FI97455C - Menetelmä ja laite hallitusti tiivistetyn betonituotteen valmistamiseksi - Google Patents

Description

97455

Menetelmä ja laite hallitusti tiivistetyn betonituotteen valmistamiseksi Tämän keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdannon 5 mukainen menetelmä, jonka avulla valettavan betonituotteen tiiviyttä voidaan hallita valun aikaisia suureita mittaamalla.

Keksinnön kohteena on myös patenttivaatimuksen 8 johdannon 10 mukainen laite, jonka avulla menetelmää voidaan soveltaa.

Pitkänomaiset betonituotteet, kuten ontelolaatat, valmistetaan yleensä ekstruuderivalukoneilla. Valukone koostuu kartiomaisesta syöttösuppilosta, jonka alapuolella on yksi 15 tai useampia syöttöruuveja. Ruuvikierteen jatkeena on usein muototuurna, joka jatkuu edelleen tuotteeseen valmistettua onteloa tukevana aputuurnana. Muototuurnassa on tärytin tai muu tiivistyslaite, jolla valettava betoni tiivistetään valumuotin ja tuurnien määräämään muotoon. Valukoneessa on 20 lisäksi muotin yläreunan muodostava ylähiertopalkki ja yleensä myös muotin reunat on muodostettu sivuhiertopal-keista. Hiertopalkit tiivistävät valettavaa massaa ja viimeistelevät valetun kappaleen pinnan. Tiivistykseen voidaan käyttää myös tärytystä hierron lisäksi tai sijasta. Ekst-25 ruuderivalukoneet ovat jatkuvavalukoneita, jotka siirtyvät . muottipinnalla eteenpäin syöttöruuvien aiheuttaman reaktio- voiman vaikutuksesta.

Ekstruuderivalukoneet sopivat hyvin betonikappaleiden sar-30 jatuotantoon, mutta tunnetuilla menetelmillä valmistettujen betonituotteiden lujuusominaisuuksien hallitseminen tasa-; laatuisen tuotteen valmistamiseksi on ollut hankalaa ja käytetyt tuotantolaitteet ovat olleet vaurioherkkiä. Valmiiden tuotteiden laatuun vaikuttavia tekijöitä on pyritty 35 mittaamaan monilla tavoilla. Yleisimmin mitattu suure on valettavan massan paine valumuotissa. Massan paine on mitattu joko suoraan sopivilla antureilla tai epäsuorasti 2 97455 mittaamalla massan paineen johonkin laitteen osaan, esimerkiksi syöttöruuveihin, hiertopalkkeihin tai muihin koneenosiin kohdistama voimavaikutus. Suomalaisessa kuulutus-julkaisussa 84575 on kuvattu menetelmä ja laite, jossa 5 betonin tiivistymistä kontrolloidaan mittaamalla betonimassan painetta tai massan paineesta koneen johonkin osaan kohdistuvaa voimavaikutusta ja mittaustuloksen perusteella säädetään massan syöttöä ja tiivistystä. Massan paine mitataan paineantureilla.

10

Valmiin tuotteen lujuusvaihtelut johtuvat pääasiassa siitä, että massa ei tiivisty samalla tavalla koko valujakson ajan. Tiivistymiseen vaikuttavat mm. massan kosteus, partikkelikoko ja vaihtelut eri aineosien suhteellisissa mää-15 rissä. Esimerkiksi pieni massan kosteuden muutos aiheuttaa suuren muutoksen lopputuotteen tiiviydessä muiden tekijöiden pysyessä ennallaan. Tästä syystä tiiviyteen vaikuttavien tekijöiden hallinta on erittäin vaikeaa massan valmistusvaiheessa. Käytännössä betonimassa on aina epähomo-20 geenistä ja tiivistyy samaakin kappaletta valettaessa eri tavalla kappaleen eri osissa. Valukoneet liikkuvat valu-alustalla syöttöruuvien reaktiovoiman vaikutuksesta. Valu-koneen kulkuvastus voi vaihdella monista syistä ja vastuksen lisääntyessä syöttöruuvit joutuvat puristamaan massaa 25 suuremmalla voimalla ja valetusta tuotteesta tulee tiiviimpi. Vastaavasti kulkuvastuksen pienentyessä massa tiivistyy vähemmän. Jotta valmiista kappaleesta saataisiin tasalaatuinen, olisi betonin tiivistymistapahtumaa pystyttävä mittaamaan ja hallitsemaan.

