DE102006018810A1

DE102006018810A1 - Vorrichtung zur Herstellung von Betonformsteinen mit einer Rütteleinrichtung und Aktuator

Info

Publication number: DE102006018810A1
Application number: DE200610018810
Authority: DE
Inventors: Rudolf Braungardt; Swen Dietrich; Holger Stichel
Original assignee: Kobra Formen GmbH
Current assignee: Kobra Formen GmbH
Priority date: 2006-04-22
Filing date: 2006-04-22
Publication date: 2007-10-25
Also published as: WO2007122152A1; EP2012988A1

Abstract

Für eine Rütteleinrichtung in einer Vorrichtung zur Herstellung von Betonformsteinen durch Verfestigen von Betongemenge in einer Form unter Einwirkung von Rüttelbewegungen wird ein hydraulischer Aktuator mit einer durch eine flexible Membran begrenzten Fluidkammer vorgeschlagen. Für einen hierfür geeigneten Aktuator wird eine bevorzugte Ausführung beschrieben.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Betonformsteinen mit einer Rütteleinrichtung und einen für eine Rütteleinrichtung geeigneten Aktuator.
Wirtschaftlich günstige Vorrichtungen zur Herstellung von Betonformsteinen benutzen Rütteleinrichtungen, um eine Rütteltischanordnung zu im wesentlichen vertikalen Rüttelbewegungen anzuregen. In einer auf der Rütteltischanordnung positionierten Form mit einem oder mehreren Formnestern ist ein Betongemenge eingefüllt, auf welches die Rüttelbewegungen der Rütteltischanordnung übertragen werden, wodurch dieses zu formstabilen Betonformsteinen verfestigt wird.
Die US 6 352 236 B1 (Columbia) zeigt eine Vorrichtung zur Herstellung von Betonformsteinen, bei welchen motorisch angetriebene Kurbelwellen über Gestänge eine Form entgegen einer Luftbalgfeder aus einer Ruhelage nach unten auslenken. Die Rückstellung erfolgt durch die Luftbalgfeder nach oben.
Zur Anregung der Rüttelbewegungen der Rütteltischanordnung sind insbesondere Unwuchtrüttler mit rotierenden Wellen im Einsatz, wie z. B. in der WO 2004/069504 A1 beschrieben.
Eine Vorrichtung mit einer Anregung einer schwingfähig aufgehängten Form durch fluidbetätigte Zylinder ist aus der WO 01/47698 A1 bekannt, welche aber sehr aufwendig aufgebaut ist.
Als besonders wirkungsvoll erweisen sich Rütteleinrichtungen nach dem Prinzip der Schockvibration, bei welchem Schlagleisten von unten gegen einen Rütteltisch geschlagen werden. Derartige Rütteleinrichtungen bewirken aber auch einen hohen Verschleiß an Formen und Formmaschine und einen hohen Lärmpegel während des Rüttelvorgangs. Aus der EP 1 050 393 A2 oder der EP 1 080 858 A2 sind Vorrichtungen bekannt, bei welchen mehrere Piezoelemente als Aktuatoren zur Anregung von Rüttelbewegungen einer Rütteltischanordnung eingesetzt sind.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Herstellung von Betonformsteinen mit einer einfach aufgebauten, effektiven und verschleißarmen Rütteleinrichtung sowie einen hierfür geeigneten Aktuator anzugeben.
Erfindungsgemäße Lösungen sind in den unabhängigen Ansprüchen beschrieben. Die abhängigen Ansprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.
Die Verwendung eines hydraulisch betätigbaren Aktuators mit einer durch eine flexible Membran abgeschlossenen Fluidkammer erweist sich für die Rütteleinrichtung einer Vorrichtung zur Herstellung von Betonformsteinen in in durch Druckplatten einer Auflasteinrichtung oben verschlossenen Formnestern einer auf einer Rütteltischanordnung aufliegenden Form als besonders vorteilhaft. Die Membran ist vorzugsweise metallisch, insbesondere aus Federstahl oder einem vergleichbar langfristig auf wechselnde Biegung beanspruchbaren und zugleich elastisch flexiblem Material. Der Aktuator mit der flexiblen Membran benötigt keine gleitend oder wälzend zueinander bewegten Teile und zeigt daher keinen nennenswerten Verschleiß bei der Wechselbeanspruchung der Rüttelbewegung in einem typischen Rüttelfrequenzbereich von 30 Hz bis 150 Hz. Die durch die Aufwölbbarkeit der Membran begrenzte Amplitude der Rüttelbewegung ist in dieser Anwendung günstig korreliert mit der aufzubringenden Rüttelkraft, indem bei einem Fluiddruck vorzugsweise zwischen 100 bar und 500 bar Querabmessungen der Membran vorzugsweise zwischen 50 mm und 250 mm liegen, welche wiederum Verschiebungswege der Scheitelpunkte der Membran in einem für die Verfestigung des Betongemenges günstigen Amplitudenbereich von vorteilhafterweise zwischen 0,2 mm und 4 mm erlauben und dabei hohe Kräfte für hohe Beschleunigungen ermöglichen.
Eine Kraftübertragung erfolgt vorteilhafterweise durch eine Ankopplung an den Aktuator im Bereich des Scheitelpunkts der Wölbung der Membran, wofür in diesem Bereich vorteilhafterweise ein kraftübertragendes mechanisches Element mit der Membran verbunden ist.
Hydraulische Aktuatoren mit einer Membran sind als solche bekannt und z. B. aus der DE 38 31 928 C2 zur Stabilisierung von rotierenden Achsen eingesetzt.
Vorzugsweise sind mehrere Aktuatoren der beschriebenen Art vorgesehen, welche in bevorzugter Ausführung auf einen Formrahmen seitlich außerhalb des Steinfeldbereichs, d. h. des Bereichs mit den Formnestern der Form einwirken, wobei der Formrahmen vorteilhafterweise mit einer Rüttelanordnung, welche an der Unterseite der Formnester anliegt, vertikal verspannt ist, so dass die Anregung des Formrahmens zu vertikalen Rüttelbewegungen übertragen wird in vertikale Rüttelbewegungen der Rütteltischanordnung, welche wiederum in das Betongemenge eingeleitet werden. Vorzugsweise ist die Form unterteilt in einen in der Formmaschine verbleibenden Formrahmen und in einen auswechselbar in diesem eingesetzten Formeinsatz, in welchem ein oder mehrere Formnester ausgebildet sind. Die Aktuatoren der Rütteleinrichtung wirken vorzugsweise auf den Formrahmen.
In einer ersten vorteilhaften Ausführungsform ist eine elastische Verformung durch Veränderung der Aufwölbung der Membran durch das kraftübertragende Element in eine Bewegung einer Unwuchtmasse relativ zu der Form übertragen. Die Rütteleinrichtung wirkt hierbei als Unwuchtrüttler und braucht nicht gegen den Maschinenrahmen abgestützt zu sein. Die Bewegung der Unwuchtmasse relativ zur Form kann unter der Einwirkung des Fluids gegen eine rückstellende Federkraft erfolgen. Die Bewegung kann in einer oder zwei Richtungen gegen einen Anschlag erfolgen. Ein Anschlag kann zusätzlich oder alternativ auch für die Bewegung der Form relativ zu dem Maschinenrahmen vorgesehen sein.
Die Rütteleinrichtung ist in bevorzugter Ausführung in der Formmaschine gegen vertikale Verschiebung bei den auf die Rütteltischanordnung bzw. den Formrahmen ausgeübten vertikalen Rüttelkräften stabil abgestützt. In bevorzugter Ausführung ist die Rütteltischanordnung bzw. der mit dieser verspannte Rahmen über zusätzliche Abstützelemente abgestützt, über welche insbesondere das Gewicht der insgesamt bei der Rüttlung bewegten Massen ganz oder teilweise, vorteilhafterweise zumindest überwiegend statisch abgefangen werden kann. Hierdurch können die Rüttelaktuatoren in entsprechendem Umfang von statischen Kräften entlastet werden. Die zusätzlichen Abstützelemente erlauben eine begrenzte vertikale Bewegung der Rütteltischanordnung zumindest im Umfang der vorgesehenen Rüttelamplitude der Aktuatoren. Die zusätzlichen Abstützelemente können hierfür, z. B. als Körper aus Elastomer, als Luftfederbalge oder ähnlich ausgeführt sein.
