EP4311640A1 - Betonverdichtungsvorrichtung mit messung des verdichtungsfortschritts - Google Patents

Betonverdichtungsvorrichtung mit messung des verdichtungsfortschritts Download PDF

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EP4311640A1
EP4311640A1 EP23187063.5A EP23187063A EP4311640A1 EP 4311640 A1 EP4311640 A1 EP 4311640A1 EP 23187063 A EP23187063 A EP 23187063A EP 4311640 A1 EP4311640 A1 EP 4311640A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
current
concrete
electric motor
concrete compaction
compaction
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23187063.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Lange
Patrick Diller
Dirk Sibila
Rudolf Philipp BERGER
Alto WEISKOPF
Christian Glanz
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.)
Wacker Neuson Produktion GmbH and Co KG
Original Assignee
Wacker Neuson Produktion GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wacker Neuson Produktion GmbH and Co KG filed Critical Wacker Neuson Produktion GmbH and Co KG
Publication of EP4311640A1 publication Critical patent/EP4311640A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04G—SCAFFOLDING; FORMS; SHUTTERING; BUILDING IMPLEMENTS OR AIDS, OR THEIR USE; HANDLING BUILDING MATERIALS ON THE SITE; REPAIRING, BREAKING-UP OR OTHER WORK ON EXISTING BUILDINGS
    • E04G21/00—Preparing, conveying, or working-up building materials or building elements in situ; Other devices or measures for constructional work
    • E04G21/02—Conveying or working-up concrete or similar masses able to be heaped or cast
    • E04G21/06—Solidifying concrete, e.g. by application of vacuum before hardening
    • E04G21/08—Internal vibrators, e.g. needle vibrators
    • 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
    • B28B1/093—Producing shaped prefabricated articles from the material by vibrating or jolting by means directly acting on the material, e.g. by cores wholly or partly immersed in the material or elements acting on the upper surface of the material
    • B28B1/0935—Producing shaped prefabricated articles from the material by vibrating or jolting by means directly acting on the material, e.g. by cores wholly or partly immersed in the material or elements acting on the upper surface of the material using only elements wholly or partly immersed in the material, e.g. cores
    • 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
    • B28B17/00—Details of, or accessories for, apparatus for shaping the material; Auxiliary measures taken in connection with such shaping
    • B28B17/0063—Control arrangements
    • B28B17/0081—Process control

Definitions

  • the invention relates to a concrete compaction device with a device for measuring the progress of compaction.
  • the invention relates to an internal vibrating device, such as an internal vibrator for concrete compaction.
  • vibrators such as. B. hose or rod vibrators. condensed.
  • Such vibrators are internal vibrators in which an imbalance is driven by an electric motor inside a vibrating bottle (vibrator housing) that is immersed in the fresh concrete, which creates vibrations that compact the concrete.
  • vibrators While concrete as a building material is subject to various and strict quality controls, the correct compaction of the concrete depends significantly on the individual skills of the operator of the internal vibrator. He alone determines whether an optimal and uniform compaction result is achieved. However, since the individual skills of different operators can naturally vary greatly, the quality of compaction can also vary considerably, which in certain cases leads to an inadequate compaction result and thus to insufficient concrete strength.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a concrete compaction device, in particular an internal vibrating device, in which the degree of compaction of the currently compacted concrete can be reliably recorded.
  • a concrete compaction device is specified, with a vibrating housing for immersion in flowable concrete; an unbalance exciter driven by an electric motor, which is arranged in the vibrator housing; a current detection device for detecting the electric current consumed by the electric motor; and with an evaluation device for determining a working state of the concrete compaction device based on the currently detected electrical current; wherein the working state is selected from the group of positioning the vibrating housing in the air (operating the electric motor at idle), immersing the vibrating housing in the concrete, carrying out a compaction process with the vibrating housing immersed in the concrete, emerging the vibrating housing from the concrete; and wherein the evaluation device is designed to recognize all of the working states mentioned.
  • the electric motor can be arranged together with the unbalance exciter in the vibrating housing.
  • only the unbalance exciter is arranged in the vibrating housing, while the electric motor is arranged spatially separated from the vibrating housing in its own housing. In this case, the torque of the electric motor is transmitted via a flexible shaft to the unbalance exciter in the vibrator housing.
  • the working states can be recognized in particular based on the precisely recorded current curve with a correspondingly high sampling rate. While playing Not only the current current value, but also the change in the current values over time (e.g. detectable with the help of the sampling rate) plays a role, so that specific current profiles can be recorded and recognized. Due to the tendency of the current curve, the evaluation device can recognize the different working states and - where appropriate - also distinguish them from one another. For this purpose, the currently recorded current profile can be compared with current values and current curves or gradients, for example with known values or patterns, in order to be able to draw conclusions about the respective working status.
  • the working states “positioning the vibrating housing in the air” and “operating the electric motor at idle” are to be regarded as identical. In this case, the vibrator housing is still exposed to air and is not yet immersed in the concrete.
  • the electric motor can be operated at idle or almost at idle, as the unbalance exciter can still rotate freely.
  • the compaction work begins with the working condition “immersion of the vibrator housing into the concrete”.
  • the vibrating housing is successively lowered into the flowable concrete, which absorbs and dampens the vibrations of the vibrating housing.
  • the current consumption by the electric motor is increased in order to be able to drive the unbalance exciter as before.
  • the vibrating housing In the working state "carrying out a compaction process", the vibrating housing is largely completely immersed in the concrete and is held essentially stationary by the user at one point, so that the vibrating housing remains in the concrete. Due to the compaction effects in the concrete, the damping effect of the concrete on the vibrator housing changes, which in turn has an effect in the form of counterforces or countertorques acting on the unbalance exciter. This changes the current consumption by the electric motor, which can be recorded by the evaluation device.
