EP1590140B1 - Vorrichtung zur formgebung von gemengen - Google Patents

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EP1590140B1
EP1590140B1 EP04706668A EP04706668A EP1590140B1 EP 1590140 B1 EP1590140 B1 EP 1590140B1 EP 04706668 A EP04706668 A EP 04706668A EP 04706668 A EP04706668 A EP 04706668A EP 1590140 B1 EP1590140 B1 EP 1590140B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
unbalanced shafts
mold
unbalanced
aforementioned
spring elements
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP04706668A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP1590140A1 (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
Family has litigation
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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
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • 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 mixtures, preferably of concrete quantities for stone production, comprising a mold for receiving the concrete amount, a table with which the mold is coupled via bracing elements, a vibration generating system attached to the table for generating harmonic oscillations and their transmission to the Table, a load in the form of a punch for applying the concrete amount with a force, first spring elements for elastic storage of the table, second spring elements for elastic storage of the ballast, and refers to the problem of concrete block production by means of harmonic vibration.
  • the recording form is usually made of a so-called range - for example, a board, a plastic plate or a steel sheet - and a molding box, which defines the side walls of the concrete products and rests on the pallet. This has mainly production reasons, since the removal of the finished concrete goods takes place on these pallets, but also significantly influences the behavior of the shock vibration.
  • harmonic vibration If you do not want to miss the shock vibration, the absence of the acceleration peaks generated by the bounce impacts must be replaced by correspondingly higher forces in the harmonic vibration. However, these high forces can not be generated with the known motor-driven unbalance exciters. If, however, instead of motor-driven unbalance exciter one or more hydraulically actuated servo cylinder, so can the required generate high forces and exploit the principle of harmonic vibration. Devices based on hydraulic drive for the production of concrete blocks are also described in the above-mentioned articles by Schlecht and Neubauer as well as in the document WO 01/47698 A1 described. One of the benefits of harmonic vibration is that wear is significantly reduced, noise emissions - the pallet, mold box and table are firmly clamped together - can be reduced, cement consumption reduced and production times reduced.
  • Servohydraulik requires an extreme purity of the oil, which can be maintained in the environment of a concrete plant only with great effort.
  • the energy requirement of a hydraulic-based device is significantly higher than in conventional electric motor-operated shock vibration devices.
  • the cost of such a servo-hydraulic system are significantly higher than for an electric motor drive.
  • Fig. 2 shown a vibrating device with eight unbalanced shafts. Each two unbalanced shafts are coupled together, each of the unbalanced shaft pairs has its own drive.
  • the vibrating device consists of two vibrating tables.
  • Fig. 3 The above-mentioned script also describes a two-part vibrating table, but here the eight unbalanced shafts are not coupled, each of the unbalanced shafts has its own drive.
  • a device for the production of concrete parts is described, according to the preamble of Ansprüchs 1.
  • This device has a device for locking a mold with a vibrating table. On each of two opposite sides of the mold frame one of these devices is provided.
  • In the device is a symmetrically formed, driven by a hydraulic multi-link transmission with seven links, which operates on the toggle lever principle. The upward force generated by the hydraulics is transmitted through the joints directed to plungers that press on the mold and press it to the table.
  • the object of the invention is therefore to develop a device for compressing mixture, in particular of concrete quantity for concrete block production, based on harmonic vibration, which manages without the disadvantages of shock vibration and the hydraulic drive and yet provides sufficiently high accelerations or forces available.
  • the object is achieved in that at least eight rotating unbalanced shafts are provided with mutually parallel axes of rotation in the vibration generating 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 imbalance shaft is replaced by a coupled pair of unbalanced shafts. This inevitably requires that the unbalanced shafts must be constructed squat and shorter.
  • tension members are attached with their one end to the table and with its other end in the clamped state positively connected to the mold.
  • the tension members may also be attached with one end to the mold and be frictionally connected with its other end in the clamped state with the table.
  • the pivot point of the tension on the table can be lowered in the height level.
  • the usage of tension members over the conventionally used Verspannhebeln in the amount of the form connections has the advantage that on far projecting parts, as they were previously necessary for the tensioning mechanism, and at high vibration accelerations, as they arise when using harmonic vibrations and resonances, especially against breakage are at risk, can be dispensed with.
