EP1741068B1

EP1741068B1 - Vorrichtung zur überwachung und steuerung bzw. regelung einer maschine

Info

Publication number: EP1741068B1
Application number: EP05779899A
Authority: EP
Inventors: Gottfried Keller; Andreas Wörz; Heinrich Walk
Original assignee: Rampf Formen GmbH
Current assignee: Rampf Formen GmbH
Priority date: 2004-04-20
Filing date: 2005-04-20
Publication date: 2009-05-20
Anticipated expiration: 2025-04-20
Also published as: WO2005103852A2; US20070088523A1; WO2005103852A3; EP1741068A2; DK1741068T3; CA2563124C; PL1741068T3; ATE431955T1; ES2327660T3; DE502005007321D1; CA2563124A1; US7853337B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung und Steuerung bzw. Regelung einer Maschine.
Aus der DE 199 56 961 A1 ist ein Verfahren zur Kontrolle der Einwirkung von Schwingungen auf die Formgebung und Verdichtung von Betonwaren bekannt, welche in Schockvibrationsfertigern hergestellt werden. Hierzu werden Messwerte von Bewegungsgrößen erfasst, welche mit dem Verdichtungsgrad und/oder der Verdichtungszeit korrelieren und am Vibrationsfertiger erfasst werden. Das Verfahren sieht vor, an Referenzstellen erfasste Sollwerte und Istwerte miteinander zu vergleichen und ggf. Abweichungen zu erkennen und ggf. auf zugehörige Bewegungsgrößen Einfluss zu nehmen. Die Erfassung erfolgt über Beschleunigungssensoren und eine diesen zugeordnete Messwertverarbeitung.
Aus der DE 197 41 954 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Betonformteilen bekannt, bei welcher die Rüttelintensität vom Füllgrad der Form abhängig ist, wobei vorgeschlagen wird, den Füllzustand der Form mittels einer Laufzeitmessung von durch einen Sender emittierten und vom eingefüllten Beton reflektierten Wellen zu erfassen.
Aus der EP 1 064 131 B1 ist eine Betonverdichtungsanordnung bekannt, welche Rütteleinheiten umfasst, die jeweils ein Signal erzeugen, das einer Schwingung entspricht, welche von der Schwingungserzeugungseinrichtung an der Schale erzeugt wird. Dieses Signal wird an eine Steuerung oder Regelung weitergeführt, über welche ein Frequenzumformer angesteuert wird. Weiterhin ist es vorgesehen, die einzelnen Steuerungen über Datenleitungen miteinander zu verbinden, um einen gegenseitigen Informationsaustausch zu ermöglichen, wobei ergänzend vorgeschlagen wird, an die Datenleitung einen Leitrechner anzukoppeln, über welchen zentral jede einzelne Steuerung ansteuerbar ist.
Aus der DE 195 11 324 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Qualitätsprüfung während der Herstellung von Betonsteinen bekannt, wobei hier eine berührungsfreie Messung der Höhe von frisch gefertigten Betonsteinen mittels Abstandsmesseinrichtungen erfolgt.
Aus der DE 44 00 839 A1 ist eine Vorrichtung zur Herstellung von Betonfertigteilen bekannt, welche mehrere Rüttelrahmen aufweist. Zur Erzielung eines Synchronlaufs unter vermeidung der Verwendung von Gleichlaufwellen kommen Sensoreinrichtungen zum Einsatz, welche mit einer elektronischen Regel- und Steuerungseinrichtung verbunden sind, um ein Synchronschwingen von mindestens zwei Vorrichtungen zu erreichen.
Aus der US 6,062,778 ist ein rotierendes Werkzeug mit einem beweglichen Einsatz bekannt, welches Mittel zur Erfassung der Verschiebung des Einsatzes relativ zu dem Werkzeug aufweist, wobei die Mittel als Lasersender und Laserempfänger ausgebildet sind.
Aus der US 2003/0046382 A1 beschreibt ein System zur vorbeugenden Wartung und Diagnose von Maschinen, welches drahtlos mit einem Eingabemodul verbundene Sensoren verwendet.
Schließlich ist aus der EP 0 908 555 A2 eine Vorrichtung zur Überwachung und Steuerung bzw. Regelung einer Maschine mit wenigstens zwei Sensoren zur Erfassung von Messgrößen und mit einem elektronischen Regelkreis zur Auswertung der erfassten Messgrößen und entsprechender Regelung bzw. Steuerung von Maschinenkomponenten bekannt, durch welche die Messgrößen beeinflussbar sind, wobei zwischen den Sensoren und dem elektronischen Regelkreis Daten über Sende und/oder Empfangseinrichtungen drahtlos austauschbar sind.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen bieten regelmäßig nur Teillösungen an, welche insbesondere im Hinblick auf die Datenübertragung störanfällig sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Überwachung und Steuerung bzw. Regelung einer Maschine zu entwickeln, welche über eine für harte Umgebungsbedingungen geeignete Datenerfassung verfügt und die auch unempfindlich gegen Erschütterungen und frei positionierbar ist.
