EP1590140A1 - Vorrichtung zur formgebung von gemengen - Google Patents

Vorrichtung zur formgebung von gemengen

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EP1590140A1
EP1590140A1 EP04706668A EP04706668A EP1590140A1 EP 1590140 A1 EP1590140 A1 EP 1590140A1 EP 04706668 A EP04706668 A EP 04706668A EP 04706668 A EP04706668 A EP 04706668A EP 1590140 A1 EP1590140 A1 EP 1590140A1
Authority
EP
European Patent Office
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elements
unbalanced shafts
unbalanced
attached
spring elements
Prior art date
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Granted
Application number
EP04706668A
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English (en)
French (fr)
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EP1590140B1 (de
Inventor
Günter Becker
Helmut Kuch
Jürgen MARTIN
Jörg-Henry Schwabe
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institut fuer Fertigteiltechnik und Fertigbau Weimar eV
Original Assignee
Institut fuer Fertigteiltechnik und Fertigbau Weimar eV
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Publication date
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Application filed by Institut fuer Fertigteiltechnik und Fertigbau Weimar eV filed Critical Institut fuer Fertigteiltechnik und Fertigbau Weimar eV
Publication of EP1590140A1 publication Critical patent/EP1590140A1/de
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Publication of EP1590140B1 publication Critical patent/EP1590140B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28B—SHAPING CLAY OR OTHER CERAMIC COMPOSITIONS; SHAPING SLAG; SHAPING MIXTURES CONTAINING CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
    • B28B1/00—Producing shaped prefabricated articles from the material
    • B28B1/08—Producing shaped prefabricated articles from the material by vibrating or jolting
    • B28B1/087—Producing shaped prefabricated articles from the material by vibrating or jolting by means acting on the mould ; Fixation thereof to the mould
    • B28B1/0873—Producing shaped prefabricated articles from the material by vibrating or jolting by means acting on the mould ; Fixation thereof to the mould the mould being placed on vibrating or jolting supports, e.g. moulding tables
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/10—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of mechanical energy
    • B06B1/16—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of mechanical energy operating with systems involving rotary unbalanced masses
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28B—SHAPING CLAY OR OTHER CERAMIC COMPOSITIONS; SHAPING SLAG; SHAPING MIXTURES CONTAINING CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
    • B28B7/00—Moulds; Cores; Mandrels
    • B28B7/0002—Auxiliary parts or elements of the mould
    • B28B7/0014—Fastening means for mould parts, e.g. for attaching mould walls on mould tables; Mould clamps
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30—PRESSES
    • B30B—PRESSES IN GENERAL
    • B30B11/00—Presses specially adapted for forming shaped articles from material in particulate or plastic state, e.g. briquetting presses, tabletting presses
    • B30B11/02—Presses specially adapted for forming shaped articles from material in particulate or plastic state, e.g. briquetting presses, tabletting presses using a ram exerting pressure on the material in a moulding space
    • B30B11/022—Presses specially adapted for forming shaped articles from material in particulate or plastic state, e.g. briquetting presses, tabletting presses using a ram exerting pressure on the material in a moulding space whereby the material is subjected to vibrations

Definitions

  • the invention relates to a device for shaping batches, preferably concrete batches for stone production, comprising a mold for receiving the concrete batch, a table with which the mold is coupled via tensioning elements, a vibration generation system attached to the table for generating harmonic vibrations and their Transfer to the table, a load in the form of a stamp for applying a force to the concrete batch, first spring elements for the elastic mounting of the table, second spring elements for the elastic mounting of the load, and relates to the problem of concrete block production using harmonic vibration.
  • the receptacle usually consists of a so-called pallet - for example a board, a plastic plate or a steel sheet - and a molding box that defines the side walls of the concrete goods and rests on the pallet. This has mainly production-technical reasons, since the finished concrete goods are transported on these pallets, but also significantly influences the behavior with the shock vibration.
  • the impact bumps are also generated via tapping bars, which are stationary and arranged parallel to the table. These knock bars are set empirically by coordinating various machine parameters and thus do not always guarantee the optimal setting and optimal compression. The use of a different batch or a different form therefore sometimes involves extensive adjustment work. Further disadvantages of shock vibration are the high noise emissions associated with the bumps, the high machine load and high wear and tear on the device. The latter also means that the optimal machine setting is lost and the product quality deteriorates.
  • the lack of acceleration peaks generated by the bumps must be replaced by correspondingly higher forces in the harmonic vibration.
  • these high forces cannot be generated with the known motor-driven unbalance exciters.
  • one or more hydraulically operated servo cylinders instead of motor-driven unbalance exciters, the required ones can be found generate high forces and use the principle of harmonic vibration.
  • Devices for concrete block production based on hydraulic drive are also described in the above-mentioned articles by Schlecht and Neubauer and in the document WO 01/47698 AI.
  • the advantages of the harmonic vibration include that the wear is significantly reduced, the noise emissions - pallet, molding box and table are firmly clamped together in this case - are reduced, cement consumption can be reduced and production times can be reduced.
  • the object of the invention is therefore to develop a device for compacting batches, in particular concrete batches for concrete block production, based on harmonic vibration, which does not have the disadvantages of shock vibration and the hydraulic drive and yet provides sufficiently high accelerations or forces.