  • the tension members are attached with their one end at an angle of more than 0 ° with respect to the perpendicular to the table, preferably at an angle between 10 ° and 30 °.
  • bracing elements at the table wedges and on the form tie rods with matching for the wedges openings, wherein in the clamped state, the wedges are driven into the openings of the tie rods.
  • a hydraulic or pneumatic forward and reverse drive is expediently provided for the wedges.
  • the unbalanced shafts In order to reduce wear, it is advantageous to provide for the unbalanced shafts a bending stiffness of EI ⁇ 2 * 10 5 Nm 2 , where E denotes the modulus of elasticity of the material used for the unbalanced shafts and I the area moment of inertia of the imbalance shaft.
  • E denotes the modulus of elasticity of the material used for the unbalanced shafts
  • I the area moment of inertia of the imbalance shaft.
  • the unbalanced steel shaft with a diameter of at least 80 mm is expediently made for this purpose.
  • cylindrical roller bearings In a further embodiment of the invention for mounting the unbalanced shafts mounted on the table mounts are provided with cylindrical roller bearings.
  • two cylindrical roller bearings are provided with a bearing distance of about 150 mm for the storage of each unbalanced shaft.
  • Cylindrical roller bearings have the advantage of a higher load capacity compared to the commonly used spherical roller bearings. Due to the smaller distance between the roller bearings in conjunction with the higher bending stiffness of the imbalance shafts, the angular deviations in the bearings are minimized, so that the edge load is lower at the camps. The life of the bearings is increased in this way over conventional devices.
  • the coupling in the rotational movement of two combined unbalanced shafts in a pair can be configured as an electronic clutch, wherein the imbalance shafts are driven synchronized and the synchronization takes place via an electronic control.
  • Easier and cheaper, and therefore preferable is the pairwise coupling of two unbalanced shafts by means of an elastic coupling. This must be as stiff as possible against rotation, with respect to misalignment, which may occur due to deviations of the current local position of the axes of rotation of both unbalanced shafts to each other in the clutch, but be formed as tolerant.
  • the elastic coupling has a torsional stiffness of at least 10 4 Nm / rad and a radial spring stiffness of at most 2 * 10 7 N / m.
  • the table with shape and amount of concrete can be harmonically vibrated particularly effectively if the vibrations generated by the unbalance exciters with the natural frequency of the vibrating bandage on the first spring elements, which are used for elastic storage of the table, agree:
  • their resonance can be used
  • the first spring elements must be carried out in the rule very stiff. This has the disadvantage that in the case of resonance, a significant vibration transfer to the environment takes place.
  • the ballast and the second spring elements for elastic mounting of the ballast also applies to the ballast and the second spring elements for elastic mounting of the ballast.
  • a good vibration isolation from the environment can be achieved only with soft first and second spring elements.
  • the only usable resonant vibrations would be in this case the mediated by the concrete amount relative movement between the table and ballast.
  • the concrete spring acting in this way is heavily dependent on the mixture and the progress of the compression, making it difficult to exploit the resonance.
  • table and ballast are coupled via third spring elements.
  • third spring elements Preferably, mechanical or hydraulic springs, each with variable spring forces, are 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 in the sum of all springs significantly lower impact and even, with variable spring forces of the third spring elements, can be compensated.
  • 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 molding box but also the pallet between the molding box and the table must be made of magnetizable material, for example steel sheet. When the magnets are switched on when the mold is lying on, they attract the mold by means of electromagnetic force and clamp it in this way.
  • Fig.1 is the basic structure of a device according to the invention for shaping mixtures, in particular for the production of concrete blocks shown.
  • a mold 2 containing concrete amount 3.
  • the mold 2 can be made in one piece, but usually bottom and side surfaces of the concrete blocks are defined by different, separable parts of the mold 2, which is made clear in the drawing by a broken line in the mold 2.
  • the side surfaces are defined by a molding box made of steel, to define the bottom surfaces may serve a so-called range, such as a board or a steel sheet, on which the finished concrete blocks can also be removed.
  • a load 4 is arranged above the mold 2 .
  • first spring elements 5 are arranged, which serve the elastic storage of the table 1 from the environment.
  • Table 1 and load 4 are coupled via third spring elements 7.
  • eight rotating unbalanced shafts 8 are arranged, wherein the unbalanced shafts 8 are coupled in pairs in their rotational movement and each pair of unbalanced shafts 8 has a common axis of rotation.
