DE4434696A1 - Verfahren zur Kontrolle und/oder Sicherung der Qualität der Betonverdichtung bei der Herstellung von Betonsteinen in Betonsteinmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kontrolle und/oder Sicherung der Qualität der Betonverdichtung bei der Herstellung von Betonsteinen in Betonsteinmaschinen. Die Qualität der Betonverdichtung ist das wichtigste von mehreren Merkmalen, anhand derer die Gesamtqualität der erzeugten Betonsteine beurteilt bzw. gesteuert oder gesichert werden kann.

Das erfinderische Verfahren kann im einfachsten Falle als reines Kontroll- Verfahren dazu verwendet werden, um bei Erreichen einer geforderten Qualitätsstufe die Beendigung des Verdichtungsvorganges einzuleiten oder um am Ende des Verdichtungsvorganges einen Beitrag zu liefern für die Qualitäts-Einstufung der gefertigten Betonsteine. Bei einer anderen Anwendungsart soll das Verfahren jedoch auch imstande sein, die Qualität der Betonverdichtung noch während des Fertigungsvorganges beurteilen und mit beeinflussen zu können. Im letzteren Falle wird anstatt eines Kontroll-Verfahrens ein Kontroll- und Regelverfahren angewendet.

Das vorliegende Verfahren soll bei solchen Betonsteinmaschinen zur An­ wendung gelangen, bei welchen die Betonverdichtung überwiegend durch Stoßvorgänge bewirkt wird, welche von unten in eine Grundplatte (z. B. Brett) eingeleitet werden, auf der die Betonsteine während ihrer Formge­ bung und Verdichtung stehen. Die Stoßvorgänge werden bezüglich ihrer Bewegungen und beteiligten Stoßenergien abgeleitet von den Schwingungs­ bewegungen eines Bewegungserzeugungs-Systems mit der im Falle einer stoßfreien Schwingung definierbaren nominellen Schwingungsamplitude A_Schw und mit der Schwingfrequenz f_Schw = w/2π mit w als Kreisfre­ quenz.

Das Bewegungserzeugungs-System umfaßt dabei zumindest eine Schwing­ masse m_S, welche in der Regel über Schwingungs-Isolationsfedern geführt und gegen das Fundament abgestützt ist, sowie eine Antriebseinrichtung zur Erzeugung der Schwingungen. Die Antriebseinrichtung kann unterteilt werden in die Energiewandlungs-Einrichtung, welche vor allem zur kurz­ zeitigen Zwischenspeicherung der kinetischen Energie der Schwingmasse m_Schw dient, und in die Energiezufuhr-Einrichtung, in welcher die laufend zu ersetzende Reib- oder Verdichtungs-Energie erzeugt bzw. umgesetzt wird.

Die dem Fachmann am meisten bekannte Antriebseinrichtung für die hier zu beschreibenden Zwecke ist der elektromotorisch angetriebene Unwucht- Richtschwinger mit einem oder mit zwei Elektromotoren als Energiezufuhr- Einrichtung und mit zwei gegenläufigen Unwuchtkörpern als Energiewand­ lungs-Einrichtung, wobei die kinetische Energie der Schwingmasse m_Schw in der periodisch schwankenden kinetischen Energie der Unwuchtkörper gespeichert wird.

Sofern später von einer Beeinflussung der beim Verdichtungsstoß über­ tragbaren Stoßenergie Ws die Rede ist, wird dabei unterstellt, daß durch die Beeinflussung die beim Stoß maßgebliche Stoßgeschwindigkeit v_Stoß manipuliert wird. Zu dieser Manipulation eignet sich vor allem eine Beein­ flussung der Kreisfrequenz w und/oder der Schwingamplitude A_Schw und/oder des Stoß-Niveaus N_Stoß.

Die bei den Verdichtungsstößen von unten gegen die Grundplatte erzeug­ ten Stoßbeschleunigungen a_Stoß werden außer durch die wenigstens eine Grundplatte wenigstens noch durch den Formkörper hindurchgeleitet, wo sie (als Stoßbeschleunigung b_S) dann z. B. an der Unterseite von Auflast- Formstempeln gemessen werden können. Die an beliebigen Stellen des Wei­ terleitungs-Weges für die Stoßbeschleunigung a_Stoß meßbaren bzw. ermit­ telbaren, auf die erzielbare Verdichtung Einfluß nehmenden Beschleuni­ gungswerte werden nachfolgend mit B_n gekennzeichnet, wobei der Index "n" anzeigt, für welche Verdichtungszeit bzw. für welchen Verdichtungs­ stoß der Wert B_n ermittelt wurde. Die einzelnen, beim Stoß ermittelbaren Werte der Stoßgeschwindigkeit v_Stoß (v_Stoß als physikalische Größe betrachtet), werden nachfolgend G_n genannt.

In Fig. 1a ist über die Abszisse Zeit "t" bzw. Anzahl "n" von Verdich­ tungsstößen der Verlauf der Werte B_n einer Beschleunigungs-Größe aufge­ tragen, welche z. B. an der Oberseite der Schwingmasse m_Schw eines Bewe­ gungserzeugungs-Systems aufgenommen wurden. Die Kurve B_n könnte z. B. bei einer für gut befundenen Musterverdichtung aufgenommen worden sein. In der gleichen Fig. 1a ist eine weitere Kurve ΣB_n aufgetragen, die durch Summierung (Integration) der B_n-Werte aller Verdichtungsstöße entstand.

Die mit fortschreitender Verdichtung sich einstellende Absenkung der Höhe des Formkörpers, im folgenden auch Verdichtungsweg "s_V" genannt, ist eine leicht meßbare Größe. Die über die Anzahl "n" der Verdichtungsstöße bzw. über die Zeit "t" aufgetragenen Werte S_n für den bei einem jeweili­ gen Stoß erzielten Verdichtungsweg δs_V stellen eine aussagekräftige Beschreibung der Wirksamkeit der Verdichtungsstöße dar. In Fig. 1b ist (passend zu den Beschleunigungswerten in Fig. 1a) ein typischer Verlauf von Werten S_n zusammen mit dem entsprechenden Verlauf der durch Sum­ mierung aller S_n-Werte erhaltenen ΣS_n-Werte darstellt. Der jeweilige ΣS_n- Wert ist dabei identisch mit dem jeweils erreichten Verdichtungsweg "s_V".

Es ist ein Verfahren zur Beurteilung des bei der Vibrationsverdichtung jeweils erreichten Verdichtungsgrades bekannt, bei welchem laufend der Verdichtungsweg s_V (Siehe Kurve s_V in Fig. 1b) gemessen und mit einem vorgegebenen Sollwert s_V,Soll verglichen wird. Beim Erreichen des Soll­ wertes des Verdichtungsweges wird der Verdichtungsvorgang beendet, wobei gleichzeitig die Qualität der Verdichtung für gut befunden wird.

Dieses Verfahren eignet sich aus mehreren Gründen nicht für eine echte Beurteilung des erreichten Verdichtungsgrades im Beton, u. a. deshalb nicht,

• - weil der Grad der Vorfüllung, z. B. abhängig vom Effekt der Vorver­ dichtung beim Füllvorgang, dabei nicht berücksichtigt ist,
• - weil dabei nicht die Größe der voreingefüllten Masse, z. B. in Abhängig­ keit von der Rohbeton-Beschaffenheit, berücksichtigt wurde,
• - weil dabei nicht die wenigstens zeitweilig im Interesse der Zementleim- Entwicklung einzusetzende maximale Verdichtungs-Beschleunigung erfaßt werden kann und
• - weil dabei nicht der durch unterschiedliche Elastizitäten der Grundplatte (Brett) bedingte unterschiedliche Beschleunigung-Verlauf berücksichtigt wurde.

