WO2005049941A1 - Innenrüttelvorrichtung mit drehzahlregelung - Google Patents

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WO2005049941A1
WO2005049941A1 PCT/EP2004/013128 EP2004013128W WO2005049941A1 WO 2005049941 A1 WO2005049941 A1 WO 2005049941A1 EP 2004013128 W EP2004013128 W EP 2004013128W WO 2005049941 A1 WO2005049941 A1 WO 2005049941A1
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electric motor
vibrating
speed
internal
detection device
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PCT/EP2004/013128
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Inventor
Michael Steffen
Original Assignee
Wacker Construction Equipment Ag
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/0207—Driving circuits
    • 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
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B2201/00—Indexing scheme associated with B06B1/0207 for details covered by B06B1/0207 but not provided for in any of its subgroups
    • B06B2201/70—Specific application

Definitions

  • the invention relates to an internal vibrating device according to the preamble of independent claim 1 and to a method for operating an internal vibrating device with an electric motor according to independent claim 13.
  • Internal vibrators also referred to as internal vibrators or internal vibrators
  • a vibrating bottle is attached to the end of a longer or shorter hose, also referred to below as a protective and operating hose, in which an electric motor and an unbalanced mass or unbalance device driven by it are accommodated.
  • the unbalanced mass rotating at a very high speed generates5 a vibration which is matched to the concrete to be compacted and which is transferred to the fresh concrete after immersion of the vibrating bottle, thereby eliminating air pockets and the associated pore formation and thus increasing the raw density of the concrete, so that the desired Quality and strength can be achieved.
  • Such devices have proven to be excellent in practice.
  • asynchronous machines In the known internal vibrators or internal vibrators, mainly unregulated asynchronous machines are used as integrated motors, in which the speed is determined by a supply voltage and a supply frequency of the supplying network and by the current load on the internal vibrator.
  • Asynchronous motors on internal vibrators must be designed so that they deliver sufficient power to the driven unbalance when the vibrator is in nominal operation.
  • the asynchronous machine or the asynchronous motor of the internal vibrator In the compactor operation of the internal vibrator, in which the vibrating bottle is immersed in the concrete, the asynchronous machine or the asynchronous motor of the internal vibrator must have sufficient power for effective compaction.
  • the vibrating bottle with the asynchronous motor In the compression mode, the vibrating bottle with the asynchronous motor is immersed in the concrete, which acts as a cooling medium. 5
  • the internal vibrator is operated in air, ie after the vibrating bottle has been removed from the concrete by the operator, the asynchronous motor is allowed to continue despite high power consumption and then is missing Do
  • Asynchronous motors for internal vibrators must therefore be designed on the one hand for compression operation in concrete and on the other hand for uncooled idle operation in air.
  • the compromise between good concrete performance and thermal stability means that the load speed of the electric motor in the concrete deviates significantly from its idling speed. As a result, the achievable compaction result deteriorates.
  • the compromise also means that the internal vibrators become very hot when idling in air, i.e. without the cooling effect of the concrete, and can switch off or burn out.
  • the invention is based on the object of specifying an internal vibrating device which can be operated in air and in concrete for any length of time and which enables good compaction performance, and a method for operating an internal vibrating device.
  • an internal vibrating device for compressing a flowable material with a vibrating unit, in which a vibration generator with an electric motor is arranged, is specified.
  • the internal vibrating device further comprises an operating state detection device for detecting or measuring an operating state of the electric motor and a control device connected to the operating state detection device for controlling the speed of the electric motor as a function of the operating state.
  • the operating state detection device it can in particular be recognized whether the internal vibrating device is operated in compacting mode, for example with the vibrating unit or bottle in liquid concrete, or in the air.
  • the speed of the electric motor is kept essentially constant. For example, the speed is controlled or regulated to 10,000 revolutions per minute, regardless of which operating state of the electric motor is present.
  • the idle speed is d. H. the speed of the electric motor (e.g. an asynchronous motor) when operating in air, for example at 11,500 revolutions per minute at a supply frequency of the electric motor at 200 Hz.
  • the load speed when compressing the internal vibrator in concrete is, for example, 9,000 to 10,000 revolutions per minute , This means that the speed changes considerably depending on the operating state of the electric motor with known internal vibrators.
  • the speed of the electric motor remains essentially constant regardless of the current operating state of the electric motor, i. H. both in compacting operations in concrete and in operation in air.