In besonders vorteilhafter Ausführung sind die Abstützelemente veränderlich einstellbar. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass Mittel zur automatischen Einstellung der zusätzlichen Abstützelemente vor Beginn eines Rüttelvorgangs vorgesehen sind, welche eine von dem Gewicht der abgestützten Massen unabhängige Referenzposition der Rütteleinrichtung einstellen. Die Rüttelaktuatoren müssen dann im wesentlichen nur die Kraft zur oszillierenden Auslenkung der Rütteleinrichtung bzw. der durch diese bewegten Rüttelanordnung oder des Formrahmens aufbringen. Eine veränderliche Einstellung der zusätzlichen Abstützelemente kann z. B. dadurch gegeben sein, dass Unterlagen solcher Abstützelemente mechanisch vertikal verstellbar sind oder dass mit Druckmittel, insbesondere Druckluft beaufschlagbare Elemente vorgesehen sind, über welche eine Höhenverstellbarkeit gegeben ist. Für eine Einstellung auf die Referenzposition können Weg- oder Positionssensoren an den zusätzlichen Abstützelementen am Formrahmen, an der Rütteltischanordnung oder vorzugsweise an den Rüttelaktuatoren oder mit deren Position korrelierten Bauteilen vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich zu der Einstellung der zusätzlichen Abstützelemente kann auch eine Höhenverstellbarkeit der Gehäuse der Aktuatoren in der Formmaschine oder eine Verstellbarkeit der Verbindung der Aktuatoren mit der zu rüttelnden Baugruppe vorgesehen sein.
Bei der Rüttelbewegung kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass die Auslenkung der Form aus einer vor dem Rüttelvorgang eingenommenen Ruhelage entgegen einer neben der Gewichtskraft der bewegten Massen wirkenden Rückstellkraft erfolgt. Vorteilhafterweise steigt die Rückstellkraft mit zunehmender Auslenkung aus der Ruhelage an. Die Rückstellkraft kann gegen eine Auslenkung aus der Ruhelage nach oben und/oder nach unten gerichtet sein. Die Rückstellkraft kann durch elastische Elemente, z. B. auch Federelemente aufgebracht werden, welche eine harmonische Schwingung der bewegten Massen unterstützen.
Die Bewegung der Form relativ zu dem als feststehend anzunehmenden Formrahmen der Formmaschine kann nach oben und/oder vorzugsweise nach unten gegen einen Anschlag erfolgen.
Mehrere Aktuatoren der Rütteleinrichtung können gemeinsam mit gleichem Fluiddruck oder individuell mit verschiedenen, zeitlich variierenden Fluiddrücken beaufschlagbar sein. Dies kann insbesondere über den einzelnen Aktuatoren individuell zugeordnete Steuerventil-Anordnungen in zuführenden und/oder abführenden Fluidleitungen in Verbindung mit einer Steuereinrichtung gegeben sein. Die Steuerventil-Anordnungen können vorteilhafterweise in Gehäuse der Aktuatoren integriert sein.
Die Begrenzung der Fluidkammer eines hydraulischen Aktuators durch eine flexible, wölbbare Membran ist von besonderem Vorteil für einen Oszillator zur Erzeugung einer gerichteten oszillierenden Bewegung, insbesondere zur Erzeugung von Rüttelbewegungen geringer Amplitude mit hoher Kraft. Die Übertragung der oszillierenden Membranbewegung auf ein zu Rüttelbewegungen anzuregendes Bauteil erfolgt vorteilhafterweise über wenigstens ein kraftübertragendes Element, welches vorteilhafterweise mit der Membran im Bereich des Scheitelpunktes von deren Wölbung gekoppelt ist. Die Anregung zu einer oszillierenden Bewegung der Membran erfolgt unter dem Einfluss einer Steuereinrichtung, welche vorzugsweise auf eine Ventilanordnung mit wenigstens einem steuerbaren Ventil im Strömungspfad des Hydraulikfluids einwirkt. Eine Fluidleitungsanordnung zur Führung des Fluids enthält vorteilhafterweise wenigstens ein Fluid in die Fluidkammer leitende erste Fluidleitung und davon getrennt wenigstens eine Fluid aus der Fluidkammer wegführende zweite Fluidleitung. In bevorzugter Ausführungsform sind mehrere erste Fluidleitungen in strömungstechnischer Parallelschaltung und mehrere zweite Fluidleitungen in Parallelschaltung vorgesehen. Die parallel geschalteten Fluidleitungen münden vorzugsweise getrennt in die Fluidkammer. Die parallel geschalteten Fluidleitungen sind an ihren der Fluidkammer abgewandten Leitungsenden aus einer Sammelleitung abgezweigt, welche vorzugsweise als Ringleitung ausgeführt ist.
Die ersten und zweiten Fluidleitungen münden vorteilhafterweise an getrennten Positionen in die Fluidkammer. Hierdurch tritt beim abwechselnden Zuführen und Ableiten von Fluid in der Kammer ein Durchspüleffekt auf, welcher ein Überhitzen oder eine anderweitige nachteilige Veränderung des Fluids in der Fluidkammer verhindert. Die ersten und zweiten Fluidleitungen münden vorteilhafterweise im Randbereich der Membran in die Fluidkammer, wobei bei der bevorzugten Ausführungsform mit mehreren ersten und mehreren zweiten Fluidleitungen erste und zweite Fluidleitungen vorteilhafterweise entlang des Umfangs der Membran abwechselnd aufeinander folgen.
Die Ventilanordnung enthält vorteilhafterweise sowohl in den ersten als auch in den zweiten Fluidleitungen getrennte steuerbare Ventile, wobei im Fall mehrerer parallel geschalteter Fluidleitungen vorzugsweise in mehreren, insbesondere allen parallelen Fluidleitungen jeweils ein eigenes Ventil angeordnet ist. Die mehreren Ventile in parallel geschalteten Fluidleitungen sind gleichzeitig gemeinsam oder unabhängig einzeln ansteuerbar. Insbesondere bei einzeln ansteuerbaren Ventilen in parallel geschalteten Fluidleitungen kann in vorteilhafter Weiterbildung vorgesehen sein, die Strömungswiderstände der einzelnen Fluidleitungen und/oder vorzugsweise die Strömungswiderstände der geöffneten Ventile gestaffelt unterschiedlich zu wählen.
In besonders vorteilhafter Ausführung ist das Hydraulikfluid ein elektrorheologisches Fluid und sind die Ventile als elektrisch steuerbare Spaltventile ausgeführt, bei welchen ein Strömungskanal als schmaler Spalt zwischen zwei elektrisch gegeneinander isolierten Elektroden verläuft. Durch ein vorwiegend quer zur Strömungsrichtung gerichtetes elektrisches Feld kann die Fließfähigkeit des elektrorheologischen Fluids im Spalt so stark vermindert werden, dass das Ventil als sperrend betrachtet werden kann. Der Strömungskanal zwischen den Elektroden ist vorzugsweise als Ringspalt ausgeführt. Derartige Ventile in Verbindung mit elektrorheologischem Fluid in hydraulischen Systemen sind an sich bekannt, z. B. aus einem Projekt zu hochdynamischen elektrorheologischen Servoantrieben an der RWTH Aachen von Dipl.-Ing. Michael Zaun als Sachbearbeiter.
Die Fluidkammer ist vorzugsweise flach ausgeführt, wobei die Membran und die Kammer vorteilhafterweise drehsymmetrisch vorzugsweise rund ausgebildet sind und die Querausdehnung in der Fläche der Membran wenigstens das 10-fache, insbesondere wenigstens das 20-fache, vorzugsweise wenigstens das 30-fache der mittleren Kammerhöhe in Richtung der Flächennormalen der Membran beträgt.