  • the object is achieved in that at least eight rotating unbalanced shafts with mutually parallel axes of rotation are provided in the vibration generation system.
  • the unbalanced shafts are coupled in pairs in their rotational movement and each pair of unbalanced shafts has a common axis of rotation and is driven independently of the other pairs.
  • an unbalanced shaft is therefore created by a coupled pair of unbalanced shafts. puts. This inevitably means that the unbalanced shafts have to be constructed more compact and shorter.
  • the transfer of a significantly higher total force is made possible by using eight instead of four unbalanced shafts: Since each unbalanced shaft is usually mounted in two roller bearings attached to the table, the total force can thus be divided into 1 instead of eight roller bearings.
  • the unbalanced shafts To reduce wear, it is advantageous to provide a bending stiffness of El> 2 * 10 5 Nm 2 for the unbalanced shafts, E denoting the elastic modulus of the material used for the unbalanced shafts and I the area moment of inertia of the unbalanced shaft. It is advisable to manufacture the unbalanced shafts from steel with a diameter of at least 80 mm.
  • supports with cylindrical roller bearings are provided on the table for mounting the unbalanced shafts.
  • two cylindrical roller bearings with a bearing spacing of approximately 150 mm are provided for mounting each unbalanced shaft.
  • Cylindrical roller bearings have the advantage of a higher load capacity compared to the spherical roller bearings commonly used. The smaller distance between the roller bearings in conjunction with the higher bending stiffness of the unbalanced shafts minimizes the angular deviations in the bearings, so that the edge load on the bearings is less. In this way, the service life of the bearings is increased compared to conventional devices.
  • the coupling in the rotational movement of two unbalanced shafts combined in a pair can be designed as an electronic clutch, the unbalanced shafts being driven in a synchronized manner and the synchronization being carried out via an electronic control.
  • Simpler and cheaper, and therefore preferable, is the pair-wise coupling of two unbalanced shafts by means of an elastic coupling.
  • This must be designed to be as stiff as possible against twisting, but must be designed to be as tolerant as possible with respect to misalignment which can arise from deviations in the current local position of the rotational axes of the two unbalanced shafts relative to one another in the area of the coupling.
  • the elastic coupling has a torsional spring stiffness of at least 10 "Nm / rad and a radial spring stiffness of at most 2 * 1 0 7 N / m.
  • the table with its shape and concrete quantity can be set into harmonic vibrations particularly effectively if the vibrations generated by the unbalance exciters match the natural frequency of the vibrating assembly on the first spring elements, which serve to elastically support the table:
  • their resonance can be used
  • the first spring elements usually have to be made particularly rigid. This has the disadvantage that, in the case of resonance, there is also a considerable transfer of vibrations to the environment.
  • the ballast and the second spring elements for the elastic bearing of the ballast.
  • Good vibration isolation from the environment can only be achieved with soft first and second spring elements.
  • the only usable resonance vibrations in this case would be the relative movement between the table and the load, which is mediated by the concrete quantity.
  • the concrete spring acting in this way is heavily dependent on the batch and the progress of compaction, which makes it difficult to utilize the resonance.
  • the table and the load are therefore coupled via third spring elements.
  • Mechanical or hydraulic springs, each with variable spring forces, are preferably provided as third spring elements.
  • These third spring elements can then be tuned to a predetermined operating frequency, so that changes in the spring force of the concrete spring have a significantly smaller effect in the sum of all the springs and can even be compensated for with variable spring forces of the third spring elements.
  • tension members with hydraulic or pneumatic tension are provided as tensioning elements for tensioning the form and table. These are attached to the table at one end and are non-positively connected to the form at the other end in the tensioned state.
  • the tension members can also be attached to the mold at one end and non-positively connected to the table at the other end in the tensioned state.
  • tension members compared to the conventionally used bracing levers at the level of the molded connections the advantage that it is possible to dispense with cantilevered parts, which were previously necessary for the tensioning mechanism, and which are particularly vulnerable to breakage at high vibration accelerations, such as those which generally occur when using harmonic vibrations and resonances.
  • the tension members are attached at one end to the table at an angle of more than 0 ° with respect to the vertical, preferably at an angle between 10 ° and 30 °.
  • This has the advantage that the tension contours, i.e. H. the means with which the non-positive connection is established are extended when relaxing from the collision area of the mold lifting movement and the mold can thus be removed and changed more easily.
  • wedges and tension rods are provided on the table as tensioning elements with openings suitable for the wedges, the wedges being driven into the openings of the tension rods in the tensioned state.
  • a hydraulic or pneumatic forward and backward drive for the wedges is expediently provided for producing and releasing the bracing.
  • electromagnets attached to the table are provided as tensioning elements.
  • the mold consists of a magnetizable material. This is usually the case since the molds are usually made of steel. If a two-part mold is used, not only the mold box, but also the pallet between the mold box and the table must be made of magnetizable material, for example sheet steel. If the magnets are switched on with the mold on, they attract the mold by means of electromagnetic force and in this way brace it.
  • FIG.! 1 shows a device for shaping batches in a side view
  • FIG. 2 shows the implementation of a tensioning mechanism according to the invention
  • 3 shows an unbalanced shaft as known from the prior art
  • FIG. 4 shows a pair of coupled unbalanced shafts according to the invention.
