DE19956961A1 - Verfahren zur Kontrolle der Einwirkung von Schwingungen auf die Formgebung und Verdichtung von Betonwaren - Google Patents
Verfahren zur Kontrolle der Einwirkung von Schwingungen auf die Formgebung und Verdichtung von BetonwarenInfo
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Abstract
Für die Herstellung von Betonbauteilen mit Hilfe von Schockvibrationsfertigern wird ein Verfahren zur Kontrolle der Einwirkung von Schwingungen auf die Formgebung und Verdichtung dieser Bauteile angegeben. Es werden Meßwerte von Bewegungsgrößen an geeigneten Stellen der Vibrationsfertiger erfaßt, die mit dem Verdichtungsgrad und/oder der Verdichtungszeit korrelieren. Zumindest zu einem Zeitpunkt des Formgebungs- und Verdichtungsprozesses werden Sollwerte der Bewegungsgrößen in Form von Spektren ermittelt. Zum gleichen Zeitpunkt eines danach stattfindenden analogen Formgebungs- und Verdichtungsprozesses werden Istwerte der Bewegungsgrößen in Form von Spektren ermittelt. Die so entstandenen Istwertspektren werden mit den an den gleichen Stellen und zu den gleichen Zeitpunkten im Ablauf des Formgebungs- und Verdichtungsprozesses ermittelten Sollwertspektren verglichen.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kontrolle der Einwirkung von
Schwingungen auf die Formgebung und Verdichtung von Betonwaren
gemäß dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs. Das
erfindungsgemäße Verfahren dient zur Erreichung und Kontrolle
bestimmter Schockvibrationsregime und soll bei solchen
Betonsteinfertigern zur Anwendung kommen, bei denen die
Betonverdichtung überwiegend durch Schock- oder Stoßvibration erfolgt.
Es sind verschiedene Verfahren bekannt, die sich auf die Beurteilung der
Güte von Bewegungsabläufen bei der Schockvibration beziehen. In der
DE 44 34 696 A1 wird bspw. von der Annahme ausgegangen, daß sich
das Verdichtungsregime und damit der Verdichtungsgrad über einen
Stoßphasenwinkel und/oder die Stoßbeschleunigung beurteilen läßt.
Allerdings erlaubt die Gut-Schlecht-Bewertung der Qualität mit diesen
wenigen Parametern keine Aussage über das gesamte komplexe
Verdichtungssystem, das aus mehreren Teilsystemen besteht.
Bekannt sind auch die Aufnahme von Bewegungsgrößen und die
Zerlegung der Signale in Frequenzanteile, die Nutzung von Spektren zur
Analyse von Schwingungssystemen sowie die Maschinendiagnose über
lange Zeiträume unter Verwendung von Spektren, siehe VDI Berichte
1466, VDI-Schwingungstagung '99, Seiten 17-22. Eine Kontrolle eines
technologischen Prozesses findet dabei nicht statt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Kontrolle
der Qualität der Betonverdichtung bei der Herstellung von Betonsteinen
unter Anwendung von Beschleunigungsspektren zu schaffen.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden
Merkmale des ersten Patentanspruchs gelöst. Dabei geht die Erfindung
von der Tatsache aus, daß Betongemenge unterschiedlicher
Zusammensetzung für die Phasen ihrer Verdichtung spezifische prozeß-
und maschinentechnische Kennwerte benötigen, um in möglichst kurzer
Zeit einen hohen Verdichtungsgrad zu erzielen. Während des
Verdichtungsvorganges werden durch impulsartige, stoßhafte
Einwirkungen die Eigenschwingungen aller schwingfähigen
Systemelemente eines Betonsteinfertigers, seiner Bauteile und
Baugruppen, die auch als Arbeitsmassen bezeichnet werden, angeregt.