Zur Kopplung eines kraftübertragenden Elements an die Membran kann diese im Bereich des Scheitelpunkts der Wölbung einen Durchbruch aufweisen, durch welchen ein solches kraftübertragendes Element über ein auf der Seite der Fluidkammer der Membran befindliches Befestigungselement an der Membran befestigt ist. Eine der Membran gegenüber liegende feste Wand der Fluidkammer kann im Bereich des Befestigungselements eine Vertiefung aufweisen.
Die Fluidkammer kann an zwei gegenüber liegenden Seiten durch je eine Membran abgeschlossen sein. Unter dem Druck zugeführten Fluids wölben sich die beiden Membranen in entgegen gesetzter Richtung.
Zur Rückstellung der unter der Einwirkung zugeführten Fluids aufgewölbten Membran kann die Eigenelastizität der Membran unterstützt sein durch eine Rückstellkraft eines im Aktuator integrierten und/oder eines externen Federelements. In besonders vorteilhafter Ausführung sind zwei Fluidkammern vorgesehen, welche abwechselnd mit Fluid unter Druck beaufschlagt sind und auf dasselbe Bauteil in entgegen gesetzter Richtung einwirken. Insbesondere können die beiden Fluidkammern in fester gegenseitiger Verbindung in einem gemeinsamen Aktuatorgehäuse angeordnet sein. Vorteilhafterweise sind die Richtungen der Aufwölbungen der beiden Membranen entgegen gesetzt ausgerichtet, insbesondere mit einander zu gewandten Membranen der beiden Fluidkammern. Vorteilhafterweise sind die beiden Membranen über ein gemeinsames starres Element gekoppelt und mit mechanischen Übertragungseinrichtungen zur Übertragung der dadurch bidirektional durch Fluidkraft betätigbaren gekoppelten Bewegung der Membranen auf ein zu Rüttelbewegungen anzuregendes Bauteil verbunden.
In bevorzugter Weiterbildung ist eine Führung zur seitlichen Abstützung der Unwuchtmasse, der Rüttelplatte, des Schwingungsaufnehmers oder eines mit deren Bewegung gekoppelten Bauteils in der Vertikalbewegung relativ zu dem Gehäuse eines Aktuators vorgesehen, wobei eine solche Führung insbesondere als Gleitlager, als Wälzlager oder vorzugsweise als magnetisches Lager ausgeführt sein kann. Insbesondere in Fällen, wo eine mit der Rüttelplatte verbundene Last, insbesondere ein Formrahmen bzw. eine Form in einem Maschinenrahmen in einer Vertiklführung geführt ist, kann eine besondere Führung innerhalb des Aktuators entfallen.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Abbildungen noch eingehend veranschaulicht. Dabei zeigt:
1 einen schematischen Ausschnitt aus einer Formmaschine,
2 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines bidirektional wirkenden Aktuators in Schrägansicht,
3 eine teilweise zerlegte Ansicht des Aktuators,
4 gekoppelte Fluidkammern ohne verbindendes Gehäuseteil,
5 eine seitliche Schnittdarstellung des Aktuators nach 2,
6 eine seitliche Schnittdarstellung in anderer Schnittebene,
7 einen vergrößerten Ausschnitt aus 6,
8 eine Schnittdarstellung mit Steuerventilen,
9 einen vergrößerten Ausschnitt aus 8,
10 eine weitere Schnittbilddarstellung mit Steuerventilen,
11 einen vergrößerten Ausschnitt aus 10,
12 ein vollständiges Fluidleitungssystem innerhalb des Aktuatorgehäuses,
13 das Fluidsystem nach 12 für einen Durchspülvorgang
14 eine Zusammenstellung von Teilen einer anderen vorteilhaften Ausführung eines Aktuators
15 den zusammengebauten Aktuator nach 14 in Schrägansicht
16 einen ersten Schnitt durch den Aktuator nach 15
17 einen weiteren Schnitt durch den Aktuator nach 15 und ein hydraulisches System
18 ein Schnittbild einer anderen vorteilhaften Ausführung eines Aktuators
19 ein Schnittbild eines Unwuchtrüttlers
20 einen Ausschnitt aus einer Formmaschine mit zusätzlichen Abstützelementen,
1 zeigt in schrägperspektivischer Ansicht schematisch einen Ausschnitt aus einer Formmaschine zur Herstellung von Betonformsteinen durch Verfestigen eines Betongemenges unter Einwirkung von Rüttelbewegungen.
In einem Maschinenrahmen MR ist ein Formrahmen FR in im wesentlichen gleichbleibender Höhe angeordnet. In eine Aufnahme des Formrahmens FR ist von unten ein Formeinsatz FE mit mehreren Formnestern auswechselbar eingesetzt. Eine Rütteltischanordnung RT mit einem Steinbrett ist über Verfahreinrichtungen VE vertikal relativ zu dem Formrahmen verfahrbar zwischen einer in der Skizze gezeichneten oberen Position, in welcher ein auf der Rütteltischanordnung RT aufliegendes Steinbrett die unteren Öffnungen der Formnester des Formeinsatzes FE verschließt, und einer demgegenüber abgesenkten Stellung, in welcher die verfestigten Betonformsteine samt dem Stein brett aus der Formmaschine entnommen werden können und ein neues Steinbrett eingelegt werden kann. Eine Auflastvorrichtung mit einem Auflast-Grundkörper AK ist über Vertikalführungen VF des Maschinenrahmens MR vertikal verfahrbar geführt. Einrichtungen zur vertikalen Verfahrung der Auflastvorrichtung können in die Vertikalführungen VF beispielsweise in Form von magnetischen Linearantrieben integriert sein oder können in Form von gebräuchlichen Verfahreinrichtungen, z. B. hydraulischen Hebezylindern, welche in der 1 nicht mit eingezeichnet sind, gegeben sein. An dem Grundkörper AK der Auflastvorrichtung ist eine dem jeweiligen Formeinsatz FE zugeordnete und angepaßte Druckplattenanordnung befestigt, welche an Stempeln ST Druckplatten DP trägt. Die Druckplatten DP tauchen in obere Öffnungen der Formnester des Formeinsatzes FE ein und drücken auf ein in den Formnestern befindliches Betongemenge. Die Befüllung der Formnester des Formeinsatzes FE erfolgt bei angehobener Position der Rütteltischanordnung RT wie skizziert und bei gegenüber der skizzierten Position der Auflastvorrichtung angehobener Position, bei welcher die Druckplatten DP vertikal ausreichend von den oberen Öffnungen der Formnester beabstandet sind, um ein Befüllen der Formnester mit erdfeuchtem Betongemenge mittels eines Füllwagens zu ermöglichen. Nach Befüllen der Formnester werden die Druckplatten DP durch Absenken der Auflastvorrichtung in die oberen Öffnungen der Formnester in die in 1 skizzierte Position gebracht.
Die Rütteltischanordnung RT sei im skizzierten Beispiel mittels der Verfahreinrichtung VE, welche hierfür vorteilhafterweise als verriegelbare Hydraulikzylinder ausgeführt sind, gegen den Formrahmen FR verspannt, indem die Rütteltischanordnung RT mit dem Steinbrett an die untere Seite des Formeinsatzes gepresst wird und dieser sich in der Aufnahme des Formrahmens vertikal abstützt. Die Art der Verspannung der Rütteltischanordnung RT gegen den Formrahmen FR ist nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
Eine Anregung der Rütteltischanordnung RT zu vertikalen Rüttelschwingungen, welche in das Betongemenge in den Formnestern des Formeinsatzes FE übertragen werden, erfolgt in der skizzierten Ausführung indirekt durch Anregung des Formrahmens FR zu vertikalen Rüttelschwingungen. Der Formrahmen FR ist hierfür im Maschinenrahmen MR horizontal zentriert und im Ausmaß der vertikalen Rüttelbewegungen vertikal beweglich.
Zur Anregung des Formrahmens FR zu vertikalen Rüttelbewegungen sind mehrere Rüttelaktuatoren RA über stabile Stützen RS gegen den Maschinenrahmen bzw. ein diesen tragendes Fundament abgestützt.
Die Rüttelaktuatoren RA zwingen dem Formrahmen und über die Verspannung auch der Rütteltischanordnung eine oszillierende vertikale Bewegung als Rüttelbewegung auf.