30 ! Betonin tiivistymistä on mitattu epäsuorasti mittaamalla esim. syöttöruuvien pyörittämiseen käytettävää tehoa tai syöttöruuviin kohdistuvaa aksiaalivoimaa. Tällainen ratkaisu on esitetty mm. Yhdysvaltalaisessa patenttijulkaisus-35 sa 3,175,477. GB-patentissa 1 586 181 on kuvattu ratkaisu, jossa syöttöruuvin ottaman tehon tai siihen kohdistuvan ti 3 97455 voimavaikutuksen avulla säädetään valukoneen nopeutta. Nopeus pyritään saamaan mahdollisimman tasaiseksi, jolloin myös valettavan betonin tiiviys pysyy samana kaikissa kappaleen osissa. Itse tiivistymistä ei voida mitata jul-5 kaisussa esitetyssä laitteessa eikä lopputuotteen tiiviyttä voida säätää etenkään ekstruudereissa, joissa valukone siirtyy syöttöruuvien reaktiovoimien työntämänä.

Lisäksi on tunnettua mitata joko suoraan valettavan massan 10 painetta tai massan johonkin laitteen osaan kohdistamaa painevaikutusta julkaisussa FI 84575 kuvatulla tavalla. Paineen mittaus on tunnettua sekä betonin valukoneista että muoviekstruudereista. US-patentissa 3,799,719 on käsitelty paineen mittausta muoviekstruuderissa.

15 Tähän asti betonisen lopputuotteen tiivistymistä on voitu parhaiten hallita paineen mittaukseen perustuvien menetelmien avulla. Valun aikaista painetta on kuitenkin hankalaa mitata ja anturoinnin toteuttaminen on kallista. Suoraan 20 valettavan massan painetta mittaavat anturit vaurioituvat helposti valettavan betonin vaikutuksesta. Valettavan massan paine ei suoraan korreloi lopputuotteen tiiviyden kanssa, vaan tiiviyteen vaikuttavat massan Teologiset ominaisuudet, kuten massan koostumus, kosteus ja useat muut teki-.· 25 jät, joiden vaikutusta ei voida huomioida millään tunne tuilla menetelmällä. Koska tiiviyttä ei voida valuhetkellä mitata suoraan, tiivistysvaikutusta ei myöskään voida säätää tasalaatuisen tuotteen aikaansaamiseksi. Tiiviyteen perustuvia lopputuotteen ominaisuuksiakaan, kuten lujuutta 30 ja mittatarkkuutta ei siten voida hallita riittävän hyvin.

Tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan uusi mittausmenetelmä, jonka avulla valettavan betonin tiivistymistä voidaan mitata ja tämän mittaustuloksen avulla säätää valu-35 koneen toimintaa halutunlaisen lopputuotteen aikaansaamiseksi .

4 97455

Keksintö perustuu siihen, että valukoneen sivu- tai ylä-hiertopalkin ottama teho tai siihen verrannollinen suure mitataan, käsitellään laskennallisesti ja tuloksen perusteella säädetään tiivistystulokseen vaikuttavia tekijöitä, 5 kuten syöttöruuvien nopeutta tai tärytystehoa ja /tai tuurnien tai muiden elimien mekaanista hiertoliikettä.

Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksen 1 10 tunnusmerkkiosassa.

Keksinnön mukaiselle laitteelle on puolestaan tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksen 8 tunnusmerkkiosassa.

15

Keksinnön avulla saavutetaan huomattavia etuja.