Diese Aufgabe wird in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruchs 1 erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Durch die in den Unteransprüchen genannten Merkmale sind vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung möglich.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind zwischen den Sensoren und einem elektronischen Regelkreis, welcher eine Auswert- und Regel- bzw. Steuereinheit bildet, Daten über Sende- und/oder Empfangseinrichtungen drahtlos über eine Funkverbindung austauschbar. Die Daten umfassen Messgrößen, wie zum Beispiel Rüttelfrequenz, Rüttelamplitude, Rütteldauer oder Pressdruck, mit welchem das Formoberteil auf das Formunterteil wirkt. Als Daten werden bei einer Steinformmaschine ggf. auch Einstellung des Gemenges, wie beispielsweise die Füllmenge, die Feuchtigkeit oder der Anteil von Zusatzstoffen erfasst. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Vorrichtung ist es möglich, auf Datenleitungen zu verzichten, welche unter rauen Bedingungen, beispielsweise bei der Steinherstellung, höchst störungsanfällig sind und deren Heranführung insbesondere an ein oft zu wechselndes Bauteil, zum Beispiel eine Formeinrichtung, höchst problematisch ist. Die Verwendung von für den Datenfunk konzipierten Sensoren ist insbesondere auch bezüglich eines Bauteils, welches regelmäßig gewechselt werden muss, beispielsweise einer Formeinrichtung, vorteilhaft, da der Sensor auch außerhalb der Formeinrichtung für logistische Zwecke, beispielsweise für die Erfassung des Lagerortes der Formeinrichtung, Verwendung finden kann. Ein derartiger Sensor kann bereits bei der Herstellung der Formeinrichtung zur Fertigungssteuerung bzw. Fertigungsüberwachung bzw. Fertigungsdokumentation eingesetzt werden.
Die Erfindung sieht weiterhin vor, den Sensor mit einer eigenen Energieversorgung auszustatten, um hierdurch auf die Zuleitung von Energie verzichten zu können ud eine weitere potentielle Störungsquelle zu eliminieren und die Handhabung zu vereinfachen.
Weiterhin sieht die Erfindung vor, den Sensor mit einem Datenspeicher auszustatten, mit welchem vom jeweiligen Sensor selbst ermittelte Daten und/oder von einem anderen Sensor ermittelte Daten speicherbar sind. Bei der Verwendung mehrerer derartiger Sensoren ist eine redundante Datenhaltung möglich.
Gemäß der Erfindung ist es auch vorgesehen, den Sensor mit einem Prozessor auszustatten, welcher die Verarbeitung von Daten vornimmt, welche vom jeweiligen Sensor selbst ermittelt wurden und/oder von einem anderen Sensor ermittelt wurden. Eine derartige Ausstattung der Sensoren erlaubt eine Vorverarbeitung von Daten beispielsweise zur Reduzierung von Datenmengen, welche weitergeleitet werden müssen.
Erfindungsgemäß verfügt der Sensor über eine eigene Energiequelle, welche insbesondere als aufladbare Batterie ausgebildet ist. Bei einem derartigen Aufbau kann auf bewährte Standardbauteile zurückgegriffen werden, welche lange Lebensdauern aufweisen.
Es ist auch vorgesehen, die Energiequelle durch Schwingungen, welche bei der Steinherstellung von der Steinformmaschine erzeugt werden, aufzuladen und hierzu einen Generator zu verwenden. Auf diese Weise kann im Betrieb der einzelnen Steinformmaschine eine in regelmäßigen Intervallen erfolgende Energieversorgung ermöglicht werden.
Insbesondere sieht die Erfindung vor, einen nach dem Faradey-Prinzip arbeitenden Generator zu verwenden, welcher einen in einem Zylinder freischwingenden Kolben umfasst. Ein derartiger Generator ist robust und einfach in der Herstellung.
Weiterhin sieht die Erfindung vor, den Zylinder mit dem freischwingenden Kolben mit seiner Längsachse in die am Sensor vorherrschende Hauptschwingungsrichtung auszurichten. Hierdurch kann die zur Verfügung stehende Vibrationsenergie optimal ausgenutzt werden.
Eine besondere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, die Orientierung des Zylinders im Raum automatisch und insbesondere trägheitsgesteuert vorzunehmen. Ein Sensor mit einem derartigern Generator passt sich den Umgebungsbedingungen am Einbauort automatisch an, so dass ein Fehleinbau unmöglich ist.
Weiterhin sieht die Erfindung vor, die Energiequelle, insbesondere eine Batterie berührungslos, insbesondere induktiv zu laden. Hierdurch ist es möglich einen der Formeinrichtung zugeordneten Sensor auch außerhalb einer Steinformmaschine beispielsweise in einem Hochregallager oder während des Transports mit einem Gabelstapler zu laden.
