"Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung von Formkörpern, aus feuchtem Beton oder artverwandten Materialien"

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Forrαkörpern nach Patentanspruch 1 bzw. 36 und ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern nach Patentanspruch 29.

Insbesondere in der Betonindustrie wird bei der Herstellung von Formkörpern aus feuchtem Beton zur Verfestigung und zur Erhöhung der Oberflächenqualität Rüttelenergie und/oder Druck in die Form eingeleitet, in welcher sich der feuchte Beton befindet. Um die Auswirkungen dieser Energieeinleitung auf das Endprodukt messen, beurteilen und vorhersehen zu können ist es beispielsweise aus der DE 202 19 768 Ul bekannt in einem Formeinsatz einer Form einen Sensor anzuordnen, um eine Bewegungsgröße des Formeinsatzes erfassen zu können. Nachteilig ist, dass mit der vorgeschlagenen Vorrichtung die tatsächliche Wirkung des Rüttelvorgangs auf den in den Formnestern des Formeinsatzes befindlichen feuchten Beton nicht direkt messbar ist. Hierdurch bleibt bei der Beurteilung der Messdaten eine erhebliche Unsicherheit bestehen, da an nur Bewegungsgrößen der Form und nicht des Betons erfasst werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren zu entwickeln, welche bzw. welches es ermöglicht direkt zu messen, welchen Einfluss eine

Energieeinleitung in Form von Schwingungen und/oder eine Einleitung von Druck zum Beispiel bei einem sogenannten Rüttelvorgang auf Bewegungsgrößen wie beispielsweise Frequenz und/oder Amplitude eines feuchten Materials wie zum Beispiel Beton hat.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung zur Herstellung von Formkörpern durch die Merkmale des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 36 und bei einem Verfahren zur Herstellung von Formkörpern durch die Merkmale des Anspruchs 29 gelöst. In den jeweiligen Unteransprüchen sind vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen des Verfahrens bzw. der Vorrichtung angegeben.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung von Formkörpern aus feuchtem Beton oder artverwandten Materialien weist wenigstens einen Sensor auf, durch welchen während des Rüttelvorgangs Bewegungsdaten wenigstens eines Festkörpers erfassbar sind, welcher sich im feuchten Beton befindet. Hierdurch ist es möglich direkt zu erfassen, welchen Einfluss die sogenannten Maschinenparameter auf den in der Form befindlichen feuchten Beton haben. Diese direkte Beobachtung der Bewegungen im feuchten Beton ermöglicht es generelle Optimierungen für die Maschinenparameter bei der Herstellung von Formkörpern aus feuchten Beton abzuleiten. Kern der Erfindung ist somit eine Erfassung von Bewegungsdaten des feuchten Betons also eine bislang nicht mögliche Erfassung der tatsächlichen Bewegungsvorgänge in dem in der Form befindlichen feuchten Beton bei der Herstellung eines Formkörpers .

Unter Bewegungsdaten werden im Sinne der Erfindung Daten verstanden, welche von dem Sensor in Form von Messwerten erfasst werden, wobei diesen Messwerten gemeinsam ist, dass sie zur Ermittlung von Größen geeignet sind, welche eine Bewegung beschreiben. Derartige Größen sind zum Beispiel

Frequenz oder Amplitude oder Geschwindigkeit oder Beschleunigung oder Verzögerung.

Unter Feuchtigkeitsdaten werden im Sinne der Erfindung Daten verstanden, welche von dem Sensor in Form von Messwerten erfasst werden, wobei diesen Messwerten gemeinsam ist, dass sie zur Ermittlung von Größen geeignet sind, durch welche der Wassergehalt des feuchten Betons bestimmbar ist.

Unter Materialien, welche zu feuchtem Beton artverwandt sind, werden im Sinne der Erfindung alle fließfähigen Materialien verstanden, die aushärten und im fließfähigen Zustand Festkörper beinhalten oder als Fremdkörper aufnehmen können.

Unter einem Formkörper sind im Sinne der Erfindung alle aus feuchtem Beton herstellbaren Körper zu verstehen. Dies können sowohl Betonsteine als auch große Betonteile wie Wände und Decken sein. Auch Betonteile mit Armierung werden im Sinne der Erfindung unter dem Begriff Formkörper verstanden.