Die Rüttelaktuatoren RA sind vorteilhafterweise als hydraulisch betätigte Aktuatoren mit Fluidkammern, welche an wenigstens einer Seite durch eine flexible Membran abgeschlossen sind, gebildet. Im skizzierten Beispiel sind die Rüttelaktuatoren vorteilhafterweise in der Art ausgeführt, dass sie sowohl eine nach oben gerichtete Kraft auf den Formrahmen FR ausüben können als auch eine vertikal nach unten gerichtete Kraft. Die Rüttelaktuatoren RA sind hierfür bidirektional arbeitend ausgeführt. Besonders vorteilhafte Ausführungsform solcher bidirektional wirkender Rüttelaktuatoren sind an nachfolgenden Abbildungen noch eingehend erläutert.
Anstelle bidirektional arbeitender Rüttelaktuatoren RA können auch Rüttelaktuatoren vorgesehen sein, welche lediglich vertikal nach oben gerichtete Kräfte auf den Formrahmen FR ausüben. Eine vertikale Rückstellung des Formrah mens kann dabei allein durch das Gewicht von Formrahmen FR, Rütteltischanordnung RT, Formeinsatz FE mit Betongemenge und Auflastvorrichtung mit Druckplattenanordnung erfolgen. In wieder anderer Ausführung können zusätzliche rückstellende Elemente, insbesondere Federelemente zwischen dem Maschinenrahmen und dem Formrahmen oder innerhalb des Aktuators gegeben sein, welche eine zusätzliche nach unten gerichtete Kraft auf den Formrahmen FR ausüben.
2 zeigt in Schrägansicht eine besonders vorteilhafte Ausführung eines bidirektional wirkenden Rüttelaktuators. Die nachfolgenden 3 bis 13 zeigen unterschiedliche Ansichten zu dieser bevorzugten Ausführung eines bidirektional wirkenden Rüttelaktuators.
In 2 ist der vollständig zusammengebaute Rüttelaktuator gezeigt, welcher ein Aktuatorgehäuse mit einer Grundplatte GP, einem ersten Gehäusemittelteil MG1, einem zweiten Gehäusemittelteil MG2, einem Klemmring KR2 und einer Deckplatte DP enthält, welche durch mehrfache vertikale Verschraubung fest miteinander verbunden sind. In dem zweiten Gehäusemittelteil MG2 des Aktuatorgehäuses sind Gehäuseaussparungen GA vorgesehen, welche bis zu dem Klemmring KR2 reichen und in welchen eine mechanische Übertragungseinrichtung zur Übertragung von Rüttelbewegungen vertikal verschiebbar geführt ist. Die mechanische Übertragungseinrichtung besteht im skizzierten Beispiel aus einem später noch im Detail gezeigten und erläuterten Schwingungsaufnehmer SA, Verbindungsbolzen VB und einer Rüttelanschlussplatte RP, welche fest miteinander verschraubt sind und gemeinsam vertikale Rüttelbewegungen in Pfeilrichtung relativ zu dem Aktuatorgehäuse ausführen können.
In dem ersten Gehäusemittelteil MG1 ist ein Anschluss PA für eine Zuleitung von Hydraulikfluid unter hohem Druck von einer Fluidquelle, insbesondere einer Pumpe, vorgesehen. Im zweiten Gehäusemittelteil MG2 ist ein Anschluss TA für eine von dem Rüttelaktuator weg zu einer Fluidsenke, insbesondere einem Fluidtank unter gegenüber der Fluidzuführung geringerem Druck führende Fluidleitung vorgesehen. Zwischen Grundplatte GP und Gehäusemittelteil MG1 ist eine erste flexible Membran ME1 einer ersten Fluidkammer, zwischen dem Klemmring KR2 und der Deckplatte DP eine zweite flexible Membran ME2 einer zweiten Fluidkammer angedeutet.
3 zeigt den Rüttelaktuator nach 2 in teilweise zerlegtem Zustand. In der Grundplatte GP sind als Vertiefungen gegenüber einer Anlageebene für die Membran ME1 die Fluidkammer FK1 mit kreisrunder Berandung und in dieser eine Vertiefung BT1 sowie fluidleitende Kanäle PK für zugeführtes Fluid und TK für abzuleitendes Fluid erkennbar. Die Grundplatte zeigt Verbindungsstrukturen VG zur Verschraubung der verschiedenen Gehäuseteile und Befestigungsstrukturen BV zur Befestigung des Aktuatorgehäuses auf einer Unterlage.
Die Deckplatte DP mit dem Klemmring KR2 und der zwischen diesen befindlichen Membran ME2 sowie die Rüttelanschlussplatte RP und die Verbindungsbolzen VB sind von dem übrigen Gehäuse mit Gehäusemittelteilen MG1 und MG2 abgehoben gezeichnet. Der dabei gegebene Blick auf die obere Fläche des zweiten Gehäusemittelteils MG2 zeigt die nach oben offenen Aussparungen GA, in welchen Seitenarme des Schwingungsaufnehmers SA vertikal verschiebbar geführt sind. Über die obere Anlagefläche des zweiten Gehäusemittelteils MG2 ragen Abschnitte von Steuerventilen PV2 zur Zuführung von Fluid in die obere Fluidkammer und Steuerventile TV2 zur Ableitung von Fluid aus der oberen Fluidkammer hinaus. Diese Abschnitte der Steuerventile greifen in entsprechende Bohrungen des Klemmrings KR2, wie aus nachfolgenden Figuren noch im Detail ersichtlich.
Der Schwingungsaufnehmer SA weist in dem skizzierten Ausführungsbeispiel eine zentrale Strebe und vier in den Aussparungen GA geführte Seitenarme auf und ist auf diese Weise zuverlässig innerhalb des Gehäuses geführt und zentriert. Der Schwingungsaufnehmer sei als in sich formstabil starr angesehen. Die Struktur des Schwingungsaufnehmers SA kann durch Knotenbleche zwischen zentraler Strebe und Seitenarmen ausgesteift sein. Am oberen Ende der zentralen Strebe des Schwingungsaufnehmers ist ein Befestigungselement BE2 skizziert, welches zur Befestigung des Schwingungsaufnehmers in einem Durchbruch durch die zweite Membran ME2 in deren Mitte dient. Die Aufteilung in 3 entspricht nicht der Zusammenbau-Reihenfolge.
4 zeigt eine andere Teil-Zusammenstellung von Elementen des Rüttelaktuators nach 2. In dieser Darstellung sind die Gehäusemittelteile MG1, MG2 weg gelassen. Die mechanische Übertragungseinrichtung mit Schwingungsaufnehmer SA, Verbindungsbolzen VB und Rüttelanschlussplatte RP ist vollständig zusammengesetzt gezeichnet. Die erste Membran ME1 ist auf der Anlagefläche der Grundplatte GP aufliegend skizziert. In der Membran ME1 sind Durchbrüche PB zur Zuführung von Fluid in die Kanäle PK und die von der Membran ME1 begrenzte erste Fluidkammer sowie Durchbrüche TB zur Ableitung von Fluid über die Kanäle TK aus der Fluidkammer erkennbar. Die zentrale Strebe ZS des Schwingungsaufnehmers SA ist über in dieser Ansicht nicht erkennbare Befestigungselemente mit den Membranen ME1 und ME2 verbunden. Die Übertragungseinrichtung umgreift mittels der Verbindungsbolzen VB die Deckplatte DP. Auch 4 entspricht nicht der Reihenfolge des Zusammenbaus und dient lediglich zur Veranschaulichung der gegenseitigen Zuordnung verschiedener Bauteile.
5 zeigt einen ersten Schnitt durch das Gehäuse des Rüttelaktuators nach 2. Die Übertragungseinrichtung ist in dieser Skizze nicht geschnitten ge zeichnet. Ein dem Betrachter zugewandter Verbindungsbolzen der Übertragungseinrichtung ist nicht mit eingezeichnet.