Hiertopalkin betonimassan tiivistykseen käyttämä teho korreloi hyvin työstettävyyttä ja reologiaa mittaavien suurei-20 den kanssa. Nämä ominaisuudet riippuvat massan muun muassa massan runkoaineesta, side- ja lisäaineista ja vesimäärästä. Esimerkiksi massan raekoko vaikuttaa voimakkaasti massan työstettävyyteen ja tarvittavaan tiivistystyön määrään. Niinpä mittaamalla tiivistystehoa ja säätämällä mittaustu-25 loksen perusteella betonin syöttönopeutta, tai tiivistyspa-rametreja, kuten tärytehoa tai mekaanisen hierron tehoa, valukoneen toiminta, betonimassan paine ja tiivistysteho voidaan asettaa optimaalisiksi massan ja lopputuotteen haluttujen ominaisuuksien mukaan. Ylähiertopalkki ulottuu 30 suurimmalle osalle laattamaisen valutuotteen tiivis-! tysaluetta ja sivuhiertopalkki vastaavasti palkkimaisten tuotteiden tiivistysaluetta, joten mitattu teho antaa erittäin hyvän kuvan kokonaistiivistystarpeesta. Valukoneen tehonkäyttö voidaan optimoida kullekin tuotteelle sopivak-35 si, jolloin säästetään energiakustannuksia ja koneen tarpeeton rasitus voidaan välttää, jolloin kuluminen on vähäi- I) 5 97455 sempää.

Keksintöä selitetään seuraavassa tarkemmin oheisten piirustusten avulla.

5

Kuvio 1 esittää yhtä keksinnön mukaista valukonetta osittain halkileikattuna.

Kuvio 2 on poikkileikkaus kuvion 1 laitteesta hiertopalkki-10 en kohdalta.

Kuvio 3 kuvaa vaihtoehtoista valmistettavan tuotteen profiilia.

15 Kuvio 4 on lohkokaavio, jonka mukaan laitteen säätöalgorit-mi voidaan toteuttaa.

Keksinnön mukainen laite on ekstruuderivalukone, joka on sovitettu liikkumaan kantopyörien 5 varassa muotin 13 reu-20 noja pitkin. Laite on koottu rungon 4 varaan. Tässä esimerkissä valukoneessa on kolme kartiomaista syöttöruuvia 2. Ruuvit 2 on sovitettu runkoon 4 pyörivän ruuviakselin 7 välityksellä. Syöttöruuvien 2 valusuuntaan nähden vastakkaisessa päässä on muototuurnat 3. Ruuviakseleiden 7 läpi 25 kulkee vetotanko 6, johon on liitetty kampimekanismilla 16 tiivistyksen käyttömoottori 9 ja ruuvin päässä on variaat-torivälitys 17, jolla ruuvien 2 käyttömoottorit on kytketty ruuviakselille 7. Syöttöruuvien 2 alkupään kohdalla laitteen päällä on kartiomainen massansyöttösuppilo l. Syöt-30 tösuppilon 1 jälkeen valusuuntaan nähden vastakkaisessa I suunnassa laitteen päällä on ylähiertopalkki 11 ja sivuilla alahiertopalkit 12. Ylähiertopalkki 11 on liitetty kampimekanismilla 15 ylähiertopalkin käyttölaitteeseen ja vastaavasti sivuhiertopalkit 12 kampimekanismeilla 22 sivuhierto-35 palkkien käyttömoottoreihin 10'. Ylähiertopalkin käyttö- moottorilta 10 lähtee mittauslinja 19 ohjainlaitteelle 18, 6 97455 ja sieltä edelleen säätölinjat ruuvin käyttölaitteelle 8 ja tiivistyksen käyttölaitteelle. Käyttölaitteiden säätö voidaan toteuttaa esim. variaattorin tai invertterin avulla tai muuta tunnettua tekniikkaa käyttäen.