Man könnte geneigt sein, das zuvor benannte bekannte Verfahren dahin­ gehend abzuändern, daß man vorschreibt, daß eine vorgegebene Qualitäts- Stufe der Verdichtung dann erreicht sei, wenn am Ende des Verdichtungs­ vorganges entweder an der Oberseite oder an der Unterseite des Form­ körpers ein bestimmter vorbestimmter Beschleunigungswert erreicht worden ist. Es zeigt sich jedoch, daß auch ein derartiges Verfahren ungeeignet ist,

• - weil die Messungen der an der Formkörper-Oberseite sekundär auftre­ tenden Beschleunigungen nicht auswertbar sind, wenn man nicht auch die an der Formkörper-Unterseite primär einwirkenden Beschleunigungen mit berücksichtigt, und
• - weil die Messung der an der Formkörper-Unterseite primär einwirkenden Beschleunigungen keine verwertbare Aussage liefern, wenn man nicht die Größe der Werte der an der Formkörper-Oberseite sekundär auftretenden Beschleunigungen kennt.

Bei einem andersartigen bekannten Verfahren wird versucht, durch Beein­ flussung der Schwingungsamplitude A_Schw und/oder der Kreisfrequenz w die Qualität der Verdichtung zu beeinflussen, ohne sie dabei ausdrücklich kontrollieren oder steuern zu wollen (z. B. Firmenschrift der Fa. Knauer Engineering GmbH, D-8192 Geretsried 1, "Fortschritte bei der Betonver­ dichtung industriell produzierter Betonerzeugnisse durch den Einsatz mo­ dernster Technologien", ohne Datumsangabe, vermutliche Herausgabe 1988).

Bei der Betrachtung der z. B. durch diese Druckschrift bekannt gewor­ denen Verfahren fällt auf, daß die Zusammenhänge bzw. Unterschiede zwischen der Schwingungsbeschleunigung a_Schw = A_{Schw *}w², welche an der Schwingmasse m_Schw des Bewegungserzeugungs-Systems wirkt, und der Stoßbeschleunigung a_Stoß, welche an der Unterseite der Grundplatte (z. B. Brett) oder an der Unterseite des Formkörpers (als abgeleitete Stoßbeschleunigung b_S) infolge eines durchgeführten Stoßes wirkt, nicht richtig erkannt wurden.

Bei der zitierten Druckschrift wird auf die vorher beschriebene allgemeine Forderung "die Rüttelintensität durch Sensoren gemäß dem Bedarf zu steuern" bei der Beschreibung eines Beispieles F näher eingegangen: Es ist "an der Basis des Rütteltisches ein Sensor installiert, der die aus Fre­ quenz und Amplitude gebildete Tischbeschleunigung aufnimmt". Von den auf einem Oszilloskop darstellbaren Beschleunigungskurven ("die bei un­ belastetem Rütteltisch einen sinusförmigen Verlauf haben"), wird ausge­ sagt, daß sich beim Verdichtungsbetrieb "Veränderungen der Kurvenform zeigen, die auch ein Rechner erkennen kann. Die mit dem Rechnerausgang verbundene Steuerung der Rüttelanlage bildet bedarfsgesteuert aus Am­ plitude und Frequenz die zur Verdichtung richtige Tischbeschleunigung".

Deutet man die in dem voranstehenden Satz enthaltene Lehre als Anleitung für ein Verfahren zur Kontrolle und/oder Sicherung der Qualität der Betonverdichtung, stößt man auf 2 erhebliche Mängel:

• - Es fehlt die Angabe einer Beurteilungsgröße oder Bewertungsgröße für die Qualität des Verdichtungsgrades. Wie soll man eine richtige Schwin­ gungsbeschleunigung herbeiführen, wenn man nicht weiß, wie der Verdichtungsgrad im Augenblick beschaffen ist?.
• - Für die Verdichtung ist nicht die Schwingungsbeschleunigung a_Schw maßgeblich, sondern die Stoßbeschleunigung a_Stoß an der Stoßstelle (bzw. die an beliebiger Stelle meßbare abgeleitete Stoßbeschleunigung b_S), wel­ che ihrerseits wiederum abhängig ist von der Stoßgeschwindigkeit v_Stoß, mit v_Stoß als jene Relativgeschwindigkeit, mit welcher die beim Verdich­ tungsstoß beteiligten Massen gegeneinander stoßen. Wie später noch gezeigt wird, ist die Stoßgeschwindigkeit v_Stoß außer von der Schwin­ gungsbeschleunigung a_Schw noch abhängig von der Größe des Stoß- Phasenwinkels β_Stoß. Denn ohne Kenntnis des Stoß-Phasenwinkels β_Stoß kann eine Steuerung in der Regel noch nicht einmal entscheiden, ob eine gewünschte Veränderung der Stoßbeschleunigung a_Stoß, z. B. eine gewünschte Vergrößerung, zu erreichen ist durch Vergrößerung oder Verkleinerung der Schwingungsbeschleunigung a_Schw.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, bisher bekannte Verfahren zur Kontrolle und/oder Sicherung der Qualität der Betonverdichtung bei der Herstellung von Betonsteinen unter Berücksichtigung der besonderen Bedeutung der Stoßgeschwindigkeit v_Stoß sowie der Stoßbeschleunigung a_Stoß und der daraus ableitbaren Verdichtungsbeschleunigungen b_S zu verbessern.

Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist in den unabhängigen Patentansprüchen 1 bis 3 definiert. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Der Erfindung liegen folgende Überlegungen bzw. Erkenntnisse zu Grunde:

• a) Die Basis-Erkenntnis besteht darin, daß (bei Einhaltung sonstiger, gemachter Voraussetzungen) der bei jeder Verdichtungsschwingung erreichbare Fortschritt "δs_V" des Verdichtungsweges "s_V" überwiegend abhängig ist von den bei dem jeweils durchgeführten Stoßvorgang erzeugten Stoßbeschleunigungen a_Stoß, meßbar an der Stoßstelle, bzw., wegen der Proportionalität zwischen a_Stoß und v_Stoß² überwiegend abhängig ist von der Stoßgeschwindigkeit v_Stoß, meßbar an der Stoßstelle.
• b) die zweite zu berücksichtigende Erkenntnis besteht darin, daß zwecks Erreichen eines vorgegebenen Verdichtungsgrades am Ende des Verdich­ tungsvorganges nicht die durch Addition aller Einzel-Beschleunigungen B_n erreichbare Summe SU_B = ΣB_n(t_E) allein maßgebend ist, sondern zugleich auch der Verlauf der Höhe der Beschleunigungswerte B_n innerhalb des ganzen Verdichtungs-Zeitraumes bzw. innerhalb der ganzen Anzahl von Verdichtungsstößen. Beispielsweise kann das Ergebnis einer zu geringen Stoßbeschleunigung auch nicht durch eine verlängerte Verdichtungzzeit wieder kompensiert werden. Entscheidend ist also der Schicksalsverlauf (=Zeitverlauf) der Beschleunigungen B_n oder a_Stoß oder v_S während des ganzen Verdichtungsvorganges.
• c) Es läßt sich mit Bezug auf Punkt a) zeigen, daß bei Einhaltung eines vorgegebenen Beschleunigungsverlaufes (z. B. Kurve B_n in Fig. 1a) und bei gleichzeitiger Konstanthaltung aller sonstigen Einflußgrößen sich auch ein bestimmter zugehöriger Verlauf des Verdichtungsweges s_V(t) einstellt. (z. B. Kurve S_n in Fig. 1b). Aus diesem Grunde sind die Kontrollfunktionen von S_n- und B_n-Größen austauschbar.
• d) Sofern der gewünschte Verdichtungsgrad am Ende des Verdichtungs­ vorganges erreicht wurde, stellt sich nicht nur der ebenfalls vorgegebene Verdichtungsweg s_V ein, sondern das verdichtete Betonmaterial hat auch ganz bestimmte Eigenschaftsgrößen wie Dämpfungsfähigkeit, Elastizität und Stoßimpuls-Durchleitvermögen entwickelt, welche gemessen werden und aus welchen Meßwerten Rückschlüsse gezogen werden können. Da das beste zur Verfügung stehende "Meßwerkzeug" der an der Unterseite oder Ober­ seite des Formkörpers einleitbare Stoßimpuls ist, sind alle auf den einge­ leiteten Meß-Stoßimpuls hin entstehenden Stoß-Antwortgrößen als Maßstab des erreichten Verdichtungsgrades verwertbar. Eine Stoß-Antwortgröße ist z. B. die an einer Seite des Formkörpers meßbare Stoßbeschleunigung als Antwort auf einen an der anderen Seite des Formkörpers eingeleiteten Meß-Stoßimpuls.