Unter einem Rüttelvorgang wird im Sinne der Erfindung der Vorgange verstanden, bei welchem in den in der Form befindlichen feuchten Beton Schwingungen eingeleitet werden oder Schwingungen und Druck eingeleitet werden.

Die Erfindung sieht vor, den Sensor mit einem Mikrowellensender und einem Mikrowellenempfänger auszustatten. Entsprechende Sender und Empfänger sind als Standardbauteile verfügbar und weisen eine geringe Baugröße auf.

Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, den Mikrowellensender und den Mikrowellenempfänger des Sensors mit Mikrowellen in einem Bereich von etwa 20 GHZ bis 50 GHZ zu betreiben. Dieser Frequenzbereich erlaubt zum einen die Erfassung von kleinen Festkörpern und liegt zum anderen hinreichend über den

Frequenzen, mit welchen der feuchte Beton erregt wird. Somit ist der Frequenzbereich für exakte Messungen geeignet.

Weiterhin sieht die Erfindung vor, die Vorrichtung mit einer Auswertelektronik auszustatten, mit welcher aus den erfassten Bewegungsdaten wenigstens eine Bewegungskenngröße wie Frequenz, Bewegungsrichtung, Geschwindigkeit oder Beschleunigung errechenbar ist. Derartige Daten können dann ohne weitere Bearbeitung für die Analyse verwendet werden oder einer elektronischen Maschinensteuerung für die Weiterverarbeitung zugeleitet werden.

Insbesondere sieht die Erfindung vor, aus den Bewegungsdaten Schwingungen des Festkörpers zu ermitteln, welche zwischen 30 Hz und 400 Hz liegen. Dieser Frequenzbereich hat erfahrungsgemäß die stärksten Auswirkungen auf das Verhalten des feuchten Betons .

Erfindungsgemäß ist der Sensor außerhalb des in dem Formnest befindlichen feuchten Betons angeordnet ist. Hierdurch kann dieser sicher vor ungewünschten Belastungen untergebracht werden.

Alternativ sieht die Erfindung vor, den Sensor in dem feuchten Beton anzuordnen, welcher sich in dem Formnest befindet. Eine derartige Anordnung ist insbesondere dann vorgesehen, wenn der Sensor bei der Herstellung größerer Betonteile zum Einsatz kommt, deren Form als Schalung ausgebildet ist und denen mittels einer Rüttelsonde, einem sogenannten Rüttler, Rüttelenergie zugeführt wird. In einem solchen Fall ist es vorteilhaft den Sensor in die Rüttelsonde zu integrieren und somit während des Rüttelvorgangs im feuchten Beton anzuordnen.

Die Erfindung sieht auch vor, den Sensor in dem Formunterteil der Form und insbesondere an einer Wandung des Formnests

anzuordnen. Hierdurch ist der Sensor mit dem Bauteil verbunden, welches den Formkörper im wesentlichen bestimmt und kann somit am Formkörper individuell an einer für den speziellen Formkörper relevanten Position angeordnet werden.

Die Erfindung sieht auch vor, den Sensor in dem Formoberteil und insbesondere in einer Stempelfläche des Stempels anzuordnen. Hier steht für den Sensor ein vergleichsweise großer Bauraum zur Verfügung.

Weiterhin sieht die Erfindung vor, den Sensor in einen Körper einzubetten oder hinter einem Körper anzuordnen, welcher aus einem für Mikrowellen durchlässigen Material besteht, wobei der Körper insbesondere als Keramikkörper ausgebildet ist. Hierdurch ist der Sensor optimal vor Belastungen geschützt.

Weiterhin sieht die Erfindung vor, mit dem Sensor einen Feuchtigkeitsgehalt des feuchten Betons zu erfassen. Eine Erfassung des Feuchtigkeitsgehalts des feuchten Betons in der Form erlaubt ebenfalls Rückschlüsse auf die Erfordernisse bei der Herstellung eines Formkörpers. Insbesondere eine abwechselnde oder parallele Erfassung von Feuchtigkeitsgehalt und Bewegungsdaten erlaubt eine noch aussagekräftigere Bewertung der ermittelten Daten.

Erfindungsgemäß ist es auch vorgesehen, den Sensor durch eine autarke Energiequelle mit Energie zu versorgen. Hierdurch kann auf die Zuleitung von Energie über störungsanfällige Leitungen verzichtet werden.