In der teilgeschnittenen Ansicht nach 5 sind die Fluidkammer FK1, FK2 erkennbar, welche in der Fläche der Membranen einen Durchmesser DK besitzen. Die zentrale Strebe des Schwingungsaufnehmers ist über Befestigungselemente BE1 bzw. BE2 im Bereich der Scheitel der Wölbungen der Membranen fest mit beiden Membranen verschraubt. Die Membranen ME1, ME2 reichen über den Durchmesser DK der Fluidkammern hinaus und sind in diesen hinausragenden Abschnitten zwischen Gehäuseteilen des Aktuatorgehäuses fest eingespannt. Die Fluidkammern zeigen im Bereich der Befestigungselemente Vertiefungen, in welche die Befestigungselemente eintauchen können. Die Höhe der Fluidkammern in Richtung der Flächennormalen der Membranen bzw. im Bereich der Befestigungselemente der Abstand zwischen Befestigungselement und Verlauf der Vertiefung in der festen Wand der Fluidkammern ist klein gegen den Durchmesser der Fluidkammern. Der Durchmesser der Fluidkammern beträgt in vorteilhafter Ausführung wenigstens das 10-fache, insbesondere wenigstens das 20-fache, vorzugsweise wenigstens das 30-fache der mittleren Kammerhöhe in Richtung der Flächennormalen der Membranen. Die beiden Fluidkammern können unterschiedlich dimensioniert sein, sind aber vorzugsweise wie skizziert gleich aufgebaut.
In dem geschnittenen Teil der Ansicht des Gehäuses sind Ringleitungen PR für die Zuführung von Fluid und TR für die Ableitung von Fluid erkennbar. Die Ringleitungen sind vorteilhafterweise als umlaufende Nuten in den Kontaktflächen des ersten und des zweiten Gehäusemittelteils MG1, MG2 ausgeführt.
6 zeigt eine weitere geschnittene Darstellung des Rüttelaktuators nach 2, wobei hier die Schnittebene durch die Anschlüsse TA bzw. PA und die Mit telachse des Schwingungsaufnehmers SA geführt ist. In dieser Darstellung ist auch der Schwingungsaufnehmer SA geschnitten dargestellt. Erkennbar ist wieder der Aufbau der Fluidkammern. Aus dem vergrößerten Ausschnitt aus 6 nach 7 sind detailliert die Fluidanschlüsse PA für die Zuführung und TA für die Ableitung von Fluid aus den Ringleitungen PR bzw. TR ersichtlich.
8 zeigt eine weitere geschnittene Ansicht des Rüttelaktuators nach 2, wobei hier die Schnittebene durch die Steuerventile PV1 bzw. PV2 für die Steuerung der Zufuhr von Fluid in die Fluidkammern FK1 bzw. FK2 gelegt ist. Die Steuerventile PV1 im ersten Gehäusemittelteil MG1 zur Zuführung von Fluid in die erste Fluidkammer FK1 und die Steuerventile PV2 im zweiten Gehäusemittelteil MG2 und auch durch den Klemmring KR2 hindurch geführt verbinden die zuführende Ringleitung PR mit den zuführenden Kanälen PK in der Grundplatte GP bzw. der Deckplatte DP. Die einzelnen Steuerventile PV1, PV2 sind in der dargestellten Skizze als gleich dimensioniert dargestellt, können aber auch unterschiedliche Dimensionen aufweisen.
Aus dem vergrößerten Ausschnitt IX aus 8 nach 9 ist die Einmündung der Ventile PV1 durch die Öffnung PB in der Membran ME1 in den Kanal PK ersichtlich. Die Skizze berücksichtigt nicht den Aufbau der bevorzugt als Ringspaltventile aufgeführten Steuerventile im Detail. Die Darstellung der Steuerventile ist lediglich schematisch zu verstehen. Aus 9 ist auch die Befestigung der Mittelstrebe des Schwingungsaufnehmers SA in einem zentralen Durchbruch MB der Membran ME1 mittels des Befestigungselements BE1 erkennbar. Hierfür kann beispielsweise eine Gewindestange oder ein Bolzen mit endständigen Gewinden durch einen hohlen Zentralkörper des Schwingungsaufnehmers geführt sein. In 9 ist auch das Maß HK für die Kammerhöhe eingetragen.
Bei einer weiteren Schnittdarstellung durch den Rüttelaktuator der 2 nach 10 ist die Schnittebene durch Steuerventile TV2 zur gesteuerten Ableitung von Fluid aus den Fluidkammern gelegt. Die Steuerventile TV2 verbinden die ableitenden Kanäle TK in Grundplatte GP und Deckplatte DP über die Öffnungen TB in den Membranen mit der Ringleitung TR im zweiten mittleren Gehäuseteil MG2. Die Ringleitung TR ist gegen die Ringleitung PR radial versetzt angeordnet. Der vergrößerte Ausschnitt aus 10 nach 11 zeigt im Detail die fluidleitende Verbindung von der ersten Fluidkammer FK1 über den ableitenden Kanal TK zu einem Steuerventil TV1.
In 12 ist schematisch ein vollständiges Fluidleitungssystem des Rüttelaktuators nach 2 dargestellt, welches einen Fluidleitungsanschluss PA für die Zuführung von Fluid über die Ringleitung PR und die Steuerventile PV1, PV2 und die Kanäle PK in die Fluidkammern FK1 bzw. FK2 sowie einem Fluidleitungsanschluss TA zur Ableitung von Fluid aus den Fluidkammern FK1 bzw. FK2 über die ableitenden Kanäle TK, die Steuerventile TV1, TV2 und die Ringleitung TR umfasst.
Im Betrieb sind die Steuerventile PV1 im Gegentakt zu den Steuerventilen PV2 und im Gleichtakt zu den Steuerventilen TV2, welche wiederum im Gegentakt zu den Steuerventilen TV2 gesteuert sind, betrieben. Hierdurch werden abwechselnd die Fluidkammer FK1 und die Fluidkammer FK2 über die Ventile PV1 bzw. PV2 mit Fluid unter hohem Druck beaufschlagt und abwechselnd die Fluidkammern FK2 und FK1 über die Ventile TV2 bzw. TV1 druckentlastet. Die abwechselnde Aufwölbung der Membranen ME1 bzw. ME2 bewirkt eine oszillierende Bewegung des Schwingungsaufnehmers SA relativ zum Gehäuse des Aktuators, welche über die Übertragungseinrichtungen auf ein zu Rüttelbewegungen anzuregendes Bauteil übertragbar ist. Die Verbindung des Aktuatorge häuses mit dem Maschinenrahmen und die Verbindung der Rüttelanschlussplatte RP mit der zu rüttelnden Baugruppe sind vertauschbar.
In dem Aktuatorgehäuse kann vorteilhafterweise zusätzlich ein in den vorangegangenen Figuren nicht mit eingezeichneter Weg- oder Positionssensor enthalten sein, welcher Teil eines Regelungskreises sein und eine gezielte Weg-Zeit-Steuerung des Schwingungsaufnehmers bzw. der Aufwölbung der einzelnen Membranen ermöglichen kann. Ein solcher Weg- oder Positionssensor kann ferner dazu dienen, eine bestimmte Referenzlage des Schwingungsaufnehmers zu definieren. Dies kann auch von Vorteil sein bei einem Rüttelaktuator mit nur einer Fluidkammer.
In 12 sind für einen Betriebstakt mit Druckbeaufschlagung der zweiten Fluidkammer FK2 und Druckentlastung der ersten Fluidkammer FK1 Strömungsrichtungen des Fluids durch geöffnete Ventile TV1 und PV2 als Pfeile eingezeichnet. Gesperrte Ventile PV1 und TV2 sind mit unterbrochener Linie gezeichnet.
13 zeigt das Fluidleitungssystem in einem Zustand, in welchem alle Ventile TV1, TV2, PV1, PV2 geöffnet sind und Fluid durch beide Fluidkammern FK1, FK2 strömt, wodurch eine gelegentliche oder regelmäßige Durchspülung der Fluidkammern zur Vermeidung von Ablagerungen möglich ist.