  • FIG.l the basic structure of a device according to the invention for forming batches, in particular for the production of concrete blocks is shown.
  • a form 2 which contains concrete quantity 3, rests on a table 1.
  • Form 2 can be designed in one piece, but mostly the bottom and side surfaces of the concrete blocks are defined using different, separable parts of Form 2, which is shown in the drawing by a broken line in Form 2.
  • the side surfaces are defined using a steel mold box.
  • a so-called pallet for example a board or a steel sheet, can be used to define the floor surfaces, on which the finished concrete blocks can also be removed.
  • a load 4 is arranged over the mold 2.
  • First spring elements 5 are arranged on the underside of the table 1 and serve to elastically support the table 1 with respect to the surroundings.
  • Second spring elements 6 are attached, which serve the elastic mounting of the ballast 4.
  • Table 1 and ballast 4 are coupled via third spring elements 7.
  • Eight rotating unbalanced shafts 8 are arranged below the table 1, the unbalanced shafts 8 being coupled in pairs in their rotational movement and each pair of unbalanced shafts 8 having a common axis of rotation.
  • the axes of rotation of the unbalanced shafts 8 run perpendicular to the viewing plane in FIG.
  • the table 1 with the form 2 and the concrete quantity 3 located therein is set in harmonic vibrations. It swings against the ballast 4, which is coupled to the table via the concrete batch 3 and the third spring elements 7 and in turn is also set in vibration.
  • the third spring elements 7 are designed depending on the amount of concrete so that the resonance of the system vibrating against each other from the table 1 and the ballast 4 can be used as efficiently as possible over the entire compaction process, i.e. the dependence of the resonance frequency on the state of compaction of the concrete amount without using the third spring elements 7 would be very strong, is reduced as much as possible.
  • the third spring elements 7 must also be designed so that they allow the relative movements that occur between the table 1 and the load 4 during compaction and stripping. This can e.g. B. with the help of hydraulic cylinders can be realized with the help of hydraulic cylinders. Another possibility is to couple the third spring elements 7 only temporarily when the table 1 and the load 4 move towards one another. Steel, rubber or air springs are ideal here.
  • the form 2 is held on the table by tensioning elements.
  • the bracing elements are designed as hydraulically operated tie rods 9, which are pivotally attached at one end to the table about an axis perpendicular to the drawing planes.
  • a pull of the mold 2 is exerted downwards by the hydraulic pull rods 9, and the upper ends of the pull rods are released to release them
  • the hydraulically operated tie rods can also be arranged at a slight angle of approximately 10 ° to 30 ° to the vertical. You then no longer have to be unfolded to the side, since the angled arrangement means that the tension contours are released from the collision area of the mold lifting movement when relaxing, which means that the mold can be removed and changed more easily.
  • FIG. 2 A further alternative tensioning mechanism is shown in FIG. 2.
  • a tie rod 10 is attached on the form 2, here designed in one piece.
  • the lower end of the pull rod 1 0 projects into a recessed area of the table 1 provided for this purpose.
  • the hatched areas of tie rod 10 and table 1 in Figure 2 indicate a cross section through both elements.
  • the wedge 1 1 can by means of the hydraulics from the opening of the pull rod
  • Ficj.3 shows an unbalanced shaft 1 2 of conventional design, which is not suitable for the production of concrete blocks by means of harmonic vibration.
  • the unbalanced shaft 1 2 is driven by a drive 1 3, which is decoupled from the table 1 for vibration reasons.
  • Brackets 14, shown here in cross section, with spherical roller bearings 15 for mounting the unbalance shaft 12 are attached under the table 1.

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Description

Vorrichtung zur Formgebung von Gemengen
Gebiet der Erfindung Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Formgebung von Gemengen, bevorzugt von Betongemengen zur Steinfertigung, umfassend eine Form zur Aufnahme des Betongemenges, einen Tisch, mit dem die Form über Verspannungselemente gekoppelt ist, ein am Tisch angebrachtes Schwingungserzeugungssystem zur Erzeugung harmonischer Schwingungen und deren Übertragung auf den Tisch, eine Auf- last in Form eines Stempels zur Beaufschlagung des Betongemenges mit einer Kraft, erste Federelemente zur elastischen Lagerung des Tisches, zweite Federelemente zur elastischen Lagerung der Auflast, und bezieht sich auf das Problem der Betonsteinfertigung mittels harmonischer Vibration.
