DE102008011272A1

DE102008011272A1 - Betonsteinfertiger mit harmonischer Vibration durch Formerregung

Info

Publication number: DE102008011272A1
Application number: DE102008011272A
Authority: DE
Inventors: Jörg-Henry Schwabe
Original assignee: Institut fuer Fertigteiltechnik und Fertigbau Weimar eV
Current assignee: Institut fuer Fertigteiltechnik und Fertigbau Weimar eV
Priority date: 2008-02-26
Filing date: 2008-02-26
Publication date: 2009-08-27
Also published as: EP2257415A2; WO2009106297A3; EP2257415B1; WO2009106297A2; DK2257415T3; PL2257415T3

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Formgebung von Gemengen, bevorzugt von Betongemengen zur Herstellung von Betonsteinen und Betonwaren durch Formgebung und Verdichtung mittels Einwirkung harmonischer Schwingungen, umfassend eine Form mit Vibrationsrahmen (5) und Formeinsatz (4) zur Aufnahme des zu verdichtenden Gemenges (17), einem daran angreifenden Vibrationssystem (11), Vibrationsrahmenfedern (6) zur schwingfähigen Lagerung der Form mit dem daran befestigten Vibrationssystem (11), einem Unterlagsbrett (7) zur Aufnahme der herzustellenden Produkte, einer Bretthubbaugruppe mit Bretthubzylindern (10) und Bretthub (8), Brettfedern (9) zur Zustellung und beweglichen Lagerung der Unterlagsplatte (7) an der Unterseite der Form während der Vibrationseinwirkung, einer Auflastbaugruppe mit Auflast (2) zur Formgebung der Oberfläche des herzustellenden Produktes, Auflastfeder (3) zur beweglichen Lagerung der Auflast (2) während der Vibrationseinwirkung und Auflasthub zur Ausführung von Zustell- und Entschalbewegungen. Die formgebende Komponente des Schwingverbandes ist der Formeinsatz (4) und als trennbare Baugruppe gestaltet, so dass eine leichte Umrüstung bei Produktwechsel möglich ist. Die Herstellung der Produkte erfolgt auf den aus dem Stand der Technik bekannten Unterlagsbrettern (7), so dass die beschriebene Vorrichtung in bekannte Fertigungseinrichtungen integrierbar ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Formgebung von Gemengen, bevorzugt von Betongemengen zur Steinfertigung durch Formgebung und Verdichtung mittels Einwirkung harmonischer Schwingungen, umfassend

• eine Formbaugruppe mit Vibrationsrahmen zur Aufnahme des zu verdichtenden Gemenges, Vibrationsrahmenfeder zur elastischen Lagerung des Vibrationsrahmens und Vibrationssystem als Schwingungsantrieb
• eine Palettenbaugruppe mit Unterlagsbrett zur Aufnahme der herzustellenden Produkte, Brettfeder zur schwingungstechnischen Entkopplung während der Vibrationseinwirkung und Bretthubtisch für Zustellbewegungen während der Fertigungstakte
• eine Auflastbaugruppe mit Auflast zur Formgebung der Oberfläche des herzustellenden Produktes, Auflastfeder für die elastische Lagerung und Auflasthub zur Ausführung von zustell- und Entschalbewegungen.

Stand der Technik
Die industrielle Herstellung kleinformatiger Betonwaren, insbesondere aus Gemengen in steifer bis sehr steifer Konsistenz erfolgt im Stand der Technik durch die zwei Verfahren

• der Schockvibration und
• der harmonischen Vibration.

Schockvibration
Das technologische Verfahren der Schockvibration für die Formgebung und Verdichtung von Gemengen, insbesondere Betongemengen in steifer bis sehr steifer Konsistenz ist seit vielen Jahren bekannt.
Bei diesem Verfahren werden in der industriellen Produktion meist Vorrichtungen verwendet, die zur Verdichtung des Betongemenges durch die Erzeugung von Stoßvorgängen zwischen maschinentechnischen Komponenten schockartige Vibrationen erzeugen und auf das zu verarbeitende Gemenge einwirken. Bekannte Vorrichtungen verwenden zur Schwingungserzeugung Systeme, die auf elektromotorisch angetriebenen Unwuchtwellen basieren, wie beispielsweise im Artikel „Steigerung der Produktqualität durch effiziente Verdichtung" von Berthold Schlecht und Alexander Neubauer, erschienen in der Zeitschrift „Betonwerk + Fertigteil-Technik", Ausgabe 9/2000, S. 44–52, ausführlich dargestellt.
Eine ausführliche Darstellung zum Stand der Technik des Schockvibrationsverfahrens und der dafür verwendeten Vorrichtungen ist in DE 20301954 enthalten.
Dem Vorteil der Schockvibration mit der sehr intensiven Verdichtungswirkung stehen eine Reihe von entscheidenden Nachteilen gegenüber. Diese bestehen

• in der extrem hohen Belastung der Maschinentechnik und dem damit verbundenen hohen Maschinenverschleiß und den Betriebskosten
• in der hohen Umweltbelastung mit Schwingungen und
• in der extremen Lärmemission.

