. Die Leistungsmessung kann zum Beispiel durch Messung des von dem Elektromotor aufgenommenen Stroms erfolgen. Sie läßt ebenfalls Rückschlüsse auf das Verdichtungsergebnis zu.

Wenn darüber hinaus auch noch der Beschleunigungsaufnehmer in der Rüttel­ einheit vorgesehen ist, können die Meßwerte der Leistungsmeßeinrichung und die des Beschleunigungsaufnehmers zusammen von geeigneten Algorithmen ver­ arbeitet werden. Dadurch wird das Maßergebnis zusätzlich präzisiert.

Durch die Auswerteschaltung kann über eine optische und/oder akustische Anzeige ein Signal an den Bediener gegeben werden, wenn seine Verdichtungs­ arbeit ein Ergebnis in einem optimalen Bereich erzielt hat. Umgekehrt kann bei Nichterreichen der erforderlichen Verdichtung ein Warnsignal abgegeben wer­ den. Bei Feststellung von Meßergebnissen außerhalb eines vorgegebenen Berei­ ches kann die Innenrüttelvorrichtung auch automatisch in einen sicheren Stand-By-Zustand gehen oder anderweitig inaktiviert werden.

Diese und weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden nachfolgend unter Zuhilfenahme der einzigen Figur anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert. Die Figur zeigt einen auch als Schlauchrüttler bezeichneten Innen­ rüttler. Alternativ dazu sind auch Handstockrüttler oder Stabrüttler bekannt, die meist mit einem Handgriff zur Bedienung ausgestattet sind und eine erheb­ lich kürzere Baulänge aufweisen.

Der Schlauchrüttler weist eine von einem Schutzschlauch 1 gehaltene Rüttelfla­ sche 2 auf. Am anderen Ende des mitunter eine Länge von mehreren Metern aufweisenden Schutzschlauchs 1 ist ein als Schaltungseinheit dienendes Schaltergehäuse 3 vorgesehen, von dem wiederum ein Netzkabel 4 abgeht.

Der Innenrüttler wird vom Bediener an dem Bedien- und Schutzschlauch 1 gehalten. Bei den bereits erwähnten Handstock- oder Stabrüttlern ist dagegen zur Bedienung ein Handgriff vorgesehen, in dem das Schaltergehäuse 3 inte­ griert sein kann.

In der als Rütteleinheit dienenden Rüttelfiasche 2 ist ein Elektromotor vorgese­ hen, der in an sich bekannter Weise eine ebenfalls in der Rüttelflasche 2 ange­ ordnete Unwucht antreibt, wodurch die gewünschten Schwingungen der Rüttel­ flasche 2 entstehen.

In dem Schaltergehäuse 3 ist außer einem Netzschalter 5 ein nicht dargestellter Frequenzumformer angeordnet, der die über das Netzkabel 4 zugeführte elektri­ sche Netzfrequenz auf einen höheren Frequenzwert wandelt, der für den Betrieb des Elektromotors erforderlich ist. Üblich sind dabei Werte von 200 Hertz.

Da der vorstehende Schlauchrüttler im wesentlichen bekannt ist, wird auf eine detailliertere Beschreibung verzichtet.

Bei dem erfindungsgemäßen Schlauchrüttler sind in der Rüttelflasche 2 zwei als Bewegungsmeßeinrichtungen dienende Beschleunigungsaufnehmer 6 derart angeordnet, daß ihre Meßrichtungen 7 senkrecht zu einer Längsachse 8 der Rüttelflasche 2 stehen. Zudem stehen auch die beiden Meßrichtungen 7 senk­ recht zueinander, so daß durch die Beschleunigungsaufnehmer 6 Schwingungen in einer Ebene senkrecht zu der Längsachse 8 erfaßt werden können.

Bei den Beschleunigungsaufnehmern 6 handelt es sich um miniaturisierte Bauelemente, wie sie z. B. aus der Fahrzeugtechnik bei Airbag-Steuerungen oder Fahrzeugstabilisierungssystemen bekannt sind. Dadurch bauen die Beschleunigungsaufnehmer 6 sehr klein, so daß die Rüttelflasche 2 durch die Aufnahme der Beschleunigungsaufnehmer 6 nicht grundsätzlich neu gestaltet werden muß.

Im Schaltergehäuse 3 ist eine nicht dargestellte Auswerteschaltung unter­ gebracht, die mit den Beschleunigungsaufnehmern 6 in Verbindung steht und somit diese nicht nur mit elektrischer Energie speist, sondern auch die von den Beschleunigungsaufnehmern abgegebenen Signale erfaßt und auswertet.

In der Auswerteschaltung sind Auswertealgorithmen abgelegt, mit deren Hilfe die von den Beschleunigungsaufnehmern 6 gelieferten Meßergebnisse ausgewer­ tet werden können. Zu diesem Zweck kann auch ein Speicher vorgesehen sein, in dem bestimmte Kennfelder oder Algorithmen gespeichert sind. Die Auswerte­ algorithmen und Kennfelder kann der Fachmann durch Vorversuche ermitteln, bei denen in Abhängigkeit von dem Verdichtungsergebnis die entsprechenden Größen in Relation gesetzt werden.

Die Auswerteschaltung läßt sich vorteilhafterweise in Form eines neuronalen Netzwerks oder einer Fuzzy-Logik realisieren, um die Meßsignale in Echtzeit weiterzuverarbeiten und eine gewisse Lernfähigkeit für das Gerät zu ermög­ lichen. Selbstverständlich kann die Auswerteelektronik auch mit klassischen Steuer- und Regelbausteinen aufgebaut sein.