  • the vibrating housing In the working state "Exiting the vibrating housing from the concrete", the vibrating housing is pulled out of the concrete and raised. This means that the vibrating housing can vibrate more and more freely as the damping effect of the concrete gradually decreases. Accordingly, the electric motor can rotate freely again, so that the power it consumes is reduced and power consumption is reduced.
  • the evaluation device can use the respectively sampled current values and the gradients of the current values or the tendency of the current value development to recognize which working state the internal vibrator is in.
  • the evaluation device can detect the compaction state of the concrete based on the current profile, i.e. the current values and the gradient curve, and compare it with limit values, for example. If a certain limit value is reached, this is taken as a criterion that the concrete has been sufficiently compacted at this point.
  • the evaluation device can recognize the working states “electric motor switched off” and “electric motor and/or unbalance exciter defective” as further working states.
  • the electric motor either does not consume any power or a current consumption or a current profile is detected that does not fit into the schemes for the normal working states, e.g. a current consumption that is too low or too high.
  • the current detection device can be designed to detect the electrical voltage applied to the electric motor in addition to the current. This allows the measurement accuracy to be further increased.
  • the current detection device can be designed to detect the current with a sampling interval, wherein the sampling interval can be less than 5 s.
  • the sampling interval can be less than 2 s, less than 1 s, less than 0.5 s or 1/10 s or less.
  • the evaluation device can be designed to determine the respective working state, taking into account the currently detected current profile with a currently detected electrical current and/or a respective determinable current gradient.
  • the current gradient is a change in the current current value over time.
  • the evaluation device can thus record the working condition and also the degree of compaction in the concrete.
  • the current value and current gradient can be evaluated together or separately. An example of the evaluation will be explained later in the description of the figures.
  • An interpretation device can be provided for interpreting the current curve during the working state "carrying out a compression process" is recognized, wherein the interpretation device can be designed to evaluate the current current gradient for interpreting the current profile, and wherein an approach of the current gradient to the values of zero is considered a criterion for compression progress. As the current gradient approaches zero, this means that the current current curve becomes flatter. This can be observed in the course of the compression process, whereby an approach of the current gradient towards zero means that the currently consumed current hardly changes. This is seen as a criterion for ensuring that the concrete in the area of the vibrating bottle has been sufficiently compacted.
  • a limit value for the approach of the current gradient to the value zero can be specified, and a signaling device can be provided to generate a signal for an operator when the limit value is reached by the current gradient. It is therefore not absolutely necessary that the current gradient actually reaches the value zero. Rather, an approach to the value zero and thus reaching the limit value may be sufficient. Reaching the limit value means that the concrete has been sufficiently compacted at that point. This condition can be determined by the interpretation device, which then gives the operator a signal via the signaling device that the concrete has been sufficiently compacted so that the operator can move the vibrating housing to another location in the concrete.
  • a power supply line can be provided for supplying the electrical current to the electric motor.
  • the current detection device can be arranged in the area of the power supply line in order to be able to detect the electrical current that is absorbed by the electric motor.
  • a power source can be provided for the electric motor, which has an electrical energy storage and/or a power grid.
  • the electrical energy storage can be, for example, a battery.
  • the electrical energy storage can have a portable battery, which is carried on the back of an operator like a backpack, for example.
  • the electrical power for the concrete compaction device can therefore only be obtained from the battery carried by the operator. The operator is therefore self-sufficient and does not need any external power supply connections.
  • the current detection device, the evaluation device and the interpretation device can be arranged on the battery or coupled to the electronics (battery management system) of the battery.
  • these devices can also be (partially) integrated into the battery management system, such as the current detection device.
  • the electrical energy storage can have control electronics, wherein the current detection device and/or the evaluation device and/or the interpretation device can be coupled to the control electronics.
  • the current detection device, the evaluation device and/or the interpretation device can also be arranged spatially on the control electronics or the energy storage device.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a concrete compaction system with an internal vibrator 1 and an energy device 2.
  • the internal vibrator 1 has an operating hose 3, at one end of which a vibrating bottle 4 serving as a housing is attached. Inside the vibrating bottle 4, an electric motor 5 is provided, which rotates an unbalance exciter 6.
  • the unbalance exciter 6 can, for example, be an unbalance shaft on which an unbalance mass is attached eccentrically, so that when the unbalance shaft rotates, vibrations are generated which are introduced into the concrete to be compacted via the outer housing wall of the vibrating bottle 4.
  • the structure of such a vibrating bottle 4 with an electric motor 5 and unbalance exciter 6 is known per se.
  • the electric motor 5 is not arranged in the vibrating bottle 4, but in its own housing, spatially separated from the vibrating bottle 4. In this case extends between the electric motor 5 and the unbalance exciter 6 arranged in the vibrating bottle 4 there is a flexible shaft via which the torque of the electric motor 5 can be transmitted to the unbalance exciter 6.
  • the flexible shaft is surrounded by the operating hose 3, which can also be used to guide the vibrating bottle 4.
  • the in Fig. 1 The operating hose 3 shown can be several meters long, so that the operator can hang the vibrating bottle 4 over a greater distance in the concrete to be compacted during the compaction work.
  • the Fig. 1 is otherwise not to scale and does not reflect the real length of the operating hose 3.
  • a switching device 7 is attached, via which the electric motor 5 can be switched on and off.
  • the switching device 7 can also serve as a coupling point for a power line 8 (power cable).
  • the electrical supply lines of the power line 8 are guided inside the operating hose 3 to the vibrating bottle 4, so that the operating hose 3 also takes on the function of a protective hose.
  • one in the Fig. 1 Plug, not shown, can be provided in a manner known per se.
  • the plug can be inserted into the energy device 2.