In 14 ist eine Zusammenbauzeichnung einer weiteren vorteilhaften Ausführung skizziert, welche sich insbesondere durch eine andere Ventilanordnung und eine in Bewegungsrichtung kürzere Bauform auszeichnet. 15 zeigt die Teile aus 14 in zusammengebautem Zustand, wobei ein zweiter Ventilblock VBA zur Darstellung der Fluidauslässe weggelassen ist. 16 und 17 zeigen Schnittbilder durch den Aktuator nach 15 in Schnittebenen durch die zu und ab führenden Fluidleitungen (17) bzw. durch die Seitenarme SAA (16).
Eine Ventilanordnung kann beispielsweise einen oder mehrere Ventilblöcke VBE, VBA herkömmlicher Bauart von Hydraulik-Steuerventilen enthalten, welche unter hohem Druck von einer Fluidquelle zugeführtes Fluid alternierend einer der beiden Fluidkammern KL1 bzw. KL2 zuführen bzw. Fluid alternierend aus einer der beiden Fluidkammern in eine Fluidsenke niedrigeren Fluiddrucks ableiten Um einen durchspülenden Fluidstrom zu erreichen, sind vorteilhafterweise bei den Fluidkammern Fluideinlässe E1 bzw. E2 und Fluidauslässe A1 bzw. A2 getrennt vorhanden.
Die Bewegung der Membranen unter der Einwirkung des Druckfluids wird über einen mit beiden Membranen fest gekoppelten Schwingungsaufnehmer SAL mit nach außen ragenden Armen SAA auf eine Rüttelplatte RPL übertragen, wobei im skizzierten Beispiel eine Ankopplung der Rüttelplatte an den Schwingungsaufnehmer über vertikale Fortsätze PF der Rüttelplatte anstelle der Verbindungsbolzen VB erfolgt.
Die skizzierte weitere Ausführungsform enthält in zu der in 2 bis 13 beschriebenen ersten Ausführungsform entsprechender Art eine Grundplatte GPL und eine Deckplatte DPL, welche jeweils Vertiefungen als Kammerwände einer ersten Fluidkammer KL1 bzw. einer zweiten Fluidkammer KL2 und Bohrungen zu Fluideinlässen E1, E2 und Fluidauslässen A1, A2 aufweisen. Die Fluidkammern sind durch flexible Membranen ML1 bzw. ML2 abgedeckt, die über erste und zweite Distanzkörper DK1, DK2 als Mittelteile durch Schraubbolzen SBL gegen die Grundplatte GPL bzw. Deckplatte DPL gepresst und abgedichtet sind. Die Membranen ML1 und ML2 sind in ihrer Mitte über ein Verbindungselement, wie z. B. einen Schraubbolzen BBL fest miteinander und mit einem zwischen den beiden Membranen eingespannten Schwingungsaufnehmer SAL verbunden. Der in sich starre Schwingungsaufnehmer ragt mit von einen Zentralkörper nach außen weisenden Armen durch Aussparungen AB des Distanzkörpers DK1 und ist in diesen im Rahmen der vorgesehenen Rüttelbewegung vertikal beweglich, was in 16 durch die Spalte SSL angedeutet ist.
Im Betrieb wird in einem ersten Abschnitt eines Zyklus einer periodischen vertikalen Rüttelbewegung über den ersten Ventilblock VBE Fluid unter hohem Druck von einer Fluidquelle dem Einlass E1 und damit der ersten Fluidkammer KL1 zugeleitet, deren Fluidauslass A1 durch den zweiten Ventilblock VBA gesperrt ist. Gleichzeitig ist der Einlass E2 zu der zweiten Fluidkammer durch den ersten Ventilblock VBE von der Fluidquelle getrennt und der Auslass A2 über den zweiten Ventilblock VBA zu der Fluidsenke geöffnet. Dadurch wölben sich erste und zweite Membran unter Vergrößerung des Kammervolumens der ersten Fluidkammer KL1 und Verkleinerung des Kammervolumens der zweiten Fluidkammer KL2 unter Mitbewegung des Schwingungsaufnehmers SAL nach oben. Für einen zweiten Abschnitt eines Zyklus der periodischen Rüttelbewegung werden beide Ventilblöcke umgeschaltet, so dass der zweiten Fluidkammer KL2 Fluid aus der Fluidquelle unter hohem Druck über den jetzt offenen Einlass E2 zugeführt und Fluid aus der ersten Fluidkammer KL1 zu der Fluidsenke abgeleitet wird, während Einlass E1 und Auslass A2 gesperrt sind, so dass sich die Membranen mit dem Schwingungsaufnehmer nach unten bewegen. Die Ventilblöcke können wie schematisch angedeutet Ventile mit einfachen Umschaltverhalten oder für weitergehende Steuerungsmöglichkeiten Regulierventile (Servoventile) enthalten.
In 17 ist zu dem Schnitt durch die Fluidleitungen des Rüttelaktuators nach 15 und 16 zusätzlich ein hydraulisches System schematisch skizziert.
Hierbei wird von einer Hydraulikquelle HQ, insbesondere einer motorbetriebenen Hydraulikpumpe ein Fluid unter hohem Druck auf einer Ausgangsleitung QV der Hydraulikquelle HQ bereit gestellt. Ein Speicher SP für die Hydraulikflüssigkeit am Ausgang der Hydraulikquelle gewährleistet einen auch bei unregelmäßiger Fluidentnahme gleichbleibenden Druck. Der Ausgang der Hydraulikquelle HQ ist auf eine Servoventileinrichtung SVV geleitet, welche mit zwei Fluid-Eingangsanschlüssen E1 bzw. E2 des Rüttelaktuators über bidirektionale Leitungen verbunden ist. Die Servoventileinrichtung SVV, welche Teil oder Ersatz für den Ventilblock VBE nach 15 sein kann, ist durch eine Steuereinrichtung HS angesteuert. Über die Servoventileinrichtung SVV können Fluiddrücke PK1 bzw. PK2 an den Hydraulikanschlüssen E1 bzw. E2 des Rüttelaktuators variabel gesteuert werden, wobei insbesondere die Drücke PK1 und PK2 verschieden und in typischer Betriebsart des Rüttelaktuators gegenphasig sind. Die Ausgänge A1 bzw. A2 der Fluidkammern KL1 bzw. KL2 in Verbindung mit einem schaltbaren Absperrventil SCV einzeln geöffnet oder geschlossen werden. Die Steuerung des Schaltventils SCV erfolgt gleichfalls über die Steuereinrichtung HS. Über die Ventilanordnung VBA und das Schaltventil können zum einen die einzelnen Kammern KL1 bzw. KL2 drucklos geschaltet werden, wobei die Hydraulikflüssigkeit über eine Rückleitung RL auf den Rücklaufanschluss QR der Hydraulikquelle geführt werden. Zum anderen kann über die Öffnung der Ausgänge A1 und/oder A2 durch die Ventilanordnung VBA und die Schaltventilanordnung SCV eine Durchspülung beider Kammern erfolgen.
Die Servoventilanordnung SVV kann jeder der beiden Fluidkammern KL1 bzw. KL2 über deren Hydraulikeingang E1 bzw. E2 Hydraulikflüssigkeit unter definiertem Druck PK1 bzw. PK2 zuführen bzw. entnehmen. Entnommene Hydraulikflüssigkeit wird gleichfalls dem Rücklaufanschluss QR der Hydraulikquelle HQ zugeleitet. Die einzelnen Drücke PK1 bzw. PK2 an den Eingängen E1 bzw. E2 werden über Drucksensoren überwacht und in der Steuereinrichtung HS aus gewertet, wobei über diese Drücke ein definierter Zeitverlauf der Druckbeaufschlagung und darüber ein definierter Zeitverlauf der Bewegung einer mit der Rüttelplatte RPL gekoppelten Last LA durch die Steuereinrichtung HS vorgegeben werden kann. Die Steuerung der Bewegung der Last kann über einen Regelkreis erfolgen, wofür mit der Last LA oder der Rüttelplatte RPL ein Bewegungssensor verbunden ist, welcher Position und/oder Beschleunigung der Last misst und an die Steuereinrichtung HS übermittelt.