Bei der meßtechnischen Erfassung von Bewegungsgrößen an den
Arbeitsmassen, wie Tisch, Brett, Form, Auflast und Auflastrahmen,
ergeben sich mehrfrequente Zeitläufe, die sich in den Frequenzspektren
verdeutlichen lassen. Allgemein gesagt, wird ein technologischer Prozeß
kontrolliert, bei dem die Schwingungseinwirkung qualitätsbestimmend für
das Fertigungsergebnis ist. Die Spektren werden bezüglich ihres
Verdichtungseinflusses speziell bewertet. Die Beschleunigungen an den
Arbeitsmassen von Betonsteinfertigern, welche die Produktion
hochwertiger Steine ermöglichen, zeigen typische Merkmale in ihren
Frequenzspektren. An Hand eines Satzes von Spektren, der die Spektren
aller Arbeitsmassen eines Betonsteinfertigers enthält und nachfolgend
Spektralmuster genannt wird, kann das charakteristische
Schwingungsverhalten des Gesamtsystem des Betonsteinfertigers beurteilt
werden. Das Spektralmuster dient im Sinne eines Referenzwertes als
Grundlage zum Vergleich mit den gemessenen, aktuellen Spektren, den
Meß- oder Istspektren. Ändert sich das Frequenzspektrum mindestens
einer Arbeitsmasse, so zeigt dies eine Abweichung oder Störung im
Verdichtungsprozeß an. Diese Störung kann signalisiert und manuell
behoben werden oder sie kann einen Regelkreis zur Veränderung der
Bewegung bzw. Beschleunigung der mindestens einen Arbeitsmasse
solange veranlassen, bis das Istspektrum innerhalb eines zulässigen
Toleranzbereichs mit dem Soll- oder Referenzspektrum übereinstimmt.
Die Bewegungsgrößen der Arbeitsmassen können vorzugsweise als Farb-
oder Linienspektren wiedergegeben werden.
Sämtliche Spektren werden vorteilhaft gespeichert. Sie können bildlich
dargestellt und manuell verglichen werden. Ebenso ist es möglich, sie in
einem Rechner zu speichern, zu vergleichen, zu verarbeiten und zu
Steuer- und Regelzwecken zu benutzen.
Zur Erfassung der Bewegungsgrößen werden vorteilhaft
Beschleunigungssensoren verwendet, von denen jeder einer Arbeitsmasse
zugeordnet ist und über eine Meßwertverarbeitungsstufe mit einer
Auswertungsstufe verbunden ist. Letzterer kann eine Anzeigeeinrichtung
und/oder kann ein Regelkreis nachgeordnet sein, der die
Bewegungsgrößen der fehlerhaft arbeitenden Arbeitsmasse(n) korrigiert.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der schematischen Zeichnung
näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine beispielsweise Anordnung zur Realisierung des
erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 2 ein Diagramm a) mit einem Sollspektrum und ein Diagramm
b) mit einem Istspektrum, wobei das Istspektrum innerhalb
eines Toleranzbereichs mit dem Sollspektrum übereinstimmt
und
Fig. 3 ein Diagramm a) mit einem Sollspektrum und ein Diagramm b)
mit einem Istspektrum, wobei das Istspektrum eine Korrektur
zumindest einer Bewegungsgröße im System eines
Betonsteinfertigers notwendig macht.
In Fig. 1 sind drei Arbeitsmassen 10 (Tisch), 11 (Form), 12 (Auflast)
vorgesehen, welche durch eine mittels am Tisch 10 angebrachten, nicht
dargestellten Schwingungserregers erzeugte, zeitabhängige Erregerkraft
F1(t) in Schwingungen versetzt werden. Außerdem wirken auf die Form
11 und die Auflast 12 entsprechende Kräfte F2 bzw. F3. Die
Schwingungen von Tisch 10, Form 11 und Auflast 12 werden durch
entsprechende Bewegungsgrößen a1, a2, a3 beschrieben. Auf dem Tisch
10 befindet sich ein Brett 13 mit der mit einer zu verdichtenden
Betonmasse 14 gefüllten Form 11, die an ihrer Umfangsfläche mit einem
Flansch 15 als Angriffsmöglichkeit für die Kraft F2 versehen ist. Die in
die Form 11 eingeführte Auflast 12 wirkt mit der Kraft F3 auf die
Betonmasse 14.
Zur Herstellung eines Betonsteins wird das Brett 13 mit der Form 11 auf
dem Tisch 10 so plaziert, daß die Auflast 12 in die Form 11 einführbar ist.