  • essential parts of the energy device 2 can be arranged on a carrying device, not shown, which can be carried by a user, for example on his back, with the aid of carrying straps, similar to a backpack.
  • the carrying device can have a supporting frame that reliably supports the components attached to it. This is also the case, for example DE 10 2018 118 552 A1 described.
  • the energy device 2 has a battery 9 as an electrical energy storage device.
  • the battery 9 can be exchangeable and can be replaced with a fresh battery 9 when it is exhausted.
  • part of the energy device 2 can be a converter 10, which in particular converts the current drawn from the battery 9 in terms of voltage and frequency in a manner suitable for the electric motor 5. This transformed one Electricity is then supplied from the converter 10 to the electric motor 5 via the power line 8.
  • a current detection device 11, an evaluation device 12 and an interpretation device 13 are also provided on the energy device 2. These components can also be arranged elsewhere on the internal vibrator. However, their arrangement in the vicinity of the battery 9 or the converter 10 is useful in order to precisely record and interpret the current drawn by the electric motor 5.
  • the current detection device 11, the evaluation device 12 and the interpretation device 13 do not have to be present as physically separate components. Rather, they can also be arranged in the battery 9 or in the battery management of the battery 9 or in the converter 10 or elsewhere.
  • the evaluation device 12 and the interpretation device 13 can also be spatially arranged elsewhere, for example as a software application on a smartphone that is carried by the operator of the internal vibrator. In this case, a communication path or interface must be provided in order to transmit the current values recorded by the current detection device to the evaluation device 12.
  • the current detection device 11 is used to detect the electrical current that is absorbed by the electric motor 5. It is possible to record the current in short sampling intervals.
  • the measurement results of the current detection device 11 are passed on to the evaluation device 12, which can detect a working state of the internal vibrator based on the currently detected electrical current (current values and current curve or current gradient), as described below using Fig. 2 is explained.
  • the interpretation device 13 is intended to interpret the flow curve during a compression process. In particular, the interpretation device 13 should recognize and classify the compression state during the compression process.
  • a signal device (not shown) can be used Signal can be given to the operator of the internal vibrator 1 so that he ends the compaction at the corresponding point and continues it at another place.
  • the information about the compaction state can be communicated to the operator in various ways.
  • the corresponding data can be displayed to the operator via assistance systems, e.g. applications installed on smartphones.
  • assistance systems e.g. applications installed on smartphones.
  • Fig. 2 shows an example of the course of the current drawn by the electric motor 5 over time during different working states of the internal vibrator 1.
  • the respective current values can be recorded by the current detection device 11 with short sampling intervals.
  • phase a the internal vibrator runs in the air and is not immersed in the concrete (idling phase, operating the electric motor at idle, positioning the vibrator housing in the air). In this phase, the current consumed is constantly low.
  • the progress of the compression process can be deduced by the evaluation device 12 in conjunction with the interpretation device 13.
  • the current drawn always remains higher than in the idling phase in the air (phase a), so that the states of idling (phase a) and "immersed” or “compression” (phase c) can be clearly distinguished from one another.
  • measuring devices are usually already present, for example in the battery control electronics, with which the input power in the form of current and voltage is used to operate the internal vibrator can be measured. Additional sensors, especially in the vibrating bottle or the protective hose, are not required.
  • the measurements can be carried out in a suitable manner with battery-operated internal vibrators, but also with mains-operated internal vibrators.

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Abstract

Es wird eine Betonverdichtungsvorrichtung angegeben, mit einem Rüttelgehäuse (4) zum Eintauchen in fließfähigen Beton, mit einem durch einen Elektromotor (5) angetriebenen Unwuchterreger (6), der in dem Rüttelgehäuse (4) angeordnet ist, mit einer Stromerfassungseinrichtung (11) zum Erfassen des elektrischen Stroms, der durch den Elektromotor (5) aufgenommen wird, und mit einer Auswerteeinrichtung (12) zum Bestimmen eines Arbeitszustands der Betonverdichtungsvorrichtung aufgrund des jeweils aktuell erfassten elektrischen Stroms, wobei der Arbeitszustand ausgewählt ist aus der Gruppe: Positionieren des Rüttelgehäuses (4) an der Luft, Eintauchen des Rüttelgehäuses (4) in den Beton, Durchführen eines Verdichtungsvorgangs mit dem Rüttelgehäuse (4) eingetaucht im Beton, Austauchen des Rüttelgehäuses (4) aus dem Beton, und wobei die Auswerteeinrichtung (12) ausgebildet ist, um sämtliche der genannten Arbeitszustände zu erkennen.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Betonverdichtungsvorrichtung mit einer Einrichtung zur Messung des Verdichtungsfortschritts. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Innenrüttelvorrichtung, wie z.B. einen Innenrüttler zur Betonverdichtung.
  • Es ist bekannt, dass Frischbeton nach dem Einbringen in eine Schalung verdichtet werden muss, um ein bestimmtes Raumgewicht unter Vermeidung von Gasporen oder sogenannten "Kiesnestern" zu erreichen. Eine 10 % geringere Dichte des Betons hat bereits eine Halbierung der Druckfestigkeit zur Folge. Eine übermäßige Verdichtung des Betons jedoch kann zu einer Entmischung des Betons mit zonenweiser Anreicherung von Zementleim führen.