18 zeigt in zu 17 entsprechender Ansicht eine weitere vorteilhafte Ausführung einer Rütteleinrichtung, bei welcher im wesentlichen Unterschied zu der Rütteleinrichtung nach 17 lediglich eine Fluidkammer KL1 vorgesehen ist. Durch Druckbeaufschlagung dieser Fluidkammer KL1 kann die diese nach oben abschließende Membran ME1 nach oben aufgewölbt und der an dieser Membran befestigte Schwingungsaufnehmer SAL nach oben verschoben werden. Wesentlich ist, dass die Verschiebung entgegen einer nach unten rückstellenden Federkraft erfolgt, welche im skizzierten Beispiel vorteilhafterweise durch ein Tellerfederpaket TF aufgebracht wird. Das Tellerfederpaket TF stützt sich beispielsweise an einer Deckplatte DPF ab, welche starr mit der Grundplatte GPL verbunden ist.
Anstelle des Tellerfederpakets kann auch eine andere Federanordnung vorgesehen sein. Das Tellerfederpaket hat den Vorteil, dass über einen kurzen Auslenkungsweg eine hohe Rückstellkraft aufgebracht werden kann und die Trägheit der Federanordnung sehr gering ist.
Die Ausführung mit nur einer Fluidkammer und einer rückstellenden Federanordnung ist insbesondere vorteilhaft in Fällen, wo lediglich eine definierte, gegebenenfalls variable und/oder über eine Steuereinrichtung nach einem besonderen Zeitverlauf steuerbare Beschleunigungskraft nach oben benötigt wird und für die nach unten beschleunigte Rückstellkraft eine Federanordnung, wie beispielsweise das Tellerfederpaket TF, gegebenenfalls in Verbindung mit einer nach unten wirkenden Gewichtskraft einer auf der Rüttelplatte RPL befestigten Last ausreicht.
Als weitere Besonderheit ist in 18 ein Positionssensor PSE mit der Rüttelplatte RPL verbunden, welcher die während eines Rüttelvorgangs variierende Distanz der Rüttelplatte RPL bezüglich der Deckplatte DPF oder einer anderen, bezüglich der Deckplatte DPF feststehenden Referenz bestimmt. Mit dem Messsignal des Positionssensors kann in besonders vorteilhafter Ausführung über einen Regelkreis ein vorgebbarer Bewegungsablauf der Rüttelplatte RPL relativ zu der Deckplatte DPF genau eingeregelt und dadurch insbesondere ein bestimmter Zeitverlauf mit beispielsweise variierender Frequenz und/oder Amplitude vorgegeben werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausführung ist in 19 skizziert. In dieser Ausführung ist die Rütteleinrichtung nicht zur Erzeugung einer Kraft zwischen dem Gehäuse des Rüttelaktuators und einer dazu verschiebbaren Rüttelplatte und einer mit dieser verbundenen Last eingerichtet, sondern die Rütteleinrichtung ist als Unwuchtrüttler ausgeführt mit linear verschiebbarer Rüttelmasse MV. Die Rütteleinrichtung nach 19 ist wie die Rütteleinrichtung nach 18 mit lediglich einer Fluidkammer KL1 ausgestattet, an deren oben liegender Membran die Unwuchtmasse MV befestigt ist. Die Beschleunigung der Unwuchtmasse MV nach oben erfolgt wiederum durch Beaufschlagung der Fluidkammer KL1 mit Fluid unter erhöhtem Druck und entgegen einer Rückstellfeder in Form eines Tellerfederpakets TF. Durch eine der Unwuchtmasse MV aufgezwungene Rüttelbewegung relativ zu dem durch Grundplatte GPL und Deckplatte DPM gebildeten Gehäuse der Rütteleinrichtung wird der Schwerpunkt der gesamten Rütteleinrichtung periodisch verlagert und diese Schwerpunktverlagerung in für Unwuchtrüttler gebräuchlicherweise auf ein Objekt, an welchem die Rütteleinrichtung befestigt ist, übertragen. In bevorzugter Weiterbildung ist eine in der Skizze nicht eingezeichnete Führung zur seitlichen Abstützung der Unwuchtmasse in ihrer Vertikalbewegung innerhalb des Gehäuses vorgesehen, welche insbesondere als Gleitlager, als Wälzlager oder vorzugsweise als magnetisches Lager ausgeführt sein kann. Eine solche Führung kann auch bei den anderen Ausführungen des Aktuators für die Rüttelplatte, den Schwingungsaufnehmer oder ein mit deren Bewegung gekoppeltes Bauteil vorgesehen sein Insbesondere in Fällen, wo eine mit der Rüttelplatte verbundene Last, insbesondere ein Formrahmen bzw. eine Form in einem Maschinenrahmen in einer Vertiklführung geführt ist, kann eine besondere Führung innerhalb des Aktuators entfallen.
In der Ausführung nach 19 ist wiederum ein Positionssensor MSE vorgesehen, welcher die Distanz zwischen dem Gehäuse der Rüttlereinrichtung und der relativ zu diesem bewegten Unwuchtmasse MV vermittelt und so eine Steuerung eines definierten Bewegungsablaufs der Unwuchtmasse MV relativ zum Gehäuse durch Steuerung des Druckverlaufs des Fluids in der Fluidkammer KL1 ermöglicht.
In dem in 19 skizzierten Beispiel ist als weitere Besonderheit vorgesehen, dass die Bewegung der Unwuchtmasse nach unten und/oder nach oben, d. h. in Richtung der Fluidkammer und/oder von dieser weg begrenzt ist durch Anschlag der Unwuchtmasse MV, des Befestigungselements, mit welchem die Unwuchtmasse an der Membran befestigt ist, oder eines sonstigen mit der Bewegung der Unwuchtmasse MV fest gekoppelten Elements an eine untere Anschlagfläche FUA bzw. eine obere Anschlagfläche FOA. Dies bewirkt in der jeweiligen Bewegungsrichtung der Unwuchtmasse MV einen abrupten Abbruch der Bewegung und damit Schläge in der Rüttelbewegung mit gegenüber der Grundfrequenz der Bewegung der Unwuchtmasse MV höheren harmonischen Anteilen.
Die Erkennung einer Referenzposition des Schwingungsaufnehmers bzw. der Membran kann insbesondere vorteilhaft sein in einer Formmaschine, welche zusätzliche, einstellbare Stützelemente für die von Rüttelaktuatoren zu Rüttelbewegungen anzuregende Baugruppe aufweist. In 20 ist schematisch ein Beispiel hierfür dargestellt. Der Formrahmen FR ist wiederum mittels Rüttelaktuatoren RA, welche sich gegen den Maschinenrahmen bzw. ein Fundament abstützen, zu vertikalen Rüttelbewegungen anregbar. Ein zusätzliches Abstützelement AE in Form eines Luftfederbalgs übt eine vertikal abstützende Kraft auf den Formrahmen auf. Durch Zuführen oder Ablassen von Druckluft in den Luftfederbalg AE kann die vertikale Position des Formrahmens variiert werden. Nach Befüllen der Formnester des Formeinsatzes FE mit Betongemenge und Absenken der Auflastvorrichtung mit in die oberen Öffnungen der Formnester eintauchenden Druckplatten DP wird das zusätzliche Abstützelement AE in Form des Luftfederbalgs so eingestellt, dass die Rüttelaktuatoren, im Beispiel der vorangegangenen Figuren die Schwingungsaufnehmer SA der Rüttelaktuatoren eine Referenzposition einnehmen, vorzugsweise eine Referenzposition, in welcher das gesamte Gewicht von Formrahmen, Rütteltischanordnung, Formeinsatz mit Betongemenge und Auflastvorrichtung durch die zusätzliche Abstützeinrichtung AE abgefangen ist und die Rüttelaktuatoren sich in einer Ruhestellung entsprechend drucklosem Fluid in beiden Fluidkammern befinden.
Die Rüttelaktuatoren können auch für andere Einsatzzwecke als in Formmaschinen zur Herstellung von Betonformsteinen oder an anderer Stelle in solchen Formmaschinen vorgesehen sein, inbesondere in vorteilhafter Weise z. B.