  • the operating state detection device comprises a detection device for detecting the speed of the electric motor and / or for detecting the vibration frequency of the vibrating unit. Other parameters can also be recorded from which the speed of the electric motor can be derived. The actual speed of the electric motor can thus be detected and controlled or regulated to the specified speed value.
  • the detection device can include a sound pressure detection device for detecting a sound pressure.
  • a sound pressure detection device for detecting a sound pressure.
  • One or more microphones for example, can be used as the sound pressure recording device.
  • the rotational speed of the electric motor and / or the oscillation frequency of the vibrating unit can be determined from sound pressure vibrations detected with the sound pressure detection device.
  • the internal vibrating device preferably comprises a measuring tube, one end of which ends in or close to the vibrating unit.
  • the sound pressure detection device is arranged in the measuring hose or in the region of its other end. A sound pressure generated by the electric motor and / or the vibrating unit is passed through the measuring hose and can thus be reliably detected or measured by the sound pressure detection device become. Because of the sound conduction through the measuring hose, the sound pressure detection device can also be arranged spatially separated outside the vibrating unit. This is advantageous since the arrangement of the sound pressure detection device in or near the vibrating unit can lead to the destruction of the sound pressure detection device because it may be exposed to strong vibrations there.
  • the measuring tube is a protective and operating tube that is attached to the vibrating unit anyway.
  • a protective and operating hose usually connects the vibrating unit of an internal vibrating device to a switch or converter housing, for example. It is therefore possible, for example, to arrange a microphone in the converter housing, so that the sound pressure generated by the vibrating unit or by the electric motor can be conducted to the microphone via the protective and operating hose. In this embodiment, too, the sound pressure detection device is not exposed to the strong vibrations in the vicinity or within the vibrating unit.
  • the detection device can also have acceleration sensors for detecting the vibration of the vibrating unit.
  • acceleration sensors are known, for example, from automotive engineering.
  • the speed of the electric motor can be determined via periodic measured values of the acceleration sensors, which are generated by the acceleration or vibration of the vibrating unit.
  • the acceleration sensors do not have to be arranged in the vibrating unit or the vibrating bottle.
  • the acceleration sensors can also be arranged in the protective and operating hose near the bottle.
  • the speed of the electric motor can preferably be controlled by means of the control device via a supply voltage of the electric motor and / or via a change in a supply frequency of the electric motor. This means that the supply voltage and / or the supply frequency of the electric motor is changed as a function of the operating state or as a function of the instantaneous speed of the electric motor that deviates from the predetermined value.
  • the speed of the electric motor is increased by the control device can be reduced by changing a supply voltage and / or a supply frequency if the speed of the electric motor or the oscillation frequency of the vibrating unit exceed a predefinable threshold value.
  • a predefinable threshold value e.g. a predefinable threshold value
  • the detection device can be arranged inside or outside the vibrating device. It is also possible that parts of the detection device are arranged inside and parts of the detection device outside of the vibrating unit.
  • the microphone or the acceleration sensor can be arranged within the vibrating unit and an evaluation unit for evaluating the measured values of the microphone or the acceleration sensor in the switch or converter housing. The evaluation unit determines the speed of the electric motor from the measured values of the microphone or the acceleration sensor.
  • the internal vibrating device comprises a control device for controlling the speed of the electric motor to a predeterminable value.
  • All known controllers can be used as the control device.
  • the predeterminable value is advantageously set to a value which is particularly advantageous for compacting liquid concrete, for example to 10,000 revolutions per minute.
  • the predeterminable value thus corresponds to the setpoint or the command variable of the control loop or the control device.
  • the current speed of the electric motor is the controlled variable or the actual value.
  • a known asynchronous machine can be used as the electric motor.
  • the adaptive speed control or speed control of the engine creates an internal vibrating device with unlimited running time in air. Its drive can be wound much more strongly, since the speed is kept essentially constant and thus prevents overheating. that will. Due to the stronger winding of the motor compared to previously used electric motors in known internal vibrating devices, a high rotational stability of the vibrating unit is achieved in the compacting operation in concrete. This means that thermal switches are no longer required, which, in known internal vibrators, ensure that the electric motor is switched off in the event of overheating, for example when operating in air. This leads to a reduction in manufacturing costs and to the prevention of downtimes when operating internal vibrators. An operator does not have to wait until an overheated internal vibrator or an overheated electric motor has cooled down and is ready for operation again.
  • the speed of the electric motor is controlled and / or regulated to a predefinable value. This means that the speed of the electric motor remains essentially constant regardless of the load condition.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of the invention
  • Fig. 2 shows a second embodiment of the invention
  • Fig. 3 shows a control loop for controlling the speed of the electric motor.
