DE19921145B4

DE19921145B4 - Rüttelantrieb für eine Form

Info

Publication number: DE19921145B4
Application number: DE19921145A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Braungardt; Erwin Schmucker
Original assignee: Kobra Formen GmbH
Current assignee: Kobra Formen GmbH
Priority date: 1999-05-07
Filing date: 1999-05-07
Publication date: 2008-01-10
Anticipated expiration: 2019-05-08
Also published as: CA2305483A1; ES2289981T3; DE50014669D1; DK1050393T3; EP1050393A2; ATE374096T1; US6342750B1; EP1050393A3; EP1050393B1; DE19921145A1

Abstract

Rüttelantrieb für eine Form, insbesondere zur Herstellung von Betonformkörpern, die auf einen Rütteltisch abgesetzt und mit fliessfähigem Beton gefüllt wird, mit einem Schwingungserreger mit einem feststehenden Teil und einem Schwingteil, wobei das feststehende Teil (11) mit dem Maschinengestell (2) und das Schwingteil (9) mit dem Rütteltisch (8) verbunden ist. dadurch gekennzeichnet, dass der Rüttelantrieb aus mindestens einem piezoelektrischen Schwingungserreger (10) besteht.

Description

Die Erfindung betrifft einen Rüttelantrieb für eine Form, insbesondere zur Herstellung von Betonformkörpern, die auf einen Rütteltisch abgesetzt und mit fließfähigem Beton gefüllt wird.
Für derartige Rüttelantriebe werden in der Regel Exzenter- und Unwucht-Motoren eingesetzt, die den Rütteltisch der Formmaschine in Schwingungen versetzen. Dadurch wird die auf dem Rütteltisch aufliegende, oben und unten offene Form ebenfalls in Schwingungen versetzt und gerüttelt, um die in die Formnester eingefüllte Betonmasse möglichst gleichmäßig zu verdichten. Während des Rüttelvorganges wird die offene Oberseite der Form mit Hilfe von vertikal beweglichen Druckplatten, die von oben in die Formnester eintauchen und auf die Betonmasse drücken, verschlossen.
Nachteilig bei diesen bekannten Ausführungen ist, daß die mechanischen Unwucht-Motoren weitgehend unkontrollierte Rüttelbewegungen erzeugen, die zu Beschädigungen und frühzeitigen Verschleißerscheinungen der Form führen. Aus diesem Grund müssen Form und Rütteltisch sehr stabil und damit aufwendiger gebaut werden. Außerdem sind Maschine und Form in schwingungstechnischer Hinsicht oftmals nicht optimal aufeinander abgestimmt. Das gleiche gilt auch für die in die Form eingefüllte Betonmasse, die je nach Art, Volumen, Körnung, Feuchtigkeit, spezifisches Gewicht usw. unterschiedliche Schwingungs-Parameter, wie z.B. Schwingfrequenz, Schwingungsdauer, Schwingungsweg, Schwingungsrichtung usw. erfordert. Derartige Abstimmungsfehler führen zu einer ungleichmäßigen Befüllung der Formnester und einer ungleichmäßigen Verdichtung der Betonmasse innerhalb der Form. Die Folge davon ist eine mangelhafte Qualität der fertigen Formteile. Die stärker dimensionierte Form und der relativ schwere Rütteltisch erfordern auch eine wesentlich höhere Rüttelenergie.
Durch die DE-OS 38 37 686 ist ein räumliches Schwingsystem bekannt geworden, in dem eine mit Betonmasse gefüllte Form zur Herstellung von Betonformkörpern in Resonanzschwingung gehalten wird. Hierzu wird die Form über Tragfedern am Maschinengestell abgestützt und mittels Schwingungserregern in Form von Unwucht-Motoren in Schwingungen versetzt. Mit Hilfe von Sensoren werden die Parameter Steifigkeit und Dämpfung der Tragfedern abgetastet und die Resonanzfrequenz des Schwingsystems gemessen und in einem Mikroprozessor überwacht. Sobald die Resonanzfrequenz über- oder unterschritten wird, erfolgt eine entsprechende Korrektur durch Veränderung der Tragfeder-Parameter, um das Schwingsystem in der gewünschten Resonanzfrequenz zu halten. Dadurch sollen optimale Schwingungsbedingungen bei niedriger Eingangsleistung geschaffen werden.