Harmonische Vibration
Verfahren und Vorrichtungen zur Formgebung und Verdichtung von Gemengen, insbesondere Betongemengen in steifer bis sehr steifer Konsistenz mittels der harmonischen Vibrationseinwirkung sind in jüngerer Zeit entstanden, um bei mindestens gleichen Bedingungen für die Produktqualität die Nachteile der Schockvibration zu reduzieren bzw. zu vermeiden.
Bei den bekannten technischen Lösungen werden die harmonischen Bewegungsfunktionen mit den erforderlichen Beschleunigungsamplituden durch verschiedene technische Verfahren erzeugt.
Dabei ist davon auszugehen, dass die Werte der Beschleunigungen in der Erregerfrequenz mindestens in die Größenordnung der Beschleunigungen in der Erregerfrequenz bei schockartiger Vibrationseinwirkung kommen müssen, um vergleichbare Verdichtungswirkungen zu erreichen.
Eine bekannte technische Lösung für die Formgebung und Verdichtung von Gemengen in steifer bis sehr steifer Konsistenz besteht in der Anwendung eines oder mehrerer hydraulisch betätigter Servozylinder, um die erforderlichen hohen Kräfte in einer harmonischen Zeitfunktion zu erzeugen
Auf hydraulischem Antrieb basierende Vorrichtungen zur Betonsteinfertigung werden im oben genannten Artikel von Schlecht und Neubauer sowie in der Schrift WO 01/47698 A1 beschrieben.
Eine weitere technische Lösungsvariante für die Formgebung und Verdichtung von Gemengen besteht in der Erzeugung von harmonischen Schwingungen mittels rotierender Unwuchtwellen. Dieses Prinzip wird auch für die Zwangserregung des Schwingtisches beim Schockvibrationsverfahren genutzt. Allerdings müssen beim harmonischen Vibrationsverfahren die Erregerkräfte deutlich höher sein im Vergleich zum Schockvibrationsverfahren, um vergleichbare Beschleunigungsamplituden für die ausreichende Formgebung und Verdichtung des Gemenges zu erreichen.
Eine bekannte Lösung für dieses Verfahren ist in DE 20301954 beschrieben. Während der Vibrationsverdichtung mit harmonischer Vibration wird temporär ein steifer Schwingverband bestehend aus dem Schwingtisch, der Unterlagsplatte und der Form durch eine Formverspannung hergestellt.
Eine weitere Lösung der Formgebung und Verdichtung von Gemengen mittels harmonischer Vibration, entwickelt von G. Becker, ist in der Fachzeitschrift „Betonwerk + Fertigteil-Technik", Ausgabe 10/2007 „Leistungssteigerung und Lärmminderung mit harmonischer Vibration", S. 22–27, beschrieben.
Auf einem elastisch gelagerten Schwingtisch mit den an der Unterseite befestigten Unwuchtvibratoren liegen Unterlagsbrett und Form mit dem in den Formkammern enthaltenen zu verdichtenden Betongemenge. Während der Einwirkung der harmonischen Vibrationen werden die Form und das Unterlagsbrett mit einer solchen Kraft auf den Schwingtisch gedrückt, dass während dieser Zeit keine Relativbewegungen zwischen diesen Komponenten des Schwingverbandes mehr auftreten können. Diese Kraft wird durch vertikal bewegliche Federbaugruppen aufgebracht, die während der Vibrationseinwirkung auf die Form drücken und auf der gegenüberliegenden Federseite temporär gestellfest positioniert sind. Durch ihre elastische Eigenschaft sichern sie die Schwingbewegung des Vibrationsverbandes. Eine Auflastbaugruppe drückt während der Vibrationseinwirkung passiv oder aktiv mit eigenen Vibrationsantrieben auf die obere Seite des in den Formkammern befindlichen Betongemenges.
Ohne Bezug zur Realisierung der harmonischen Vibration an Großbrettmaschinen sind aus dem Bereich amerikanischer Blocksteinmaschinen Formen mit direkt an der Form angeordneten Unwuchterregern, wie z. B. in DE 689 04 376 T2 bekannt.
Alle hier beschriebenen harmonischen Verdichtungseinrichtungen reduzieren in deutlichen Maße die vorab bezeichneten Nachteile von Schockvibrationseinrichtungen hinsichtlich

• der extrem hohen Maschinenbelastung,
• der hohen Umweltbelastung mit Schwingungen und
• der extremen Lärmemission.