– Prüfstandserprobungen: (Shaker, Hydropulsaktor, Betriebsfestigkeitserprobung, Werkstoffprüfung)
– Automotivbereich, Maschinenbau, Aerospace: Vibrationskontrolle, Dämpfung, Schwingungstilgung, Aktives Fahrwerk, Ersatz für Federn (z. B. Gasfedern), Antriebselement
– Medizin: Erstellung von Pharmaerzeugnissen, Vermischung von Chemischen Komponenten (flüssig, fest)
– Lebensmittelindustrie: Herstellung von Nahrungsmitteln
– Bauindustrie: Herstellung von Betonerzeugnissen, Verdichtung Beton oder betonähnlicher Erzeugnisse
– Chemische Industrie: Vermischung von verschiedenen Komponenten (z. B. Polyol und Isocyanat)

Die vorstehend und die in den Ansprüchen angegebenen sowie die den Abbildungen entnehmbaren Merkmale sind sowohl einzeln als auch in verschiedener Kombination vorteilhaft realisierbar. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern im Rahmen fachmännischen Könnens in mancherlei Weise abwandelbar. Insbesondere kann die Anzahl und Anordnung von Rüttelaktuatoren im Einzelfall unterschiedlich optimierbar sein. Referenzpositionen können abweichend von der geschilderten Ruhelage auch anders definiert sein. Abstützeinrichtungen können insbesondere auch mechanisch vertikal verstellbar sein und anders ausgeführt sein, beispielsweise als Körper aus Elastomermaterial. Der Formrahmen kann zusätzlich auch nach oben durch Federelemente oder Dämpfungselemente abgestützt sein. Die Rüttelaktuatoren können auch wie bei bekannten Anordnungen typisch auf die Rütteltischanordnung direkt einwirken.

Claims

Vorrichtung zur Herstellung von Betonformsteinen durch Verfestigen eines Betongemenges in einer Form, welche nach oben und unten offene Formnester aufweist und während eines Rüttelvorgangs auf einer die Formnester unten verschließende rüttelbare Unterlage aufliegt und deren obere Öffnungen durch in die Formnester eintauchende Druckplatten abdeckbar sind, mit einer Rütteleinrichtung mit wenigstens einem Aktuator zur Erzeugung von Rüttelbewegungen der Form mit dem Betongemenge relativ zu einem Maschinenrahmen und der die Formnester unten verschließenden Unterlage, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator wenigstens eine Fluidkammer aufweist, dass wenigstens eine Seite der Fluidkammer durch eine flexible Membran gebildet ist, welche entlang ihres Randes mit einem Aktuatorgehäuse verbunden und abhängig vom Fluiddruck in der Fluidkammer unterschiedliche Wölbungspositionen einnehmen kann, dass die Membran im Bereich des Scheitelpunkts der Wölbung kraftübertragend abgestützt ist und dass die Fluidkammer mit einem mit einer Rüttelfrequenz veränderlichen Druck des Fluids beaufschlagbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Scheitelpunkts der Wölbung der Membran ein kraftübertragendes Element mit der Membran gekoppelt ist, welches eine Veränderung der Wölbung der Membran in eine Bewegung einer Unwuchtmasse relativ zu der Form überträgt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Scheitelpunkts der Wölbung der Membran ein kraftübertragendes Element mit der Membran verbunden ist, welche eine Veränderung der Wöl bung der Membran in eine Bewegung der Form mit dem Betongemenge relativ zu dem Maschinenrahmen überträgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Aktuatoren vorgesehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Aktuatoren seitlich außerhalb eines Steinfeldbereichs der Form angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Form in einem Formrahmen und einen in diesem auswechselbar gehaltenen Formeinsatz unterteilt ist, und dass die Aktuatoren zwischen Formmaschine und Formrahmen angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzliche Abstützeinrichtungen vorgesehen sind, welche die Form in einer vertikalen Ruhestellung gegen den Maschinenrahmen abstützen und eine begrenzte vertikale Auslenkung der Form aus der Ruhestellung zulassen.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlichen Abstützeinrichtungen veränderlich einstellbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Federanordnung vorgesehen ist, welche einer nach oben gerichteten Bewegung der Form eine progressiv ansteigende Rückstellkraft entgegen stellt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Aktuatoren individuell mit unterschiedlichen Fluiddrücken beaufschlagbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass den Aktuatoren jeweils eigene Steuerventil-Anordnungen zugeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerventil-Anordnungen in die Gehäuse der Aktuatoren integriert sind.
Aktuator zur Erzeugung einer gerichteten Bewegung eines kraftübertragenden Elements mit einer mit einem im wesentlichen nicht kompressiblen Fluid gefüllten Fluidkammer, welche mit veränderlichem Druck des Fluids beaufschlagbar ist, wobei wenigstens eine Seite der Kammer durch eine flexible Membran gebildet ist, welche entlang ihres Randes mit dem Gehäuse des Aktuators verbunden ist und abhängig vom Fluiddruck in der Fluidkammer unterschiedliche Wölbungspositionen einnehmen kann.
Aktuator nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Scheitelpunkts der Wölbung der Membran ein kraftübertragendes Element an die Membran gekoppelt ist.
Aktuator nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausdehnung der Fluidkammer in der Fläche der Membran wenigstens das 10-fache, insbesondere wenigstens das 20-fache, vorzugsweise wenigstens das 30-fache der mittleren Kammerhöhe in Richtung der Flächennormalen der Membran beträgt.
Aktuator nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass Fluid zuführende erste Leitungen und Fluid abführende zweite Leitungen räumlich getrennt in die Fluidkammer münden.
Aktuator nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ventilanordnung getrennt steuerbare Ventile in Fluid zuführenden ersten Leitungen und Fluid abführenden zweiten Leitungen enthält.
Aktuator nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass in den ersten und/oder den zweiten Leitungen mehrere bezüglich des Fluidstroms parallel geschaltete Einzelventile angeordnet sind.
Aktuator nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass parallel geschaltete Einzelventile gleich aufgebaut sind.
Aktuator nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass parallel geschaltete Einzelventile unterschiedlich dimensioniert und individuell ansteuerbar sind.
Aktuator nach einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und/oder zweiten Leitungen in einem Randbereich der Membran in die Fluidkammer münden.
Aktuator nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass erste Leitungen und zweite Leitungen ineinander verschachtelt, insbesondere alternierend aufeinanderfolgend entlang des Randbereichs angeordnet sind.
Aktuator nach einem der Ansprüche 13 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ventilanordnung in das Gehäuse des Aktuators integriert ist.
Aktuator nach einem der Ansprüche 13 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid eine elektrorheologische Flüssigkeit ist.
Aktuator nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilanordnung elektrisch steuerbare Spaltventile enthält.
Aktuator nach einem der Ansprüche 13 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sensoranordnung zur Erfassung der Membranwölbung oder einer damit korrelierten Größe vorgesehen ist.
Aktuator nach einem der Ansprüche 13 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung in einem Regelkreis mit dem Signal der Sensoranordnung als IST-Größe die Zuleitung oder Ableitung von Fluid steuert.
Aktuator nach einem der Ansprüche 13 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidkammer zwei gegenüber liegende Membranen aufweist.
Aktuator nach einem der Ansprüche 13 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass zwei getrennt ansteuerbare Fluidkammern vorhanden sind mit gleichen Bewegungseinrichtungen der Membranen.
Aktuator nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran der beiden Fluidkammern einander zugewandt ausgerichtet sind.
Aktuator nach Anspruch 29 oder 30, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Fluidkammern in entgegen gesetzt arbeitend abwechselnd mit Fluid unter Druck beaufschlagbar sind.
Aktuator nach einem der Ansprüche 29 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass ein gemeinsames kraftübertragendes Element mit den Membranen der beiden Fluidkammern in deren jeweiligem Scheitelbereich der Wölbung gekoppelt ist.
Aktuator nach einem der Ansprüche 29 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass erste und zweite Leitungen der beiden Fluidkammern von gemeinsamen zuführenden und wegführenden Sammelleitungen abgezweigt sind.
Aktuator nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammelleitungen Ringleitungen enthalten.
Aktuator nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringleitungen in das Aktuatorgehäuse integriert sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 mit einem Aktuator nach einem der Ansprüche 13 bis 35.