Die drei unabhängigen Patentansprüche unterliegen dem nachfolgend for­ mulierten übergeordneten Gedanken: Bei dem als Grundlage jeder Kontrolle oder jeder Regelung durchzuführenden Vergleich zwischen einer vorgege­ benen und einer zu messenden Größe kommt es entweder zu einer Mitein­ beziehung einer dabei zu beeinflussenden Stoßbeschleunigung a_Stoß (oder einer von a_Stoß abgeleiteten Stoßbeschleunigung b_S), oder zu einer Miteinbeziehung einer die Stoßbeschleunigung a_Stoß mitbestimmenden Größe (wie Stoßgeschwindigkeit v_Stoß oder Stoß-Phasenwinkel β_Stoß) zwecks Her­ stellung eines vorgegebenen Vergleichszustandes, der sich als Folge von einem oder mehreren Verdichtungsstößen einstellen soll.

Bei Anspruch 1 wird durch Beeinflussung der Stoßbeschleunigung a_Stoß oder durch Beeinflussung der Stoßgeschwindigkeit v_Stoß (welche ja mit dem Quadrat ihrer Werte die Größe von a_Stoß mit beeinflußt) ein zeitab­ hängiger Soll-Vergleichszustand über wenigstens einen Teilabschnitt des ganzen Verdichtungsvorganges vorgegeben, wobei eine Bewertungsaussage zustande kommt durch den Vergleich des Ist-Verlaufes des Vergleichszu­ standes anhand der Werte für die Stoßbeschleunigung (ersatzweise anhand der Werte für die Stoßgeschwindigkeit) und/oder anhand der Werte des Verdichtungsweges mit dem mit Toleranzgrenzen versehenen Soll-Verlauf des Vergleichszustandes.

Bei Anspruch 2 können bei der vergleichenden Bewertung des Ist-Ablaufes des Verdichtungsvorganges mit dem mit Toleranzgrenzen versehenen Soll- Verlauf des Vergleichszustandes auch die Werte anderer Beurteilungs­ größen (also neben a_Stoß, b_S und s_V) herangezogen werden, wobei die regelnde Einflußnahme auch hier wieder über die Beeinflussung der Stoß­ parameter (a_Stoß, b_S, v_Stoß, β_Stoß, N_Stoß) geschieht, wobei jedoch im Unterschied zu Anspruch 1 zur Bildung der Aussage der Qualitäts-Bewer­ tung auch noch der Wert einer anderen, zumindest zu einem vorbestimmten Stoßereignis zugehörigen Größe (z. B. Summe der umgesetzten Stoßenergie- Menge ΣW_S), herangezogen wird.

In Anspruch 3 ist vorgesehen, daß wenigstens gegen Ende des Verdich­ tungsvorganges eine vorbestimmbare Stoßbeschleunigung a_Stoß oder b_S als Vergleichs- oder Meßbeschleunigung durch Steuerung oder Regelung herbeigeführt wird, unter deren Einfluß Stoß-Antwortgrößen (z. B. Stoßbe­ schleunigung B_n,Stempel am Auflaststempel) gemessen werden, deren Werte mit vorgegebenen Grenzwerten zu vergleichen sind, um daraus eine Quali­ tätsbewertung abzuleiten. Bei dem Verfahren gemäß Anspruch 3 muß zumindestens vor dem Einsetzen der Vergleichs- oder Meßbeschleunigung kein regelnder Eingriff in den Verdichtungsvorgang stattgefunden haben.

Die Werte der Beurteilungsgrößen können die Werte von unmittelbar gemessenen Größen wie Verdichtungsweg oder Beschleunigung am Form­ stempel sein, aber auch von den Werten unmittelbar gemessener Größen durch beliebige Rechenvorschriften wie Addition oder Integration abgelei­ tete Werte sein. Die Zeiten t, t_n, t_E usw. können auch ersetzt werden durch einen Zahlenstrahl, dessen ganze Zahlen die Anzahl von an der Ver­ dichtung beteiligten Verdichtungsstößen darstellen, wobei t_n z. B. als der n-te Verdichtungsstoß interpretiert werden kann. Eine wichtige Beurtei­ lungsgröße kann z. B. SU_B als Summe aller aufgetretenen Beschleuni­ gungswerte B_n sein: SU_B = ΣB_n für n = 1 bis n.

Optimalerweise erfaßt man den Verlauf der Werte S_n (Verdichtungsweg) oder B_n (Beschleunigung) über einen längeren Zeitabschnitt. Anschaulich kann man den Verlauf der Werte S_n oder B_n über der Zeit auch als Dia­ gramm-Kurven darstellen, wie dies in der Fig. 1a für den Verlauf der Be­ schleunigung B_n bzw. für den Verlauf der Summe aller Beschleunigungs­ werte SU_B und in Fig. 1b für den Verlauf des Verdichtungsweges S_n ge­ zeigt ist. Anstelle von einzelnen Grenzwerten können hier auch Grenz- Kurven definiert werden.

Bei der praktischen Anwendung des erfinderischen Verfahrens lassen sich die Kontrolle von (üblicherweise angewendeter) Auflastkraft F_Auf und/oder weiteren Einflußgrößen als zusätzliche Kontrollkriterien in die Qualitätsbe­ wertung mit einbeziehen, sind aber nicht zwingend nötig, da einesteils diese Parameter sicher durch steuerungstechnische Maßnahmen eingehalten werden können, und da andererseits sich die Nichteinhaltung dieser Ver­ dichtungsparameter im Kontrollergebnis gemäß den voranstehend beschrie­ benen Verfahren wiederfindet.

Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens nach der Erfindung widmet dich speziell der Aufgabe der Beeinflussung der Stoßbeschleunigung a_Stoß oder b_S bzw. der Stoßgeschwindigkeit v_Stoß durch Einflußnahme auf wenigstens einen der Parameter f_Schw, A_Schw oder N_Stoß, unter Miteinbe­ ziehung eines (noch zu definierenden) Stoß-Phasenwinkels β_Stoß. Die in der Öffentlichkeit bisher noch nicht bekannt gewordene Technik der Re­ gelung des Verdichtungsvorganges mit dem Stoß-Phasenwinkel β_Stoß wird am Schluß dieser Beschreibung gesondert erläutert. Der Hauptvorteil die­ ser speziellen Technik liegt in der erreichbaren hohen Güte der Reprodu­ zierbarkeit des Zeitverlaufes von für den Verdichtungsgrad maßgeblichen Größen. Zu diesen Größen gehören z. B. die Stoßbeschleunigung b_S (oder SU_B = ΣB_n) oder der Verdichtungsweg s_V.

Die Erfindung wird anhand von 3 Beispielen mit Bezug auf die Fig. 1a und 1b näher erläutert. Die in Fig. 1 gezeigten Diagramme zeigen über einer Abszisse mit der Größe Zeit [t] als Kurven aufgezeichnete Zeitver­ läufe von für einen Verdichtungsvorgang wichtige physikalische Größen, deren zeitabhängige Werte in den gezeigten Kurvenformen bei einem Muster- Verdichtungsvorgang zugleich hätten aufgezeichnet werden können. Die Zeitgröße [t] kann auch durch die Größe "Zeitfolge der Stoßvorgänge" [t_n] ersetzt werden.