Kritik am Stand der Technik
Trotz der sichtbaren Vorteile der beschriebenen technischen Lösungen für die Formgebung und Verdichtung mittels harmonischer Vibration sind diese auch mit deutlichen Nachteilen verbunden.
In der Wahl einer Hydraulik als Antriebsmedium liegt ein großer Nachteil. Gerade Servohydraulik erfordert eine extreme Reinheit des Öls, die sich in der Umgebung eines Betonwerkes nur mit hohen Aufwand aufrecht erhalten lässt. Außerdem liegt der Energiebedarf einer auf Hydraulik basierenden Vorrichtung wegen des relativ schlechten Wirkungsgrades deutlich höher als bei herkömmlichen elektromotorisch arbeitenden Schockvibrationsvorrichtungen. Zudem sind die Anschaffungskosten für ein derartiges Servohydrauliksystem deutlich höher als für einen elektromotorischen Antrieb.
Als weiterer Nachteil zeigt sich in einigen der beschriebenen Lösungen, dass neben dem zu verdichtenden Gemenge weitere Komponenten mitbewegt werden müssen, die strukturbedingt eine hohe Masse haben. Eine Massebetrachtung zeigt, dass deutlich mehr Stahlbau als zu verdichtendes Gemenge in Vibrationen versetzt werden müssen, was entsprechend groß ausgelegte Unwuchtwellen erfordert und den Wirkungsgrad reduziert.
Wegen der notwendigen temporär festen Verbindung aller Komponenten des Schwingverbundes, bestehend aus Schwingtisch mit Vibrationserregersystem, Unterlagsplatte, Form und dem zu verdichtenden Gemenge ist eine Formverspannung erforderlich, die sehr große Kräfte aufbringen muss, um Relativbewegungen zwischen den schwingenden Komponenten sicher zu verhindern. Die großen Spannkräfte erfordern entsprechend aufwendig und fest ausgelegte Verspannbaugruppen, die selbst auch die schwingende Masse weiter erhöhen und einem hohen Verschleiß unterliegen.
Im Lösungsbeispiel der Fertigungseinrichtung von G. Becker werden die auch hier aufzubringenden Verspannkräfte über einen relativ großen Kraftweg durch Teile des Maschinengestells geleitet, was einerseits eine entsprechend belastungsgerechte Auslegung erfordert und eine hohe Maschinenbelastung darstellt.
Aufgabe
Aufgabe der Erfindung ist es, unter Beibehaltung des Verfahrens der Formgebung und Verdichtung von Gemengen, bevorzugt Betongemengen in steifer und sehr steifer Konsistenz zur Herstellung von Betonwaren und Pflastersteinen mittels der harmonischen Vibrationseinwirkung eine Fertigungseinrichtung zu entwickeln, die gekennzeichnet ist durch

• eine deutliche Reduzierung der bewegten Massen und
• eine Vereinfachung der Verspannung insbesondere hinsichtlich Größe der Verspannkraft.

