DE2703405A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von betonwaren und betonfertigteilen - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung
• von Betonwaren und Betonfertigteilen Die Herstellung von Betonwaren erfolgt üblicherweise in Betonsteinmaschinen stationärer oder fahrbarer Ausfahrung, während Betonfertigteile in der Regel in Einzelformen gefertigt werden.
• Bei beiden Verfahren ist es bekannt, den Beton durch Einwirken von Vibrationen zu verdichten, wobei es fUr die Anordnung der Rüttler gemeinhin zwei Mögllchkelten gibt: Einmal die Anbringung unter dem RUtteltlscht auf dem die Form steht oder direkt an der Formwand selbst fest Justiert.
• Indem in das Rüttelgut Schwingungsenergie eingeleitet wird wird eine Verdichtung des Betons angestrebt, deren Optimierung als Zielsetzung fUr eine hohe Druckfestigkeit, dem signifikanten Kriterium einer hohen Betonelementqualität, gilt.
• Bei der Betonverdichtung durch Riltteln hat man es mit mehreren sich ergänzenden VorgSngen zu tun, nämlich 1. dem Ordnungsprozeß 2. dem Transportprozeß 3. dem Ausscheidungsprozeß 4, dem Destrukturierungsprozeß Zu 1.
• Der Ordnungsprozeß bewirkt, daß das Schüttgut seinen dichtesten Kornverbund einnimmt, d.h., Erzielung der kleinsten Volumenstruktur.
• Zu 2.
• Der Transportprozeß bewirkt eine optimale Kornverteilung. Durch die in die SchUttung eingeleitete Unruhe wird der Abstand zwischen den Einzelkörnungen größerer Abmessung vergrößert, so daß das Kleinkorn hindurchwandern und die Hohlräume zwischen den Großkörnern ausfüllen kann.
• Zu 3.
• Der Ausscheidungsprozeß bewirkt die Absorbierung von Luft und Wasser. Im Zustand losester Lagerung enthält der Beton viele Poren, die mit Luft und Wasser angefUllt sind. Wenn der Frischbeton verdichtet wird, werden die Luft- und Wassereinschlüsse von spezifisch schwereren, festen Bestandteilen verdrängt.
• Zu 4.
• Der Destrukturierunsprozeß bewirkt die Auflösung von Klümpchen.
• ein- und Kleinkorn bilden häufig zusammenhängende Klumpen. Diese Partikel werden durch den 1)estrukturierunr'sproze aufgelöst und gleichmäßig im Grobgefüge verteilt.
• Der Frischbeton besteht also aus mehr oder weniger groben Zuschlagstoffen (Kies Splitt o.ä.) sowie einem Bindemittel (Zementleim). Die Rüttlung hat nun die Aufgabe, die verschiedensten Körnungen in ihren engstmglichen Kornverband zu bringen wobei sämtliche Körnungen mit Zementleim umhüllt und somit bestmöglich verbunden sind0 ohne daß die Zementleimschicht unnötig dick wird.
• Der Beton wird von einer 3schwingung beaufschlagt, die durch ihre Art (z.B. vertikal gerichtet kreisförmig) ihre Frequenz, ihre Wegamplitude ihre Geschwindigkeit und Beschleunigung gekennzeichnet ist.
• Das Gleichgewicht der lächenkräfte (Reibungen) zu den Volumenkräften (Schwerkraft) wird durch die Rüttlung zerstört der Beton verhält sich nun mehr oder weniger wie eine Flüssigkeit (tixotroper Zustand).
• Es ist bekannt, daß verschiedene Rüttelparameter einen erheblichen Einfluß auf die Verdichtungsgüte des Betons haben. Besonders dominierend ist hier die richtige Frequenzwahl, wie es aus Veröffentlichungen und Dissertationen von K. Walz, E. Küppers, I, Bresson W. Bergerhof u.a. hervorgeht.
• Das Körnungsgemisch eines Betons weist in der Regel erheblich unterschiedliche Korngrößen und somit Massen auf. Unter optimalen Bedingungen0 die aber z.Z. technisch-wirtschaflich nicht darstellbar sind, müßte Jede Korngröße mit der ihr eigenen optimalen Beschleunigung beau2hagt werden. Es hat sich aber herausgestellt, daß auch Jeder Mischung eine optimale Frequenz zuzuordnen ist, so daß für die Vielzahl von Mischungskompositionen, die es in Abhängigkeit von Produktstruktur, Verwendungszweck und geographisch verfügbaren Zuschlagstoffen gibt, für den Rüttelvorgang ein breites Band von Rüttelfrequenzen erforderlich ist, um unabhängig von den Jeweiligen betontechnologischen Gegebenheiten eine bestmögliche Verdichtung mit krzestem Zeitaufwand zu erzielen.
• Stand der Technik aber ist es, daß bei der Betonverdichtung heute noch mit einer festen Frequenz, das ist in der Regel die Netzfrequenz oder deren Vielfache, die über einen dynamischen Frequenz umformer erzielt werden, gearbeitet wird. Außer Betracht gelassen sind hierbei Magnetrittler und hydraulisch angetriebene Rüttlers die in der Uberwiegenden Zahl der Anwendungsfälle entweder den technischen oder den wirtschaftlichen Gesichtspunkten nicht Rechnung tragen.