  • Größere Betonschüttungen werden üblicherweise manuell unter Verwendung von Vibratoren bzw. Rüttlern, wie z. B. Schlauch- oder Stabrüttlern. verdichtet. Derartige Rüttler sind Innenrüttler, bei denen im Innern einer in den Frischbeton eintauchenden Rüttelflasche (Rüttelgehäuse) eine Unwucht über einen Elektromotor angetrieben wird, wodurch Schwingungen entstehen, die den Beton verdichten. Während der Baustoff Beton vielfältigen und strengen Qualitätskontrollen unterliegt, ist jedoch das fachgerechte Verdichten des Betons erheblich von den individuellen Fähigkeiten des Bedieners der Innenrüttler abhängig. Er allein bestimmt, ob ein optimales und gleichmäßiges Verdichtungsergebnis erhalten wird. Da aber die individuellen Fähigkeiten verschiedener Bediener naturgemäß sehr unterschiedlich sein können, kann auch die Verdichtungsqualität erheblich streuen, was in bestimmten Fällen zu einem ungenügenden Verdichtungsergebnis und damit zu nicht ausreichender Betonfestigkeit führt.
  • Aus der GB-A-1097651 ist ein Innenrüttler bekannt, bei dem die Leistungsaufnahme eines eine Unwuchtmasse antreibenden Elektromotors als Anzeichen für den Verdichtungsgrad des zu verdichtenden Betons angesehen wird. Die Messung des Stromverbrauchs und dessen grobe Interpretation erlaubt keine zuverlässige Bestimmung des Verdichtungsgrades.
  • Aus der EP 1 165 907 B1 ist ein Innenrüttler mit einem Messsystem zum Ermitteln des Verdichtungsfortschritts in Beton bekannt. Dabei werden die Vibrationen an der Rüttelflasche erfasst, woraus Rückschlüsse auf die Verdichtungswirkung gezogen werden können. Die Verwendung von entsprechenden Beschleunigungssensoren an der Rüttelflasche lässt sich in der Praxis aufgrund der starken Schwingungen und rauen Umgebungsbedingungen jedoch nur schwer verwirklichen. Zudem sind zusätzliche Signalleitungen in einer mechanisch hoch beanspruchten Umgebung notwendig.
  • Eine Messung sowie Dokumentation des Verdichtungsfortschritts ist nach wie vor in der Betontechnik kaum möglich. Die Verdichtungsdauer und die Anzahl der Eintauchvorgänge mit einem Innenrüttler sowie die Wahl der Eintauchpunkte basiert meist auf Erfahrungswerten des Anwenders.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Betonverdichtungsvorrichtung, insbesondere eine Innenrüttelvorrichtung anzugeben, bei der der Verdichtungsgrad des jeweils aktuell verdichteten Betons zuverlässig erfasst werden kann.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Betonverdichtungsvorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Es wird eine Betonverdichtungsvorrichtung angegeben, mit einem Rüttelgehäuse zum Eintauchen in fließfähigen Beton; einem durch einen Elektromotor angetriebenen Unwuchterreger, der in dem Rüttelgehäuse angeordnet ist; einer Stromerfassungseinrichtung zum Erfassen des elektrischen Stroms, der durch den Elektromotor aufgenommen wird; und mit einer Auswerteeinrichtung zum Bestimmen eines Arbeitszustands der Betonverdichtungsvorrichtung aufgrund des jeweils aktuell erfassten elektrischen Stroms; wobei der Arbeitszustand ausgewählt ist aus der Gruppe Positionieren des Rüttelgehäuses in der Luft (Betreiben des Elektromotors im Leerlauf), Eintauchen des Rüttelgehäuses in den Beton, Durchführen eines Verdichtungsvorgangs mit dem Rüttelgehäuse eingetaucht im Beton, Austauchen des Rüttelgehäuses aus dem Beton; und wobei die Auswerteeinrichtung ausgebildet ist, um sämtliche der genannten Arbeitszustände zu erkennen.
  • Der Elektromotor kann dabei zusammen mit dem Unwuchterreger in dem Rüttelgehäuse angeordnet sein. Bei einer Variante ist lediglich der Unwuchterreger in dem Rüttelgehäuse angeordnet, während der Elektromotor räumlich von dem Rüttelgehäuse getrennt in einem eigenen Gehäuse angeordnet ist. In diesem Fall wird das Drehmoment des Elektromotors über eine Biegewelle zu dem Unwuchterreger im Rüttelgehäuse übertragen.
  • Die Arbeitszustände können insbesondere aufgrund des jeweils genau erfassten Stromverlaufs mit entsprechend hoher Abtastrate erkannt werden. Dabei spielt nicht nur der jeweils aktuelle Stromwert, sondern auch die Änderung der Stromwerte über die Zeit (z.B. mit Hilfe der Abtastrate erfassbar) eine Rolle, so dass jeweils spezifische Stromprofile erfasst und erkannt werden können. Aufgrund der Tendenz des Stromverlaufs kann die Auswerteeinrichtung die verschiedenen Arbeitszustände erkennen und - soweit sinnvoll - auch voneinander unterscheiden. Dazu kann das jeweils aktuell erfasste Stromprofil, mit Stromwerten und Stromverläufen bzw. -gradienten, z.B. mit bekannten Werten bzw. Mustern verglichen werden, um daraus Rückschlüsse auf den jeweiligen Arbeitszustand ziehen zu können.
  • Dabei sind die Arbeitszustände "Positionieren des Rüttelgehäuses an der Luft" und "Betreiben des Elektromotors im Leerlauf" als identisch anzusehen. In diesem Fall befindet sich das Rüttelgehäuse noch an der Luft und ist noch nicht in den Beton eingetaucht. Der Elektromotor kann dabei im Leerlauf bzw. annähernd im Leerlauf betrieben werden, da sich der Unwuchterreger noch frei drehen lässt.
  • Die Verdichtungsarbeit beginnt mit dem Arbeitszustand "Eintauchen des Rüttelgehäuses in den Beton". Dabei wird das Rüttelgehäuse sukzessive in den fließfähigen Beton abgesenkt, der die Schwingungen des Rüttelgehäuses aufnimmt und dämpft. In dem Zug wird die Stromaufnahme durch den Elektromotor erhöht, um den Unwuchterreger nach wie vor antreiben zu können.