Erfindungsgemäß ist unter den Sensoren ein Austausch von Daten und insbesondere ein Austausch eigener und fremder Daten vorgesehen. Hierdurch ist es möglich eine oder mehrere Funkketten zur Datenweiterleitung zu bilden.
Es ist auch vorgesehen, den elektronischen Regelkreis in die Funkkette zu integrieren und so einen Endpunkt bzw. einen Startpunkt für die Funkketten zu realisieren.
Die Erfindung sieht vor, einen Sensor zu verwenden, welcher seine Sendeleistung auf einen oder mehrere der mit der geringsten Sendeleistung erreichbaren Nachbarsensoren einstellt, um die Energiequelle möglichst wenig zu belasten.
Erfindungsgemäß ist es auch vorgesehen, mittels des im Sensor angeordneten Prozessors eine Überprüfung der von einem zweiten Sensor empfangenen Daten auf der Grundlage eigener Daten und/oder auf der Grundlage der von einem dritten Sensor empfangenen Daten vorzunehmen und das Ergebnis weiterzumelden. Hierdurch können unabhängig von dem elektronischen Regelkreis Fehljustierungen und Ausfälle einzelner Sensoren erkannt und ggf. kompensiert werden.
Schließlich sieht die Erfindung vor, Sensoren zu verwenden, welche eine berührungslose Messung anhand von empfangenen oder ausgesendeten und empfangenen Strahlen oder Wellen ermöglichen. Hierdurch kann beispielsweise auf die Anordnung eines Sensors an oder in der Formeinrichtung verzichtet werden, so dass es nicht erforderlich ist ältere Formeinrichtungen nachzurüsten.
Die Erfindung ermöglicht es, die Reglung der Steinformmaschine an den tatsächlich an der Formeinrichtung vorherrschenden Gegebenheiten zu orientieren und somit jeden Steinsatz in der Steinformmaschine optimal zu behandeln. Hierdurch ist es insbesondere möglich, beim Anfahren einer Steinformmaschine oder bei Veränderungen im Verhalten oder der Zusammensetzung des Gemenges, eine gleichbleibende Qualität zu produzieren. In die Regelung bzw. Steuerung der Steinformmaschine können Kenngrößen wie zum Beispiel Biegung, Spannung, Frequenz oder Beschleunigung der Formeinrichtung und/oder des Gemenges Eingang finden, wobei diese dann beispielsweise eine Änderung der Rüttelfrequenz oder der Rütteldauer oder des Drucks bewirken, mit welchem die Steinformmaschine auf die Formeinrichtung einwirkt. Durch den drahtlosen Austausch von Mess- und/oder Steuerdaten können aufwendige und störende Verkabelungen an der Steinformmaschine bzw. der Formeinrichtung entfallen. Die Anordnung eines Sensors in der Formeinrichtung ermöglich es, den Sensor geschützt anzubringen und unverwechselbar einer bestimmten Formeinrichtung zuzuordnen. Weiterhin wird bei einer derartigen Unterbringung des Sensors ein Formenwechsel nicht unerwünscht kompliziert. Gemäß einer besonderen Ausführungsform sieht die Erfindung es vor, den Sensor getrennt von der Formeinrichtung an der Steinformmaschine anzuordnen, wobei der Sensor eine berührungslose Messung der zu beobachteten Kenngröße der Formeinrichtung durchführt. Mit einer derartigen Einrichtung ist eine an Kenngrößen der Formeinrichtung orientierte Regelung der Steinformmaschine auch dann möglich, wenn herkömmliche Formeinrichtungen Verwendung finden. Je Steinformmaschine ist somit unabhängig von der Zahl der verwendeten Formeinrichtungen nur die Nachrüstung eines Sensors erforderlich.
Schließlich sieht die Erfindung die Verwendung der Vorrichtung auch in Fahrzeugen vor, um insbesondere die Lebensdauer sicherheitsrelevanter Bauteile zu überwachen und/oder deren Belastungen zu dokumentieren. Da sicherheitsrelevante Bauteile oftmals Schwingungsbelastungen unterliegen und eine Verkabelung sicherheitsrelevanter Bauteile ebenfalls oftmals mit großen Schwierigkeiten verbunden ist, erlaubt die erfindungsgemäße Vorrichtung hier eine unkomplizierte und auch leicht nachrüstbare Kontrollmöglichkeit. Das Spektrum der möglichen Reaktionen auf die Auswertung der Messwerte reicht von der Ansteuerung einer Warnlampe bis zum regelnden Eingriff an Maschinenkomponenten, wie zum Beispiel der regelungstechnischen Vermeidung von Belastungsspitzen. Erfindungsgemäß finden wenigstens zwei Sensoren an unterschiedlichen Bauteilen Verwendung, um zuverlässig Fehlmessungen bzw. Totalausfälle diagnostizieren zu können.