Dieser bekannte, nicht realisierte Vorschlag hat den Nachteil, dass als Schwingungserreger immer noch die herkömmlichen, mechanischen Unwucht-Motoren verwendet werden, die sich zur Regelung der Erregerfrequenz nicht besonders gut eignen. Der bautechnische Aufwand, der zur Regelung der Erregerfrequenz durch Veränderung der Tragfeder-Parameter benötigt wird, ist sehr gross. Zu Beginn und am Ende des Rüttelvorganges durchfährt der mechanische Unwuchtmotor einen Drehzahlbereich von Null bis Maximum und wieder zurück. Dabei werden kurzzeitig einzelne Teile bzw. Teilegruppen in Eigenfrequenz erregt. Dies führt zu Beschädigungen und zusätzlichem Lärm. Ausserdem wird die Taktzeit der Maschine verlängert.
Aus der EP 0 896 866 A2 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Formkörpern bekannt, wobei Formnester einer Form mit fließfähigem Beton gefüllt und die auf einen Rütteltisch aufgesetzte Form, deren Formnester von oben durch auf die Betonmasse drückende Druckplatten verschlossen sind, zur Verfestigung der Betonmasse gerüttelt wird. Die Rütteleinrichtung enthält Schwingungserreger mit einem mit dem Maschinengestell verbundenen feststehenden Teil und einen mit dem Rütteltisch verbundenen Schwingteil.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Rüttelantrieb der eingangs erwähnten Art zu schaffen, der entsprechend den unterschiedlichen Anforderungen der Praxis auf einfache Art und Weise verstellbar ist, um ein optimales Schwingungsverhalten der Form und damit eine hohe Qualität des Endproduktes zu gewährleisten.
Erfindungsgemäße Lösungen sind in den unabhängigen Ansprüchen beschrieben.
Zur direkten Übertragung der Schwingungen steht das Schwingteil des Schwingungserregers mit einem Piezoelement in Verbindung, das im feststehenden Teil des Schwingungserregers frei schwingbar eingespannt ist.
Um einen optimalen Schwingungsweg der Form zu erreichen, kann der Schwingungserreger mit einem Wegübersetzer verbunden sein.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Wegübersetzer dadurch gekennzeichnet, dass am Piezoelement ein Kolben befestigt ist, der über eine Hydraulikflüssigkeit mit einem zweiten, kleineren oder grösseren Kolben in Antriebsverbindung steht, wobei der zweite Kolben am Schwingteil des Schwingungserregers befestigt ist. Dabei kann die Abwärtsbewegung des zweiten Kolbens, die durch die Saugkraft des ersten Kolbens hervorgerufen wird, durch eine Rückholfeder unterstützt werden.
Vorteilhafterweise besteht das Piezoelement des Schwingungserregers aus Keramik.
Zur Erzielung einer einfachen, vertikalen Rüttelbewegung der Form ist in den vier Eckbereichen des viereckigen Rütteltisches je ein Schwingungserreger mit vertikaler Schwingrichtung angeordnet.
Um ein räumliches Schwingen der Form und unterschiedliche Schwingrichtungen zu ermöglichen, ist in den vier Eckbereichen des Rütteltisches je ein Schwingungserreger angeordnet, dessen Längsachse, die gleichzeitig die Schwingrichtung ist, mit der Horizontalen und der Vertikalen einen Winkel einschließt. Vorzugsweise beträgt der Winkel 45°.
Voraussetzung für das räumliche Schwingen der Form ist, daß die Schwingungserreger über sphärische Lager mit dem Rütteltisch und/oder mit dem Maschinengestell verbunden sind. Vorzugsweise bestehen die Lager aus Kugelgelenken.