In Fig. 1a sind folgende, bei dem am Ende der Abwärtsbewegung des Formkörpers entstehenden Stoß, wirksame Größen gezeigt: Stoßgeschwin­ digkeit v_Stoß als Relativgeschwindigkeit der zusammenstoßenden Massen mit den Einzelwerten G_n. Stoßbeschleunigung b_S, hier als unter dem Form­ stempel gemessen definiert, mit den Einzelwerten B_n. Beschleunigungs­ summe SU_B, die durch die Summierung SB_n entsteht. Fig. 1b zeigt: Die Größe δs_V der bei jedem Stoß entstehenden Verdichtungswege, mit den Inkrementwerten S_n und die Größe s_V als Verdichtungsweg, entstehend durch die Summierung ΣS_n der Inkremente. Die Fig. 2 wird bei der später erfolgenden Beschreibung des Stoß-Phasenwinkels detailliert erläutert.

Beispiel 1 (gemäß Anspruch 1)

Mit einem Verdichtungssystem, bei welchem die Antriebseinrichtung des Bewegungserzeugungs-Systems als elektromo­ torisch angetriebener Unwucht-Richtschwinger mit regelbarer Drehzahl ausgebildet ist, wird eine Betonsteinverdichtung mit dem Pralleistenverfah­ ren durchgeführt. Es sind der Zeitverlauf über die ganze Verdichtungszeit für die am Auflaststempel meßbare Stoßbeschleunigung b_S in Form der Werte B_n, sowie für den ebenfalls am Auflaststempel meßbaren Verdich­ tungsweg s_V in Form der Summe ΣS_n aller einzelnen Verdichtungsweg- Inkremente S_n in einer Weise vorgegeben, wie sie in Fig. 1a durch die Kurve B_n bzw. in Fig. 1b durch die Kurve ΣS_n dargestellt sind. Die vor­ gegebenen Sollwerte konnten z. B. bei einer Muster-Verdichtung ermittelt werden. Die Werte B_n und ΣS_n werden laufend gemessen. Der Verlauf der vorgegebenen Werte unterstellt, daß mit veränderlicher Schwingfrequenz f_Schw gearbeitet werden muß.

Bei der Durchführung der Verdichtung wird zunächst die Frequenz f_Schw derart geregelt, daß die vorgegebenen Beschleunigungswerte B_n ange­ strebt und möglichst erreicht werden. Gleichzeitig wird der Verlauf der Werte für ΣS_n kontrolliert. Bei Abweichungen von den vorgegebenen ΣS_n Werten wird unter der Mitwirkung einer Regeleinrichtung über eine Ände­ rung der Frequenz f_Schw eine Änderung der Werte B_n herbeigeführt, der­ art, daß die vorgegebenen ΣS_n-Werte angenähert bzw. eingestellt werden.

Die geforderte Stufe der Verdichtungsqualität gilt als erreicht, wenn bei den zu kontrollierenden Verdichtungsvorgängen die Kurve der erreichten Istwerte von ΣS_n innerhalb von vorgegebenen Grenzen verläuft (die in Fig. 1b durch strichlierte Linien angedeutet sind), und wenn dabei gleich­ zeitig die erreichten Istwerte der ΣB_n ebenfalls innerhalb von vorgegebe­ nen Grenzwerten verlaufen (welche in Fig. 1a ebenfalls durch strichlierte Linien symbolisiert sind).

Der Nachteil dieses Verfahrens liegt darin, daß bei der für die Durchfüh­ rung des Regelvorganges notwendigen Frequenzänderung gleichzeitig auch der Stoß-Phasenwinkel β_Stoß mit verändert werden muß, was manchmal Probleme anderer Art mit sich bringt. Eine diesbezügliche Verbesserung wird erreicht bei dem nachfolgend beschriebenen Verfahren.

Beispiel 2 (gemäß Anspruch 1)

Hier soll es sich um das gleiche Verdich­ tungssystem wie bei Beispiel 1 handeln, mit dem Unterschied, daß neben der Frequenz f_Schw auch die Schwingungsamplitude A_Schw verstellbar und in einen Regelvorgang mit einbeziehbar ist. Als Sollwerte sind vorge­ geben der Zeitverlauf des Verdichtungsweges s_V(t) [mit den Werten ΣS_n(t)], der Zeitverlauf für die Größe b_S(t) [mit den Werten ΣB_n(t)], und der Zeitverlauf des Stoß-Phasenwinkels β_Stoß(t), wobei die Größe β_Stoß(t) bereits bei der Protokollierung der Werte der Größe s_V(t) und b_S(t) bei der Muster-Verdichtung als Regelgröße fungierte. Der Zeitverlauf der Größen s_V(t) bzw. b_S(t) könnte den in den Fig. 1b bzw. 1a gezeigten entsprechenden Kurven entsprechen. Natürlich müssen die Größen s_V, b_S und β_Stoß meßtechnisch laufend erfaßt werden.

Bei der Durchführung des Verdichtungsvorganges wird die Größe β_Stoß(t) als Regelgröße (hier als erste Regelgröße) geführt. Bei der Durchführung dieser Regelung muß notwendigerweise die Größe der Schwingungsbe­ schleunigung a_Schw (= proportional zum Produkt A_{Schw *}f_Schw²) variiert werden. Da aber für die Zusammensetzung ein und desselben Wertes für a_Schw die Kombination von A_Schw und f_Schw beliebig sein darf, kann mit der Auswahl geeigneter Kombinationswerte gleichzeitig noch die Stoßge­ schwindigkeit v_Stoß, und damit entweder wahlweise s_V(t) oder b_S(t) gleichzeitig als zweite Regelgröße (eines unterlagerten zweiten Regelkrei­ ses) mit geregelt werden.

Für die am Ende des Verdichtungsvorganges erforderliche Einstufung der erzeugten Verdichtungsqualität können die nachfolgend genannten Bedin­ gungen in beliebiger Kombination als gleichzeitig zu erfüllende Bedingung vorgeschrieben werden: a) Die Regelabweichungen der Regelgröße β_Stoß(t) blieben innerhalb bestimmter, vorgebbarer Grenzwerte. b) Die Regelabwei­ chungen der Regelgröße s_V(t) oder alternativ der Regelgröße b_S(t) blieben innerhalb bestimmter vorgegebener Grenzwerte (wie z. B. mit strichlierten Linienzügen zur Kurve s_V(t) in Fig. 1b bzw. zur Kurve b_S(t) in Fig. 1a angedeutet). c) Die jeweils nicht alternativ zur Regelung herangezogene Größe b_S(t) oder s_V(t) wird ebenfalls daraufhin kontrolliert, ob ihre einzelnen Werte B_n bzw. S_n oder Summenwerte ΣB_n bzw. ΣS_n innerhalb speziell dafür vorgegebener Grenzwerte geblieben sind.

Beispiel 3 (gemäß Anspruch 2)

Mit einem Verdichtungssystem, bei welchem die Antriebseinrichtung des Bewegungserzeugungs-Systems als elektromo­ torisch angetriebener Unwucht-Richtschwinger mit regelbarer Drehzahl ausgebildet ist, und bei welcher eine zusätzliche Verstelleinrichtung zur Verstellung des Stoß-Niveaus N_Stoß vorgesehen ist, wird eine Betonstein­ verdichtung mit dem Pralleistenverfahren durchgeführt. Als Beurteilungs­ größe BG1 wird die bei der Verdichtung umgesetzte Stoßenergie e_V(t) mit ihren pro Verdichtungsstoß umgesetzten Einzelwerten [E1 in Anspruch 2] W_n(t) bzw. mit der Summierung dieser Werte ΣW_n(t) {=e_V(t)} gewählt. Für die Größe e_V, welche wenigstens als ΣWn(t) laufend gemessen wird, wird ein zeitlicher Soll-Verlauf e_V(t) [=f_Soll(t)] vorgegeben, der bei einer Muster-Verdichtung, optimalerweise mit gleichzeitiger Regelung der vorge­ gebenen Größe β_Stoß(t), ermittelt wurde. Der Zeitverlauf der Größe e_V(t) könnte etwa so aussehen, wie die Kurve für die Größe b_S(t) in Fig. 1a.