Die erfinderische Aufgabe der Reduzierung der bewegten Massen wird dadurch gelöst, dass der temporäre Schwingverband innerhalb des Betonsteinfertigers so ausgebildet wird, dass der Kraftweg zwischen der Quelle der Erregerkräfte – dem Vibrationserregersystem – und dem zu verdichtenden Betongemenge in dem Formeinsatz auf das kürzestmögliche Maß reduziert wird, indem das Vibrationserregersystem über den Vibrationsrahmen unmittelbar auf den Formeinsatz einwirkt und die Erregerkräfte direkt in die Form einleitet. Damit entfällt der bisher erforderliche und aufgrund seiner biegesteifen Ausführung sehr massereiche Schwingtisch.
Für die Herstellung von Betonsteinen und Betonwaren in verschiedenen Abmessungen ist der Formeinsatz als vom Vibrationsrahmen lösbare Komponente ausgebildet. In Abhängigkeit vom zu fertigendem Produkt wird der jeweils erforderliche Formeinsatz in den Vibrationsrahmen gesetzt und i. A. formschlüssig mit diesem verbunden.
Die Schwingfähigkeit des Formeinsatze mit dem Vibrationsrahmen und den daran angreifendem Vibrationserregersystem wird durch eine elastische Lagerung auf Vibrationsrahmenfedern erreicht, die gleichzeitig auch die Schwingungsisolierung gegenüber dem Maschinengestell übernehmen.
Nach unten wird die Form und jedes Formelement durch das bekannte Unterlagsbrett geschlossen, wobei in der erfinderischen Lösung die Unterlagsplatte durch eine elastische Anlage an der Formunterseite mittels Federelementen der Schwingbewegung der Form folgt und einen sicheren Verschluss der Formkammern während der harmonischen Vibration gewährleistet.
Nach oben wird jede Formkammer temporär während der harmonischen Vibration durch jeweils eine Auflastplatte abgeschlossen. Alle Auflastplatten sind als Baugruppe zusammengefasst und bilden die Auflastgruppe. Sie wird durch eine Auflasthubeinrichtung gegen die Oberfläche des Betongemenges gedrückt, wobei ein bewegter Teil der Auflastgruppe den Bewegungen der Form mit dem Betongemenge durch eine elastische Kopplung zwischen bewegtem und gestellfestem Teil über Auflastfedern folgt und damit einen Verschluss der Formkammer gewährleistet.
Das am Vibrationsrahmen befestigte Vibrationserregersystem ist in spiegelsymmetrischer Bauweise zu einer vertikalen Mittenebene, die durch die vertikale Formmitte gebildet wird ausgeführt und wird dynamisch bevorzugt so betrieben, dass die Form mit dem zu verdichtenden Betongemenge mit einer gerichteten vertikalen Schwingung beaufschlagt wird. Aber auch horizontale Schwingungsanteile sind möglich.
Die erfinderische Aufgabe der Vereinfachung der Verspannung insbesondere hinsichtlich Größe der Verspannkraft wird dadurch gelöst, dass sie in der bisherigen Funktion entfällt.
Wegen der unmittelbaren Krafteinleitung in den Vibrationsrahmen mit Formeinsatz ist eine Verspannung zwischen Unwuchterreger und Formeinsatz, die für die Entschalung im Taktzyklus öffnet und schließt nicht mehr erforderlich. Für die Möglichkeit des Auswechselns des Formeinsatzes bei Produktwechsel gibt es Verbindungsstellen als Schnittstelle zwischen Formeinsatz und Vibrationsrahmen, durch die die Kräfte zu leiten sind. Diese müssen jedoch nur bei Formeinsatzwechsel gelöst und wieder verbunden werden, was durch übliche Schraub- und/oder Klemmverbindungen ausgeführt wird.
Die temporär sichere Verbindung der Unterlagsplatte mit der Form während der harmonischen Vibration wird durch eine Bretthubeinrichtung mit Bretthubzylinder, die das Unterlagsbrett von unten gegen den Formeinsatz fährt, erreicht. Wegen der sehr viel kleineren schwingenden Masse des Unterlagsbrettes einschließlich anteiliger Gemengemasse im Verhältnis zu den bewegten Massen in bisherigen Lösungen aus dem Stand der Technik sind deutlich kleinere Kräfte für die temporäre Anlage der Unterlagsplatte an der Form erforderlich, die durch den bzw. die Bretthubzylinder aufzubringen sind.
Während der harmonischen Vibration sichern Brettfedern die Bewegung des Unterlagsbrettes mit der Form und seine ständige Anlage an der Formunterseite.
Nach Beendigung der Formgebung und Verdichtung wird die Vibrationseinwirkung auf Null gestellt, was durch Abschaltung oder durch kräftefreien Betrieb z. B. in einer 4-Wellen-Anordnung erreichbar ist. Die Entschalung erfolgt durch eine synchrone Bewegung des Bretthubzylinders und des Auflasthubzylinders nach unten, wobei die Form ihre Position beibehält.
In einer einfachen Ausgestaltung der Erfindung besteht das Vibrationserregersystem aus einem Paar von Unwuchterregerwellen, die spiegelsymmetrisch am Vibrationsrahmen bezüglich der vertikalen Formmittenebene installiert sind und gegenläufig mit gleicher Drehzahl und spiegelsymmetrischer Phasenlage zur vertikalen Formmittenebene arbeiten. In dieser Arbeitsweise werden vertikal gerichtete harmonische Schwingungen angeregt. Durch eine geeignete Auslegung der dynamischen Unwuchtmomente werden die erforderlichen Kräfte zur Erzeugung der für die Formgebung und Verdichtung günstigen Vibrationseinwirkungen erreicht.