Stand der Technik
Zur Herstellung kleinformatiger Betonwaren in der industriellen Produktion werden heutzutage meist Vorrichtungen verwendet, die zur Verdichtung des Betongemenges das Prinzip der Schockvibration ausnutzen. Bei solchen Vorrichtungen werden zur Schwingungserzeugung Systeme verwendet, die auf elektromotorisch angetriebenen Unwuchtwellen basieren, wie beispielsweise im Artikel „Steigerung der Produktqualität durch effiziente Verdichtung" von Berthold Schlecht und Alexander Neubauer, erschienen in der Zeitschrift „Betonwert + Fertigteil-Technik", Ausgabe 9/2000, S. 44 - 52, ausführlich dargestellt. An der Unterseite des Tisches, auf dem die Aufnahmeform mit dem Betongemenge gelagert, jedoch nicht fest verspannt wird, sind jeweils zwei Unwuchtwellen oder zwei Paare von Unwuchtwellen ange- bracht, wobei im letzteren Fall die Unwuchtwellen mechanisch durch Zahnräder oder elektronisch zwangssynchronisiert werden. Die Aufnahmeform besteht dabei in der Regel aus einer sogenannten Palette - beispielsweise einem Brett, einer Kunststoffplatte oder einem Stahlblech - und einem Formkasten, der die Seitenwände der Be- tonwaren definiert und auf der Palette aufliegt. Dies hat vor allem produktionstechnische Gründe, da der Abtransport der fertigen Betonwaren auf diesen Paletten erfolgt, beeinflußt aber auch wesentlich das Verhalten bei der Schockvibration.
Solche Vorrichtungen sind jedoch mit Nachteilen behaftet: Zur optimalen Verdich- tung des Betons sind in der Regel hohe Momentanbeschleunigungen von mehr als 200m/s2 erforderlich. Mit den bekannten Vorrichtungen lassen sich jedoch nur Unwuchtkräfte von maximal 200 kN bereitstellen, u. a. weil die Lagerungen der rotierenden Unwuchten ansonsten unzulässig hohen Belastungen, einhergehend mit sehr kurzen Lagerlebensdauern, ausgesetzt wären. Da mittels der durch Unwuchter- regung erzeugten harmonischen Schwingungen des Tisches die erforderlichen hohen Beschleunigungen nicht bereitgestellt werden können, müssen diese auf anderen Weg erzeugt werden. Dies geschieht mit Hilfe der sogenannten Schockvibration. Dabei werden die notwendigen hohen Beschleunigungen jeweils kurzzeitig durch sogenannte Prellschläge zwischen den nicht fest miteinander verbundenen Kompo- nenten Tisch, Palette und Formkasten erzeugt. Die Erzeugung der Prellschläge erfolgt zudem über Klopfleisten, die stationär parallel zum Tisch angeordnet sind. Die Einstellung dieser Klopfleisten erfolgt rein empirisch durch die Abstimmung verschiedener Maschinenparameter und gewährleistet somit nicht immer die optimale Einstellung und eine optimale Verdichtung. Die Verwendung eines anderen Gemen- ges bzw. einer anderen Form zieht daher zum Teil umfangreiche Einstellarbeiten nach sich. Weitere Nachteile der Schockvibration sind die mit den Prellschlägen verbundenen hohen Lärmemissionen, die hohe Maschinenbelastung und ein hoher Verschleiß der Einrichtung. Letzteres führt auch dazu, daß die optimale Einstellung der Maschine verloren geht und die Produktqualität schlechter wird.
Möchte man auf die Schockvibration verzichten, so muß das Fehlen der durch die Prellschläge erzeugten Beschleunigungsspitzen durch entsprechend höhere Kräfte in der harmonischen Vibration ersetzt werden. Mit den bekannten motorisch angetriebenen Unwuchterregern lassen sich diese hohen Kräfte jedoch nicht erzeugen. Verwendet man allerdings anstelle motorisch angetriebener Unwuchterreger einen oder mehrere hydraulisch betätigte Servozylinder, so lassen sich die erforderlichen hohen Kräfte erzeugen und das Prinzip der harmonischen Vibration ausnutzen. Auf hydraulischem Antrieb basierende Vorrichtungen zur Betonsteinfertigung werden ebenfalls in den oben genannten Artikel von Schlecht und Neubauer sowie in der Schrift WO 01/47698 AI beschrieben. Die Vorteile der harmonischen Vibration sind unter anderem, daß der Verschleiß deutlich reduziert wird, die Lärmemissionen - Palette, Formkasten und Tisch sind in diesem Fall fest miteinander verspannt - reduziert werden, der Zementverbrauch reduziert werden kann sowie die Produktionszeiten verringert werden können.
In der Wahl einer Hydraulik als Antriebsmedium liegt aber auch ein großer Nachteil. Gerade Servohydraulik erfordert eine extreme Reinheit des Öls, die sich in der Umgebung eines Betonwerkes nur mit hohen Aufwand aufrecht erhalten läßt. Außerdem liegt der Energiebedarf einer auf Hydraulik basierenden Vorrichtung deutlich höher als bei herkömmlichen elektromotorisch arbeitenden Schockvibrationsvorrich- tungen. Zudem sind die Anschaffungskosten für ein derartiges Servohydrauliksy- stem deutlich höher als für einen elektromotorischen Antrieb.
In der Schrift WO 01 /47698 AI wird zwar vorgeschlagen, die harmonischen Schwingungen mechanisch zu erzeugen, jedoch wird kein Weg aufgezeigt, die bekannten und oben genannten Nachteile des Standes der Technik zu überwinden.
Beschreibung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur Verdichtung von Gemenge, insbesondere von Betongemenge zur Betonsteinfertigung, basierend auf harmonischer Vibration zu entwickeln, die ohne die Nachteile der Schockvibration sowie des Hydraulikantriebs auskommt und dennoch ausreichend hohe Beschleunigungen bzw. Kräfte zur Verfügung stellt.