Während des Verdichtungsvorganges wird die Größe e_V(t) unter Verwen­ dung einer Regeleinrichtung laufend gemäß der Soll-Vorgabe geregelt, was über die Variation der Größe a_Stoß geschieht. Die Größe a_Stoß selbst wird wiederum bestimmt durch die Kombination von passenden Werten für das verstellbare Stoßniveau N_Stoß und die verstellbare Schwingfrequenz f_Schw, welchletztere beide Werte dem Einfluß der Regeleinrichtung unterliegen. Zusätzlich wird durch entsprechende Gestaltung der Werte-Kombination mit einem unterlagerten zweiten Regelkreis auch noch die Größe β_Stoß(t) mit geregelt.

Als Beurteilungsgröße BG2 dient der Wert [=E2 in Anspruch 2] des am Ende erreichten Verdichtungsweges ΣS_n(t_E) [siehe auch Fig. 1b], wozu der Verdichtungsweg ebenfalls laufend meßtechnisch zu erfassen ist. Die erzeugte Qualität wird am Ende des Verdichtungsvorganges als gut signa­ lisiert, wenn der Istverlauf der geregelten Größe e_V(t) innerhalb vorgege­ bener Grenzwerte verlief, und wenn gleichzeitig der Wert des Verdich­ tungsweges ΣS_n(t_E) innerhalb dafür vorgegebener Grenzwerte lag.

Beschreibung der Stoß-Phasenwinkel (mit Fig. 2)

Die für die Stoß-Verdichtung bzw. für die dabei wirksamen Stoßbeschleu­ nigungen a_Stoß sehr maßgebliche Stoßgeschwindigkeit v_Stoß kann sich in Abhängigkeit von mehreren Einflußfaktoren sehr stark ändern, was sich in der Regel auch in unkontrollierten und damit unerwünschten Änderungen der Verdichtungswirkung äußert. Die hier betroffenen Verhältnisse, sowie auch die möglichen Verbesserungsmaßnahmen lassen sich am besten erläu­ tern, wenn man die Stoßgeschwindigkeit v_Stoß in Verbindung mit dem Zeit­ punkt t_n bzw. dem Schwingungswinkel Φ_n des n-ten Verdichtungsstoßes bringt. Diese Zusammenhänge sind in Fig. 2 anhand eines oberen und eines (mit dem oberen korrespondierenden) unteren Diagrammes dargestellt.

Im oberen Diagramm sind über der Abszisse mit den beiden Größen Zeit [t] und Schwingungswinkel [Φ] (mit der Beziehung für die Kreisfrequenz w: t = Φ/w) aufgetragen:

Ein Kurvenzug O-Q-R-U-D-E-G, welcher den Schwingungsweg S_Schw der Aufprallfläche eines mit der Amplitude A_Schw und mit der Frequenz f_Schw = w/2π und der Periodendauer T = 2π/w schwingenden und mit seiner Masse m_Schw den Stoß durchführenden Schwingungserzeugungs-Systems darstellt, sowie mehrere Kurvenzüge a), b) und c), welche den Zeit-Wegverlauf s_Flug(t) eines beim Verdichtungsstoß durch die Masse m_Schw nach oben gestoßenen und dann den Flugweg s_Flug durch einen neuen Verdichtungs­ stoß beendenden "erste Massensystems" m₁ zeigen. Das "erste Massensy­ stem" m₁ umfaßt bei einer Betonsteinmaschine mindestens den Formkasten, die Grundplatte und die zu formenden und zu verdichtenden Formkörper, sowie zeitweilig noch eine oben auf den Formkörpern lastende Auflastmasse m_Aufl.

Um die Darstellung in Fig. 2 zu vereinfachen, wurde unterstellt, daß die Masse m_Schw groß gegenüber der Masse m₁ ist. In Wirklichkeit weisen die aufsteigenden Schwingbewegungen der Schwingmasse m_Schw nach einem Stoß mit der Masse m₁ in einer vom Verhältnis k der Massen (k = m_Schw/m₁) abhängigen Weise im Vergleich zum gezeigten Kurvenzug O-Q-R flachere Kurvenverläufe auf. Im oberen Diagramm werden zwei mögliche Verdich­ tungsverfahren, zwischen denen in der Praxis auch ohne gerätemäßige Umstellung gewechselt werden kann, zugleich gezeigt.

Beim Pralleistenverfahren endet der Flugweg s_Flug der Masse m₁ mit einem Stoß der Grundplatte gegen sogenannte Pralleisten in einem Stoßpunkt P_A auf einer Stoß-Höhe, welche für jeden Stoß-Phasenwinkel individuell durch die veränderbare Größe N_Stoß des Stoß-Niveaus in bezug auf eine Niveau- Basis NB festgelegt ist. Die Summe aller möglichen Stoßpunkte P_A,n bildet die "Stoßlinie" SL, welche in der Praxis auch eine von einer Geraden abweichende Form aufweisen kann. Die Kurven a) und b) stellen Flugwege dar, bei welchen die Massen m₁ bei der Abwärtsbewegung nach Ablauf eines Stoß-Phasenwinkels β_Ab mit einer u. a. vom Stoß-Phasenwinkel β_Ab abhängigen Stoßgeschwindigkeit v_Stoß mit der Unterseite der Grundplatte gegen die Pralleisten (und damit gegen eine große Fundamentmasse) stoßen und damit den ersten Verdichtungs-Stoßvorgang einer Schwingperiode einleiten.

Im Verlaufe des sinusförmig verlaufenden Schwingungsweges s_Schw der mit der Masse m₁ eine Stoßstelle bildenden Prallfläche der Masse m_Schw unterfährt die Prallfläche bei der Abwärtsbewegung im Punkt U das Stoß- Niveau N_Stoß, und zwar, noch bevor die Masse m₁ nach Ablauf des Stoß- Phasenwinkels β_Ab,a auf die Pralleisten stößt. Nach Überwindung der tiefsten Lage im Punkt D stößt die Prallfläche der Masse m_Schw im Punkt E nach Abhuf des Stoß-Phasenwinkels β_Auf von unten gegen die Unter­ seite der Grundplatte und löst damit den zweiten Verdichtungs-Stoßvor­ gang einer Schwingperiode aus.

Während der nachfolgenden Aufwärtsbewegung der Masse m_Schw bleiben die Unterseite der Grundplatte und die Prallfläche der Masse m_Schw in Kontakt. Sobald die Schwingungsbewegung einer genügend großen verzö­ gernden Beschleunigung unterworfen ist, hebt im Punkt P_H,a bei Erreichen eines Winkels σ_H,a die Grundplatte ab und leitet ihren eigenen Flugweg gemäß Kurve a) ein.

Der Stoß-Phasenwinkel β_Ab,a hängt vor allem von der Größe der Parameter A_Schw, f_Schw², N_Stoß und ε_Stoß ab (ε_Stoß = Stoßzahl der Stoßtheorie). Ändert man z. B. die Schwingfrequenz f_Schw, indem man sie größer macht, wird aus dem Flugweg a) ein Flugweg b). Eine ebensolche Änderung tritt bei Konstanthaltung aller anderen Parameter z. B. auch dann ein, wenn bei fortschreitender Formstoffverdichtung sich die Stoßzahl ε_Stoß vergrößert (Verringerung der Dämpfung).

Beim Gegenschlagverfahren, zu welchem man auch aus dem Pralleistenver­ fahren herkommend dadurch übergehen kann, daß man den Stoß-Phasen­ winkel β_Ab größer als den Phasenwinkel β_Auf werden läßt, erfolgt die Her­ beiführung eines Stoßes zwischen der Unterseite der Grundplatte (Masse m₁) und der Prallfläche der schwingenden Masse m_Schw, ohne, daß dabei die Pralleisten von der Unterseite der Grundplatte berührt werden. Ein Stoßvorgang des Gegenschlagverfahrens ist z. B. durch den Verdichtungs­ stoß mit der Flugbahn c) beschrieben. Hier haben die Stoß-Phasenwinkel β_Ab und β_Auf den gleichen Wert und werden mit β_Gegen bezeichnet. Beim Gegenschlagverfahren ist etwa ab dem Winkel Φ = 2π der Auftreffpunkt P_A,c gleichzeitig auch der Abhebepunkt P_H,c.