Bei einer Form mit den Formnestern zugeordneten Druckplatten, die durch Hubelemente vertikal bewegbar sind und von oben auf die in die Formnester eingefüllte Betonmasse drücken, sind zur Verstärkung der Rüttelbewegung ein oder mehrere Schwingungserreger zwischen den Hubelementen und den Druckplatten angeordnet. Auf diese Weise wird eine zusätzliche Rüttelwirkung über die Druckplatten auf die Betonmasse ausgeübt und die Verteilung und Verdichtung der Betonmasse in den Formnestern weiter verbessert.
Um eine optimale Rüttelwirkung zu erhalten und diese den unterschiedlichen Betriebsbedingungen anpassen zu können, sind die Parameter des Rüttelantriebes, wie Schwingfrequenz und/oder Schwingungsdauer und/oder Schwingungsweg und/oder Schwingrichtung und/oder die Anzahl der aktivierten Schwingungserreger veränderbar. Hierzu sind die Schwingungserreger mit einem Mikroprozessor verbunden, der ein oder mehrere vorwählbare Programme zur Einstellung der erforderlichen Parametergrößen des Rüttelantriebes enthält.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die Schwingungserreger einzeln oder in Gruppen steuerbar.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß der erfindungsgemäße Einbau von piezoelektrischen Schwingungserregern die Möglichkeit bietet, den Rüttelantrieb den unterschiedlichen Betriebsbedingungen so anzupassen, daß je nach Produkt immer eine optimale Füllung und Verdichtung der Betonmasse und damit eine gute Qualität des Produktes gewährleistet ist. Die Ablösung der herkömmlichen, aufwendigen Unwucht-Motoren durch den erfindungsgemäßen piezoelektrischen Rüttelantrieb macht es möglich, die gewünschte Erregerfrequenz sofort und auf relativ einfache Art und Weise zu erzeugen. Die erforderliche Rüttelenergie und die Lärmbelästigung werden verringert. Außerdem können die bei den herkömmlichen Rüttelverfahren zwischen Rütteltisch und Rütteltischgestell angeordneten Schwingmetall-Lager, die einen großen Teil der Erregerfrequenz absorbieren, bei der erfindungsgemäßen Ausführung entfallen. Da die Schwingungserreger gleichzeitig auch der Abstützung des Rütteltisches dienen, entsteht unterhalb der Form ein Freiraum, der beispielsweise für das Einfahren von Formkernen oder Aussparungskörpern in die Form genutzt werden kann.
Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung und der Zeichnung, die zwei Ausführungsbeispiele darstellt, näher erläutert. Es zeigen
1 eine perspektivische Ansicht einer Formmaschine mit einem Rüttelantrieb für eine vertikal schwingende Form,
2 eine Vorderansicht der Formmaschine nach 1,
3 einen Längsschnitt durch einen Schwingungserreger in vergrößerter Darstellung,
4 eine perspektivische Ansicht einer Formmaschine mit einem Rüttelantrieb für eine räumlich schwingende Form und
5 ein schematisches Blockschaltbild der elektronischen Schwingungserreger-Steuerung.
Eine Formmaschine 1 zur Herstellung von Betonformkörpern besteht aus einem Maschinengestell 2 mit vier vertikalen Führungssäulen 3, die an ihrem oberen Ende durch eine Platte 4 miteinander verbunden sind (1). Auf den Führungssäulen 3 ist eine Formträgerplatte 5 mit einer Form 6, die oben und unten offene Formnester 7 trägt, vertikal beweglich gelagert. Über nicht dargestellte Hydraulikzylinder ist die Form 6 in bekannter Weise auf- und abbewegbar und auf einen Rütteltisch 8 bzw. ein auf dem Rütteltisch liegendes Brett 8' absetzbar. An der Unterseite des rechteckigen Rütteltisches 8 ist jeweils in den vier Eckbereichen ein Schwingteil 9 eines piezoelektrischen keramischen Schwingungserregers 10 befestigt, dessen feststehendes Teil 11 mit dem Maschinengestell 2 verbunden ist. Nach dem Befüllen der Formnester 7 werden die Schwingungserreger 10 durch Anlegen einer Wechselspannung erregt und in eine hin- und hergehende Schwingbewegung versetzt, die sich auf den Rütteltisch 7 und die darauf liegende Form 6 überträgt. Die Längsachse 12 der Schwingungserreger 10, die gleichzeitig die Schwingrichtung der Schwingteile 9 bedeutet, ist vertikal ausgerichtet, so daß der Rütteltisch 8 gegenüber dem Maschinengestell 2 in eine oszillierende Auf- und Abbewegung versetzt wird. Die Folge davon ist eine gleichmäßige Verdichtung der Betonmasse in den Formnestern 7.