Bef einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß im Schwingungserzeugungssystem mindestens acht rotierende Unwuchtwellen mit zueinander parallelen Rotationsachsen vorgesehen sind. Die Unwuchtwellen sind dabei in ihrer Rotationsbewegung paarweise gekoppelt und jedes Paar von Unwuchtwellen hat eine gemeinsame Rotationsachse und ist unabhängig von den anderen Paaren angetrieben. Gegenüber einer herkömmlichen Vorrichtung wird somit eine Unwuchtwelle durch ein gekoppeltes Paar von Unwuchtwellen er- setzt. Dies bedingt zwangsläufig, daß die Unwuchtwellen gedrungener und kürzer konstruiert sein müssen. Um die erforderliche Gesamtkraft von 600 kN zu erzeugen, muß pro einzelner Unwucht eine Kraft von mindestens 75 kN bereitgestellt werden, was durch eine höhere Unwucht U = m r , mit der Unwuchtmasse m und dem Unwuchtradius ru, gegenüber herkömmlichen Unwuchtwellen erreicht werden kann. Die Übertragung einer deutlich höhere Gesamtkraft wird dadurch ermöglicht, daß acht anstelle von vier Unwuchtwellen verwendet werden: Da üblicherweise jede Unwuchtwelle in zwei am Tisch angebrachten Wälzlagern gelagert ist, kann die Gesamtkraft somit auf 1 6 anstatt acht Wälzlager aufgeteilt werden.
Um den Verschleiß zu verringern ist es vorteilhaft, für die Unwuchtwellen eine Bie- gesteifigkeit von El > 2*105 Nm2 vorzusehen, wobei E das Elastizitätsmodul des für die Unwuchtwellen verwendete Materials und I das Flächenträgheitsmoment der Unwuchtwelle bezeichnet. Zweckmäßig fertigt man dazu die Unwuchtwellen aus Stahl mit einem Durchmesser von mindestens 80 mm.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind zur Lagerung der Unwuchtwellen am Tisch befestigte Halterungen mit Zylinderrollenlagern vorgesehen. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung sind zur Lagerung einer jeden Unwuchtwelle zwei Zylinderrollenlager mit einem Lagerabstand von etwa 1 50 mm vorgesehen. Zylinderrollenlager haben gegenüber den üblicherweise verwendeten Pendelrollenlagern den Vorteil einer höheren Tragfähigkeit. Durch den geringeren Abstand der Rollenlager in Zusammenwirkung mit der höheren Biegesteifigkeit der Unwuchtwellen werden die Winkelabweichungen in den Lagern minimiert, so daß die Kantenbe- lastung an den Lagern geringer ist. Die Lebensdauer der Lager wird auf diese Weise gegenüber herkömmlichen Vorrichtungen erhöht.
Die Kopplung in der Rotationsbewegung zweier in einem Paar zusammengefaßten Unwuchtwellen kann als elektronische Kupplung ausgestaltet sein, wobei die Unwuchtwellen synchronisiert angetrieben sind und die Synchronisation über eine elektronische Steuerung erfolgt. Einfacher und billiger, und daher zu bevorzugen, ist jedoch die paarweise Kopplung zweier Unwuchtwellen mittels einer elastischer Kupplung. Diese muß dabei gegen Verdrehung möglichst steif ausgebildet sein, gegenüber Fluchtungsfehlern, die durch Abweichungen der momentanen lokalen Lage der Rotationsachsen beider Unwuchtwellen zueinander im Bereich der Kupplung entstehen können, jedoch möglichst tolerant ausgebildet sein. Zweckmäßig hat die elastische Kupplung eine Drehfedersteifigkeit von mindestens 10" Nm/rad und eine radiale Federsteifigkeit von höchstens 2*1 07 N/m.