Als regel- bzw. steuerbare Maschinenkomponenten im Sinne der Erfindung werden Maschinenkomponenten wie zum Beispiel Rüttler, Hydraulikzylinder, Pneumatikzylinder, Dosierer, Mischer, Befeuchter für das Gemenge, Trockner für das Gemenge und die unten beschriebenen Aktoren verstanden.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden in der Zeichnung anhand von schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben.
Hierbei zeigen:

Figur 1: eine schematische Darstellung einer Steinformmaschine mit einer Formeinrichtung und verschiednen Sensoren;
Figur 2: einen Sensor;
Figur 3: eine erste Funkkette;
Figur 4: zwei Funkketten;
Figur 5: schematische Detaildarstellung einer Formeinrichtung;
Figur 6a: ein Formunterteil mit Drahtseilverspannung und Sensoren;
Figur 6b: eine geschnittene Seitenansicht der Figur 6a;
Figur 7: einen in einem Formkern angeordneten Sensor, welcher eingeschäumt ist;
Figur 8: drei an einer Formeinrichtung angeordnete Frequenzaufnehmer und
Figur 9: eine mittels Sensoren gesteuerte aktive Dämpfungseinheit.

In der Figur 1 ist eine Steinformmaschine 1 eines Steinformmaschinenparks M mit einer Formeinrichtung 2 dargestellt. Die Formeinrichtung 2 besteht aus einem Formunterteil 3 und einem Formoberteil 4. Das Formoberteil 4 ist zur Verdeutlichung des Bewegungsablaufes geteilt und in zwei unterschiedlichen Positionen dargestellt. Mit Druckplatten 5 wirkt das Formoberteil 4 beim Herstellungsprozess auf ein Gemenge 6, welches von einem nicht dargestellten Füllwagen in Formnester 7 gefüllt wird. Das Formunterteil 3, welches gemäß einer nicht dargestellten Ausführungsvariante mehrteilig, z.B. aus einem Formrahmen und einem darin gehaltenen Formeinsatz aufgebaut sein kann, liegt auf einer Formunterlage 8. Die Formunterlage 8 wiederum ist auf einem Rütteltisch 9 gelagert, über welchen in bekannter Weise Schwingungen in das Formunterteil 3 einleitbar sind. Zur Erhaltung der Übersichtlichkeit wurde auf eine üblicherweise vorhandene Verspannung des Formunterteils 3 mit einem Rahmen 10 der Steinformmaschine 1 verzichtet. Eine Vorrichtung V umfasst eine elektronische Regeleinrichtung 11 mit einer Sende- und Empfangsvorrichtung 12 zum Austausch von Daten mit Sensoren 13 und 14. Hierbei ist der Sensor 13 in der Druckplatte 5 des Formoberteils 4 angeordnet und der Sensor 14 befindet sich im Formunterteil 3. Die von den Sensoren 13 und 14 ermittelten Messwerte werden von Sende- und Empfangsvorrichtungen 15 bzw. 16 der Sensoren 13 und 14 über die Sende- und Empfangseinrichtung 12 an die elektronische Regeleinrichtung 11 übermittelt. Anhand von Regelungsalgorithmen erfolgt eine Auswertung dieser Daten und gegebenenfalls eine von der elektronischen Regeleinrichtung 11 veranlasste Veränderung der Rüttelfrequenz oder Rütteldauer des Rütteltisches 9 oder des Pressdrucks des Formoberteils auf das Gemenge. Weiterhin ist mit dem elektronischen Regelkreis 11 ein Sensor 17 verbunden, mit welchem z.B. die Temperatur des Gemenges 6 und die Rüttelfrequenz des Formunterteils 3 mittels einer Fernmessung erfassbar sind.
In der Figur 2 ist ein Sensor 14 in einer schematischen Ansicht dargestellt. Der Sensor 14 ist in einem Gehäuse G angeordnet und umfasst einen Fühler 18, mit welchem beispielsweise Bewegungsgrößen wie Rüttelfrequenz und Rüttelamplitude erfasst werden. Gemäß einer nicht dargestellten Ausführungsvariante ist wenigstens ein weiterer Fühler vorgesehen, durch welchen beispielsweise eine Temperatur erfasst wird. Der Fühler 18 wird von einer Energiequelle 19 mit Strom versorgt, welchen der Fühler 18 auch an einen nachgeschalteten Prozessor 20, einen nachgeschalteten Datenspeicher 21 und eine nachgeschaltete Sende- und Empfangseinrichtung 16 weiterleitet. Die Bauteile 18, 20, 21 und 16 sind untereinander auch mittels eines Datenbus D verbunden. Die als wiederaufladbare Batterie 22 ausgeführte Energiequelle 19 steht in elektrischer Verbindung mit einem Generator 23. Der Generator 23 ist innerhalb des Gehäuses G des Sensors 14 angeordnet und arbeitet nach dem Faraday-Prinzip. Der Generator 23 umfasst eine Spule 24 mit einer Längsachse L, welche als Zylinder 25 ausgebildet ist, in welchem ein Magnet 26 in Pfeilrichtungen x bzw. x' zur Stromerzeugung hin und her bewegbar ist. Die Hin- und Herbewegung des Magneten 26 wird durch das Rütteln der Formeinrichtung verursacht, in welche der Sensor 14 beispielsweise eingebaut ist. Bei der Verwendung des Sensors an der Formunterlage oder am Maschinenrahmen werden ebenfalls die dort vorhandnen Vibrationen zur Energiegewinnung ausgenutzt. Gemäß einer nicht dargestellten Ausführungsvariante bilden der Generator oder der Generator und die Energiequelle ein vom Sensor getrenntes Energie-Modul mit einem eigenen Gehäuse, welches mit dem Sensor verbindbar ist. Dieser modulare Aufbau erlaubt dann auch die Verbindung von mehreren Energie-Modulen mit einem Sensor, sofern dieser einen erhöhten Energiebedarf hat oder eine redundante Energieversorgung gewünscht ist. Alternativ ist auch die Versorgung mehrerer unterschiedlicher oder gleicher Sensoren durch ein Energie-Modul vorgesehen.