  • Fig. 1 shows an internal vibrator 1 with a vibrating bottle 2, which is attached to one end of a protective and operating hose 3.
  • An unbalance or vibration mass and an electric motor driving the unbalance mass are arranged in the vibrating bottle 2 (not shown).
  • a switch housing 4 is attached, which can contain an on-off switch and a frequency converter.
  • the converter is supplied with power from a power supply via a power cord 5 and, in a known manner, generates a supply voltage from the power supply and a supply frequency for the electric motor in the vibrating bottle 2 that is higher than the power frequency.
  • An acceleration sensor 6 is arranged in the vibrating bottle 2.
  • vibrations or vibrations of the vibrating bottle 2 can be measured with the acceleration sensor 6.
  • the measured values are transmitted to a controller in the switch housing 4 via a measuring cable 7.
  • the controller regulates the speed of the electric motor to a variable or factory-set value.
  • the speed is controlled by changing the supply voltage. It is also possible for the regulation to be carried out by changing the supply frequency, or both the supply voltage and the supply frequency are changed for regulation.
  • the speed of the electric motor in the internal vibrator 1 from FIG. B. regulated to 10,000 revolutions per minute. This speed can be kept essentially constant regardless of the operating state of the electric motor by means of the control loop.
  • the rotational speed is regulated to the predetermined value both when the internal vibrator 1 is operated in air and when it is compacted with the vibrating bottle 2 in concrete.
  • the acceleration sensor 6 is arranged outside the vibrating bottle 2.
  • the vibrations of the vibrating bottle 2 are transmitted to the protective and operating hose 3, and the vibrations of the protective and operating hose 3 can be measured with the acceleration sensor 6.
  • the measured values of the acceleration sensor 6 are transmitted via the measuring cable 7 to an evaluation unit in the switch housing 4.
  • the speed of the electric motor can be determined from the measured values as described above.
  • a control device regulates the speed of the electric motor to a predeterminable value, for example to 10,000 revolutions per minute.
  • the control circuit regulates a speed x, the control variable of the control circuit, to a predeterminable speed value w, the setpoint value of the control circuit.
  • the speed x is detected by the acceleration sensor 6.
  • a speed xM measured by the acceleration sensor 6 is supplied to a controller R together with the predeterminable speed w guided.
  • the controller R determines a control variable u, which is converted by an actuating device S into a supply voltage y1 and a supply frequency y2.
  • the supply voltage yl and the supply frequency y2 drive a motor M.
  • a disturbance variable acts on the motor M.
  • the disturbance variable z corresponds, for example, to a load which acts on the engine, for example in compression mode in concrete.
  • Any known regulator can be used as regulator R in FIG. 3, which ensures reliable regulation of the rotational speed x.
  • the acceleration sensor 6 in the control circuit of FIG. 3 can also be replaced by other detection devices which are suitable for determining the speed x of the motor. As indicated above, a microphone or a simple tachometer or speed sensor can be used for speed measurement instead of the acceleration sensor 6, for example.

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Abstract

Eine Innenrüttelvorrichtung (1) zum Verdichten eines fließfähigen Materials weist eine Rütteleinheit (2) auf, in der eine Schwingungserzeugungseinrich­tung mit einem Elektromotor angeordnet ist. Dabei ist eine Betriebszu­standserkennungseinrichtung (6) zum Erfassen eines Betriebszustands des Elektromotors vorgesehen. Der Betriebszustand kann beispielsweise der Verdichtungsbetrieb der Rütteleinheit (2) in Beton sein oder der Leerlaufbe­trieb an der Luft. Die Innenrütteleinrichtung (1) umfasst ferner eine mit der Betriebszustandserkennungseinrichtung (6) verbundene Steuereinrichtung (R, S) zur Steuerung der Drehzahl (x) des Elektromotors in Abhängigkeit von dem Betriebszustand. Somit kann die Drehzahl unabhängig vom Be­triebszustand im Wesentlichen konstant gehalten und ein Überhitzen der Rütteleinheit beim Betrieb an der Luft vermieden werden.

Description

1 Innenrüttelvorrichtung mit Drehzahlregelung
Die Erfindung betrifft eine Innenrüttelvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1, sowie ein Verfahren zum Betrieb einer In- 5. nenrüttelvorrichtung mit einem Elektromotor gemäß dem unabhängigen Anspruch 13.