Insbesondere sieht die Erfindung vor, mit der autarken Energiequelle des Sensors elektrische Energie aus der zugeführten Rüttelenergie zu erzeugen. Diese Energieform steht zuverlässig immer dann zur Verfügung, wenn der Sensor Daten erfassen muss.

Weiterhin ist es vorgesehen, den Sensor mit einer drahtlosen Schnittstelle zum Datenaustausch auszustatten. Durch eine derartige Datenübertragung kann ebenfalls auf störungsanfällige Leitungen verzichtet werden.

Die Erfindung sieht vor, dass der Festkörper, welcher vom Sensor erfasst wird, ein Bestandteil des feuchten Betons ist. Hierdurch ist jeder Beton mit Festkörperanteil, beispielsweise Sand, Kies oder Split grundsätzlich für Messungen mit dem Sensor geeignet.

Alternativ sieht die Erfindung vor, dem feuchten Beton wenigstens einen Fremdkörper zuzumischen, welcher die Funktion eines Festkörpers übernimmt. Hierdurch lassen sich aus den Messdaten weitergehende Aussagen ableiten, welche zum Beispiel auch das genaue Volumen, die genaue Geometrie oder das genaue Gewicht des als Festkörper arbeitenden Fremdkörpers berücksichtigen.

Die Erfindung sieht auch vor, für den Festkörper eine Geometrie und/oder ein Material vorzusehen, welche bzw. welches von dem Sensor gut erfassbar ist. Hierdurch lassen sich genauere Messungen durchführen.

Weiterhin sieht die Erfindung vor, mit dem Sensor einen Festkörper zu erfassen, dessen Durchmesser zwischen etwa 0,1 mm und 10 mm liegt. Hierbei handelt es sich um eine für Beton typische Festkörpergröße.

Das erfindungsgemäße Verfahren für die Herstellung von Formkörpern aus feuchtem Beton oder artverwandten Materialien sieht vor, Bewegungsdaten wenigstens eines in dem feuchten Beton vorhandnen Festkörpers von einem Sensor während des Rüttelvorgangs zu erfassen. Ein derartiges Verfahren erlaubt eine bislang nicht mögliche Erfassung der tatsächlichen

Vorgänge in feuchtem Beton bei der Herstellung eines Formkörpers .

Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, die Bewegungsdaten während des Rüttelvorgangs drahtlos an eine Auswertelektronik zu übermitteln. Hierdurch kann auf störungsanfällige Leitungen verzichtet werden.

Weiterhin ist es vorgesehen, durch die Auswertelektronik während des Rüttelvorgangs Steuer- und/oder Regelsignale für eine Kontrolleinheit der Maschine zu errechnen und an diese zu übergeben und diese in der Maschine insbesondere während des Rüttelvorgangs umzusetzen. Durch dieses sofortige Reagieren auf das Verhalten des feuchten Betons kann eine gleichbleibend hohe Qualität der Formkörper erreicht werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht auch vor, in der Auswertelektronik ein Sendesignal des Mikrowellensenders und ein Empfangssignal des Mikrowellenempfängers zu mischen und aus dem gemischten Signal eine Modulation abzuleiten, aus welcher wenigstens eine der Bewegungskenngrößen errechenbar ist, mit welcher sich der Festkörper in dem feuchten Beton bewegt bzw. schwingt. Eine derartige Ermittlung einer oder mehrerer Bewegungskenngrößen erfolgt mit geringem Rechenaufwand und somit in kürzester Zeit.

Das Verfahren sieht auch vor, durch den Sensor während des Rüttelvorgangs auch Feuchtigkeitsdaten zu erfassen, welche insbesondere parallel zu den Bewegungsdaten übermittelt und verarbeitet werden. Hierdurch lässt sich der Aussagegehalt der ermittelten Daten erhöhen.

Schließlich sieht die Erfindung vor, mit dem Sensor während des Rüttelvorgangs nacheinander Bewegungsdaten unterschiedlicher Festkörper zu erfassen. Hierdurch lässt sich die Wahrscheinlichkeit von Fehlmessungen verringern.

Eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung zur überwachung des Bewegungsverhaltens eines Materials während einer Energieeinleitungsphase, in welcher eine Einleitung von Energie in das Material erfolgt, sieht an der Vorrichtung wenigstens einen Sensor vor, durch welchen während der Energieeinleitungsphase Bewegungsdaten wenigstens eines Teils des Volumens des Materials und/oder wenigstens eines im Material enthaltenen Festkörpers erfassbar sind. Eine derartige unmittelbare Beobachtung und Erfassung von Bewegungen wenigstens eines Volumenkörpers und/oder Festkörpers in dem Material ermöglicht eine Optimierungen von Parametern bei der Herstellung von Formkörpern aus dem Material. Kern der Erfindung ist somit eine Erfassung von Bewegungsdaten wenigstens eines Volumenkörpers und/oder Festkörpers. Unter dem Begriff Material ist im Sinne des Anspruchs 36 feuchtes Material wie zum Beispiel Beton oder Klebstoff oder schüttfähiges und verdichtbares Material wie zum Beispiel Sand oder Kies zu verstehen. Als Formkörper ist im Sinne des Anspruchs 36 beispielsweise auch eine Klebstelle zu verstehen, welche zum Beispiel tropfenförmig oder streifenförmig ausgebildet ist. Unter Herstellung ist im Sinne der Erfindung das Verdichten und/oder Aushärten des Materials zu einem Formkörper zu verstehen.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden in der Zeichnung anhand von schematisch dargestellten Ausführungsbeisielen beschrieben.

Hierbei zeigt:

Figur 1: eine schematische Ansicht eine Formmaschine in unterschiedlichen Stellungen mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und

Figur 2: eine schematische Ansicht einer

erfindungsgemäßen Vorrichtung in drei Ausführungsvarianten.

In der Figur 1 ist eine Formmaschine 1 in schematischer Ansicht dargestellt, in welcher eine erfindungsgemäße Vorrichtung 2 angeordnet ist. Die Vorrichtung 2 umfasst eine im Schnitt dargestellte Form 3, welche zwei Formnester 4 und 5 aufweist. Die Formnester 4 und 5 sind mit einer fliesfähigen und aushärtenden Masse 6 befüllt, welche im Ausführungsbeispiel der Figur 1 durch feuchten Beton 7 gebildet ist. Der feuchte Beton 7 wird in der Formmaschine zu einem Formköper K verarbeitet. In jedem der beiden Formnester 4 und 5 ist jeweils ein in dem feuchten Beton 7 befindlicher Festkörper 8 bzw. 9 exemplarisch und nicht maßstabsgetreu dargestellt. Im weiteren soll zunächst das in der linken Zeichnungshälfte dargestellte Ausführungsbeispiel A näher betrachtet werden. Das Formnest 4 ist in Draufsicht rechteckig und ist seitlich zu allen vier Seiten durch die Form 3 begrenzt. Zu einer Unterseite ist es weiterhin durch eine Formunterlage 10 abgeschlossen und zu einer Oberseite wird das Formnest 4 durch eine Stempelfläche 11 eines Stempels 12 verschlossen. Ein zu der Vorrichtung 2 gehörender Sensor 13 ist in einem Druckstück 14 des Stempels 12 angeordnet. Der Sensor 13 umfasst einen Mikrowellensender 15 und eine Mikrowellenempfänger 16, die beide in Keramikkörper 17, 18 eingebetet sind. Hierbei bilden die Keramikkörper 17, 18 einen Teil der Stempelfläche 11, um den ungehinderten Aus- und Eintritt von Mirkowellen M zu gewährleisten. Der Sensor 13 verfügt weiterhin über eine drahtlose Schnittstelle 19, mittels welcher dieser Daten D an eine Auswertelektronik 20 übermittelt. Zur Verdichtung des feuchten Betons 7 werden von einem Rüttler 21, welcher als Rütteltisch 22 ausgeführt ist, über die Formunterlage 10 Schwingungen in die Form 3 und somit in die im Formnest 4 enthaltene Fließfähige Masse 6 eingeleitet. Während dieses Vorgangs erfasst der Sensor 13 Bewegungskenngrößen des Festkörpers 8 und übermittelt

entsprechende Daten D an die Auswertelektronik: 20. Die Auswertelektronik 20 ist mit einer Maschinensteuerung 23 verbunden, mittels welcher in Abhängigkeit der ermittelten Bewegungskenngrößen Maschinenparameter wie zum Beispiel Rüttelfrequenz oder Rütteldauer beeinflussbar sind. Die in der rechten Hälfte der Figur 1 dargestellte