Oberhalb der Form 6 ist eine Stempelplatte 13 auf den Führungssäulen 3 vertikal beweglich gelagert und durch nicht dargestellte Hubelemente in Form von Hydraulikzylindern in bekannter Weise angetrieben. An der Unterseite der rechteckigen Stempelplatte 13 ist jeweils in den vier Eckbereichen ein Schwingungserreger 10 mit seinem feststehenden Teil 11 befestigt, während das Schwingteil 9 mit einer Halteplatte 14 verbunden ist. An der Unterseite der Halteplatte 14 sind mehrere Druckplatten 15 angeordnet, die jeweils den einzelnen Formnestern 7 der Form 6 zugeordnet sind. Durch Absenken der Stempelplatte 13 tauchen die Druckplatten 15 in die Formnester 7 ein und drücken auf die eingefüllte Betonmasse. Durch Anlegen einer Spannung an die Schwingungserreger 10 werden die Druckplatten 15 in vertikale Schwingungen versetzt, die sich auf die Betonmasse übertragen. Auf diese Weise wird zusätzlich zur Rüttelbewegung des Rütteltisches 8 eine weitere Rüttelwirkung durch die Druckplatten 15 auf die Betonmasse ausgeübt, so daß eine noch bessere Verteilung und Verdichtung in den Formnestern erzielt wird.
Jeder Schwingungserreger 10 weist ein an sich bekanntes Piezoelement 16 in Form einer keramischen Platte auf, die in dem als Gehäuse ausgebildeten feststehenden Teil 11 des Schwingungserregers 10 frei schwingbar eingespannt und mit einer elektrischen Wechselspannung beaufschlagbar ist (3). Mit dem Piezoelement 16 ist ein Kolben 17 fest aber auswechselbar verbunden, der in einem mit Hydraulikflüssigkeit gefüllten Zylinderraum 18 des feststehenen Teils 11 vertikal beweglich geführt ist. An den Zylinderraum 18 schließt sich nach oben ein zweiter Zylinderraum 18' mit einem kleineren Durchmesser an. Im Zylinderraum 18', der sich ebenfalls im feststehenden Teil 11 des Schwingungserregers 10 befindet, ist ein zweiter Kolben 19 vertikal beweglich geführt. Der zweite, gegenüber dem ersten Kolben 17 im Durchmesser kleinere Kolben 19 ist mit dem Schwingteil 9 des Schwingungserregers 10 fest verbunden.
Wird an das Piezoelement 16 eine Wechselspannung angelegt, so entstehen durch die Ausdehnung des Piezoelements 16 vertikale Bewegungsimpulse, die über den Kolben 17 auf die Hydraulikflüssigkeit und den zweiten Kolben 20 und damit auf das Schwingteil 9 übertragen werden. Auf diese Weise wird das Schwingteil 9 und damit auch der Rütteltisch 8, an dem das Schwingteil 9 befestigt ist, in vertikale Schwingungen versetzt. Bei der Abwärtsbewegung des Kolbens 17 entsteht zwischen Kolben 17 und Kolben 19 eine Saugkraft, die durch eine auf den Kolben 19 wirkende Rückholfeder 20 unterstützt wird.