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung besteht das Vibrationserregersystem aus einem Paar spiegelsymmetrisch angebrachter und angetriebener Doppel- bzw. Vierfachwellen, die sowohl eine gerichtete harmonische Vibrationswirkung auf die Form erzeugen als auch eine Einstellung der wirkenden resultierenden Erregerkraftamplitude während der Vibrationseinwirkung stetig zwischen Null und einem Maximum durch paarweises synchrones Ändern der Phasenlage zwischen den korrespondierenden Unwuchtwellen ermöglichen. Diese Eigenschaft erlaubt beispielsweise ein erregerkraftfreies Hochfahren der Drehzahl von Null auf die Betriebsdrehzahl. ohne Schwingwegüberhöhungen bei der Durchfahrt durch die Starrkörpereigenfrequenzen. Weiterhin ist auch ein Dauerbetrieb dieses Vibrationserregersystems möglich, bei dem durch eine Phasenwinkelverstellung die resultierende Erregerkraftamplitude während des Taktwechsels auf Null gestellt wird, ohne die Antriebsdrehzahl der Unwuchtwellen auf Null stellen zu müssen. Durch den Verzicht auf die Hochfahr- und Abfahrampen der Drehzahl sind kurze Taktzeiten möglich.
Durch Ändern der Phasenlage in der Betriebsfrequenz können die als günstig für die Verdichtung ermittelten Erregerkraftamplituden eingestellt werden.
Eine vergleichbare Funktionalität der Vibrationserregung wird bei Anwendung eines Verstell-Erregersystems entsprechend DE 197 35 268 erreicht.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht in der Anwendung eines zwangserregten Vibrationsantriebes über hydraulische, pneumatischen oder piezoelektrische Aktuatoren, die den Vibrationsrahmen mit Formeinsatz als Einzelantrieb oder in einer spiegelsymmetrischen Anordnung bezüglich der vertikalen Formmittenebene in vertikale harmonische Schwingungen versetzen. Wegen der geringeren Erregerkräfte im Vergleich zur Harmonischen Vibration aus dem Stand der Technik sind hier kräftemäßig kleinere Komponenten als Kaufeinheiten einsetzbar.
Eine Weiterentwicklung der Erfindung nutzt auch eine Vibrationserregung am Unterlagsbrett. So verfügen Formeinsatz und Brett jeweils selber über das Erregersystem, das zu ihrer harmonischen Schwingbewegung notwendig ist. Die Erregersysteme sind über eine Steuerung koordiniert. So sind nur geringe Kräfte zwischen Formeinsatz und Unterlagsbrett auszutauschen.
Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Beispielen näher erläutert werden. In den dazugehörigen Figuren zeigt
1 eine schematische Darstellung des Verdichtungssystems,
2 Varianten für Vibrationserregersysteme am Vibrationsrahmen und
3 Befestigung des Formeinsatzes im Vibrationsrahmen
4 Verdichtungssystem mit zusätzlicher Brettbewegung
Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung ist nachstehend anhand von Zeichnungen beispielhaft näher erläutert.
In 1 ist der prinzipielle Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Formgebung von Gemengen, insbesondere zur Fertigung von Betonsteinen dargestellt.
In einem Vibrationsrahmen (5) ist ein Formeinsatz (4) eingesetzt und mit diesem spielfrei und lösbar verbunden. Die Verbindung zwischen Formeinsatz (4) und Vibrationsrahmen (5) ist nur bei Produktwechsel und dem damit verbundenen Formeinsatzwechsel zu lösen und wieder herzustellen.
Am Vibrationsrahmen (5) sind die Vibrationserreger (11) im allgemeinen in spiegelsymmetrischer Anordnung zur Formmittenebene befestigt, wobei im einfachsten Fall ein Unwuchterregerpaar in Einfach-Wellenanordnung (11) genügt.
Der Vibrationsrahmen (5) ist die Komponente, die die Vibrationen von der Vibrationsquelle – den Vibrationserregern (11) – zum Formeinsatz (4) mit dem darin enthaltenen zu verdichtenden Gemenge (17) überträgt. Aus den schwingungstechnischen Erfordernissen heraus gewährleistet er die Steifigkeit des Schwingverbandes, bestehend aus Vibrationsrahmen (5) mit daran befestigten Vibrationserregern (11), dem Formeinsatz (4) sowie Unterlagsplatte (7) und Auflast (2).
Der Vibrationsrahmen erfüllt damit die gleiche Funktion wie der Vibrationstisch und der Formrahmen einer technischen Lösung gemäß dem Stand der Technik. Aufgrund des kurzen Kraftweges und des kompakten Aufbaus ist die bewegte Masse der erfindungsgemäßen Lösung vorteilhafterweise deutlich geringer im Vergleich zu bekannten Lösungen wie beispielsweise in DE 20301954 . Damit verbunden ist eine deutliche Reduzierung der Erregerkräfte bei Erreichung gleichgroßen Beschleunigungsamplituden für die Formgebung und Verdichtung des Gemenges.
Das Unterlagsbrett (7) wird nach seinem Transfer in die dargestellte Position mit der Bretthubbaugruppe, bestehend aus Bretthubzylinder (10), Bretthub (8) und Brettfedern (9) vor der Vibrationseinwirkung gegen den Formeinsatz (4) gedrückt. Die elastische Verbindung zwischen Unterlagsbrett (7) und Bretthub (8) über die Brettfedern (9) sichert zusammen mit einer ausreichenden von den Bretthubzylindern (10) aufzubringenden Anlagekraft die Beweglichkeit des Unterlagsbrettes (7) während der Vibration ohne dass es vom Formeinsatz (4) abhebt. Es folgt während der Vibrationseinwirkung den Bewegungen des Formeinsatzes (4) und schließt die Formkammern nach unten ab.