  • Bei dem Arbeitszustand "Durchführen eines Verdichtungsvorgangs" ist das Rüttelgehäuse weitgehend vollständig in den Beton eingetaucht und wird von dem Anwender an einer Stelle im Wesentlichen stationär festgehalten, so dass das Rüttelgehäuse im Beton verweilt. Aufgrund der Verdichtungseffekte im Beton ändert sich die Dämpfungswirkung des Betons auf das Rüttelgehäuse, was sich wiederum in Form von auf den Unwuchterreger wirkenden Gegenkräften bzw. Gegenmomenten auswirkt. Dadurch ändert sich die Stromaufnahme durch den Elektromotor, was durch die Auswerteeinrichtung erfasst werden kann.
  • Beim Arbeitszustand "Austauchen des Rüttelgehäuses aus dem Beton" wird das Rüttelgehäuse aus dem Beton herausgezogen und angehoben. Dies führt dazu, dass das Rüttelgehäuse zunehmend freier vibrieren kann, da die dämpfende Wirkung des Betons sukzessive nachlässt. Dementsprechend kann der Elektromotor auch wieder frei drehen, so dass die von ihm aufgenommene Leistung vermindert und der Stromverbrauch verringert wird.
  • Die Auswerteeinrichtung kann mit Hilfe der jeweils abgetasteten Stromwerte und der Gradienten der Stromwerte bzw. der Tendenz der Stromwertentwicklung erkennen, in welchem Arbeitszustand sich der Innenrüttler jeweils befindet. Während des Verdichtungsvorgangs ("Durchführen eines Verdichtungsvorgangs") kann die Auswerteeinrichtung aufgrund des Stromprofils, also der Stromwerte und des Gradientenverlaufs, den Verdichtungszustand des Betons erkennen und z.B. mit Grenzwerten vergleichen. Wenn ein bestimmter Grenzwert erreicht ist, wird dies als Kriterium gewertet, dass der Beton an dieser Stelle ausreichend verdichtet wurde.
  • Als weitere Arbeitszustände können bei einer Variante durch die Auswerteeinrichtung die Arbeitszustände "Elektromotor ausgeschaltet" sowie "Elektromotor und/oder Unwuchterreger defekt" erkannt werden. In diesem Fall nimmt der Elektromotor entweder keinen Strom auf oder es wird eine Stromaufnahme bzw. ein Stromprofil erkannt, das nicht in die Schemata für die normalen Arbeitszustände passt, z.B. eine zu geringe oder eine zu hohe Stromaufnahme.
  • Die Stromerfassungseinrichtung kann ausgebildet sein, um zusätzlich zu dem Strom auch die am Elektromotor anliegende elektrische Spannung zu erfassen. Damit lässt sich die Messgenauigkeit weiter erhöhen.
  • Die Stromerfassungseinrichtung kann ausgebildet sein, um den Strom mit einem Abtastintervall zu erfassen, wobei das Abtastintervall bei unter 5 s liegen kann. Insbesondere kann das Abtastintervall bei unter 2 s, bei unter 1 s, bei unter 0,5 s oder bei 1/10 s oder weniger liegen.
  • Die Auswerteeinrichtung kann ausgebildet sein, um den jeweiligen Arbeitszustand unter Berücksichtigung des jeweils aktuell erfassten Stromprofils mit einem aktuell erfassten elektrischen Strom und/oder einem jeweils bestimmbaren Stromgradienten zu bestimmen. Der Stromgradient ist dabei eine Änderung des aktuellen Stromwerts über die Zeit. Je nach erfasstem absolutem Stromwert, gegebenenfalls in Verbindung mit dem Stromgradienten kann die Auswerteeinrichtung somit den Arbeitszustand und auch den Verdichtungsgrad im Beton erfassen. Dabei können Stromwert und Stromgradient gemeinsam oder auch separat ausgewertet werden. Ein Beispiel für die Auswertung wird später im Rahmen der Figurenbeschreibung erläutert.
  • Es kann eine Interpretationseinrichtung vorgesehen sein, zum Interpretieren des Stromverlaufs, während der Arbeitszustand "Durchführen eines Verdichtungsvorgangs" erkannt wird, wobei die Interpretationseinrichtung ausgebildet sein kann, um für das Interpretieren des Stromverlaufs den jeweils aktuellen Stromgradienten auszuwerten, und wobei eine Annäherung des Stromgradienten an den Werten Null als Kriterium für einen Verdichtungsfortschritt gilt. Eine Annäherung des Stromgradienten gegen Null bedeutet, dass die Kurve des aktuellen Stromverlaufs flacher wird. Dies kann im Verlauf des Verdichtungsvorgangs beobachtet werden, wobei eine Annäherung des Stromgradienten gegen Null bedeutet, dass sich der jeweils aktuell aufgenommene Strom kaum noch ändert. Dies wird als Kriterium dafür gewertet, dass der Beton im Bereich der Rüttelflasche ausreichend verdichtet wurde.
  • Dabei kann ein Grenzwert für die Annäherung des Stromgradienten an den Wert Null vorgegeben sein, wobei eine Signaleinrichtung vorgesehen sein kann, zum Erzeugen eines Signals für einen Bediener bei Erreichen des Grenzwerts durch den Stromgradienten. Es ist somit nicht zwingend erforderlich, dass der Stromgradient tatsächlich den Wert Null erreicht. Vielmehr kann eine Annäherung an den Wert Null und damit ein Erreichen des Grenzwerts ausreichend sein. Das Erreichen des Grenzwerts bedeutet, dass an der Stelle der Beton ausreichend verdichtet wurde. Dieser Zustand kann durch die Interpretationseinrichtung festgestellt werden, die daraufhin über die Signaleinrichtung dem Bediener ein Signal gibt, dass der Beton ausreichend verdichtet wurde, so dass der Bediener das Rüttelgehäuse an eine andere Stelle im Beton bewegen kann.