Außer in dem Schaltergehäuse 3 kann die Auswerteschaltung auch direkt in der Rüttelflasche 2 oder an anderen Stellen untergebracht sein, wobei jedoch das Schaltergehäuse 3 den Vorteil hat, weitgehend schwingungsfrei zu sein, was den elektronischen Bauteilen zugute kommt.

Zur Erhöhung der Meßgenauigkeit kann eine vorteilhafterweise ebenfalls im Schaltergehäuse 3 untergebrachte Leistungsmeßeinrichtung vorgesehen werden, die die von der Schwingungserzeugungseinrichtung, d. h. dem Elektromotor, aufgenommene elektrische Leistung ermittelt, die ebenfalls ein Einflußkriterium auf die Verdichtungswirkung des Rüttlers ist. Die Leistungsmeßeinrichtung ist mit der Auswerteschaltung verbunden, wobei die Meßsignale durch geeignete Algorithmen verarbeitet werden.

Wenn die Auswerteschaltung feststellt, daß die gemessenen Größen in einem bestimmten Bereich liegen bzw. einen bestimmten Verlauf nehmen, was darauf hindeutet, daß das Verdichtungsresultat zu diesem Zeitpunkt optimal ist, gibt sie über eine Anzeige 9 ein optisches Signal an den Bediener. Die Anzeige 9 kann beispielsweise durch ein rotes und ein grünes Lämpchen realisiert sein, wobei im Falle einer nicht ausreichenden Verdichtungswirkung das rote Lämp­ chen und nach Erreichen des gewünschten Verdichtungserfolges das grüne Lämpchen zum Aufleuchten gebracht wird. Eine andere Anzeigemöglichkeit besteht darin, einen Leuchtbalken anzusteuern, dessen Länge oder Helligkeit je nach Verdichtungsergebnis variiert. Darüber hinaus ist es ebenfalls möglich, den Bediener akustisch über den jeweiligen Bearbeitungszustand zu informie­ ren. Selbstverständlich sind zahlreiche weitere Möglichkeiten denkbar, mit denen das Ergebnis der Auswertung der Meßgrößen mitgeteilt bzw. weiter­ verwendet werden kann. Jedoch ist zu beachten, daß der Innenrüttler üblicher­ weise harten Baustellenbedingungen ausgesetzt wird, so daß eine gewisse Robustheit in jedem Fall anzustreben ist.

Durch die Erfindung wird ein sensitiver Innenrüttler angegeben, mit dem es möglich ist, Rückwirkungen auf die Rüttelflasche, die sich durch eine Änderung im Gefüge des Frischbetons und damit aufgrund der Verdichtungstätigkeit ergeben, zu ermitteln. Dadurch wird es möglich, dem Bediener unabhängig von seinen fachlichen Kenntnissen und Erfahrungen eine Information zur Hand zu geben, welchen Erfolg seine Arbeit beim Verdichten von Beton erreicht hat. Damit läßt sich eine nicht ausreichende Betonqualität aufgrund minderwertiger Verdichtungstätigkeit, z. B. durch einen ungeschulten Bediener, weitgehend vermeiden.

Claims (11)

1. Innenrüttelvorrichtung, mit einer Rütteleinheit (2), in der eine Schwin­ gungserzeugungseinrichtung mit einem Elektromotor angeordnet ist, und einer von der Rütteleinheit (2) über eine elastische Verbindung (1) getrennten Schal­ tungseinheit (3), dadurch gekennzeichnet, daß eine Messeinrichtung (6) zum Erfassen von wenigstens einem Betriebsparameter der Innenrüttelvorrichtung vorgesehen ist, wobei der Betriebsparameter ein Parameter aus der Gruppe Be­ wegung der Rütteleinheit (2), Schwingungsamplitude der Rütteleinheit, Schwin­ gungsfrequenz der Rütteleinheit, Leistungsaufnahme des Elektromotors, Dreh­ zahl des Elektromotors, elektrische Anregungsfrequenz des Elektromotors und Wicklungstemperatur eines Stators des Elektromotors ist.

2. Innenrüttelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Auswerteschaltung zum Speisen der Messeinrichtung (6) und Auswer­ ten von von der Messeinrichtung abgegebenen Signalen vorgesehen ist.

3. Innenrüttelvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Messeinrichtung wenigstens eine in der Rütteleinheit (2) vorgesehe­ ne Bewegungsmesseinrichtung (6) aufweist.

4. Innenrüttelvorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Auswerteschaltung in der Schaltungseinheit (3) vorgesehen ist, zum Speisen der Bewegungsmesseinrichtung (6) und Auswerten von von der Bewegungsmesseinrichtung (6) abgegebenen Signalen.

5. Innenrüttelvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Bewegungsmesseinrichtung ein Beschleunigungsaufnehmer (6) ist.

6. Innenrüttelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Messeinrichtung zwei in der Rütteleinheit (2) vorgesehe­ ne Beschleunigungsaufnehmer (6) aufweist, deren Messrichtungen (7) zueinan­ der und zu einer Längsachse (8) der Rütteleinheit (2) senkrecht stehen.

7. Innenrüttelvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Messeinrichtung wenigstens eine Leistungsmessein­ richtung aufweist.

8. Innenrüttelvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsmesseinrichtung mit der Auswerteschaltung gekoppelt ist, zum Er­ mitteln der von der Schwingungserzeugungseinrichtung aufgenommenen elektri­ schen Leistung.

9. Innenrüttelvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Auswerteschaltung ein neuronales Netzwerk oder eine Fuzzy-Logik umfaßt.

10. Innenrüttelvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß an der Schaltungseinheit (3) eine von der Auswerte­ schaltung ansteuerbare optische und/oder akustische Anzeige (9) vorgesehen ist.

11. Innenrüttelvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungseinheit ein Schaltergehäuse (3) umfaßt, in dem ein Netzschalter (5) und/oder ein Frequenzumformer vorgesehen ist.