Auch als Innenrüttler oder Innenvibratoren bezeichnete Innenrüttelvorrich- tungen sind allgemein bekannt und dienen zum Verdichten von flüssigem0 Beton. Zu diesem Zweck ist an dem Ende eines längeren oder auch kürzeren Schlauche, im Folgenden auch als Schutz- und Bedienungsschlauch bezeichnet, eine Rüttelflasche befestigt, in der ein Elektromotor und eine von diesem angetriebene Unwuchtmasse bzw. Unwuchteinrichtung untergebracht sind. Die mit sehr hoher Drehzahl drehende Unwuchtmasse erzeugt5 eine auf den zu verdichtenden Beton abgestimmte Schwingung, die nach Eintauchen der Rüttelflasche in den Frischbeton auf diesen übertragen wird, wodurch Lufteinschlüsse und damit verbundene Porenbildung beseitigt und somit die Rohdichte des Betons erhöht wird, so dass die gewünschte Qualität und Festigkeit erreicht werden kann. Derartige Geräte haben sich in der0 Praxis hervorragend bewährt.
Bei den bekannten Innenrüttlern bzw. Innenrüttelvorrichtungen werden als integrierte Motoren vor allem ungeregelte Asynchronmaschinen verwendet, bei denen die Drehzahl durch eine Versorgungsspannung und eine Versor-5 gungsfrequenz des versorgenden Netzes und durch die aktuelle Belastung des Innenrüttlers bestimmt ist. Asynchronmotoren müssen bei Innenrüttlern so ausgelegt sein, dass sie im Nennbetrieb des Rüttlers genügend Leistung an die angetriebene Unwucht abgeben. Im Verdichtungsbetrieb des Innenrüttlers, bei dem die Rüttelflasche in den Beton eingetaucht ist, muss die0 Asynchronmaschine bzw. der Asynchronmotor des Innenrüttlers genügend Leistung für eine effektive Verdichtung aufbringen. Im Verdichtungsbetrieb ist die Rüttelflasche mit dem Asynchronmotor in den als Kühlmedium wirkenden Beton eingetaucht. 5 Beim Betrieb des Innenrüttlers an der Luft, d. h. nachdem die Rüttelflasche von dem Bediener aus dem Beton herausgenommen wurde, darf der Asynchronmotor trotz weiterhin hoher Leistungsaufnahme und dann fehlender Kühlung nicht durchbrennen.
Asynchronmotoren für Innenrüttler müssen daher zum einen für den Verdichtungsbetrieb im Beton und zum anderen für den ungekühlten Leerlauf- betrieb an der Luft ausgelegt werden. Der Kompromiss zwischen guter Betonleistung und thermischer Stabilität führt dazu, dass die Last-Drehzahl des Elektromotors im Beton von seiner Leerlauf drehzahl stark abweicht. Dadurch verschlechtert sich das erreichbare Verdichtungsergebnis. Ferner führt der Kompromiss dazu, dass die Innenrüttler beim Leerlaufbetrieb an Luft, also ohne Kühlwirkung durch den Beton, sehr heiß werden und sich abschalten oder durchbrennen können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Innenrüttelvorrichtung anzugeben, die an der Luft und in Beton beliebig lange betrieben werden kann und die eine gute Verdichtungsleistung ermöglicht, sowie ein Verfahren, zum Betrieb einer Innenrüttelvorrichtung.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Innenrüttelvorrichtung nach Anspruch 1 und durch ein Verfahren nach Anspruch 13 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind unter anderem in abhängigen Ansprüchen definiert und/oder werden in der weiteren Beschreibung erläutert.
Gemäß der Erfindung wird eine Innenrüttelvorrichtung zum Verdichten eines fliej3fähigen Materials mit einer Rütteleinheit, in der eine Schwingungs- erzeugungseinrichtung mit einem Elektromotor angeordnet ist, angegeben. Die Innenrüttelvorrichtung umfasst ferner eine Betriebszustandserken- nungseinrichtung zum Erfassen bzw. Messen eines Betriebszustands des Elektromotors und eine mit der Betriebszustandserkennungseinrichtung verbundene Steuereinrichtung zum Steuern der Drehzahl des Elektromotors in Abhängigkeit von dem Betriebszustand. Mittels der Betriebszustandser- kennungseinrichtung kann insbesondere erkannt werden, ob die Innenrüttelvorrichtung im Verdichtungsbetrieb, beispielsweise mit der Rütteleinheit bzw. -flasche in flüssigem Beton, betrieben wird oder an der Luft. Unabhängig davon, ob die Innenrüttelvorrichtung im Verdichtungsbetrieb in Beton betrieben wird oder an der Luft, wird die Drehzahl des Elektromotors im Wesentlichen konstant gehalten. Die Drehzahl wird beispielsweise auf 10.000 Umdrehungen pro Minute gesteuert oder auch geregelt, unabhängig davon, welcher Betriebszustand des Elektromotors vorliegt.