Der in der Fig. 2 darstellbare, sinnvollerweise ausnutzbare Winkelbereich für den Winkel β_Gegen ist begrenzt durch die durch die Punkte R und G markierten Winkel Φ. Das heißt, daß beim Gegenschlagverfahren das Ende der Flugbahn c) z. B. nacheinander bei den Punkten R, D, P_A,c und G (aber auch z. B. bei Φ = 4π) liegen könnte.

Man kann herleiten, daß den beiden unterschiedlichen Verdichtungsverfah­ ren auch unterschiedliche Verläufe der Stoßgeschwindigkeiten v_Stoß zuge­ ordnet sind. Dies wird im unteren Diagramm der Fig. 2 verdeutlicht:

Beim Durchfahren eines Stoß-Phasenwinkels β_Ab mit auf der gezeigten Stoß-Höhe endenden Flugwegen s_Flug zwischen den Punkten U und E, also bei Einhaltung der Bedingungen des Pralleistenverfahrens, wird bei Kon­ stanthaltung aller sonstigen Einflußfaktoren eine (im unteren Diagramm) vom Punkt 4 bis zum Punkt 6 ansteigende Stoßgeschwindigkeit erreicht.

Bei reiner Anwendung eines Gegenschlagverfahrens folgt beim Durchfahren eines durch die Aufschlagpunkte P_A gekennzeichneten Kurvenabschnittes R-U-D-E-P_A,c-G (im oberen Diagramm) die den jeweiligen Winkeln zugeord­ nete Stoßgeschwindigkeit v_Stoß einem Kurvenzug 1-2-5-7-8-9 (im unteren Diagramm).

Falls der Betrieb der Formmaschine ein gemischtes Verfahren zuläßt oder zulassen soll, ergibt sich über den Winkelbereich von Φ = π bis Φ(G) ein Verlauf der Stoßgeschwindigkeit v_Stoß gemäß einem Kurvenverlauf 1-2-4-6- 7-8-9. Es sei auch darauf hingewiesen, daß beide Verdichtungsverfahren auch mit einem größeren Stoß-Phasenwinkel, bevorzugt in einem Bereich Φ = 3π bis Φ = 4π, betrieben werden können. Dabei kann bei entsprechender Auslegung der Steuerung auch ein fließender Übergang vom Stoßwinkel- Bereich π bis 5π/2 zum Stoßwinkel-Bereich 5π/2 bis 4π (und zurück) vorgenommen werden.

Bedenkt man, daß die wirksame Stoßbeschleunigung a_Stoß sich proportional zu v_Stoß entwickelt, erkennt man vor allem im Hinblick auf die stets gegebene Aufgabenstellung der Sicherstellung einer optimalen und gleich­ bleibenden Verdichtungsarbeit, daß die Einhaltung zumindestens eines vor­ gegebenen Winkelbereiches, besser noch die Einhaltung eines vorgebbaren Sollwinkels für die Stoß-Phasenwinkel β_Stoß eine erhebliche Verbesserung der permanenten Beherrschung des Verdichtungsprozesses ergeben kann.

Es bietet sich an, den Stoß-Phasenwinkel β_Stoß und/oder die Stoßge­ schwindigkeit v_Stoß (bzw. die von v_Stoß abgeleiteten Wirkgrößen, wie die Verdichtungsbeschleunigung a_Stoß, oder die Verdichtungsbeschleunigung b_S oder den Verdichtungsweg s_V) regeln zu wollen. Hierzu können alle maßgeblichen Parameter meßtechnisch erfaßt werden. Als bei einer Rege­ lung zu verstellende Einflußgrößen kommen in Frage: A_Schw, f_Schw und N_Stoß. Als hauptsächlich auszuregelnde Störgröße ist die Stoßzahl ε_Stoß aufzufassen, welche sich mit fortschreitendem Verdichtungsgrad in erhebli­ chem Maße ändert.

Zur Beurteilung des möglichen Erfolges einer Pegelmaßnahme sind noch folgende Zusammenhänge in′s Auge zu fassen:

• - Man kann (den bisher nicht bekannten Zusammenhang) aufzeigen, daß bei Konstanthaltung aller übrigen Einflußgrößen der Stoß-Phasenwinkel β_Stoß des Freiflugweges proportional zur Schwingbeschleunigung a_Schw, das heißt, proportional zum Produkt A_{Schw *}f_Schw² ist.
• - Andererseits ist bekannterweise die maximale Schwinggeschwindigkeit v_Schw,max von der auch die Stoßgeschwindigkeit v_Stoß abhängt, propor­ tional zum Produkt A_{Schw *}f_Schw.

Bei einem ersten Regelverfahren kann der Stoß-Phasenwinkel β_Stoß dadurch geregelt werden, daß man die maßgebliche Schwingbeschleunigung a_Schw durch Beeinflussung der Schwingfrequenz f_Schw ändert. Damit kann man die aus dem unteren Diagramm der Fig. 2 ersichtlichen Probleme der starken Abhängigkeit der Stoßgeschwindigkeit v_Stoß von β_Stoß lindern, wobei jedoch in Kauf genommen werden muß, daß sich wegen der Abhän­ gigkeit vom Produkt A_{Schw *}f_Schw indirekt mit einer Veränderung von f_Schw um den Wert δf auch wieder die Stoßgeschwindigkeit v_Stoß ändert, und zwar um den Wert .

Sofern man sich in einem dafür geeigneten Bereich des Winkels Φ befindet, kann man die erwähnte Mit-Veränderung der Stoßgeschwindigkeit v_Stoß dadurch vermeiden, daß man nicht den Stoß-Phasenwinkel β_Stoß, sondern unmittelbar die Stoßgeschwindigkeit v_Stoß zur Regelgröße macht. Dies setzt voraus, daß man den jeweiligen Istwert der Stoßgeschwindigkeit auch ermitteln kann. Die Mitbeachtung des Stoßwinkels β_Stoß dabei ist dennoch zweckmäßig, um aus ihm Informationen über die gleichzeitig notwendige Beachtung von durch den Winkel Φ gesetzten Grenzen zu beziehen (z. B. Beachtung eines Maximums für die Stoßgeschwindigkeit im Bereich Φ = 2π).

Besser ist ein zweites Regelverfahren, welches zusätzlich zur verstellbaren Schwingfrequenz die Verstellbarkeit der Schwingamplitude A_Schw oder des Stoß-Niveaus N_Stoß voraussetzt. Bei diesem Verfahren wird zunächst auch der Stoß-Phasenwinkel β_Stoß durch Beeinflussung der Größe a_Schw gere­ gelt. Im Gegensatz zum ersten Regelverfahren wird hier jedoch das Pro­ dukt A_{Schw *}f_Schw² (= proportional zu a_Schw) bei seiner notwendigen Veränderung durch gleichzeitige Verstellung von A_Schw und f_Schw derart aufgeteilt, daß die Stoßgeschwindigkeit v_Stoß oder die von v_Stoß ableitba­ ren Größen, wie z. B. a_Stoß, b_S und s_V, nach vorgegebenen Werten (oder Zeitverläufen) ebenfalls geregelt werden, z. B. konstant geregelt werden können. (Der zweite Regelkreis mit der Regelgröße z. B. a_Stoß ist dem ersten Regelkreis mit der Regelgröße β_Stoß unterlagert).

Das zweite Regelverfahren ist mit vergleichbarem Ergebnis auch durch­ führbar, wenn zur Regelung des Stoß-Phasenwinkels β_Stoß die Kombination von dabei eingesetztem beeinflußbaren Stoß-Niveau N_Stoß und beein­ flußbarem f_Schw in geeigneter Weise durch gleichzeitige Veränderung beider Parameter variiert wird.