  • the axes of rotation of the unbalanced shafts 8 extend in Fig.1 perpendicular to the viewing plane.
  • the table 1 is set with the mold 2 and the concrete amount contained therein 3 in harmonic oscillations. He swings against the ballast 4, which is coupled to the table on the concrete amount 3 and the third spring elements 7 and in turn is also vibrated.
  • the third spring elements 7 are designed as a function of the concrete quantity so that the resonance of the mutually oscillating system from table 1 and 4 load can be exploited as efficiently as possible over the entire compression process, ie the dependence of the resonant frequency of the compression state of the concrete amount, without the use of third spring elements 7 would be very strong, as far as possible is reduced.
  • the third spring elements 7 must also be designed so that they allow the relative movements that occur between table 1 and 4 Auflast during compression and demoulding. This can be z. B. be realized by means of hydraulic cylinders. Another possibility is, the third spring elements 7 only temporarily, when table 1 and 4 load on each other, is coupled. Here are steel, rubber or air springs.
  • the mold 2 is held by bracing on the table.
  • the bracing elements are designed as hydraulically operated tie rods 9, which are pivotally mounted with its one end to the table about an axis perpendicular to the plane of the drawing.
  • a pull of the form 2 is applied downward by the hydraulic tie rods 9, for loosening the upper ends of the tie rods 9 are pushed by the hydraulic up and folded out laterally, so that the shape can be easily changed can.
  • the hydraulically operated tie rods can also be arranged at the same time with a small angle of about 10 ° to 30 ° to the vertical. You then do not have to be folded out laterally, because by the oblique arrangement, the tension contours when relaxing due to the design of the Collision space of the Formhub Gay be extended and the shape so easier to take out and be changed.
  • Fig. 2 another alternative tensioning mechanism is shown.
  • a pull rod 10 is attached on the mold 2, here designed in one piece.
  • the lower end of the pull rod 10 projects into a recessed area of the table 1 provided for this purpose.
  • the hatched areas of tie rod 10 and table 1 in Fig.2 indicate a cross section through both elements.
  • At the lower end of the tie rod 10 is an opening into which a wedge 11 attached to the table is hydraulically driven. The wedge 11 can be withdrawn by means of hydraulics from the opening of the pull rod 10 and the mold 2 are removed from the table 1.
  • FIG. 3 shows an imbalance shaft 12 of conventional design, as it is not suitable for concrete block production by means of harmonic vibration.
  • the imbalance shaft 12 is driven by a drive 13 which is decoupled from vibrational reasons stored by the table 1.
  • the unbalanced mass and the imbalance forces generated therewith are set narrow limits of up to 50 kN per unbalanced shaft, otherwise the bearings would be exposed to unacceptably high loads, along with very short bearing life.

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Description

    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 Auflast 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 angebracht, 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 Betonwaren 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 Verdichtung 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 Unwuchterregung 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 Komponenten 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 Gemenges 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 A1 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 Schockvibrationsvorrichtungen. Zudem sind die Anschaffungskosten für ein derartiges Servohydrauliksystem deutlich höher als für einen elektromotorischen Antrieb.
  • In der Schrift WO 01/47698 A1 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.
  • In der EP 0 51 5 305 A1 wird in Fig. 2 eine Rüttelvorrichtung mit acht Unwuchtwellen gezeigt. Jeweils zwei Unwuchtwellen sind miteinander gekoppelt, jedes der Unwuchtwellenpaare verfügt über einen eigenen Antrieb. Die Rüttelvorrichtung besteht aus zwei Rütteltischen. In Fig. 3 der o.g. Schrift wird ebenfalls ein zweiteiliger Rütteltisch beschrieben, hier sind jedoch die acht Unwuchtwellen nicht gekoppelt, jede der Unwuchtwellen verfügt über einen eigenen Antrieb.
  • In der DE 38 39 556 A1 wird eine Vorrichtung zur Herstellung von Betonteilen beschrieben, gemäß dem Oberbegriff des Ansprüchs 1. Diese Vorrichtung verfügt über eine Einrichtung zum Verriegeln einer Form mit einem Rütteltisch. An zwei einander gegenüberliegenden Seiten des Formenrahmens ist je eine dieser Einrichtungen vorgesehen. Bei der Einrichtung handelt es sich um ein symmetrisch ausgebildetes, durch eine Hydraulik angetriebenes Mehrgelenkgetriebe mit sieben Gliedern, welches nach dem Kniehebelprinzip arbeitet. Die durch die Hydraulik erzeugte, nach oben gerichtete Kraft wird über die Gelenke auf Druckstücke gelenkt, die auf die Form drücken und diese an den Tisch pressen.
