DE19913077C2 - Innenrüttler mit Meßsystem - Google Patents
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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 erreichen. 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 Sto
ßes.
In der DE-OS-39 01 893 ist eine Innenrüttelvorrichtung mit einer Rütteleinheit
und einer über eine elastische Verbindung getrennten Schaltungseinheit be
schrieben, bei der eine Messvorrichtung zum Erfassen der Drehzahl eines eine
Schwingungserzeugungseinrichtung antreibenden Elektromotors vorgesehen ist.
Die Messeinrichtung ist Bestandteil einer Drehzahlregeleinrichtung, mit der die
Drehgeschwindigkeit des Elektromotors derart gesteuert werden kann, dass sie
einem voreingestellten Wert folgt.
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 Innenrüttelvorrichtungen mit den
Merkmalen der nebengeordneten Patentansprüche 1 oder 9 gelöst. Vorteilhafte
Weiterentwicklungen der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen zu ent
nehmen.
Die erfindungsgemäße Innenrüttelvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß
eine Meßeinrichtung zum Erfassen von wenigstens einem Betriebsparameter der
Innenrüttelvorrichtung vorgesehen ist, wobei der Betriebsparameter ein Para
meter 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 Leistungsmeßeinrichtung 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 Rüttelflasche 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 zum Verdichten eines fließfähigen Materials, mit
einer Rütteleinheit (2), in der eine Schwingungserzeugungseinrichtung mit einem Elektromotor angeordnet ist;
einer von der Rütteleinheit (2) über eine elastische Verbindung (1) ge trennten Schaltungseinheit (3);
einer Messeinrichtung (6) zum Erfassen von wenigstens einem Betriebs parameter der Innenrüttelvorrichtung; und mit
einer Auswerteschaltung zum Auswerten von von der Messeinrichtung er fassten Messwerten;
dadurch gekennzeichnet, dass
der Betriebsparameter ein Parameter aus der Gruppe Bewegung der Rüt teleinheit (2), Schwingungsamplitude der Rütteleinheit, Schwingungsfrequenz der Rütteleinheit. Drehzahl des Elektromotors, Leistungsaufnahme des Elektro motors, elektrische Anregungsfrequenz des Elektromotors und Wicklungstempe ratur eines Stators des Elektromotors ist; und dass
die Auswerteschaltung Auswertealgorithmen aufweist, zum Feststellen ei ner Änderung eines Verdichtungszustands des Materials anhand einer Änderung der Messwerte.
einer Rütteleinheit (2), in der eine Schwingungserzeugungseinrichtung mit einem Elektromotor angeordnet ist;
einer von der Rütteleinheit (2) über eine elastische Verbindung (1) ge trennten Schaltungseinheit (3);
einer Messeinrichtung (6) zum Erfassen von wenigstens einem Betriebs parameter der Innenrüttelvorrichtung; und mit
einer Auswerteschaltung zum Auswerten von von der Messeinrichtung er fassten Messwerten;
dadurch gekennzeichnet, dass
der Betriebsparameter ein Parameter aus der Gruppe Bewegung der Rüt teleinheit (2), Schwingungsamplitude der Rütteleinheit, Schwingungsfrequenz der Rütteleinheit. Drehzahl des Elektromotors, Leistungsaufnahme des Elektro motors, elektrische Anregungsfrequenz des Elektromotors und Wicklungstempe ratur eines Stators des Elektromotors ist; und dass
die Auswerteschaltung Auswertealgorithmen aufweist, zum Feststellen ei ner Änderung eines Verdichtungszustands des Materials anhand einer Änderung der Messwerte.
2. Innenrüttelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass die Auswerteschaltung zum Speisen der Messeinrichtung (6) dient.
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
gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung zwei in der Rütteleinheit (2) vorgese
hene Beschleunigungsaufnehmer (6) aufweist, deren Messrichtungen (7) zuein
ander und zu einer Längsachse (8) der Rütteleinheit (2) senkrecht stehen.
7. Innenrüttelvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung wenigstens eine Leistungsmess
einrichtung aufweist.
8. Innenrüttelvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass
die Leistungsmesseinrichtung mit der Auswerteschaltung gekoppelt ist, zum
Ermitteln der von der Schwingungserzeugungseinrichtung aufgenommenen elek
trischen Leistung.
9. Innenrüttelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung ein neuronales Netzwerk oder
eine Fuzzy-Logik umfaßt.
10. Innenrüttelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 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.
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