In der Figur 3 ist schematisch eine mit einer Vorrichtung V aufgebaute Funkkette 27 dargestellt, welche von Sensoren S1 bis S4 zu einem elektronischen Regelkreis 11 bzw. von dem elektronischen Regelkreis 11 zu den Sensoren S1 bis S4 aufgebaut wird. Der elektronische Regelkreis 11 sendet seine Informationen 28 an alle Sensoren S1 bis S4, da dieser über eine ausreichende Sendeenergie verfügt. Um ihren Energieverbrauch für die Übermittlung von Informationen möglichst gering zu halten, übermitteln die einzelnen Sensoren S1 bis S4 ihre Informationen 29 jeweils nur an den in Richtung des elektronischen Regelkreises 11 nächstgelegen und zweitnächstgelegen Sensor. Zum Beispiel übermittelt der Sensor S4 seine Informationen nur an die Sensoren S3 und S2 und nicht an den weit entfernt liegenden Sensor S1 bzw. direkt an den elektronischen Regelkreis 11. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, die Nachbarschaftsverhältnisse zwischen den Sensoren entweder einmal zu definieren oder einen dynamischen Prozess zu erlauben, welcher auch auf vorübergehend vorhandene Störungsquellen reagiert.
In der Figur 4 ist eine Vorrichtung V dargestellt, die zwei Funkketten 27 umfasst, welche jeweils von Sensoren S1 und S2 bzw. S3 und S4 zu einem elektronischen Regelkreis 11 aufgebaut werden.
In der Figur 5 ist ein Ausschnitt einer Formeinrichtung 2 schematisch dargestellt. Von der Formeinrichtung 2 sind ein Formunterteil 3 und ein Formoberteil 4 zu sehen. Die beiden Formteile 3 und 4 zeigen exemplarisch Befestigungsmöglichkeiten für Sensoren 13 und 14. In dem Formoberteil 4 ist in einer Ausnehmung 30 der Sensor 13 in eine elastische Masse 31 eingegossen. Hierdurch wird der Sensor 13 vor extremen Belastungen geschützt. Der elektronische Regelkreis 11, an welchen der Sensor 13 seine Daten weitergibt, ist derart programmiert, dass bei der Auswertung Kennwerte, welche die elastische Lagerung beschreiben, Berücksichtigung finden. Der Sensor 14 ist in einer Ausnehmung 32 in dem Formunterteil 3 gelagert, wobei der Sensor 14 hierzu in einem Käfig 33 durch Streben 34 gehalten ist. Der Käfig 33 ist dafür vorgesehen, in die Ausnehmung 32 eingeschraubt, eingepresst oder eingeklebt zu werden. Durch die Streben 34 ist der Sensor 14 vor extremen Belastungen geschützt. Auch diese Art der Lagerung kann über Kenngrößen von dem elektronischen Regelkreis berücksichtigt werden.
In der Figur 6a ist eine Draufsicht auf ein Formunterteil 3 dargestellt, welches Formnester 7 aufweist, in welchen jeweils ein Kern 35 angeordnet ist. Die Kerne 35 sind über je vier bzw. drei Drahtseile 36 an Blechen 37 des Formunterteils 3 verspannt. In der Figur 6b ist der linke Teil der Figur 6a in geschnittener Seitenansicht dargestellt. In dieser Seitenansicht ist ein Aktor 38 detailliert erkennbar, welcher über das Drahtseil 36 unterschiedliche Zugkräfte auf den Kern 35 aufbringt. Der Aktor 38 wird von einer elektronischen Regeleinheit 11 gesteuert oder geregelt, welche unter anderem Funksignale von Sensoren 13 und 14 erhält, welche im Formrahmen 39 des Formunterteils 3 und im Kern 35 des Formunterteils 3 positioniert sind. Hierbei nimmt die elektronische Regeleinheit 11 eine Auswertung der von den Sensoren 13 und 14 beispielsweise übermittelten Bewegungsgrößen vor und errechnet hieraus Steuer- bzw. Regelbefehle für die Aktoren 38, welche drahtgebunden oder drahtlos an die Aktoren 38 weitergegeben werden. Im Aktor 38 werden die Spannkräfte pneumatisch oder hydraulisch erzeugt. Insbesondere ist auch die Verwendung eines Elektromotors mit Untersetzungsgetriebe vorgesehen, welchem gemäß einer weiteren Ausführungsvariante ein Generator zur Energieerzeugung aus Bewegungsenergie des Formunterteils zugeordnet ist. Gemäß einer nicht dargestellten Ausführungsvariante ist die Verwendung von Zugstangen zur Befestigung des Kerns vorgesehen.