Ausführungsvariante B weist zahlreiche übereinstimmungen mit der oben beschriebenen Ausführungsvariante A auf. Im Unterschied hierzu steht ein Stempel 24 noch in einer hochgezogenen Position. Ein Sensor 25 ist in die Form 3 integriert, wobei ein Mirkowellensender 26 und ein Mikrowellenempfänger 27 in einer Wandung 28 des Formnests 5 angeordnet sind. Aus dieser Position ist mit dem Sensor 25 beispielsweise eine Frequenz bestimmbar, mit welcher der Festkörper 9 schwingt, der einen Durchmesser d aufweist. In der Formmaschine 1 besteht die Form 3 aus einem Formunterteil 29 und die Stempel 12, 24 bilden ein Formoberteil 30. Dem Sensor 25 ist eine autarke Energiequelle E zugeordnet, welche aus den in die Form 3 eingeleiteten Schwingungen elektrische Energie gewinnt und diese insbesondere unter Zwischenschalung eines Energiespeichers dem Sensor zur Verfügung stellt.

In der Figur 2 sind drei weitere Ausführungsvarianten einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 2 schematisch dargestellt. Eine Form 3 ist als Schalung 31 ausgeführt, welche ein zu fünf von sechs Seiten begrenztes Formnest 32 bildet. Dieses Formnest 32 ist mit einer fließfähigen Masse 6 insbesondere einem feuchten Beton 7 befüllt. In dem feuchten Beton 7 befindet sich ein als sogenannte Flasche F ausgebildeter Rüttler 21, welcher als hydraulischer Rüttler 33 ausgeführt ist. Der Form 3 sind beispielhaft drei Sensoren 34, 35, 36 zugeordnet, welche jeweils einen Aufbau aufweisen, der den in der Figur 1 dargestellten und beschriebenen Sensoren entspricht. Der Sensor 34 ist an einer offenen Seite 37 des Formnests 32 angeordnet und auf einen Festkörper 38 gerichtet. über eine Datenleitung DL ist der Sensor 34 mit einer Auswertelektronik

20 verbunden. Der Sensor 35 ist in der Flasche F angeordnet und über eine weitere Datenleitung DL mit einer weiteren Auswertelektronik 39 verbunden. Hierbei ist es vorgesehen, die Auswertelektronik 39 derart zu programmieren, dass von dem hydraulischen Rüttler 33 erzeugte Schwingungen rechnerisch eliminiert werden um beispielsweise die Tatsächliche Frequenz eines Festkörpers 40 zu ermitteln. Der Sensor 36 ist in einer Schalungsplatte 41 der Schalung 31 angeordnet und überwacht einen Festkörper 42, welcher dem feuchten Beton 7 als Fremdkörper FK zugemischt wurde. über eine weitere Datenleitung DL ist der Sensor 26 mit der Auswertelektronik 20 verbunden.

Die Erfindung ist nicht auf dargestellte oder beschriebene Ausführungsbeispiele beschränkt. Sie umfasst vielmehr Weiterbildungen der Erfindung im Rahmen der Schutzrechtsansprüche .

Bezugszeichenliste :

1 Formmaschme

2 Vorrichtung

3 Form

4 Formnest

5 Formnest

6 fließfähige Masse

7 feuchter Beton

8 Festkörper

9 Festkörper

10 Forrαunterlage

11 Stempelfläche

12 Stempel

13 Sensor

14 Druckstück

15 Mikrowellensender

16 Mirkowellenempfänger

17 Keramikkörper

18 Keramikkörper

19 drahtlose Schnittstelle

20 Auswertelektronik

21 Rüttler

22 Rütteltisch

23 Maschinensteuerung

24 Stempel

25 Sensor

26 Mikrowellensender

27 Mikrowellenempfänger

28 Wandung des Formnests

29 Formunterteil

30 Formoberteil

31 Schalung

32 Formnest

33 hydraulischer Rüttler

34 Sensor

35 Sensor

36 Sensor

37 offene Seite von 32

38 Festkörper

39 Auswertelektronik:

40 Festkörper

41 Schalungsplatte

42 Festkörper

D Daten d Durchmesser von 9

DL Datenleitung

F Flasche

E autarke Energiequelle

M Mikrowelle

K Formkörper

FK Fremdkörper