Die notwendigen Anpresskräfte für eine dauerhafte Anlage während der Vibration sind im Wesentlichen abhängig von der Masse des Unterlagsbrettes (7) und den Beschleunigungsamplituden am Unterlagsbrett (7). Unter der Annahme gleicher Vibrationseinwirkungen, d. h. Beschleunigungsamplituden am Unterlagsbrett (7) und dem Formeinsatz (4) als Schnittstelle zum zu verdichtenden Gemenge (17) besteht eine weiterer Vorteil der Erfindung darin, dass die erforderlichen Verspannkräfte zwischen schwingungserregenden und formgebenden Komponenten – d. h. entsprechend der Erfindung zwischen Vibrationsrahmen (5) mit Formeinsatz (4), Vibrationserreger (11) sowie Unterlagsbrett (7) – wegen der wesentlich geringeren Masse des Unterlagsbrettes (7) im Vergleich zu den bekannten Massen der zu verspannenden Komponenten der in der Fachzeitschrift „Betonwerk + Fertigteil-Technik", Ausgabe 10/2007, S. 22–27 bzw. in DE 20301954 beschriebenen Lösungen sehr viel kleiner sind. Sie können durch die dargestellte Bretthubbaugruppe mit den Bretthubzylindern (10) ohne Probleme erzeugt werden.
Die Brettfedern (9) haben auch gleichzeitig die Funktion der Schwingungsisolierung gegenüber der gestellfesten Umgebung.
In den einzelnen Formkammern des Formeinsatzes (4) wird vor Vibrationsbeginn das zu verdichtende Gemenge (17) eingefüllt. Danach senkt sich die Auflastbaugruppe, bestehend aus Auflasthubzylinder (1) und Auflast (2) ab, bis die Auflastplatten auf die Gemengeoberfläche drücken. Die Auflastfedern (3) sichern die Bewegung der Auflast (2) während der Vibrationseinwirkung sowie die Schwingungsisolierung zum Maschinengestell.
Während der Entschalung verbleibt der Vibrationsrahmen (5) mit Formeinsatz (4) im Unterschied zum Stand der Technik in seiner Position, was vorteilhaft für Vibrationserreger (11) und Füllwagen ist.
Aufgrund der festen Position des Vibrationsrahmens (5) mit Formeinsatz (4) entfällt die Formhubeinrichtung aus dem Stand der Technik, die während der Entschalung relativ hohe Massen zu heben hatte.
Die Entschalung erfolgt in der erfindungsgemäßen Lösung durch den Bretthub mit kleineren zu bewegenden Massen, wobei Auflastbewegung und Bretthub koordiniert ablaufen.
Bei Erfordernis ist auch weiterhin eine Entschalung durch Formhub möglich, wobei dann das Unterlagsbrett (7) in seiner Position verbleiben kann.
2 zeigt Ausgestaltungsvarianten des Vibrationsrahmens (5) mit angebrachten Vibrationserregern und Formeinsatz (4).
Das Vibrationserregersystem kann aus rotierenden Unwuchtsystemen bestehen, wobei diese paarweise an den Seiten angebracht sind und synchronisiert z. B. mit Hilfe einer elektronischen Steuerung laufen.
Es sind paarweise angeordnete Unwuchtwellensysteme mit Einfach-Welle (11), mit Doppelwelle (12) und 4-fach Welle (13) sowie mit Verstellunwucht (14) denkbar. Die Vibrationserzeugung kann ebenfalls mittels dynamisch arbeitender hydraulischer, pneumatischer, elektrischer oder piezoelektrischer Aktuatoren erfolgen.
3 zeigt eine beispielhafte Lösung der Verbindung zwischen Vibrationsrahmen (5) und Formeinsatz (4). Diese spielfreie Verbindung kann mechanisch mittels Verschraubung oder mittels Keilverbindung (16) erfolgen, wobei auch hydraulische Aktuatoren Anwendung finden können.
4 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer konstruktiv erweiterten Ausführungsform. Zwischen Bretthub (8) und Unterlagsbrett (7) ist ein Hilfsschwingtisch (19) dargestellt. Der Hilfsschwingtisch (19) besitzt ein Vibrationssystem (20), dass der koordinierten Bewegung des Unterlagsbrettes (7) relativ zur Bewegung des Vibrationsrahmens (5) mit Formeinsatzes (4) dient. Über eine Steuerung (21) sind beide Bewegungen so aufeinander abgestimmt, dass das Unterlagsbrett (7) während der Vibrationseinwirkung immer an der Unterseite des Formeinsatzes (4) anliegt und gleichzeitig die dafür erforderlichen Andruckkräfte minimiert werden.
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung weist eine Reihe von Vorteilen im Vergleich zum Stand der Technik auf.
Aufgrund der unmittelbaren Verbindung der Vibrationserreger mit dem Vibrationsrahmen (5) und den darin eingesetzten und befestigten Formeinsatz (4) wird ein kürzestmöglicher Weg zwischen der Vibrationserregerquelle und dem zu verdichtenden Betongemenge (17) im Formeinsatz (4) unter Beachtung einer ausreichenden Biegesteifigkeit und der Möglichkeit des Formeinsatzwechsels bei Produktwechsel erreicht. Damit verbunden ist eine deutliche Reduzierung der bewegten Massen. Die geringeren Massen, die in Vibrationen zu versetzen sind haben zur Folge, dass bei gleichen zu erreichenden Werten der Bewegungsgrößen für eine ausreichende Formgebung und Verdichtung geringere Erregerkräfte erforderlich sind, was den Wirkungsgrad der Vorrichtung erhöht.
Die technische Lösung der Verspannung wurde aufgrund der geringeren erforderlichen Verspannkräfte wesentlich einfacher gestaltet.
Mit den insgesamt geringeren bewegten Massen und den deutlich geringeren Verspannkräften können geringere Taktzeiten erreicht werden, weil beispielsweise für hydraulische Aktoren kleinere Baugrößen mit geringerem Schluckvolumen anwendbar sind, die bei gleichem Hydraulik-Volumenstrom die Stellwege schneller durchfahren.
Die Vorteile der Lärmreduzierung bei der Anwendung der harmonischen Vibration sind bereits in den beschriebenen Lösungen zum Stand der Technik bekannt geworden. Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist eine weitere Reduzierung möglich, weil sich mit der Verringerung der bewegten Massen auch die wirksame Abstrahlfläche für den Lärm reduziert.