Danach wird Betonmasse 14 in die Form 11 eingefüllt, wobei diese und
der Tisch 10 schon eine Vibration erfahren können. Anschließend wird
die Auflast 12 auf die Betonmasse 14 abgesenkt und die Kräfte F1, F2,
F3, von denen zumindest die Kraft F1 zeitabhängig ist, zur Erzeugung
erforderlicher Vibrationsbewegungen voll zur Einwirkung auf die
Arbeitsmassen 10, 11, 12 gebracht. Diese Hauptvibration dauert im
beschriebenen Ausführungsbeispiel 4 Sekunden. Danach wird die Auflast
12 hinreichend von der verdichteten Betonmasse, dem Stein abgehoben,
die Form 11 entfernt, das Brett 13 mit dem Stein weggenommen und
durch ein neues ersetzt. Der Zyklus (Takt) der Steinfertigung, der bspw.
15 Sekunden dauert, kann von neuem beginnen.
Während der Hauptvibration wird von jeder der Arbeitsmassen 10, 11, 12
mindestens einmal eine zugehörige Bewegungsgröße a1, a2, a3 mit Hilfe
jeweils eines Beschleunigungssensors 24, 25, 26 abgegriffen und in einer
Meßwertverarbeitung 16 erfaßt. Die in der Meßwertverarbeitung 1b für
einen Analysator 17 aufbereiteten Meßwerte der Bewegungsgrößen
werden dort ausgewertet und die Resultate der Auswertung auf einem
Monitor 18 in Form von vorzugsweise farbigen Intensitätsgraphen 19
sichtbar gemacht. Dabei werden die Spektren der Bewegungsgrößen a1,
a2, a3 aus Gründen der Übersichtlichkeit auf separaten Bildschirmseiten
dargestellt; d. h. die Spektren der Bewegungsgrößen a1 für die
aufeinanderfolgenden Takte der Betonwarenfertigung erscheinen auf einer
eigenen Bildschirmseite, ebenso die Spektren der Bewegungsgrößen a2
und a3. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die sich horizontal auf
einer Bildschirmseite des Monitors 18 erstreckenden Istspektren 19
unmittelbar benachbart übereinander angeordnet. Das Istspektrum des
letzten Taktes ist jeweils das oberste und liegt einem Referenzspektrum
21 am nächsten. Jeder der sichtbaren neun Intensitätsgraphen 19 ist auf
dem Monitor 18 mit dem zugehörigen Soll- oder Referenzspektrum 21
vergleichbar, das eine fehlerfreie bzw. günstige Bewegungsgröße für die
jeweilige Arbeitsmasse darstellt. Sollspektrum 21 wurde an der gleichen
Stelle und zum gleichen Zeitpunkt im Ablauf des Formgebungs- und
Verdichtungsprozesses vorher ermittelt.
Anstatt als Intensitätsgraphen können die Frequenzspektren auch als
Spektren mit einem Linienzug 23 dargestellt werden, wobei das
entsprechende Referenz- oder Sollspektrum mit 22 und das Meß- oder
Istspektrum mit 20 bezeichnet ist. Die Spektren 19, 20 und 21, 22 sind im
Analysator 17 gespeichert und können wiederholt abgerufen werden.
Die Bilder auf dem Monitor 18 der Fig. 1 lassen eine Abweichung
zwischen dem Soll- und den Istspektren der letzten drei Takte erkennen.
Zur Gewährleistung einer gleichbleibenden Qualität der Betonteile muß in
den Formgebungs- und Verdichtungsprozeß eingegriffen werden. Parallel
zur oder anstatt der Sichtbarmachung der Spektren 19, 20, 21, 22 auf dem
Monitor 18 und des manuellen Vergleichs können diese auch in einem
Komparator 27 elektronisch verglichen werden. Bei einer über einen
Toleranzbereich hinausgehenden Abweichung der Istspektren von den
Sollspektren kann ein Regelkreis 28 in Tätigkeit gesetzt werden, der die
zumindest teilweise zeitabhängigen Kräfte F1, F2, F3 und die daraus
resultierenden Bewegungen der Arbeitsmassen zu entsprechenden
Veränderungen veranlaßt bis die Istspektren 19, 20 eine hinreichende
Übereinstimmung mit den Sollspektren 21, 22 zeigen.