5

Laite toimii seuraavasti. Massasäiliöön 1 syötetty betoni valuu syöttöruuveille 2, joita pyöritetään käyttölaitteella 10. Pyörivät ruuvit 2 työntävät betonin paineenalaiseen tilaan, joka jatkuu muotin 13, sivuhiertopalkkien 12 ja ylä-10 hiertopalkin 11 rajaamana muovaustilana. Tässä tilassa betoni puristuu muototuurnien 3 ja muovaustilan rajaavien seinämien li, 12, 13 väliin ja tiivistyy muototuurnien 3 ja hiertopalkkien 11, 12 liikkeen ja paineen vaikutuksesta sekä muotoutuu halutun lopputuotteen 14, esimerkiksi onte-15 lopalkin muotoon. Muototuurnien 3 edestakainen liike aikaansaadaan sähkömoottorilla 9, joka on liitetty vaihteen ja kampimekanismin 16 välityksellä vetotangon 6 päähän. Ylähiertopalkin 11 ja sivuhiertopalkkien liike on toteutettu vastaavanlaisilla sähkömoottori/kampimekanismeilla 10, 20 15 ja 10', 22.

Laitetta säädetään siten, että ylähiertopalkin 11 ja/tai sivuhiertopalkin 12 käyttömoottorin 10, 10' ottama teho mitataan joko suoraan tai epäsuorasti. Mitattava suure voi .· 25 olla esim. sähkövirta tai hydrauliöljyn paine ja se vali taan kulloinkin käytettäville toimilaitteille ja ohjausyksikölle sopivasti. Kuviossa 2 esitettyjä ontelopalkkeja ja samantapaisia laattamaisia tuotteita valmistettaessa mitataan sopivimmin ylähiertopalkin käyttömoottorin 10 tehoa ja 30 kuviossa 3 esitetyn kaltaisia tuotteita kuten I-palkkeja, ! joiden leveyden suhde korkeuteen on pienempi, valmistetta essa mitataan edullisimmin sivuhiertopalkkien käyttömootto-reiden 10' tehonkulutusta.

35 Käyttömoottorista mitattu teho tai siihen verrannollinen arvo kuvaa hyvin betonin tiivistämiseen tarvittavaa energi- li 7 97455 aa, sekä sitä kuinka paljon energiaa tarvitaan halutun kaltaisen lopputuloksen aikaansaamiseksi. Jos massan jäykkyys kasvaa, niin tehonotto kasvaa ja samalla tiivistysti-lan paine kasvaa. Samoin, jos massan raekoko kasvaa tai 5 murskeen osuutta massassa lisätään, massan työstettävyys heikkenee ja käyttömoottoreiden tehonotto lisääntyy.

Mittaustulos viedään ohjausyksikköön 18 ja yksikkö 18 laskee säätöarvot, joilla säädetään ruuvien 2 pyörimisnopeutta 10 tai muototuurnien tiivistysnopeutta tai molempia suureita. Säätö perustuu yleisesti ottaen siihen, että kun ruuvien 2 pyörimisnopeutta hidastetaan, paine tiivistys- ja muotoilu-tilassa laskee, ja kun tuurnien 3 tiivistysnopeutta lisätään paine laskee myöskin. Paineen laskiessa tehontarve 15 laskee, joten tehontarpeen, paineen ja tiivistymisenergian välillä on selvä yhteys.