Bei bekannten Innenrüttelvorrichtungen liegt die Leerlaufdrehzahl, d. h. die Drehzahl des Elektromotors (z. B. eines Asynchronmotors) beim Betrieb an Luft, beispielsweise bei 11.500 Umdrehungen pro Minute bei einer Versorgungsfrequenz des Elektromotors mit 200 Hz. Die Lastdrehzahl beim Verdichtungsbetrieb der Innenrüttelvorrichtung in Beton liegt dagegen beispielsweise bei 9.000 bis 10.000 Umdrehungen pro Minute. Das heißt, die Drehzahl verändert sich je nach Betriebszustand des Elektromotors bei be- kannten Innenrüttlern erheblich.
Bei der Erfindung hingegen bleibt die Drehzahl des Elektromotors unabhängig vom momentanen Betriebszustand des Elektromotors im Wesentlichen konstant, d. h. sowohl beim Verdichtungsbetrieb in Beton als auch beim Be- trieb an Luft.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Betriebszustandserken- nungseinrichtung eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen der Drehzahl des Elektromotors und/oder zum Erfassen der Schwingungsfrequenz der Rütteleinheit. Es können auch andere Parameter erfasst werden, aus denen sich die Drehzahl des Elektromotors ableiten lässt. Somit kann die tatsächliche Drehzahl des Elektromotors erfasst und auf den vorgegebenen Drehzahlwert gesteuert oder auch geregelt werden.
Die Erfassungseinrichtung kann dabei eine Schalldruckerfassungseinrich- tung zur Erfassung eines Schalldrucks umfassen. Als Schalldruckerfas- sungseinrichtung können beispielsweise ein oder mehrere Mikrofone verwendet werden. Aus mit der Schalldruckerfassungseinrichtung erfassten Schalldruckschwingungen kann die Drehzahl des Elektromotors und/oder die Schwingungsfrequenz der Rütteleinheit bestimmt werden.
Bevorzugt umfasst die Innenrüttelvorrichtung einen Messschlauch, dessen eines Ende in oder nahe an der Rütteleinheit endet. Die Schalldruckerfas- sungseinrichtung ist im Messschlauch oder im Bereich seines anderen En- des angeordnet. Dabei wird ein vom Elektromotor und/oder der Rütteleinheit erzeugter Schalldruck durch den Messschlauch geleitet und kann so von der Schalldruckerfassungseinrichtung zuverlässig erfasst bzw. gemessen werden. Aufgrund der Schallleitung durch den Messschlauch kann die Schalldruckerfassungseinrichtung auch räumlich getrennt außerhalb der Rütteleinheit angeordnet sein. Dies ist von Vorteil, da die Anordnung der Schalldruckerfassungseinrichtung in oder nahe der Rütteleinheit zur Zerstö- rung der Schalldruckerfassungseinrichtung führen kann, weil diese dort unter Umständen starken Vibrationen ausgesetzt ist.
In einer besonders einfachen Ausführungsform ist der Messschlauch ein ohnehin an der Rütteleinheit befestigter Schutz- und Bedienungsschlauch. Ein Schutz- und Bedienungsschlauch verbindet üblicherweise die Rütteleinheit einer Innenrüttelvorrichtung beispielsweise mit einem Schalter- bzw. Umrichtergehäuse. Es ist also möglich, beispielsweise ein Mikrofon im Umrichtergehäuse anzuordnen, so dass der Schalldruck, der von der Rütteleinheit bzw. vom Elektromotor erzeugt wird, über den Schutz- und Bedienungs- schlauch zum Mikrofon geleitet werden kann. Auch bei dieser Ausführungsform wird die Schalldruckerfassungseinrichtung nicht den starken Vibrationen in der Nähe bzw. innerhalb der Rütteleinheit ausgesetzt.