1: Auflasthubzylinder
2: Auflast
3: Auflastfeder
4: Formeinsatz
5: Vibrationsrahmen
6: Vibrationsrahmenfeder
7: Unterlagsbrett
8: Bretthub
9: Brettfeder
10: Bretthubzylinder
11: Vibrationserreger (Unwuchterregerpaar in Einfach-Wellenanordnung)
12: Vibrationserreger (Unwuchterregerpaar in Doppelwellen)
13: Vibrationserreger (Unwuchterregerpaar in 4-fach Wellenanordnung)
14: Vibrationserreger (Unwuchterregerpaar mit Verstellunwucht in Koaxial-Wellenanordnung)
15: Vibrationserreger (hydraulisch, pneumatisch, elektrisch, piezoelektrisch)
16: Klemmplatte
17: zu verdichtendes Gemenge
18: Maschinenrahmen
19: Hilfsschwingtisch
20: Vibrationssystem Hilfsschwingtisch
21: Steuerung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 20301954 [0005, 0013, 0051, 0053]
- WO 01/47698 A1 [0011]
- DE 68904376 T2 [0016]
- DE 19735268 [0038]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- Artikel „Steigerung der Produktqualität durch effiziente Verdichtung" von Berthold Schlecht und Alexander Neubauer, erschienen in der Zeitschrift „Betonwerk + Fertigteil-Technik", Ausgabe 9/2000, S. 44–52 [0004]
- G. Becker, ist in der Fachzeitschrift „Betonwerk + Fertigteil-Technik", Ausgabe 10/2007 „Leistungssteigerung und Lärmminderung mit harmonischer Vibration", S. 22–27 [0014]
- Fachzeitschrift „Betonwerk + Fertigteil-Technik", Ausgabe 10/2007, S. 22–27 [0053]