Die Stoß-Phasenwinkel β_Ab, β_Auf und β_Gegen können als Zeitwerte (mit der Zeiteinheit T = 2π/w) oder Winkelwerte (z. B. in rad) ermittelt werden. Der Phasenwinkel, der auch negativ sein kann, wird als Zeit- oder Winkeldiffe­ renz zweier Ereignisse definiert. Die Ereignisse können zwei Stoßereignisse sein, wie in Fig. 2 (oben) mit Winkel β_Ab,Auf gezeigt. Wenigstens eines der Ereignisse muß ein Stoßvorgang sein, wobei das andere Ereignis dann ein beliebiges gemessenes oder errechnetes Ereignis sein kann, z. B. jenes Ereignis, bei welchem die in bestimmter Weise auf eine Niveau-Basis NB (oberes Diagramm) bezogene Höhenlage (N_o) der Zeit- oder Winkelachse von der Kurve des Schwingweges s_Schw geschnitten wird, was im oberen Diagramm bei Φ = 0 ± n_*π geschieht (mit n = 0 bis ∞).

Die Lage des Stoß-Niveaus N_Stoß relativ zur Lage des sinusförmigen Schwingweges s_Schw bezieht sich ebenfalls auf ein Bezugs-Niveau NB, wobei NB z. B. ein bezüglich seiner Höhe definierter Punkt auf dem Maschi­ nenfundament sein kann. Die Lage des Stoß-Niveaus N_Stoß kann auch rela­ tiv zur Zeit-Achse (s_Schw = 0) definiert sein, wenn die Lage der Zeit- Achse selbst eindeutig definiert ist, z. B. durch einen Bezug N_o relativ zu NB.

Bei dem definierten ersten und zweiten Regelverfahren muß der Stoß-Pha­ senwinkel β_Stoß nicht zwangsläufig eine Regelgröße sein. Eine nützliche Auswertung des ermittelten Istwertes von β_Stoß kann auch darin bestehen, daß man bei der Steuerung oder Regelung des Verdichtungsvorganges sicherstellt, daß der Istwert von β_Stoß innerhalb vorgegebener Grenzwerte β_oben-β_unten bleibt. Damit kann man z. B. verhindern, daß der Istwert von β_Stoß gewisse Grenzen, z. B. die Grenzpunkte U und E (im oberen Diagramm) erreicht.

Anstatt den Stoß-Phasenwinkel β_Stoß zu ermitteln, kann man auch den sich zwischen der Unterseite der Grundplatte und den Pralleisten (Wert L1 in Fig. 2) oder den sich zwischen der Unterseite der Grundplatte und der Prallfläche der Schwingmasse m_Schw (Wert L2 in Fig. 2) sich bildenden Luftspalt "L" als L(Φ) für einen vorgegebenen Wert Φ ermitteln. In Kennt­ nis von anderen, meßbaren oder berechenbaren Parametern kann man dar­ aus dann auf den Stoß-Phasenwinkel β_Stoß rückschließen. Als Ersatz für β_Stoß kann man den Luftspalt L(Φ) auch als Beurteilungsgröße für den laufenden Verdichtungsvorgang, d. h., auch als Steuerungsgröße oder Regelgröße heranziehen.

Man erkennt leicht, daß sich die beschriebenen Möglichkeiten der Auswer­ tung der ermittelten Größe des Istwertes von β_Stoß und/oder N_Stoß und/oder L auch vorzüglich zu einer automatischen Überwachung bestimmter Einstellwerte und/oder Eigenschaften der ganzen Verdichtungs­ einrichtung verwenden lassen. Beispielsweise läßt sich die Lage des Stoß- Niveaus N_Stoß ermitteln oder errechnen und wenigstens die Phasenlage der Punkte U und E, sowie die Relativlage des Stoß-Phasenwinkels β_Stoß zu diesen Punkten, wenigstens gegen Ende des Verdichtungsvorganges, bei welchem der Wert für die Stoßzahl ε_Stoß sich einem relativ stabilen Endwert genähert hat.

Generell gilt auch, daß die Verwertung der aus den ermittelten Istwerten für β_Stoß und/oder N_Stoß ableitbaren Informationen zur Beeinflussung oder Überwachung des Verdichtungsvorganges und/oder der Verdichtungsanlage derart erfolgen kann, daß die ermittelten Istwerte oder davon abgeleitete Daten lediglich in geeigneter Weise protokolliert oder optisch dargestellt werden (z. B. auf einem Bildschirm), und daß die Umsetzung der verwertba­ ren Informationen in entsprechende Eingriffe an den am Verdichtungsvor­ gang beteiligten Aktuatoren (z. B. Motordrehzahl) und/oder in Verstellvor­ gänge an den entsprechenden Verstellorganen (z. B. Beeinflussung der Größe N_Stoß) den Bedienungspersonen überlassen wird.

Es wird darauf hingewiesen, daß die geschilderten Schwingungs- und Stoßverläufe durch die zusätzliche Belastung von Formkasten und/oder Formkörper durch auf sie einwirkende Zusatzkräfte, wie z. B. Federkräfte, im Prinzip nicht wesentlich verändert werden.

In dieser Beschreibung verwendete Begriffe der Regeltechnik entsprechen jenen der DIN 19 226, Ausgabe Mai 1968.

Claims (23)

1. Verfahren zur Kontrolle und/oder Sicherung der Qualität der Verdich­ tung von in Formkästen unter der Einwirkung von Verdichtungsstößen zu formenden und zu verdichtenden Formmassen unter Miteinbeziehung der Meßwerte von Beurteilungsgrößen, die als wenigstens vom Verdichtungs­ grad und/oder der Verdichtungszeit abhängige Größen anzusehen sind,

• - wobei die Stoßenergie W_S der Verdichtungsstöße abgeleitet ist von der Bewegung periodisch mit der Schwingfrequenz f_Schw erregter Bewegungs­ erzeugungs-Systeme mit einer stoßenden Schwingmasse m_Schw und einer nominellen Schwingamplitude A_Schw,
• - wobei die Stoßstellen der Verdichtungsstöße an der Oberseite und/oder Unterseite der Formkörper und/oder an der Unterseite einer unter dem Formkörper angeordneten Grundplatte (z. B. Brett) erzeugt sind,
• - wobei an den Stoßstellen Stoßbeschleunigungen a_Stoß und an anderen Stellen davon abgeleitete Stoßbeschleunigungen b_S erzeugt sind, die in ihrer Größe wenigstens durch die Parameter f_Schw und A_Schw beein­ flußbar sind, und
• - wobei wenigstens am Ende des Verdichtungsvorganges wenigstens eine Gut/Schlecht-Bewertung der Qualität erfolgt ist,

gekennzeichnet durch die Kombination der folgenden Verfahrensmerkmale,

• a) daß wenigstens während eines Teilabschnittes des Verdichtungsvorgan­ ges die Werte B_n oder ΣB_n für die Stoßbeschleunigung a_Stoß oder b_S und/oder die Werte S_n oder ΣS_n für den Verdichtungsweg und/oder die Werte G_n für die Stoßgeschwindigkeit v_Stoß und/oder solche Werte, die von den voranstehend genannten Werten abgeleitet sind, laufend meßtech­ nisch erfaßt sind,
• b) daß für einen vorgegebenen Zeitabschnitt des Verdichtungsvorganges ein Zeitverlauf f_Soll(t) als Sollwerte für einen der Werte B_n, ΣB_n, S_n, ΣS_n, G_n oder für einen davon abgeleiteten Wert vorgegeben ist,
• c) daß eine Regeleinrichtung vorgesehen ist, durch welche unter Verwer­ tung der gemessenen Werte der Zeitverlauf f_Soll(t) wenigstens einer der Sollwerte durch regeltechnische Einflußnahme primär auf wenigstens einen der Parameter f_Schw, A_Schw, β_Stoß, N_Stoß, wenigstens unter Einhaltung vorgegebener Grenzen für die gemessenen Werte, eingestellt bzw. eingere­ gelt wird,
• d) daß durch die Einflußnahme auf wenigstens einen der Parameter sekun­ där die Stoßbeschleunigung a_Stoß oder b_S oder die Stoßgeschwindigkeit v_Stoß beeinflußt ist, und
• e) daß wenigstens am Ende des Verdichtungsvorganges eine Bewertung der Qualität, wenigstens eine Gut/Schlecht-Bewertung der Qualität erfolgt ist, welche abgeleitet ist aus dem Vergleich der Größe der gemessenen Werte mit vorgegebenen Grenzwerten, und wobei das Bewertungsergebnis von einer zugeordneten Steuerung verarbeitbar ist.