Die Erfassungseinrichtung kann auch Beschleunigungssensoren zum Erfas- sen der Vibration der Rütteleinheit aufweisen. Solche Beschleunigungssensoren sind beispielsweise aus der Kfz-Technik bekannt. Über periodische Messwerte der Beschleunigungssensoren, die durch die Beschleunigung bzw. Vibration der Rütteleinheit erzeugt werden, lässt sich die Drehzahl des Elektromotors bestimmen. Die Beschleunigungssensoren müssen dabei nicht in der Rütteleinheit oder der Rüttelflasche angeordnet sein. Die Beschleunigungssensoren können auch im Schutz- und Bedienungsschlauch in der Nähe der Flasche angeordnet sein.
Die Drehzahl des Elektromotors ist vorzugsweise mittels der Steuereinrich- tung über eine Versorgungs Spannung des Elektromotors und/oder über eine Veränderung einer Versorgungsfrequenz des Elektromotors steuerbar. Das heißt, die Versorgungsspannung und/oder die Versorgungsfrequenz des Elektromotors wird in Abhängigkeit vom dem Betriebszustand oder in Abhängigkeit von der momentanen, vom vorgegebenen Wert abweichenden Drehzahl des Elektromotors verändert.
Insbesondere ist es von Vorteil, dass die Drehzahl des Elektromotors mittels der Steuereinrichtung über eine Veränderung einer Versorgungsspannung und/oder einer Versorgungsfrequenz herabsetzbar ist, falls die Drehzahl des Elektromotors bzw. die Schwingungsfrequenz der Rütteleinheit einen vorgebbaren Schwellwert überschreiten. Das heißt, die momentane Drehzahl des Elektromotors wird überwacht und herabgesetzt, falls sie den vorgebbaren Schwellwert überschreitet. Somit kann beispielsweise bei einem Ausfall einer Regelelektronik zur Drehzahlsteuerung eine Abschaltung bzw. Drehzahlbegrenzung zuverlässig gewährleistet werden.
In verschiedenen Ausführungsformen kann die Erfassungseinrichtung innerhalb oder außerhalb der Rüttelvorrichtung angeordnet sein. Es ist auch möglich, dass Teile der Erfassungseinrichtung innerhalb und Teile der Erfassungseinrichtung außerhalb der Rütteleinheit angeordnet sind. Beispielsweise können das Mikrofon oder der Beschleunigungssensor innerhalb der Rütteleinheit angeordnet sein und eine Auswerteeinheit zum Auswerten der Messwerte des Mikrofons bzw. des Beschleunigungssensors im Schalteroder Umrichtergehäuse. Die Auswerteeinheit bestimmt aus den Messwerten des Mikrofons bzw. des Beschleunigungssensors die Drehzahl des Elektromotors.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Innenrüttelvorrichtung eine Regeleinrichtung zur Regelung der Drehzahl des Elektromotors auf einen vorgebbaren Wert. Als Regeleinrichtung können alle bekannten Regler eingesetzt werden. Der vorgebbare Wert wird vorteilhafterweise auf einen zur Verdichtung von flüssigem Beton besonders vorteilhaften Wert eingestellt, beispielsweise auf 10.000 Umdrehungen pro Minute. Der vorgebbare Wert entspricht also dem Sollwert bzw. der Führungsgröße des Regelkreises bzw. der Regeleinrichtung. Die momentane Drehzahl des Elektromotors ist die Regelgröße bzw. der Istwert.
Als Elektromotor kann eine an sich bekannte Asynchronmaschine eingesetzt werden.
Durch die adaptive Drehzahlregelung bzw. Drehzahlsteuerung des Motors entsteht eine Innenrüttelvorrichtung mit unbegrenzter Laufzeit an Luft. Dessen Antrieb kann dabei wesentlich stärker gewickelt werden, da die Drehzahl im Wesentlichen konstant gehalten wird und so Überhitzungen vermie- den werden. Durch die stärkere Wicklung des Motors gegenüber bisher verwendeten Elektromotoren in bekannten Innenrüttelvorrichtungen wird eine hohe Drehstabilität der Rütteleinheit im Verdichtungsbetrieb in Beton erreicht. Somit sind keine Thermoschalter mehr nötig, die bei bekannten In- nenrüttelvorrichtungen dafür sorgen, dass der Elektromotor bei Überhitzung, beispielsweise beim Betrieb an Luft, abgeschaltet wird. Dies führt zu einer Reduzierung der Herstellungskosten und zur Verhinderung von Ausfallzeiten beim Betrieb von Innenrüttelvorrichtungen. Ein Bediener muss nicht warten, bis eine überhitzte Innenrüttelvorrichtung bzw. ein überhitzter Elektromotor abgekühlt und wieder betriebsbereit ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb einer Innenrüttelvorrichtung mit einem Elektromotor wird die Drehzahl des Elektromotors auf einen fest vorgebbaren Wert gesteuert und/ oder geregelt. Das heißt, die Drehzahl des Elektromotors bleibt unabhängig vom Belastungszustand im Wesentlichen konstant.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen mit Bezug auf die Zeichnun- gen ersichtlich. Es zeigen:
Fig. 1 eine erste Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 eine zweite Ausführungsform der Erfindung; und
Fig. 3 einen Regelkreis zur Regelung der Drehzahl des Elektromotors.