    • 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.
  • Bei 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 ersetzt. 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 = muru, mit der Unwuchtmasse mu 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 16 anstatt acht Wälzlager aufgeteilt werden. Dabei 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 Verspannungsmechanismus 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 Verbindung 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.
  • Um den Verschleiß zu verringern ist es vorteilhaft, für die Unwuchtwellen eine Biegesteifigkeit von EI ≥ 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 150 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 Kantenbelastung 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 104 Nm/rad und eine radiale Federsteifigkeit von höchstens 2*107 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.
  • Als Verspannungselemente können auch am Tisch angebrachte Elektromagnete vorgesehen sein. 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.1
    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.1 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 mente 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.1 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 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.1 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 10 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 10 befindet sich eine Öffnung, in die ein am Tisch befestigter Keil 11 hydraulisch eingetrieben ist. Der Keil 11 kann mittels der Hydraulik aus der Öffnung der Zugstange 10 zurückgezogen werden und die Form 2 vom Tisch 1 entfernt werden.
  • Fig.3 zeigt eine Unwuchtwelle 12 herkömmlicher Bauart, wie sie zur Betonsteinfertigung mittels harmonischer Vibration nicht geeignet ist. Die Unwuchtwelle 12 wird über einen Antrieb 13 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 15 zur Lagerung der Unwuchtwelle 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 13 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 17 gehalten. Der Abstand zwischen den zwei Zylinderrollenlagern 17, 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 Zylinderrollenlager 17 beeinträchtigt würde.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Tisch
    2
    Form
    3
    Betongemenge
    4
    Auflast
    5
    erste Federelemente
    6
    zweite Federelemente
    7
    dritte Federelemente
    8
    Unwuchtwellen
    9
    hydraulische Zugstangen
    10
    Zugstange
    11
    Keil
    12
    Unwuchtwelle
    13
    Antrieb
    14
    Halterung
    1 5
    Pendelrollenlager
    16
    elastische Kupplung
    17
    Zylinderrollenlager

Claims (13)

  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,
    - und 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.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugglieder am Tisch (1) in einem Winkel von mehr als 0° zur Lotrechten angebracht sind, bevorzugt in einem Winkel zwischen 10° und 30°.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Verspannungselemente am Tisch (1) Keile (11) und an der Form (2) Zugstangen (10) mit für die Keile (11) passenden Öffnungen vorgesehen sind, wobei im verspannten Zustand die Keile (11) in die Öffnungen der Zugstangen (10) eingetrieben sind.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung und Lösung der Verspannung ein hydraulischer oder pneumatischer Vor- und Rücktrieb für die Keile (11) vorgesehen ist.
  5. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Unwuchtwellen (8) eine Biegesteifigkeit von mindestens 2·105 Nm2 haben.
  6. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Unwuchtwellen (8) aus Stahl mit einem Durchmesser von mindestens 80 mm vorgesehen sind.
  7. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Lagerung der Unwuchtwellen (8) am Tisch (1) befestigte Halterungen (14) mit Zylinderrollenlagern (17) vorgesehen sind.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Lagerung einer jeden Unwuchtwelle (8) zwei Zylinderrollenlager (17) mit einem Lagerabstand von etwa 150 mm vorgesehen sind.
  9. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Paar von Unwuchtwellen (8) mittels einer elektronischen Kopplung synchronisiert angetrieben ist.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur paarweisen Kopplung zweier Unwuchtwellen (8) eine elastische Kupplung (16) vorgesehen ist.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine elastische Kupplung (16) mit einer Drehfedersteifigkeit von mindestens 104 Nm/rad und einer radialen Federsteifigkeit von höchstens 2·107 N/m vorgesehen ist.
  12. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Tisch (1) und Auflast (4) über dritte Federelemente (7) gekoppelt sind.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß als dritte Federelemente (7) mechanische oder hydraulische Federn mit variierbaren Federkräften vorgesehen sind.
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