2. Verfahren nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale,

• a) daß wenigstens während eines Teilabschnittes des Verdichtungsvorgan­ ges die Werte E1_n einer ersten Beurteilungsgröße BG1 laufend meßtech­ nisch erfaßt sind,
• b) daß für einen vorgegebenen Zeitabschnitt des Verdichtungsvorganges ein Zeitverlauf f_Soll(t) als Sollwert für die Werte E1 der Beurteilungsgröße BG1 vorgegeben ist,
• c) daß eine Regeleinrichtung vorgesehen ist, durch welche unter Verwer­ tung der gemessenen Werte der Zeit-Verlauf f_Soll(t_n) für die Werte E1_n durch regeltechnische Einflußnahme primär auf wenigstens einen der Parameter f_Schw, A_Schw, β_Stoß, N_Stoß, wenigstens unter Einhaltung vorge­ gebener Grenzen der gemessenen Werte E1, eingestellt bzw. eingeregelt wird,
• d) daß durch die Einflußnahme auf wenigstens einen der Parameter sekundär die Stoßbeschleunigung a_Stoß oder b_S oder die Stoßgeschwindig­ keit v_Stoß beeinflußt ist,
• e) daß zumindest zugeordnet zu einem einzigen vorbestimmten Stoßereignis, bevorzugt am Ende des Verdichtungsvorganges, wenigstens ein meßbarer Wert E2 einer zweiten Beurteilungsgröße BG2 meßtechnisch erfaßt und anhand vorgegebener Grenzwerte bewertet ist, und
• f) daß wenigstens am Ende des Verdichtungsvorganges eine Bewertung der Qualität, wenigstens eine Gut/Schlecht-Bewertung der Qualität erfolgt ist, welche Bewertung abgeleitet ist aus der Bewertung der zweiten Beurtei­ lungsgröße BG2 und aus der Bewertung des Ist-Verlaufes f_Ist = f(t) der Istwerte E1_n der ersten Beurteilungsgröße BG1 in Verbindung mit den dafür vorgegebenen Grenzen, und wobei das Bewertungsergebnis von einer zugeordneten Steuerung verarbeitbar ist.

3. Verfahren nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale,

• a) daß wenigstens gegen Ende des Verdichtungsvorganges eine durch Beeinflussung wenigstens einer der Parameter f_Schw, A_Schw, β_Stoß, N_Stoß, veränderbare Stoßbeschleunigung a_Stoß oder b_S als Vergleichs- oder Meßbeschleunigung auf einen vorgegebenen Wert B_n eingestellt oder eingeregelt ist, unter der Einwirkung von welcher Vergleichs- oder Meßbeschleunigung wenigstens ein meßbarer Wert E3 einer anderen Beurteilungsgröße meßtechnisch erfaßt ist, und
• b) daß wenigstens am Ende des Verdichtungsvorganges eine Bewertung der Qualität, wenigstens eine Gut/Schlecht-Bewertung der Qualität erfolgt ist, welche abgeleitet ist aus dem Vergleich der gemessenen Werte E3_n mit für diese Werte vorgegebenen Grenzwerten, und wobei das Bewertungser­ gebnis von einer zugeordneten Steuerung verarbeitbar ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitverläufe f_Soll(t) durch wenigstens zwei Sollwerte bestimmt sind, welche Sollwerte zwei unterschiedlichen Zeitwerten zugeordnet sind.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die laufende meßtechnische Erfassung von zu messenden Werten sich wenig­ stens bezüglich der Auswertung der Meßsignale auf vorgegebene Zeitstütz­ punkte, vorzugsweise auf solche Zeitstützpunkte, die je einem Verdich­ tungsstoß zugeordnet sind, beschränkt.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebenen Sollwerte bei Anwendung eines Pralleistenverfahrens sich auf solche Größen beziehen, welche in Erscheinung treten bzw. wirksam sind beim Verdichtungsstoß gegen die Pralleiste und/oder beim Verdich­ tungsstoß der Schwingmasse m_Schw gegen die Grundplatte.

7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitverlauf f_Soll(t) der Sollwerte während einer Muster-Verdichtung gene­ riert und/oder protokolliert wird.

8. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Beurteilungsgröße BG1 ein Stoß-Phasenwinkel β_Stoß(t) oder ein Luftspalt L(t) ist, wobei die regeltechnische Einflußnahme durch die Regeleinrich­ tung primär auf wenigstens einen der Parameter f_Schw, A_Schw oder N_Stoß erfolgt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Beurteilungsgröße BG2 die Stoßbeschleunigung b_S, der Verdichtungsweg s_V oder die Verdichtungsenergie e_V ist.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die gemessenen Meßwerte durch vorgegebene Algorithmen, z. B. durch Integration oder Differentation, weiterverarbeitet werden zu einer Bewertungsgröße, welche zur Qualitätsbewertung und/oder zur Beeinflussung des Regelvorganges herangezogen wird.

11. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in wenigstens einem Regelvorgang die Größen "Stoß- Phasenwinkel β_Stoß" und/oder "Stoß-Niveau N_Stoß" und/oder Luftspalt L mit einbezogen sind, wozu diese Größen auch meßtechnisch erfaßbar sind.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß bereits bei der Generierung des Zeitverlaufes f_Soll(t) der Sollwerte ein Regelvorgang unter Miteinbeziehung eines Stoß-Phasenwinkels β_Stoß und/oder eines Stoß-Niveaus N_Stoß und/oder eines Luftspaltes L durchgeführt wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß wenigstens ein erster Regelkreis und ein zweiter unterla­ gerter Regelkreis vorgesehen ist, und daß in wenigstens einem der Regel­ kreise der Stoß-Phasenwinkel β_Stoß oder das Stoß-Niveau N_Stoß oder der Luftspalt L die Regelgröße ist.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeich­ net, daß der Stoß-Phasenwinkel β_Stoß oder der Luftspalt L durch Verände­ rung der Schwingungsbeschleunigung a_Schw und/oder durch Verände­ rung des Stoß-Niveaus N_Stoß geregelt ist.

15. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Größe Zeit (z. B. als Abszissen-Größe in Fig. 1 und 2) ersetzt ist durch die Größe "Abfolge der Verdichtungsstöße".

16. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ergebnisse der Qualitätsbewertung nicht von einer zu geordneten Steuerung verarbeitbar sind, sondern anderweitig verwertbar, vorzugsweise aber derart verwertbar sind, daß ihre Informationen optisch dargestellt werden.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, auch in Verbindung mit einem der Ansprüche 4 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die endgültige Bewertung der Qualität der Verdichtung, oder der Qualität des Verdich­ tungsergebnisses an sich, verknüpft ist mit noch anderweitigen Kon­ trollergebnissen.

18. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei der Bewertung der Qualität zwischen mehr als zwei Stufen (gut/schlecht) unterschieden wird.

19. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß über Formstempel eine Auflastkraft in die Formkörper einge­ leitet ist, welche Auflastkraft steuerbar oder regelbar ist zwecks Beein­ flussung einer durch einen Regelvorgang beeinflußten anderen Größe.

20. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Be­ schleunigungsgröße a_Stoß durch die Stoßgeschwindigkeit v_Stoß ersetzt wird.

21. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das ander­ weitige Kontrollergebnis beinhaltet, daß die gemessenen Istwerte des Stoß- Phasenwinkels β_Stoß und/oder des Stoß-Niveaus N_Stoß während des ganzen Verdichtungsvorganges als innerhalb von vorgegebenen, besonderen Ausschuß-Grenzwerten liegend erkannt wurden.

22. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß es sich bei den Formmassen um Beton und bei den nach dem Verdichtungsvorgang entstehenden Formkörpern um Betonsteine handelt.