Die Kolben 17 und 19 bilden einen hydraulischen Wegübersetzer, mit dem der Schwingweg der Form gegenüber dem Schwingungsausschlag des Piezoelements 16 vergrößert oder verkleinert werden kann. Da im Ausführungsbeispiel der zweite Kolben 19 einen kleineren Durchmesser als der Kolben 17 hat, wird dadurch der Schwingweg der Form vergrößert.
Wird der Schwingungserreger 10 ohne Wegübersetzer betrieben, so entfällt die Hydraulikflüssigkeit in den Zylinderräumen 18, 18' und zwischen den beiden Kolben 17 und 19 besteht eine feste Verbindung. In diesem Fall werden die Schwingbewegungen des Piezoelements 16 in beiden Richtungen direkt auf das Schwingteil 9 übertragen. Die Rückholfeder 20 kann entfallen.
Die 4 der Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem die Schwingungserreger 10 nicht vertikal, sondern unter einem räumlichen Winkel zur Horizontalen und zur Senkrechten angeordnet sind. Hierzu weist das Maschinengestell 2 in den Eckbereichen vier Konsolen 21 auf, an deren oberen Enden 22 jeweils das feststehende Teil 11 des Schwingungserreger 10 befestigt ist. Das Schwingteil 9 des Schwingungserregers 10 ist an entsprechenden Aufnahmeplatten 23 des Rütteltisches 8 angelenkt. Die oberen Enden 22 der Konsolen 21 sind derart nach unten abgewinkelt, daß bei Befestigung des Schwingungserregers 10 dessen Längsachse 12, die gleichzeitig auch die Schwingrichtung des Schwingteiles 9 ist, unter einem räumlichen Winkel von 45° zur Senkrechten und zur Horizontalen verläuft. Dadurch wird bei Anlegen einer Spannung an die Schwingungserreger 10 ein räumliches Schwingen des Rütteltisches 8 mit einer entsprechend verstärkten Rüttelwirkung auf die Form 6 ermöglicht. Voraussetzung hierfür ist jedoch, daß die feststehenden Teile 11 der Schwingungserreger 10 an den Konsolen 21 und die Schwingteile 9 an den Aufnahmeplatten 23 des Rütteltisches 8 in Kugelgelenken 24 sphärisch gelagert sind.
Bei der Ausführung gemäß 4 wurde der Einfachheit halber auf die Anordnung von Schwingungserregern 10 zwischen der Stempelplatte 13 und den Druckplatten 15 verzichtet. Die Druckplatten 15 sind deshalb fest mit der Stempelplatte 13 verbunden.
In 5 ist ein schematisches Blockschaltbild einer elektronischen Steuerung der Schwingungserreger 10 dargestellt. Mit Hilfe von Frequenzreglern 25, die über einen Mikroprozessor 26 in bekannter Weise ansteuerbar sind, kann die Schwingfrequenz der einzelnen Schwingungserreger 10, beispielsweise je nach Art der in die Formnester 7 eingefüllten Betonmasse, verändert werden. Auch weitere Parameter des Rüttelantriebes, wie z.B. Schwingungsdauer, Schwingungsweg, Schwingungsrichtung und Anzahl der aktivierten Schwingungserreger können durch entsprechende, vorwählbare Computerprogramme in bekannter Weise vom Mikroprozessor 26 aus automatisch gesteuert werden. Soll beispielsweise ein unsymmetrischer Betonformkörper, z. B. mit einem winkelförmigen Querschnitt, hergestellt werden, so befindet sich auf einer Seite des Formnestes 7 eine größere Menge Betonmasse als auf der gegenüberliegenden Seite. Um eine gleichmäßige Verdichtung der Betonmasse zu erhalten, muß auf der Seite der größeren Betonmasse eine größere Rüttelenergie aufgewendet werden. Dies kann dadurch erreicht werden, daß im Ausführungsbeispiel nach 4 beispielsweise nur einer oder beide Schwingungserreger 10, die auf der Seite der größeren Betonmasse sind, aktiviert werden und die übrigen Schwingungserreger nicht oder mit einer kleineren Schwingfrequenz betrieben werden. Dadurch läßt sich die Schwingungsrichtung und der Schwingweg in der gewünschten Weise verändern.