In der Figur 7 ist ein Ausschnitt eines weiteren Formunterteils 3 dargestellt, welches ein Formnest 7 aufweist, in welchem ein Kern 35 angeordnet ist. Zwischen einem Kernhalter 40 und einem Kernblech 41 ist ein mit einem Füllstoff 42 gefüllter Hohlraum 43 ausgefüllt, in welchen auch ein Sensor 13 eingelagert ist. Der Füllstoff 42, welcher beispielsweise als Kunststoff oder als Polymerbeton ausgeführt ist, schützt den Sensor 13 wirksam vor Umgebungseinflüssen. Über eine nicht dargestellte Funkverbindung steht der Sensor 13 mit anderen Sensoren und/oder mit einer nicht dargestellten elektronischen Regeleinrichtung in Verbindung.
In der Figur 8 ist in geschnittener Seitenansicht ein Ausschnitt einer Formeinrichtung 2 dargestellt. Auf einer Formunterlage 8 liegt ein Formunterteil 2, von welchem ein Formnest 7 sichtbar ist. Ein Formoberteil 4 wirkt mit einer Druckplatte 5 auf ein nicht dargestelltes Gemenge ein, welches sich in dem Formnest 7 befindet. Die Druckplatte 5 ist über einen pneumatisch oder hydraulisch betätigbaren Balg 44 beweglich an einer Tragplatte 45 aufgehängt, welche wiederum mit einem Stempelrohr 46 verschweißt ist. Zur Erfassung von Kenngrößen ist in dem Formunterteil 3 ein Sensor 13, auf der Druckplatte 5 ein Sensor 14 und auf der Tragplatte 45 ein Sensor 17 angeordnet.
In der Figur 9 ist schließlich ein Ausschnitt eines Formunterteils 3 dargestellt, welches einen Formrahmen 47 und einen darin gelagerten Formeinsatz 48 umfasst. Das Formunterteil 3 ist mit wenigstens zwei Sensoren 13, 14 bestückt, welche auf den Formrahmen 47 und den Formeinsatz 48 verteilt sind. Analog zu den Figuren 6a und 6b erfolgt eine Regelung bzw. Steuerung eines Aktors 38, welcher die Dämpfung zwischen dem Formrahmen 47 und dem Formeinsatz 48 beeinflusst, mittels Messgrößen, welche von den Sensoren 13, 14 per Funk an eine nicht dargestellte elektronische Regeleinrichtung übermittelt werden.
Die Erfindung ist nicht auf dargestellte oder beschriebene Ausführungsbeispiele beschränkt. Sie umfasst vielmehr Weiterbildungen der Erfindung im Rahmen der Schutzrechtsansprüche. Insbesondere sieht die Erfindung auch eine bidirektionale Kommunikation zwischen der elektronischen Regeleinrichtung und den Sensoren vor. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist auch zur Verwendung in einem Maschinenpark vorgesehen, welcher aus wenigstens einer Steinformmaschine und wenigstens einer Steinform besteht.
Weiterhin sieht die Erfindung eine Verwirklichung der nachfolgend beschriebenen Ausführungen vor. Die folgenden Ausführungen sind nicht auf die Verwendung von Schwingungsmessern beschränkt, sondern beziehen sich auf die Verwendung jeglicher Art von Sensoren.
Es ist vorgesehen, mehrere Schwingungsmesser bzw. Sensoren an der Formeinrichtung anzubringen.
Die Schwingungsmesser bzw. Sensoren können an den einzelnen Baugruppen der Formeinrichtung, wie z.B. Formunterteil oder Formoberteil aber auch an Baugruppen des Formunterteils oder Formoberteils wie z.B. Kernen, Zwischenwänden oder Formeinsätzen oder Stempelplatten angebracht sein. Weiterhin ist die Anbringung von Sensoren an Bauteilen der Steinformmaschine vorgesehen, welche zur Formeinrichtung benachbart sind. Weiterhin ist es vorgesehen wenigstens eine Einstellung der Steinformmaschine und wenigstens eine Einstellung des Gemenges mittels des elektronischen Regelkreises zu regeln. Grundsätzlich kann der elektronische Regelkreis durch einen oder mehrere spezielle Prozessoren oder durch einen Rechner mit einer speziellen Software gebildet sein, wobei vom elektronischen Regelkreis Steuersignale und/oder Regelsignale und/oder Schaltsignale an entsprechende Aktoren bzw. diesen zugeordnete Steuerungen geleitet werden.