Kuviossa 4 on kuvattu lohkokaaviona säätöesimerkki, jossa säädetään kahden syöttöruuvin 2 nopeutta ja muototuurnien 3 20 iskutaajuutta hiertopalkin 11 käyttömoottorin 10 ottaman sähkövirran perusteella. Säätö on jaksollinen, eli järjestelmä mittaa virran tietyin aikavälein tp. Jos mitattu virta mlp ei ole sallitulla alueella, eli mittaustulos on suurempi kuin hiertopalkin käyttömoottorin 10 virran ase-/ 25 tusarvon lp ja sallitun poikkeaman Ips summa, siirrytään seuraavaan askeleeseen. Muussa tapauksessa palataan alkuun ilman säätöä. Seuraavassa askeleessa tarkistetaan, onko syöttöruuvien variaattoreiden säätöön käytetty aika tim r pienempi kuin suurin sallittu säätöaika te. Ellei näin ole, 30 siirrytään hälytykseen, jolloin laite pysähtyy ja hälyttää ·! koneenkäyttäjän paikalle. Jos variaattoreiden säätöaika on riittävän lyhyt, tarkistetaan onko mitattu virta mlp suurempi kuin virran asetusarvon lp ja poikkeaman ylärajan Ipu summa. Jos virta on suurempi, tarkistetaan ylittääkö se 35 ääriarvon ja myönteisessä tapauksessa siirrytään hälytyksen ja pysäytyksen kautta alkuun. Ellei ääriarvo ylity, 8 97455 tuurnatiivistyksen iskutaajuutta lisätään ennalta määrätyn säätöajan ttt ajan. Jos taas virta mlp on alle asetusarvon lp ja poikkeaman Ipu ylärajan summan, seuraavassa askeleessa hidastetaan ruuvien 2 pyörimisnopeutta ennalta asetetun 5 ruuvien säätöajan trt verran. Seuraavaksi tarkistetaan ruuvien 2 keskinäinen pyörimisnopeus vertaamalla niiden mitattujen virtojen mil ja mI2 erotuksen itseisarvoa sallittuun poikkeamaan Ird. Mikäli erotuksen itseisarvo on riittävän pieni, palataan alkuun, muulloin hidastetaan 10 toista ruuvia niiden keskinäisen ennalta asetetun säätöajan tit verran.

Edellä esitetyn lisäksi tällä keksinnöllä on muitakin suo-ritusmuotoj a.

15

Toimilaitteina voidaan käyttää mitä tahansa riittävän tehokkaita toimilaitteita. Parhaiten tähän käyttötarkoitukseen soveltuvat kuitenkin edellä mainitut sähkö- ja hyd-raulimoottorit. Pyörivän liikkeen muuttaminen jaksoittai-20 seksi suoraviivaiseksi liikkeeksi voidaan toteuttaa monin tavoin, esimerkiksi kampi- tai epäkeskomekanismeilla. Kaikki toimilaitteet voivat olla säädettäviä, mutta kaikkein yksikertaisimmassa ratkaisussa riittää, että ruuvien 2 pyörimisnopeus tai tuurnien 2 tiivistysnopeus on säädettä-25 vä.

Ruuvien 2 avulla tapahtuva syöttö voidaan korvata jollakin muulla säädettävällä syöttötavalla, vaikkapa mäntäsyötöllä. Muototuurnia ei välttämättä tarvita, vaan tiivistys voi 30 tapahtua suppenevilla uurnilla silloin, kun valettavaan tuotteeseen ei haluta ontelolta. Tuurnat korvaavana niiden rinnalla voidaan käyttää muitakin tiivistysmenetelmiä, kuten suurtaajuustärytystä. Muototuurnat voidaan myös erottaa syöttöruuveista, jolloin ne toimivat erillisinä ja 35 ruuvit syöttävät massan tuurnien väliin.

li 9 97455

Tiivistysliikettä tai tiivistystehoa voidaan säätää tiivis-tysliikkeen nopeutta, iskunpituutta tai tärytehoa säätämällä.

Claims (10)