Der Tisch mit Form und Betongemenge kann besonders effektiv in harmonische Schwingungen versetzt werden, wenn die von den Unwuchterregern erzeugten Schwingungen mit der Eigenfrequenz des Schwingverbandes auf den ersten Federelemente, die zur elastischen Lagerung des Tisches dienen, übereinstimmen: In diesem Fall kann deren Resonanz genutzt werden. Dazu müssen die ersten Federelemente in der Regel besonders steif ausgeführt werden. Dies hat den Nachteil, daß im Resonanzfall auch ein erheblicher Schwingungsübertrag auf die Umgebung erfolgt. Der gleiche Sachverhalt trifft auch für die Auflast und die zweiten Federelemente zur elastischen Lagerung der Auflast zu. Eine gute Schwingungsisolierung gegenüber der Umgebung erreicht man jedoch nur mit weichen ersten und zweiten Federelementen. Die einzig nutzbaren Resonanzschwingungen wären in diesem Fall die durch das Betongemenge vermittelte Relativbewegung zwischen Tisch und Auflast. Die so wirkende Betonfeder ist jedoch stark vom Gemenge und vom Fortschritt der Verdichtung abhängig, womit eine Ausnutzung der Resonanz erschwert wird.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden daher Tisch und Auflast über dritte Federelemente gekoppelt. Vorzugsweise sind als dritte Federelemente mechanische oder hydraulische Federn mit jeweils variierbaren Federkräften vorgesehen. Diese dritten Federelemente können dann auf eine vorgegebenen Betriebsfrequenz abgestimmt werden, so daß sich Änderungen in der Federkraft der Betonfeder in der Summe aller Federn deutlich geringer auswirken und sogar, bei variierbaren Federkräften der dritten Federelemente, kompensiert werden können.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind zur Verspannung von Form und Tisch als Verspannungselemente Zugglieder mit hydraulischem oder pneumatischen Zug vorgesehen. Diese sind mit ihrem einen Ende am Tisch angebracht und mit ihrem andern Ende im verspannten Zustand kraftschlüssig mit der Form verbunden. Alternativ können die Zugglieder auch mit Ihrem einen Ende an der Form angebracht sein und mit ihrem anderen Ende im verspannten Zustand kraftschlüssig mit dem Tisch verbunden sein. Dadurch kann die Anlenkstelle der Verspannung am Tisch im Höhenniveau gesenkt werden. Die Verwendung von Zuggliedern gegenüber den herkömmlich verwendeten Verspannhebeln in Höhe der Formanschlüsse hat den Vorteil, daß auf weit auskragende Teile, wie sie bisher für den Verspannungs- mechanismus notwendig waren, und die bei hohen Schwingbeschleunigungen, wie sie i. a. beim Verwenden harmonischer Vibrationen und Resonanzen entstehen, besonders gegen Bruch gefährdet sind, verzichtet werden kann.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Zugglieder mit ihrem einen Ende in einem Winkel von mehr als 0° bezüglich der Lotrechten am Tisch angebracht, bevorzugt in einem Winkel zwischen 10° und 30°. Dies hat den Vorteil, daß die Verspannungskonturen, d. h. die Mittel, mit denen die kraftschlüssige Ver- bindung hergestellt wird, beim Entspannen aus dem Kollisionsraum der Formhubbewegung ausgefahren werden und die Form damit leichter herausgenommen und gewechselt werden kann.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung sind als Verspannungselemente am Tisch Keile und an der Form Zugstangen mit für die Keile passenden Öffnungen vorgesehen, wobei im verspannten Zustand die Keile in die Öffnungen der Zugstangen eingetrieben sind. Zur Herstellung und Lösung der Verspannung ist zweckmäßig ein hydraulischer oder pneumatischer Vor- und Rücktrieb für die Keile vorgesehen.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind als Verspannungselemente am Tisch angebrachte Elektromagnete vorgesehen. Dazu ist selbstverständlich erforderlich, daß die Form aus einem magnetisierbaren Material besteht. Dies ist üblicherweise der Fall, da die Formen in der Regel aus Stahl sind. Wird eine zweiteilige Form verwendet, so muß nicht nur der Formkasten, sondern auch die Palette zwischen Formkasten und Tisch aus magnetisierbarem Material, beispielsweise Stahlblech, bestehen. Werden die Magnete bei aufliegender Form eingeschaltet, so ziehen sie die Form mittels elektromagnetischer Kraft an und verspannen sie auf diese Weise.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Beispiels näher erläutert werden, in den dazugehörigen Figuren zeigt
Fig.! eine Vorrichtung zur Formgebung von Gemengen in einer Seitenansicht, Fig.2 die Realisierung eines erfindungsgemäßen Verspannungsmechanismus, Fig.3 eine Unwuchtwelle, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist, und Fig.4 ein Paar von gekoppelten Unwuchtwellen entsprechend der Erfindung.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
In Fig.l ist der prinzipielle Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Formgebung von Gemengen, insbesondere zur Fertigung von Betonsteinen gezeigt. Auf einem Tisch 1 ruht eine Form 2, die Betongemenge 3 enthält. Die Form 2 kann aus einem Stück gestaltet sein, meistens aber werden Boden- und Seitenflächen der Betonsteine über verschiedene, voneinander trennbare Teile der Form 2 definiert, was in der Zeichnung durch eine durchbrochene Linie in der Form 2 deutlich gemacht wird. Die Seitenflächen werden über einen Formkasten aus Stahl definiert, zur Definition der Bodenflächen kann eine sogenannte Palette, beispielsweise ein Brett oder ein Stahlblech dienen, auf denen die fertigen Betonsteine auch abtransportiert werden können. Über der Form 2 ist eine Auflast 4 angeordnet. Auf der Unterseite des Tisches 1 sind erste Federelemente 5 angeordnet, die der elastischen Lagerung des Tisches 1 gegenüber der Umgebung dienen. An der Auflast 4 sind zweite Federelemente 6 angebracht, die der elastischen Lagerung der Auflast 4 dienen. Tisch 1 und Auflast 4 sind über dritte Federelemente 7 gekoppelt. Unterhalb des Tisches 1 sind acht rotierende Unwuchtwellen 8 angeordnet, wobei die Unwuchtwellen 8 in ihrer Rotationsbewegung paarweise gekoppelt sind und jedes Paar von Unwuchtwellen 8 eine gemeinsame Rotationsachse hat. Die Rotationsachsen der Unwuchtwellen 8 verlaufen in Fig.l senkrecht zur Betrachtungsebene. Über die rotierend angetriebenen Unwuchtwellen 8 wird der Tisch 1 mit der Form 2 und den darin befindlichen Betongemenge 3 in harmonische Schwingungen versetzt. Dabei schwingt er gegen die Auflast 4, die mit dem Tisch über das Betongemenge 3 und die dritten Federelemente 7 gekoppelt ist und ihrerseits ebenfalls in Schwingungen versetzt wird. Die dritten Federelemente 7 sind dabei in Abhängigkeit vom Betongemenge so konzipiert, daß die Resonanz des gegeneinander schwingenden Systems vom Tisch 1 und Auflast 4 möglichst effizient über den ganzen Verdichtungsvorgang ausgenutzt werden kann, d. h. die Abhängigkeit der Resonanzfrequenz vom Verdichtungszustand des Betongemenges, die ohne Verwendung der dritten Federelemente 7 sehr stark wäre, so weit wie möglich verringert wird. Die dritten Federelemente 7 müssen außerdem so ausgelegt sein, daß sie die Relativbewegungen, die zwischen Tisch 1 und Auflast 4 beim Verdichten und Entschalen auftreten, zulassen. Dies kann z. B. mit Hilfe von Hydraulikzylindern mit Hilfe von Hydraulikzylindern realisiert werden. Eine andere Möglichkeit ist, die dritten Federelemente 7 nur zeitweise, wenn sich Tisch 1 und Auflast 4 aufeinander zu bewegen, eingekoppelt wird. Hier bieten sich Stahl-, Gummi- oder Luftfedern an.