Durch den Schwingungsmesser bzw. Sensor erfolgt eine Beurteilung der Gefügestruktur der Formeinrichtung, um ein Versagen der Form vorhersehbar zu machen.
Der Schwingungsmesser bzw. Sensor dient zur Analyse und Bewertung der Formeinrichtung in speziellen Testaufbauten.
Der Schwingungsmesser bzw. Sensor dient zur Erfassung weiterer Werte im Steinherstellungsprozess wie z.B. Taktzahl und Taktzeiten.
Der Schwingungsmesser bzw. Sensor dient zur Anpassung der Rüttelparameter an das Schwingungsverhalten der Formeinrichtung, um gezielt zum Zeitpunkt einer Schwingungsüberlagerung von Rütteltisch und Formeinrichtung zu gelangen und mit einem Minimum an eingeleiteter Energie ein Maximum an Verdichtung zu erzielen.
Durch die erfindungsgemäße Reglung lassen sich unkontrollierte Schwingungen vermeiden und Amplitude und Frequenz gezielt kontrollieren bzw. anpassen.
Insgesamt führt die erfindungsgemäße Regelung zu einer Reduzierung der Taktzeiten und zu einer verbesserten Ausnutzung der Rüttelenergie.
Weiterhin sind Sensoren vorgesehen, welche eine automatisierte Nivellierung der Bestandteile der Formeinrichtung bzw. zugeordneter Maschinenteile erlauben. Eine derartige Überwachung kann sich erfindungsgemäß auf die gesamte Steinformmaschine und insbesondere auf Maschinengestell, Maschinenfundament und Maschinenkomponenten wie z.B. Bärplatte, Füllsystem, Rütteltisch usw. beziehen.
Mit erfindungsgemäßen Sensoren ist auch das Messen des Feuchtigkeitsgrades des Betongemenges und/oder der Temperatur des Betongemenges vorgesehen, um hieraus optimale Parameter für Rüttelenergie und Rüttelzeiten abzuleiten.
Weiterhin ist es vorgesehen, die Schwingungsaufnehmer bzw. Frequenzaufnehmer bzw. Sensoren in Gruppen zusammen zu fassen bzw. sich gegenseitig überwachen zu lassen.
Weiterhin ist es vorgesehen, den Sensor mittels eines Haftmagnets an der Formeinrichtung zu befestigen.

Bezugszeichenliste:

1: Steinformmaschine
2: Formeinrichtung
3: Formunterteil
4: Formoberteil
5: Druckplatte
6: Gemenge
7: Formnest
8: Formunterlage
9: Rütteltisch
10: Maschinenrahmen
11: elektronischer Regelkreis
12: Sende- und Empfangseinrichtung
13: Sensor
14: Sensor
15: Sende- und Empfangseinrichtung von 13
16: Sende- und Empfangseinrichtung von 14
17: Sensor
18: Fühler
19: Energiequelle
20: Prozessor
21: Datenspeicher
22: Batterie
23: Generator
24: Spule
25: Zylinder
26: Magnet
27: Funkkette
28: Information von 11 an S1 bis S4
29: Information von S1 bis S4 an 11
30: Ausnehmung
31: Elastische Masse
32: Ausnehmung
33: Käfig
34: Strebe
35: Kern
36: Drahtseil
37: Blech
38: Aktor
39: Formrahmen
40: Kernhalter
41: Kernblech
42: Füllstoff
43: Hohlraum
44: Balg
45: Tragplatte
46: Stempelrohr
47: Formrahmen
48: Formeinsatz
G: Gehäuse des Sensors
L: Längsachse von 24
M: Steinformmaschinenpark
S1-S4: Sensor
V: Vorrichtung
x, x': Bewegungsrichtung von 26

Claims

Vorrichtung (V) zur Überwachung, Steuerung und Regelung einer Maschine (1) mit wenigstens zwei Sensoren (13,14, 17, S1 - S4) zur Erfassung von Messgrößen und mit einem elektronischen Regelkreis (11) zur Auswertung der erfassten Messgrößen und entsprechender Regelung bzw. Steuerung von Maschinenkomponenten, durch welche die Messgrößen beeinflussbar sind, wobei zwischen den Sensoren (13,14, 17, S1 - S4) und dem elektronischen Regelkreis (11) Daten (28,29) über Sende und/oder Empfangseinrichtungen (12 bzw. 15,16) drahtlos austauschbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (13, 14, 17, S1 - S4) als energieautarker Sensor (14) ausgebildet ist, wobei der Sensor (13, 14, 17, S1 - S4) über eine eigene Energiequelle (19) verfügt und wobei die Energiequelle (19) durch einen Generator (23) gespeist wird, welcher Bewegungsenergie in elektrische Energie umwandelt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Bewegungsgrößen erfassbar sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (13,14, 17, S1 S4) einen Datenspeicher (21) für selbst ermittelte Daten (29) und/oder fremd ermittelte Daten umfasst (29).