  • Es kann eine Stromzuleitung zum Zuführen des elektrischen Stroms zu dem Elektromotor vorgesehen sein. Dabei kann insbesondere die Stromerfassungseinrichtung im Bereich der Stromzuleitung angeordnet sein, um den elektrischen Strom erfassen zu können, der von dem Elektromotor aufgenommen wird.
  • Es kann eine Stromquelle für den Elektromotor vorgesehen sein, die einen elektrischen Energiespeicher und/oder ein Stromnetz aufweist. Bei dem elektrischen Energiespeicher kann es sich z.B. um einen Akku handeln.
  • Insbesondere kann der elektrische Energiespeicher einen tragbaren Akku aufweisen, der z.B. von einem Bediener wie ein Rucksack auf dem Rücken getragen wird. Der elektrische Strom für die Betonverdichtungsvorrichtung kann damit ausschließlich von dem vom Bediener getragenen Akku bezogen werden. Der Bediener ist damit autark und braucht keine externen Stromnetzanschlüsse.
  • Die Stromerfassungseinrichtung, die Auswerteeinrichtung und die Interpretationseinrichtung können an dem Akku angeordnet sein bzw. mit der Elektronik (Batteriemanagementsystem) des Akkus gekoppelt sein. Insbesondere können diese Einrichtungen auch (teilweise) in das Batteriemanagementsystemintegriert sein, wie z.B. die Stromerfassungseinrichtung.
  • Insbesondere kann der elektrische Energiespeicher eine Steuerelektronik aufweisen, wobei die Stromerfassungseinrichtung und/oder die Auswerteeinrichtung und/oder die Interpretationseinrichtung mit der Steuerelektronik gekoppelt sein können. Die Stromerfassungseinrichtung, die Auswerteeinrichtung und/oder die Interpretationseinrichtung können auch räumlich an der Steuerelektronik bzw. dem Energiespeicher angeordnet sein.
  • Diese und weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden nachfolgend anhand von Beispielen unter Zuhilfenahme der begleitenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    in schematischer Darstellung einen Innenrüttler als erfindungsgemäße Betonverdichtungsvorrichtung; und
    Fig. 2
    ein Beispiel für die Änderung der Stromaufnahme in Abhängigkeit von unterschiedlichen Arbeitszuständen einer Betonverdichtungsvorrichtung.
  • Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung ein Betonverdichtungssystem mit einem Innenrüttler 1 und einer Energievorrichtung 2.
  • Der Innenrüttler 1 weist einen Bedienungsschlauch 3 auf, an dessen einem Ende eine als Gehäuse dienende Rüttelflasche 4 angebracht ist. Im Inneren der Rüttelflasche 4 ist ein Elektromotor 5 vorgesehen, der einen Unwuchterreger 6 drehend antreibt. Der Unwuchterreger 6 kann z.B. eine Unwuchtwelle sein, auf der eine Unwuchtmasse exzentrisch angebracht ist, so dass bei Rotation der Unwuchtwelle Schwingungen erzeugt werden, die über die Gehäuseaußenwand der Rüttelflasche 4 in den zu verdichtenden Beton eingeleitet werden. Der Aufbau einer derartigen Rüttelflasche 4 mit Elektromotor 5 und Unwuchterreger 6 ist an sich bekannt.
  • Bei einer nicht dargestellten, ebenfalls an sich bekannten Variante ist der Elektromotor 5 nicht in der Rüttelflasche 4, sondern in einem eigenen Gehäuse, räumlich getrennt von der Rüttelflasche 4 angeordnet. In diesem Fall erstreckt sich zwischen dem Elektromotor 5 und dem in der Rüttelflasche 4 angeordneten Unwuchterreger 6 eine Biegewelle, über die das Drehmoment des Elektromotors 5 auf den Unwuchterreger 6 übertragen werden kann. Die Biegewelle ist von dem Bedienungsschlauch 3 umgeben, der dementsprechend auch zum Führen der Rüttelflasche 4 genutzt werden.
  • Der in Fig. 1 gezeigte Bedienungsschlauch 3 kann eine Länge von mehreren Metern aufweisen, so dass der Bediener die Rüttelflasche 4 bei der Verdichtungsarbeit auch über eine größere Entfernung in den zu verdichtenden Beton hängen kann. Die Fig. 1 ist im Übrigen nicht maßstäblich und gibt die reale Länge des Bedienungsschlauchs 3 nicht wieder.
  • An dem der Rüttelflasche 4 gegenüberliegenden Ende des Bedienungsschlauchs 3 ist eine Schalteinrichtung 7 angebracht, über die der Elektromotor 5 ein- und ausgeschaltet werden kann. Die Schalteinrichtung 7 kann auch als Ankopplungsstelle für eine Stromleitung 8 (Stromkabel) dienen. Die elektrischen Zuleitungen der Stromleitung 8 werden im Inneren des Bedienungsschlauchs 3 zu der Rüttelflasche 4 geführt, so dass der Bedienungsschlauch 3 auch die Funktion eines Schutzschlauchs übernimmt. Am der Schalteinrichtung 7 gegenüberliegenden Ende der Stromleitung 8 kann ein in der Fig. 1 nicht gezeigter Stecker in an sich bekannter Weise vorgesehen sein.