1. Menetelmä hallitusti tiivistetyn betonituotteen valmistamiseksi, jossa menetelmässä 5 - betonimassa syötetään ainakin yhdellä syöttöeli-mellä (2) rajoitetun poikkipinnan läpi halutun muotoisen betonituotteen (14) valmistamiseksi, ja 10. valettavaa massaa tiivistetään ainakin yhden mekaanisen, likimain suoraviivaisen edestakaisen liikkeen avulla, ja - mekaanisen, likimain suoraviivaisen edestakaisen 15 liikkeen kuluttama teho mitataan sopivalla tavalla ja saadun mittaustuloksen perusteella säädetään ainakin tiivistysliikettä tai massan syöttöä tii-vistysvaikutuksen ja paineen kontrolloimiseksi rajoitetun poikkipinnan alueella, 20 tunnettu siitä, että - suoraviivainen liike, jonka tehoa mitataan, on betonituotteen pintaa tasoittava ja tiivistävä 25 hiertoliike, jonka kuluttama teho määritetään mit taamalla liikkeen aikaansaavan toimilaitteen kuluttama teho.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, jossa massaa 30 tiivistetään liikuttamalla ainakin yhtä poikkipintaa rajaavaa pintaa (11) tunnettu siitä, että mitattava teho ψ on tätä pintaa (11) liikuttavan toimilaitteen käytettämä teho.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, jossa massaa syötetään rajoitetun poikkileikkauksen läpi ja tiivistetään ti 11 97455 liikuttamalla edestakaisin ainakin yhtä poikkileikkaukseen sijoitettua poikkileikkausta rajaavaa tuurnaa (3), tunnettu siitä, että mittaustuloksen perusteella säädetään sekä massan syöttöä että massan tiivistystä tuurnan 5 (3) liikkeen avulla.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, jossa massaa syötetään rajoitetun poikkileikkauksen läpi ja tiivistetään liikuttamalla edestakaisin ainakin yhtä poikkileikkaukseen 10 sijoitettua poikkileikkausta rajaavaa tuurnaa (3) ja kolmea rajoitettua poikkileikkausta rajaavaa pintaa (11, 12), tunnettu siitä, että kaikkien kolmen pinnan (11, 12. liikuttamiseen tarvittava teho mitataan sopivalla tavalla ja saatujen mittaustulosten perusteella säädetään 15 massan syöttöä.

5. Patenttivaatimusten 3 ja 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mittaustuloksen perusteella säädetään sekä massan syöttöä että tiivistystä. 20

6. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että teho mitataan määrittämällä sähkömoottorin ottama virta.

7. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen mene telmä, tunnettu siitä, että teho mitattaan määrittämällä hydraulinesteen paine.

8. Laite hallitusti tiivistetyn betonituotteen valmistami-30 seksi, joka laite käsittää - ainakin yhden syöttöelimen (2) betonin syöttämiseksi rajoitettuun poikkileikkaukseen, 35. ainakin yhden sellaisen poikkileikkausta rajoit tavan pinnan (3, li, 12), joka on saatettavissa 12 97455 mekaaniseen, likimain suoraviivaiseen edestakaiseen liikkeeseen betonin tiivistämiseksi, ja - elimet (10, 15) pinnan saattamiseksi liikkee- 5 seen, tunnettu - elimistä (19) ainakin yhden valmistettavan kap- 10 paleen pintaa tasoittavien ja tiivistävien elinten (3, 11, 12) liikuttamiseksi järjestetyn toimilaitteen (10) ottaman tehon mittaamiseksi, siirtämiseksi ja käsittelemiseksi (18) säätöarvon aikaansaamiseksi ja säätöarvon syöttämiseksi (20) aina-15 kin betonin syöttöelimille (2, 8, 17).

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen laite, joka käsittää ainakin yhden rajoitettuun poikkileikkaukseen ulottuvan muototuurnan (3) ja elimet (9, 16) tuurnan (3) liikuttami- 20 seksi edestakaisin, tunnettu elimistä (21) säätö-arvon syöttämiseksi tuurnaa (3) liikuttaville elimille (9, 16. tuurnan tiivistysvaikutuksen säätämiseksi.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen laite, jossa rajoitettua 25 poikkileikkausta rajaavat muotti (13), kaksi toimilaitteen (10') avulla liikutettavaa sivuhiertopalkkia (12) ja toimilaitteen (10) avulla liikutettava ylähiertopalkki (11) ja ainakin yksi muototuurna (3), tunnettu elimistä (19) hiertopalkkien (11, 12) toimilaitteiden ottaman tehon 30 mittaamiseksi. Il 13 97455