Während des Schwingungsvorganges wird die Form 2 durch Verspannungselemente auf dem Tisch festgehalten. In Fig.l sind die Verspannungselemente als hydraulisch betriebene Zugstangen 9 ausgelegt, die mit ihrem einen Ende am Tisch um eine Achse senkrecht zur Zeichenebenen schwenkbar befestigt sind. Zum Verspannen der Form 2 auf dem Tisch 1 wird durch die hydraulischen Zugstangen 9 ein Zug der Form 2 nach unten ausgeübt, zum Lösen werden die oberen Enden der Zugstangen
9 durch die Hydraulik nach oben geschoben und seitlich ausgeklappt, so daß die Form einfach gewechselt werden kann.
Alternativ dazu können die hydraulisch betriebenen Zugstangen auch gleich mit einem geringen Winkel von etwa 10° bis 30° zur Lotrechten angeordnet werden. Sie müssen dann nicht mehr seitlich ausgeklappt werden, da durch die schräge Anordnung die Verspannungskonturen beim Entspannen konstruktionsbedingt aus dem Kollisionsraum der Formhubbewegung ausgefahren werden und die Form damit leichter herausgenommen und gewechselt werden kann.
In Fig. 2 ist ein weiterer alternativer Verspannungsmechanismus dargestellt. An der Form 2, hier einteilig gestaltet, ist eine Zugstange 10 befestigt. Das untere Ende der Zugstange 1 0 ragt in einen dafür vorgesehenen ausgesparten Bereich des Tisches 1 hinein. Die schraffierten Bereiche von Zugstange 10 und Tisch 1 in Fig.2 deuten einen Querschnitt durch beide Elemente an. Am unteren Ende der Zugstange 1 0 befindet sich eine Öffnung, in die ein am Tisch befestigter Keil 1 1 hydraulisch eingetrieben ist. Der Keil 1 1 kann mittels der Hydraulik aus der Öffnung der Zugstange
1 0 zurückgezogen werden und die Form 2 vom Tisch 1 entfernt werden.
Ficj.3 zeigt eine Unwuchtwelle 1 2 herkömmlicher Bauart, wie sie zur Betonsteinfertigung mittels harmonischer Vibration nicht geeignet ist. Die Unwuchtwelle 1 2 wird über einen Antrieb 1 3 angetrieben, der aus schwingungstechnischen Gründen entkoppelt vom Tisch 1 gelagert ist. Unter dem Tisch 1 sind Halterungen 14, die hier im Querschnitt gezeigt sind, mit Pendelrollenlagern 1 5 zur Lagerung der Unwucht- welle 12 angebracht. Bei dieser Bauweise sind der Unwuchtmasse und der damit erzeugbaren Unwuchtkräften enge Grenzen von maximal 50 kN pro Unwuchtwelle gesetzt, da ansonsten die Lagerungen unzulässig hohen Belastungen ausgesetzt würden, einhergehend mit sehr kurzen Lagerlebensdauern.
Mit der in Fig.4 gezeigten Anordnung und Ausführung von Unwuchtwellen 8 lassen sich wesentlich höhere Kräfte erzielen. Hier sind zwei Unwuchtwellen 8 über eine elastische Kupplung 16 zu einem Paar gekoppelt. Der Antrieb 1 3 für die Unwuchtwellen 8 wird ebenfalls wieder aus schwingungstechnischen Gründen entkoppelt vom Tisch 1 gelagert. Jede Unwuchtwelle 8 wird von jeweils zwei am Tisch 1 befestigten Halterungen 14 mit Zylinderrollenlagern 1 7 gehalten. Der Abstand zwischen den zwei Zylinderrollenlagern 1 7, in denen eine Unwuchtwelle 8 lagert, beträgt dabei entlang der Rotationsachse der Unwuchtwelle 8 etwa 1 5 cm.