Die Erfindung ist nicht an eine bestimmte Anzahl und Gestaltung von
Arbeitsmassen sowie an bestimmte Bewegungsgrößen und ihnen
entsprechende Sensoren gebunden. Auch ist es möglich, mit einer
entsprechenden Anordnung gleichzeitig mehr als einen Stein oder ein
anderes Betonteil zu formen und zu verdichten. Die Darstellung der
Spektren durch den Monitor kann hinsichtlich der Geometrie und des
Inhaltes vom Ausführungsbeispiel abweichen. So ist es bspw. möglich,
für alle Bewegungsgrößen gleichzeitig die Referenz- und zugehörigen
aktuellen Meßspektren zum visuellen Vergleich nebeneinander auf einer
Bildschirmseite abzubilden. Schließlich ist die Erfindung an keine
Bauform von Schwingungserregern zur Erzeugung der
Vibrationsbewegung gebunden.
In den folgenden Fig. 2a) und b) sowie 3a) und b) mit den
Spektrendiagrammen bspw. für die Bewegungsgröße a1 des Tisches 10
sind als Abszissen die Frequenzen in Hz und als Ordinaten die
Beschleunigungsamplituden in m/s2 aufgetragen.
In Fig. 2 sind beispielhaft zwei Linienspektren a) und b) dargestellt,
wobei a) das Sollspektrum (Referenzspektrum) und b) das Istspektrum
(Meßspektrum) wiedergibt. Zwei Toleranzbereiche sind mit
eingezeichneten Rechtecken R1, R2 markiert. Sie beziehen sich auf ein
Amplitudenintervall und ein Frequenzintervall. Da eine gute
Übereinstimmung festzustellen ist, dürfte auch das Verdichtungsergebnis
vergleichbar gut sein.
In Fig. 3 ist beispielhaft in a) ein Sollspektrum zusammen mit einem die
Toleranzbereiche R1, R2 verlassenden Istspektrum in b) dargestellt. Das
Verdichtungsergebnis weicht höchstwahrscheinlich von der Vorgabe ab.
Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeich
nung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebi
ger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
10
Tisch
11
Form
12
Auflast
13
Brett
14
Betonmasse
15
Flansch
16
Meßwertverarbeitung
17
Analysator
18
Monitor
19
Istspektren als Intensitätsgraphen
20
Istspektrum als Liniengraph
21
Sollspektrum als Intensitätsgraph
22
Sollspektrum als Liniengraph
23
Linienzug
24
,
25
,
26
Beschleunigungssensoren
27
Komparator
28
Regelkreis
R1, R2 Rechtecke
R1, R2 Rechtecke
Claims (6)
1. Verfahren zur Kontrolle der Einwirkung von Schwingungen auf die
Formgebung und Verdichtung von Betonwaren, insbesondere von
Betonsteinen, in Schockvibrationsfertigern unter Einbeziehung von
Meßwerten von Bewegungsgrößen, die mit dem Verdichtungsgrad
und/oder der Verdichtungszeit korrelieren und an geeigneten Stellen
der Vibrationsfertiger erfaßt werden, dadurch gekennzeichnet, daß an
den geeigneten Stellen zu mindestens einem Zeitpunkt eines
Formgebungs- und Verdichtungsprozesses Sollwerte für
Bewegungsgrößen in Form von Spektren ermittelt werden, daß zum
gleichen Zeitpunkt eines danach stattfindenden analogen Formgebungs-
und Verdichtungsprozesses Istwerte in Form von Spektren für die
Bewegungsgrößen ermittelt werden und daß die Spektren der Istwerte
mit den Spektren der Sollwerte an den gleichen Stellen und zu den
gleichen Zeitpunkten im Ablauf des Formgebungs- und
Verdichtungsprozesses verglichen werden.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Spektren bildlich erzeugt und manuell verglichen werden.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Spektren maschinell verglichen werden.
4. Verfahren gemäß Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
Spektren registriert werden.
5. Verfahren gemäß mindestens einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß eine unzulässige Abweichung eines
Istspektrums von einem Sollspektrum signalisiert wird.
6. Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer
unzulässigen Abweichung eines Istspektrums von seinem Sollspektrum
auf die zugehörige Bewegungsgröße zur Beseitigung dieser
Abweichung Einfluß genommen wird.
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Owner name: INSTITUT FUER FERTIGTEILTECHNIK UND FERTIGBAU , DE |
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