Es besteht auch die Möglichkeit, zur Überwachung des Schwingverhaltens an der Form Sensoren anzubringen, mit denen die Schwingungsdaten aufgenommen und zur Steuerung der Schwingungserreger an den Mikroprozessor weitergegeben werden. Dadurch entsteht ein echtzeitfähiges, adaptives Regelsystem, das sich computergesteuert oder selbstregelnd an die jeweiligen Betriebsbedingungen anpassen kann. Die Piezoelektronik kann dabei sowohl als Sensor und auch als Aktor dienen.

Claims

Rüttelantrieb für eine Form, insbesondere zur Herstellung von Betonformkörpern, die auf einen Rütteltisch abgesetzt und mit fliessfähigem Beton gefüllt wird, mit einem Schwingungserreger mit einem feststehenden Teil und einem Schwingteil, wobei das feststehende Teil (11) mit dem Maschinengestell (2) und das Schwingteil (9) mit dem Rütteltisch (8) verbunden ist. dadurch gekennzeichnet, dass der Rüttelantrieb aus mindestens einem piezoelektrischen Schwingungserreger (10) besteht.
Rüttelantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwingteil (9) des Schwingungserregers (10) mit einem Piezoelement (16) in Verbindung steht, das im feststehenden Teil (11) des Schwingungserregers (10) frei schwingbar eingespannt ist.
Rüttelantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungserreger (10) mit einem Wegübersetzer verbunden ist.
Rüttelantrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass am Piezoelement (16) ein Kolben (17) befestigt ist, der über eine Hydraulikflüssigkeit mit einem zweiten, grösseren oder kleineren Kolben (19) verbunden ist, wobei der zweite Kolben (19) am Schwingteil (9) des Schwingungserregers (10) befestigt ist.
Rüttelantrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abwärtsbewegung des Kolbens (19) durch eine Rückholfeder (20) unterstützt wird.
Rüttelantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Piezoelement (16) des Schwingungserregers (10) aus Keramik besteht.
Rüttelantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in den vier Eckbereichen des Rütteltisches (8) je ein Schwingungserreger (10) mit vertikaler Schwingrichtung angeordnet ist.
Rüttelantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in den vier Eckbereichen des Rütteltisches (8) je ein Schwingungserreger (10) angeordnet ist, dessen Längsachse (12), die gleichzeitig die Schwingachse ist, mit der Senkrechten und der Horizontalen einen Winkel (alpha) einschliesst.
Rüttelantrieb nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (alpha) 45° beträgt.
Rüttelantrieb nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungserreger (10) über sphärische Lager mit dem Rütteltisch (8) und/oder dem Maschinengestell (2) verbunden sind.
Rüttelantrieb nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Lager aus Kugelgelenken (24) bestehen.
Rüttelantrieb für eine Form, insbesondere zur Herstellung von Betonformkörpern, die auf einen Rütteltisch abgesetzt und deren Formnester mit fließfähigem Beton gefüllt werden, mit den Formnestern der Form zugeordneten Druckplatten, die durch Hubelemente vertikal beweglich sind und von oben auf die in die Formnester eingefüllte Betonmasse drücken, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Hubelementen und den Druckplatten (15) ein oder mehrere Schwingungserreger (10) angeordnet sind.
Rüttelantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Parameter des Rüttelantriebes, wie Schwingfrequenz und/oder Schwingungsdauer und/oder Schwingungsweg und/oder Schwingungsrichtung und/oder die Anzahl der aktivierten Schwingungserreger (10) veränderbar sind.
Rüttelantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungserreger (10) mit einem Mikroprozessor (26) verbunden sind, der ein oder mehrere vorwählbare Programme zur Einstellung der erforderlichen Parametergrössen des Rüttelantriebes enthält.
Rüttelantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungserreger (10) einzeln oder in Gruppen steuerbar sind.