  • Der Stecker kann in die Energievorrichtung 2 eingesteckt sein. Bei dem in der Fig. 1 gezeigten Beispiel können wesentliche Teile der Energievorrichtung 2 an einer nicht dargestellten Tragvorrichtung angeordnet sein, die mit Hilfe von Tragriemen von einem Benutzer, z.B. auf seinem Rücken getragen werden kann, ähnlich einem Rucksack. Dabei kann die Tragvorrichtung einen Tragrahmen aufweisen, der die an ihm befestigten Komponenten zuverlässig trägt. Dies ist z.B. auch in der DE 10 2018 118 552 A1 beschrieben. Die Energievorrichtung 2 weist einen Akku 9 als elektrischen Energiespeicher auf. Der Akku 9 kann wechselbar sein und bei Erschöpfung gegen einen frischen Akku 9 ausgewechselt werden.
  • Anstelle des Akkus 9 ist es auch möglich, eine elektrische Versorgung über das öffentliche Netz oder ein an der Baustelle bestehendes Netz bereitzustellen.
  • Weiterhin kann Teil der Energievorrichtung 2 ein Umformer 10 sein, der insbesondere den aus dem Akku 9 bezogenen Strom hinsichtlich Spannung und Frequenz in einer für den Elektromotor 5 geeigneten Weise umformt. Dieser umgeformte Strom wird dann von dem Umformer 10 über die Stromleitung 8 an den Elektromotor 5 geliefert.
  • Symbolhaft sind weiterhin an der Energievorrichtung 2 eine Stromerfassungseinrichtung 11, eine Auswerteeinrichtung 12 und eine Interpretationseinrichtung 13 vorgesehen. Diese Komponenten können auch an anderer Stelle des Innenrüttlers angeordnet sein. Jedoch bietet sich ihre Anordnung in der Nähe des Akkus 9 bzw. des Umformers 10 an, um dort präzise den von dem Elektromotor 5 bezogenen Strom zu erfassen und zu interpretieren.
  • Die Stromerfassungseinrichtung 11, die Auswerteeinrichtung 12 und die Interpretationseinrichtung 13 müssen nicht als körperlich separate Komponenten vorhanden sein. Sie können vielmehr auch in dem Akku 9 bzw. in dem Batteriemanagement des Akkus 9 oder auch in dem Umformer 10 oder auch an anderer Stelle angeordnet sein. Z.B. können die Auswerteeinrichtung 12 und die Interpretationseinrichtung 13 räumlich auch an anderer Stelle angeordnet sein, z.B. als Softwareapplikation auf einem Smartphone, das vom Bediener des Innenrüttlers mit sich geführt wird. In diesem Fall muss eine Kommunikationsstrecke bzw. - schnittstelle bereitgestellt werden, um die von der Stromerfassungseinrichtung erfassten Stromwerte an die Auswerteeinrichtung 12 zu übermitteln.
  • Die Stromerfassungseinrichtung 11 dient zum Erfassen des elektrischen Stroms, der durch den Elektromotor 5 aufgenommen wird. Dabei ist es möglich, den Strom in kurzen Abtastintervallen zu erfassen.
  • Die Messergebnisse der Stromerfassungseinrichtung 11 werden an die Auswerteeinrichtung 12 weitergegeben, die aufgrund des jeweils aktuell erfassten elektrischen Stroms (Stromwerte und Stromverlauf bzw. Stromgradient) jeweils einen Arbeitszustand des Innenrüttlers erfassen kann, wie nachfolgend noch anhand von Fig. 2 erläutert wird.
  • Die Interpretationseinrichtung 13 ist dafür vorgesehen, um den Stromverlauf während eines Verdichtungsvorgangs zu interpretieren. Insbesondere soll die Interpretationseinrichtung 13 den Verdichtungszustand während des Verdichtungsvorgangs erkennen und klassifizieren.
  • Wenn die Interpretationseinrichtung 13 feststellt, dass der Beton aktuell ausreichend verdichtet wurde, kann über eine nicht dargestellte Signaleinrichtung ein Signal für den Bediener des Innenrüttlers 1 gegeben werden, damit er die Verdichtung an der entsprechenden Stelle beendet und an anderem Ort fortführt.
  • Die Information über den Verdichtungszustand kann dem Bediener in verschiedener Weise übermittelt werden. Z.B. können dem Bediener über Assistenzsysteme, z.B. auf Smartphones installierten Applikationen, die entsprechenden Daten angezeigt werden. Zudem ist auch ohne Weiteres eine Protokollierung der Messergebnisse für die spätere Dokumentation möglich.
  • Fig. 2 zeigt beispielhaft den Verlauf des von dem Elektromotor 5 bezogenen Stroms über der Zeit während verschiedener Arbeitszustände des Innenrüttlers 1. Die jeweiligen Stromwerte können durch die Stromerfassungseinrichtung 11 mit kurzen Abtastintervallen erfasst werden.
  • Während der Phase a läuft der Innenrüttler an der Luft und ist nicht in den Beton eingetaucht (Leerlaufphase, Betreiben des Elektromotors im Leerlauf, Positionieren des Rüttelgehäuses an der Luft). In dieser Phase ist der aufgenommene Strom konstant niedrig.
  • Während des Eintauchens des Rüttelgehäuses in den Beton (Phase b) steigt die Stromaufnahme an und erreicht ein detektierbares Maximum.
  • Verweilt der Innenrüttler anschließend im Beton (Verdichtungsvorgang), wird der Beton im Wirkungsbereich der Rüttelflasche 4 verdichtet (Phase c). Dabei ist ein teilweise abfallender Stromverlauf zu erkennen, mit einem negativen Stromgradienten.
  • Anhand des sich ändernden Stromgradienten (Stromabfall) kann durch die Auswerteeinrichtung 12 im Zusammenspiel mit der Interpretationseinrichtung 13 auf den Fortschritt des Verdichtungsvorgangs geschlossen werden. Je weiter die Verdichtung voranschreitet, desto flacher wird der Kurvenverlauf, d.h. der Stromgradient geht gegen Null. Der aufgenommene Strom bleibt dabei stets höher als in der Leerlaufphase an der Luft (Phase a), so dass sich die Zustände Leerlauf (Phase a) und "Eingetaucht" bzw. "Verdichtung" (Phase c) stehts klar voneinander unterscheiden lassen.