Auf diese Weise läßt sich ein Produkt von Unwuchtmasse und Unwuchtradius von 0,7 kgm realisieren, so daß sich bei einer Erregerkreisfrequenz von Ω = 2*π*60Hz Einzelunwuchtkräfte bzw. Erregerkraftamplituden von etwa 100 kN pro einzelner Unwucht erzielen lassen, ohne daß dabei die Lebensdauer der Zγlinderrollenlager 1 7 beeinträchtigt würde.
Bezugszeichenliste
1 Tisch 2 Form
3 Betongemenge
4 Auflast
5 erste Federelemente
10 6 zweite Federelemente
7 dritte Federelemente
8 Unwuchtwellen
9 hydraulische Zugstangen
10 Zugstange
15 1 1 Keil
12 Unwuchtwelle
1 3 Antrieb
14 Halterung
1 5 Pendelrollenlager
20 16 elastische Kupplung
17 Zylinderrollenlager

Claims

Patentansprüche
1 . Vorrichtung zur Formgebung von Gemengen, bevorzugt von Betongemengen (3) zur Steinfertigung, umfassend eine Form (2) zur Aufnahme des Betongemenges (3), einen Tisch (1 ), mit dem die Form (2) über Verspannungselemente gekoppelt ist, - ein am Tisch (1 ) angebrachtes Schwingungserzeugungssystem zur Erzeugung harmonischer Schwingungen und deren Übertragung auf den Tisch (1 ), eine Auflast (4) in Form eines Stempels zur Beaufschlagung des Betongemenges (3) mit einer Kraft, erste Federelemente (5) zur elastischen Lagerung des Tisches (1 ), und - zweite Federelemente (6) zur elastischen Lagerung der Auflast (4), dadurch gekennzeichnet, daß im Schwingungserzeugungssystem mindestens acht rotierende Unwuchtwellen (8) mit zueinander parallelen Rotationsachsen vorgesehen sind, und die Unwuchtwellen (8) in ihrer Rotationsbewegung paarweise gekoppelt sind, wobei jedes Paar von Unwuchtwellen (8) eine gemeinsame Rotationsachse hat und unabhängig von den anderen Paaren angetrieben ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Unwuchtwellen (8) eine Biegesteifigkeit von mindestens 2 • 1 0S Nm2 haben.
3. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Unwuchtwellen (8) aus Stahl mit einem Durchmesser von mindestens 80 mm vorgesehen sind.
4. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Lagerung der Unwuchtwellen (8) am Tisch (1 ) befestigte Halterungen (1 4) mit Zylinderrollenlagern (1 7) vorgesehen sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Lagerung einer jeden Unwuchtwelle (8) zwei Zylinderrollenlager (1 7) mit einem Lagerabstand von etwa 1 50 mm vorgesehen sind.
6. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Paar von Unwuchtwellen (8) mittels einer elektronischen Kopplung synchronisiert angetrieben ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur paarweisen Kopplung zweier Unwuchtwellen (8) eine elastische Kupplung (1 6) vorgesehen ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine elastische Kupplung (1 6) mit einer Drehfedersteifigkeit von mindestens 1 0" Nm/rad und einer radialen Federsteifigkeit von höchstens 2 • 1 07 N/m vorgesehen ist.
9. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeich- net, daß Tisch (1 ) und Auflast (4) über dritte Federelemente (7) gekoppelt sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als dritte Federelemente (7) mechanische Federn mit variierbaren Federkräften vorgesehen sind.
1 1 . Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als dritte Federelemente (7) hydraulische Federn mit variierbaren Federkräften vorgesehen sind.
1 2. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Verspannungselemente Zugglieder mit hydraulischem oder pneumatischem Zug vorgesehen sind, die mit ihrem einen Ende am Tisch (1 ) angebracht sind und mit ihrem anderen Ende im verspannten Zustand kraftschlüssig mit der Form (2) verbunden sind.
1 3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, daß als Verspannungselemente Zugglieder mit hydraulischem oder pneumatischem Zug vorgesehen sind, die mit ihrem einen Ende an der Form (2) angebracht sind und mit ihrem anderen Ende im verspannten Zustand kraftschlüs- sig mit dem Tisch (1 ) verbunden sind.
4. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche 1 bis 1 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Verspannungselemente am Tisch (1 ) Keile (1 1 ) und an der Form (2) Zugstangen (1 0) mit für die Keile (1 1 ) passenden Öffnungen vorgesehen sind, wobei im verspannten Zustand die Keile (1 1 ) in die Öffnungen der Zugstangen (1 0) eingetrieben sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung und Lösung der Verspannung ein hydraulischer Vor- und Rücktrieb für die Keile (1 1 ) vorgesehen ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung und Lösung der Verspannung ein pneumatischer Vor- und Rücktrieb für die Keile (1 1 ) vorgesehen ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugglieder am Tisch (1 ) in einem Winkel von mehr als 0° zur Lotrechten angebracht sind, bevorzugt in einem Winkel zwischen 1 0° und 30°.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, daß eine Form (2) aus magnetisierbarem Material und als Verspannungselemente am Tisch (1 ) angebrachte Elektromagnete vorgesehen sind, so daß bei eingeschalteten Magneten die Form (2) verspannt ist.
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