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (13,14, 17, S1 - S4) einen Prozessor (20) zur Verarbeitung von selbst ermittelten Daten (29) und/oder fremd ermittelten Daten (29) umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die eigene Energiequelle (19) des Sensors (13,14, 17, S1 - S4) als aufladbare Batterie (22) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (23) insbesondere nach dem Faradey-Prinzip arbeitet.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (23) einen in einer Spule (24) freischwingenden Magnet (26) umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (24) mit ihrer Längsachse (L) in die am Sensor (13, 14, 17, S1 - S4) vorherrschende Hauptschwingungsrichtung ausrichtbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrichtung der Spule (24) automatisch und insbesondere trägheitsgesteuert erfolgt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiequelle (19) berührungslos ladbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiequelle (19) induktiv ladbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (13, 14, 17, S1 - S4) untereinander Daten (29) austauschen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (13, 14, 17, S1 - S4) untereinander eigene und fremde Daten (29) austauschen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (13, 14, 17, S1 - S4) wenigstens eine Funkkette (27) bilden.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Funkkette (27) zu dem elektronischen Regelkreis (11) führt bzw. von dem elektronischen Regelkreis (11) ausgeht.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (13, 14, 17, S1 - S4) seine Sendeleistung auf einen oder mehrere der mit der geringsten Sendeleistung erreichbaren Nachbarsensoren (13, 14, 17, S1 - S4) einstellt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (13, 14, 17, S1-S4) in seinem Prozessor (20) eine Plausibilitätsprüfung der von einem zweiten Sensor (13, 14, 17, S1 - S4) empfangenen Daten (29) auf der Grundlage eigener Daten (29) und/oder auf der Grundlage der von einem dritten Sensor (13, 14, 17, S1 - S4) empfangenen Daten (29) vornimmt und dass der Sensor (13, 14, 17, S1 - S4) das Ergebnis weitermeldet.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine (1) als Steinformmaschine (1) mit wenigstens einer Formeinrichtung (2) ausgebildet ist, wobei die Formeinrichtung (2) aus einem Formunterteil (3) und einem Formoberteil (4) besteht, wobei wenigstens ein Sensor (13, 14, 17, S1 - S4) an bzw. in der Formeinrichtung (2) angeordnet ist und wobei an bzw. in der Formunterlage (8) und/oder an bzw. in dem Maschinenrahmen (10) wenigstens ein weiterer Sensor (13, 14, 17, S1 - S4) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (13, 14, 17, S1 - S4) außerhalb der Formeinrichtung (2) angeordnet ist und mit dem Sensor (13, 14, 17, S1 - S4) berührungslose Messungen an der Formeinrichtung (2) durchführbar sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (13, 14, 17, S1 - S4) außerhalb der Formunterlage (8) angeordnet ist und mit dem Sensor (13, 14, 17, S1 - S4) berührungslose Messungen an der Formunterlage (8) durchführbar sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (13, 14, 17, S1 - S4) außerhalb des Maschinenrahmens (10) angeordnet ist und mit dem Sensor (13, 14, 17, S1 - S4) berührungslose Messungen an dem Maschinenrahmen (10) durchführbar sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Formeinrichtung (2) Aktoren (23) umfasst, durch welche Eigenschaften der Formeinrichtung (2) veränderbar sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktoren (23) auf Drahtseile (36) oder Zugstäbe wirken, mit welchen ein Kern (35) an einem aus einem Formrahmen (39) und dem (35) Kern bestehenden Formunterteil (3) gehalten ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktoren (23) durch den elektronischen Regelkreis (11) regelbar sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Formrahmen (39) und in jedem Kern (35) wenigstens jeweils ein Sensor (13, 14) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (13) in den Kern (35) eingegossen ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einer verstellbaren Auflast, bei welcher ein Druckstück (5) über einen Zylinder (44) an einer Trägereinrichtung (45) angeordnet ist, an der Trägereinrichtung (45) und an dem Druckstück (5) jeweils wenigstens ein Sensor (14, 17) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Formunterteil (3), einen Formrahmen (47) und einem Formeinsatz (48) aufweist, an welchen jeweils wenigstens ein Sensor (13, 14) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine (1) als Landfahrzeug, Luftfahrzeug oder Wasserfahrzeug ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Sensoren in oder an einem schwingungsbelasteten Bauteil angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Sensoren in oder an einem torsionsbelasteten Bauteil angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Sensoren in oder an einem biegebelasteten Bauteil angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Sensoren in oder an einem druckbelasteten Bauteil angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Sensoren in oder an einem zugbelasteten Bauteil angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in oder an einem Bauteil, welches unterschiedlichen Belastungen unterliegt, mehrere Sensoren angeordnet sind, welche die einzelnen Belastungen erfassen.