• Der Erfindung liegt unter anderem die Aufgabe zugrunde, bei der Herstellung von Betonformstücken eine stufenlose Rüttelfrequenzeinstellung zu erreichen um in einer dichten Matrix bei allen Mischungskonstellationen eine optimale Verdichtung zu erzielen.
• Die umfassende Aufgabe der Erfindung wird ferner darin gesehen das für die Jeweilige Mischung in Frage kommende Prequenzoptimum durch den Zustand des Produktes selbst zu steuern.
• Die Erfindung geht bei der Lösung dieser Aufgaben davon aus, daß die MöRlichkeit einer stufenlosen Frequenzwahl allein insofern von geringem praktischem Interesse ist, als bis zum Zeitpunkt der Aushärtung des Betons - in der Regel 28 Tage - gewartet werden muß0 um eine Druckfestigkeitsbestimmung durchzuführen und so auf der Grundlage von Testreihen die optimale Frequenz festzulegen.
• Selbst wenn man von der Bestimmung der Rohdichte ausgeht, die allerdings keinen so zuverlssigen Schluß auf die Druckfestigkeit zulEP,t, ware die Bestimmung der Jeweils passenden Frequenz sehr umständlich insbesondere, wenn man bedenkt, daß Zuschlagstofre, Zusammensetzung und Produkt häufig wechseln können.
• Gemäß der Erfindung soll daher neben der Möglichkeit der Frequenzwahl eine Frequenzregelung in Abhängigkeit vom Verdichtungszustand des Betons geschaffen werden, d.h. es wird dem zu verdichtenden Beton eine Regelgr5Re aus den sich Sndernden physikalischen Bedingungen entnommen, die auf einen entsprechenden Geber wirkend, die für die jeweilige Betonkomposition und Produktstruktur optimale Frequenz selbsttätig feststellt und gegebenenfalls einen Regelkreis vorw'3hlt. Vorzugsweise wird hierbei die einfache Gesetzmäßigkeit a = ?r zugrundegelegtt wobei a = Amplitude des Rütteltisches oder der Form, Mu = Arbeitsmoment oder Unwuchtmoment des Rüttlers und r. = schwingendes Gewicht ist.
• Weiterhin geht die Erfindung davon aus, daß bei Rüttelbeginn das Betongewicht noch nicht im gesamten schwingenden Gewicht enthalten ist. Mit zunehmender Betonverdichtung steigert das Betongewicht das Gesamtgewicht C> wodurch die AmplitudeRin der vorstehend genannten Formel proportional kleiner wird, d.h., die bestmögliche Verdichtung ist erreicht, wenn die Amplitude a den kleinsten Wert erreicht hat. Da die Verdichtungszeit mit Bezug auf die Wirtschaftlichkeit, d.h. den Ausstoß pro Zeiteinheit, auch von Bedeutung istt soll gemäß der Erfindung als Regelgröße die min.Amplitude oder das Produkt aus min.Amplitude und min.Verdichtungszeit ( a x t ) mit besonderem Vorzug benutzt werden.
• Auf der anderen Seite sind auch Ausführungsformen der Erfindung möglich, bei denen die vom Rüttler aneeforderte Leistungsaufnahme bzw. Stromstärke als RegelgrnAen herangezogen werden. Auch ist es im Rahmen der Erfindung weiterhin mMglich, Beschleunigung und Impedanz, in denen die Amplitude a enthalten ist, als Regelgröße zu verwenden.
• Weitere vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung sind aus der Zeichnung ersichtlich, in welcher die Erfindung schematisch an dem Anwendungsbeispiel eines Betonsteinformers erlFutert ist, wobei diesem Beispiel die Schwingungsamplitude a bzw. das Produkt a x t als Regelgröße zugrundegelegt ist.
• Das Rütteltischoberteil 1 mit den darunter fest angebrachten Rüttlern 2 stütz sich über Schwingmetallelemente 3 auf das stationäre Rütteltischunterteil 4 ab. Auf dem Riltteltischoberteil 1 steht die Form 5 mit dem in den einzelnen Formkammern befindlichen Beton 6. Auf den Beton deckt die Auflast mit den einzelnen Stempelelemten 7 eines im einzelnen nicht dargestellten fahrbaren oder stationären Betonsteinfertigers bekannter Bauart.
• Am Stempeloberteil ist der Anker 8 angebracht, der in die am Unterteil 9 fixierte Spule 9 eintaucht.
• Bei Betrieb des Rütteltisches wird eine der Regelgrößent vorzugsweise die am Rütteltisch erzeugte, während der einzelnen Rüttelvorgänge sich bis zu einem Minimum ändernde Amplitude von der Tauchspule gemessen' und in den Regler 10 eingespeist. Hier wird nun eine Meßreihe von z.B. 10 verschiedenen Frequenzen vorgegebent wobei die dabei anfallenden Amplitudenwerte oder die Produkte aus a x t im Regler ausgewertet und die dem Minimum entsprechende Rüttelfrequenz in den statisch regelbaren Frequenzumrichter il als optimierte Frequenz eingeregelt werden und somit der Regelkreis geschlossen ist. Der statisch regelbare Frequenzumrichter erlaubt eine stufenlose Frequenzregelung von 5 - 100 Hz, in Sonderausrührung auch bis 150 Hz.