Fig. 1 zeigt einen Innenrüttler 1 mit einer Rüttelflasche 2, die an einem Ende eines Schutz- und Bedienungsschlauchs 3 befestigt ist. In der Rüttel- flasche 2 sind eine Unwucht- bzw. Schwingungsmasse und ein die Unwuchtmasse antreibender Elektromotor angeordnet (nicht dargestellt). Am anderen Ende des Schutz- und Bedienungsschlauchs 3 ist ein Schaltergehäuse 4 befestigt, das einen Ein-Ausschalter sowie einen Frequenz-Umrichter enthalten kann. Der Umrichter wird über ein Netzkabel 5 mit Strom aus eine Strom- netz versorgt und erzeugt in bekannter Weise aus dem Netzstrom eine Versorgungsspannung und eine gegenüber der Netzfrequenz höhere Versorgungsfrequenz für den Elektromotor in der Rüttelflasche 2. In der Rüttelflasche 2 ist ein Beschleunigungssensor 6 angeordnet. Beim Betrieb des Innenrüttlers 1 können mit dem Beschleunigungssensor 6 Vibrationen bzw. Schwingungen der Rüttelflasche 2 gemessen werden. Die Messwerte werden über ein Messkabel 7 an einen Regler im Schaltergehäuse 4 übertragen. Der Regler regelt die Drehzahl des Elektromotors auf einen veränderlich vorgebbaren oder werksseitig fest vorgegebenen Wert. Die Regelung der Drehzahl erfolgt dabei über eine Veränderung der Versorgungsspannung. Es ist auch möglich, dass die Regelung über die Veränderung der Versorgungsfrequenz erfolgt, oder es werden zur Regelung sowohl die Ver- sorgungsspannung als auch die Versorgungsfrequenz verändert.
Die Drehzahl des Elektromotors im Innenrüttler 1 aus Fig. 1 wird z. B. auf 10.000 Umdrehungen pro Minute geregelt. Durch den Regelkreis kann diese Drehzahl unabhängig vom Betriebszustand des Elektromotors im Wesentli- chen konstant gehalten werden. Insbesondere wird die Drehzahl sowohl beim Betrieb des Innenrüttlers 1 an Luft als auch beim Verdichtungsbetrieb mit der Rüttelflasche 2 in Beton auf den vorgegebenen Wert geregelt.
Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Innen- rüttlers 1. Bei dieser Ausführungsform ist der Beschleunigungssensor 6 außerhalb der Rüttelflasche 2 angeordnet. Die Vibrationen der Rüttelflasche 2 werden dabei auf den Schutz- und Bedienungsschlauch 3 übertragen, und die Vibrationen des Schutz- und Bedienungsschlauchs 3 können mit dem Beschleunigungssensor 6 gemessen werden. Wie bei der ersten Ausfüh- rungsform werden die Messwerte des Beschleunigungssensors 6 über das Messkabel 7 an eine Auswerteeinheit im Schaltergehäuse 4 übertragen. Aus den Messwerten kann wie oben beschrieben die Drehzahl des Elektromotors bestimmt werden. Eine Regeleinrichtung regelt die Drehzahl des Elektromotors auf einen vorgebbaren Wert, beispielsweise auf 10.000 Umdrehungen pro Minute.