  • Beim Austauchen der Rüttelflasche 4 aus dem Beton (Phase d) ist ein kurzer Anstieg des Stroms durch die Positionsänderung der Rüttelflasche 4 zu beobachten. Im Anschluss daran fällt der aufgenommene Strom bis auf den dem Leerlauf entsprechenden Wert zurück, sobald sich der Innenrüttler wieder an der Luft befindet. Schließlich geht die Stromaufnahme erneut in die Leerlaufphase (Phase e) über.
  • Insbesondere bei einer in einem Rucksacksystem tragbar vorgesehenen Energievorrichtung mit einem Energiespeicher, der zum Betrieb von Innenrüttlern genutzt werden kann, sind in der Regel bereits Messvorrichtungen, z.B. in der Batteriesteuerelektronik, vorhanden, mit denen die Eingangsleistung in Form von Strom und Spannung zum Betrieb des Innenrüttlers gemessen werden können. Eine zusätzliche Sensorik, insbesondere in der Rüttelflasche oder dem Schutzschlauch ist dabei nicht erforderlich.
  • Durch die hohe Messgenauigkeit und Abtastrate ist es möglich, aus dem Stromverlauf auf den Arbeitszustand (Leerlauf, Eintauchen, Verweilen, Austauchen) sowie den Verdichtungsfortschritt des Innenrüttlers im Beton zu schließen. Zur Ermittlung des jeweiligen Arbeitszustands werden die gemessenen Werte bzw. deren Verläufe und Änderungen mit bekannten Werten bzw. Mustern verglichen.
  • Die Messungen können bei akkubetriebenen Innenrüttlern, aber auch bei netzbetriebenen Innenrüttlern in geeigneter Weise realisiert werden.

Claims (10)

  1. Betonverdichtungsvorrichtung, mit
    - einem Rüttelgehäuse (4) zum Eintauchen in fließfähigen Beton;
    - einem durch einen Elektromotor (5) angetriebenen Unwuchterreger (6), der in dem Rüttelgehäuse (4) angeordnet ist;
    - einer Stromerfassungseinrichtung (11) zum Erfassen des elektrischen Stroms, der durch den Elektromotor (5) aufgenommen wird; und mit
    - einer Auswerteeinrichtung (12) zum Bestimmen eines Arbeitszustands der Betonverdichtungsvorrichtung aufgrund des jeweils aktuell erfassten elektrischen Stroms;
    wobei
    - der Arbeitszustand ausgewählt ist aus der Gruppe
    + Positionieren des Rüttelgehäuses (4) an der Luft
    + Eintauchen des Rüttelgehäuses (4) in den Beton
    + Durchführen eines Verdichtungsvorgangs mit dem Rüttelgehäuse (4) eingetaucht im Beton
    + Austauchen des Rüttelgehäuses (4) aus dem Beton;
    und wobei
    - die Auswerteeinrichtung (12) ausgebildet ist, um sämtliche der genannten Arbeitszustände zu erkennen.
  2. Betonverdichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei als weitere Arbeitszustände durch die Auswerteeinrichtung (12) erfassbar sind:
    - Elektromotor (5) ausgeschaltet
    - Elektromotor (5) und/oder Unwuchterreger (6) defekt.
  3. Betonverdichtungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Stromerfassungseinrichtung (11) ausgebildet ist, um zusätzlich zu dem Strom auch die am Elektromotor (5) anliegende elektrische Spannung zu erfassen.
  4. Betonverdichtungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei
    - die Stromerfassungseinrichtung (11) ausgebildet ist, um den Strom mit einem Abtastintervall zu erfassen; und wobei
    - das Abtastintervall bei unter 5 Sekunden liegt.
  5. Betonverdichtungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Auswerteeinrichtung (12) ausgebildet ist, um den jeweiligen Arbeitszustand unter Berücksichtigung des jeweils aktuell erfassten elektrischen Stroms und/oder eines jeweils bestimmbaren Stromgradienten zu bestimmen.
  6. Betonverdichtungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei
    - eine Interpretationseinrichtung (13) vorgesehen ist, zum Interpretieren des Stromverlaufs, während der Arbeitszustand "Durchführen eines Verdichtungsvorgangs" erkannt wird;
    - die Interpretationseinrichtung (13) ausgebildet ist, um für das Interpretieren des Stromverlaufs den jeweils aktuellen Stromgradienten auszuwerten; und wobei
    - eine Annäherung des Stromgradienten an den Wert Null als Kriterium für einen Verdichtungsfortschritt gilt.
  7. Betonverdichtungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei
    - ein Grenzwert für die Annäherung des Stromgradienten an den Wert Null vorgegeben ist; und wobei
    - eine Signaleinrichtung vorgesehen ist, zum Erzeugen eines Signals für einen Bediener bei Erreichen des Grenzwerts durch den Stromgradienten.
  8. Betonverdichtungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit einer Stromzuleitung (8) zum Zuführen des elektrischen Stroms zu dem Elektromotor (5).
  9. Betonverdichtungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Stromquelle für den Elektromotor einen elektrischen Energiespeicher (9) und/oder ein Stromnetz aufweist.
  10. Betonverdichtungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei
    - der elektrische Energiespeicher (9) eine Steuerelektronik aufweist; und wobei
    - die Stromerfassungseinrichtung (11) und/oder die Auswerteeinrichtung (12) und/oder die Interpretationseinrichtung (13) mit der Steuerelektronik gekoppelt sind.
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