• Neben der vorteilhaften Möglichkeit der stufenlosen Frequenzwahl bzw. Frequenzregelung mit Bezug auf die Optimierung der Druckfestigkeit in der Einzelanwendung kann mit Hilfe dieses Verfahrens in letzter Konsequenz ein Kochbuch" für die optimale Verdichtung unterschiedlicher Betone erstellt werden, da der einfache Auswertungsmodus diese Voraussetzung im Gegensatz zu den bisher angewandten komplizierten und zeitaufwendigen Verfahren schafft. Weiterhin ist es in Ausweitung der Vorteile dieses Verfahrens von großer Bedeutung, den Zeitpunkt der optimalen Verdichtung der Betonelemente zu erfassen und damit zeitgleich zu beenden, da es bekanntlich zu der Erscheinung der sogenannten Überrüttlung mit Entmischungstendenzen kommt (esterbildung), als deren Folge das Betonprodukt nicht mehr verwendbar ist, wenn man über den Zeitpunkt der optimalen Verdichtung weiter rüttelt.
• Sämtliche in der Zeichnung dargestellten und in der Beschreibung erlM.uterten technischen Einzelheiten sind filr die Erfindung von Bedeutung. Leerseite

Claims (9)

1. PATENTANSPRUCHE 1. Verfahren zur Herstellung von Betonwaren in Betonsteinmaschinen oder Beton-Fertigteilen in Einzelformen unter Einwirkung von RUttelschwingungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Rüttelfrequenz der Vibratoren in Abhängigkeit von den betontechnologischen Veränderungen1 durch signifikante schwingungstechnische oder adäquate elektrische Größen stufenlos gesteuert oder geregelt wird.
2. 2. Verfahren zur Herstellung von Betonwaren in Betonsteinmaschinen oder von Beton-Fertigteilen in Einzelformen unter Einwirkung von Rüttelschwingungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der wShrend eines Ruttelvorganges anwachsende Anteil des Betongewichtes an der schwingenden Masse bzw. die hiervon abhYnglgen veränderlichen physikalischen Größen als Regelgröße benutzt werden.
3. 3. Verfahren zur Herstellung von Betonwaren in Betonsteinmaschinen oder von Beton-Fertigteilen in Einzelformen unter Einwirkung von Rüttelschwingungen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Anzeige- und Regelgröße für eine optimale Verdichtung die Minimumcharakteristik der Schwingwegamplitude für die Wahl der optimalen Frequenz benutzt wird.
4. 4, Verfahren zur Herstellung von Betonwaren in Betonsteinmaschinen oder von Beton-Fertigteilen in Einzelformen unter Einwirkung von Rüttelschwingungen nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hinblick auf die Leistung, d.h. beste Verdichtungsqualität in der kürzesten Zeiteinheit0 das Produkt aus min.Schwingamplitude x kürzester Verdichtungszeit als RegelgrdRe benutzt wird.
5. 5. Verfahren zur Herstellung von Betonwaren in Betonsteinmaschinen oder von Beton-Pertigteilen in Einzel formen unter Einwirkung von Rüttelschwingungen nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß Beschleunigung und Impedanz als Regelgroßen benutzt werden.
6. 6. Verfahren zur Herstellung von Betonwaren in Betonsteinmaschinen oder von Beton-Fertigteilen in Einzelformen unter Einwirkung von RUttelschwingungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sich während eines Huttelvorganges Sndernden elektrischen GröAen, wie Leistunzs- oder Stromaufnahme der Rilttelmotore, als RegelgröP>en benutzt werden.
7. 7. Vorrichtung zur Herstellung von Betonwaren in Betonsteinmaschinen oder von Beton-Fertigtellen in Einzelformen unter Einwirkung oder mehreren von Rüttelschwingungen zur Durchführung des Verfahrens nach einem/ der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß für die stufenlose Verstellung der Rüttelfrequenz ein regelbarer statischer Frequenzumrichter (11) vorgesehen ist.
8. 8. Vorrichtung zur Herstellung von Betonwaren in Betonsteinmaschinen oder von Beton-Rertigteilen in Einzelformen unter Einwirkung von Rüttelschwingungen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Geber für die am Rutteltischoberteil (1) von den Rüttlern (2) erzeugte Schwingwegamplitude eine aus Anker (8) und Spule (9) bestehende Tauchspule vorgesehen ist.
9. 9. Vorrichtung zur Herstellung von Betonwaren in Betonsteinmaschinen oder von Beton-Fertigteilen in Einzelformen unter Einwirkung von Rüttelschwingungen nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Regler (10) aus einer Vielzahl von eingegebenen Werten automatisch Ober einen Minimierungsvergleich mit bekannten elektronischen Mitteln die optimale Frequenz bestimmt und am Frequenzumrichter (11) abzeruren wird.