Fig. 3 zeigt einen Regelkreis zur Drehzahlregelung des Elektromotors der Innenrüttelvorrichtung 1. Durch den Regelkreis wird eine Drehzahl x, die Regelgröße des Regelkreises, auf einen vorgebbaren Drehzahlwert w, dem Soll- wert des Regelkreises, geregelt. Die Drehzahl x wird dabei vom Beschleunigungssensor 6 erfasst. Eine vom Beschleunigungssensor 6 gemessene Drehzahl xM wird zusammen mit der vorgebbaren Drehzahl w einem Regler R zu- geführt. Der Regler R bestimmt eine Steuergröße u, die von einer Stelleinrichtung S in eine Versorgungsspannung yl und eine Versorgungsfrequenz y2 umgeformt wird. Die Versorgungsspannung yl und die Versorgungsfrequenz y2 steuern einen Motor M an. Auf den Motor M wirkt eine Störgröße z. Die Störgröße z entspricht beispielsweise einer Last, die auf den Motor beispielsweise im Verdichtungsbetrieb in Beton wirkt. Als Regler R in Fig. 3 können beliebige bekannte Regler verwendet werden, die eine zuverlässige Regelung der Drehzahl x gewährleisten. Der Beschleunigungssensor 6 im Regelkreis von Fig. 3 kann auch ersetzt werden durch andere Erfassungsein- richtungen, die geeignet sind, die Drehzahl x des Motors zu bestimmen. Wie oben angegeben, kann beispielsweise ein Mikrofon oder ein einfacher Drehzahlmesser bzw. Drehzahlsensor zur Drehzahlmessung anstelle des Beschleunigungssensors 6 verwendet werden.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung können vom Fachmann leicht gefunden werden. Es können beispielsweise weitere Arten von Sensoren oder Messeinrichtungen verwendet werden, mittels derer eine Drehzahlerfassung des Motors möglich ist.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Innenrüttelvorrichtung (1) zum Verdichten eines fließfähigen Materials, mit einer Rütteleinheit (2), in der eine Schwingungserzeugungseinrich- tung mit einem Elektromotor angeordnet ist, gekennzeichnet durch eine Betriebszustandserkennungseinrichtung (6) zum Erfassen eines Betriebszustands des Elektromotors und eine mit der Betriebszustandserkennungseinrichtung (6) verbundene Steuereinrichtung (R, S) zum Steuern der Drehzahl (x) des Elektromotors in Abhängigkeit von dem Betriebszustand.
2. Innenrüttelvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebszustand ein Belastungszustand ist, und dass mittels der Betriebszustandserkennungseinrichtung (6) eine Belastung des Elektro- motors erfassbar ist.
3. Innenrüttelvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebszustandserkennungseinrichtung eine Erfassungseinrichtung (6) zum Erfassen der Drehzahl (x) des Elektro- motors und/oder zum Erfassen der Schwingungsfrequenz der Rütteleinheit (2) umfasst.
4. Innenrüttelvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinrichtung (6) eine Schalldruckerfassungseinrichtung zum Erfassen eines Schalldrucks umfasst.
5. Innenrüttelvorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen Messschlauch (3), dessen eines Ende in oder nahe an der Rütteleinheit (2) endet, wobei die Schalldruckerfassungseinrichtung im Messschlauch (3) oder im Bereich seines anderen Endes angeordnet ist.
6. Innenrüttelvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Messschlauch ein an der Rütteleinheit (2) befestigter Schutz- und Bedienungsschlauch (3) ist.
7. Innenrüttelvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinrichtung Beschleunigungssensoren zur Erfassung der Vibration der Rütteleinheit (2) umfasst.
8. Innenrüttelvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl (x) des Elektromotors mittels der Steuereinrichtung über eine Versorgungsspannung des Elektromotors und/oder über eine Veränderung einer Versorgungsfrequenz des Elektromotors steuerbar ist.
9. Innenrüttelvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass die Drehzahl (x) des Elektromotors mittels der Steuereinrichtung über eine Veränderung einer Versorgungsspannung und/oder einer Versorgungsfrequenz herabsetzbar ist, falls die Drehzahl (x) des Elektromotors und /oder die Schwingungsfrequenz der Rütteleinheit (2) einen vorgebbaren Schwellwert überschreiten.
10. Innenrüttelvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinrichtung (6) innerhalb oder außerhalb der Rütteleinheit (2) angeordnet ist, oder dass Teile der Erfassungseinrichtung (6) innerhalb und Teile der Erfassungseinrichtung (6) außer- halb der Rütteleinheit (2) angeordnet sind.
11. Innenrüttelvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Regeleinrichtung (R) zum Regeln der Drehzahl (x) des Elektromotors auf einen vorgebbaren Wert.
12. Innenrüttelvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor eine Asynchronmaschine ist.
13. Verfahren zum Betrieb einer Innenrüttelvorrichtung mit einem Elektromotor, gekennzeichnet durch die Schritte, Steuern und/oder Regeln der Drehzahl (x) des Elektromotors auf einen fest vorgebbaren Wert.
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