Claims

Vorrichtung zur Formgebung und Verdichtung von Gemengen, bevorzugt von Betongemengen in einer steifen bis sehr steifen Konsistenz für die Herstellung von Betonsteinen und Betonwaren mit Sofortentschalung und Nutzung von im Wesentlichen harmonischen Schwingungen, bestehend aus einem Formeinsatz (4) mit dem zu verdichtenden Gemenge (17), einem Vibrationserregersystem (11), einem Unterlagsbrett (7) und einer Auflastbaugruppe dadurch gekennzeichnet, dass der Formeinsatz (4) mit einem Vibrationsrahmen (5) ständig verbunden ist, der Vibrationsrahmen (5) ein Vibrationserregersystem trägt, das Unterlagsbrett (7) während der Vibrationsverdichtung an die Form gepresst wird und Vibrationsrahmen (5), Formeinsatz (4) und Unterlagsbrett (7) im Wesentlichen gleiche Schwingbewegungen ausführen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vibrationsrahmen (5) mit Vibrationserregersystem (11) über eine Vibrationsrahmenfeder (6) elastisch mit dem gestellfesten Maschinenrahmen (18) verbunden ist und bei Vibrationserregung als Teil des temporären Vibrationsverbandes frei schwingen kann.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Unterlagsbrett (7) von einer Bretthubbaugruppe, bestehend aus einem oder mehreren Bretthubzylindern (10) und dem Bretthub (8), während der Vibrationseinwirkung derart gegen die Unterseite des Formeinsatzes (4) gedrückt wird, dass die Formkammern des Formeinsatzes (4) vollständig geschlossen bleiben, dass keine Relativbewegung zwischen Formeinsatz (4) und Unterlagsbrett (7) möglich ist und dass durch die zwischen Unterlagsbrett (7) und Bretthub (8) befindlichen Brettfedern (9) eine zur Formbewegung synchrone Bewegung des Unterlagsbrettes möglich wird während die Bretthubbaugruppe in einer gestellfesten Position verbleibt.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Auflastbaugruppe, bestehend aus Auflast (2), Auflasthubzylinder (1) und einer oder mehreren Auflastfedern (3) mit einer solchen Kraft auf die Oberfläche des zu verdichtenden Gemenges (17) drückt, dass während der Vibrationseinwirkung kein Abheben der Auflast (2) von der Oberfläche des Gemenges (17) erfolgt und die Auflast (2) über die elastische Befestigung mit den Auflastfedern (3) den Bewegungen der Gemengeoberfläche folgt, während der Auflasthubzylinder (1) gestellfest mit dem Maschinenrahmen (18) verbunden in Ruhe verbleibt.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Formeinsatz (4) trennbar mit dem Vibrationsrahmen (5) verbunden ist.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass diese Verbindung durch keilförmig ausgebildete Klemmelemente (16) spielfrei ausgeführt ist.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Vibrationserregersystem aus 2 Unwuchtvibrationserregern oder drehstarr gekoppelten Unwuchtvibrationssträngen – als Unwuchterregerpaar in Einfach-Wellenanordnung (11) bezeichnet – besteht, deren Drehachsen parallel zueinander sind und die gegenläufig mit gleicher Drehzahl und spiegelsymmetrischer Phasenlage bezüglich der vertikalen Mittenebene der Form drehen.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Vibrationserregersystem aus 4 Unwuchtvibrationserregern oder drehstarr gekoppelten Unwuchtvibrationssträngen – als Unwuchterregerpaar in Doppelwellenanordnung (12) bezeichnet – besteht, deren Drehachsen parallel zueinander sind und die paarweise gegenläufig mit gleicher Drehzahl und spiegelsymmetrischer Phasenlage bezüglich der vertikalen Mittenebene der Form drehen.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Vibrationserregersystem aus 8 Unwuchtvibrationserregern oder drehstarr gekoppelten Unwuchtvibrationssträngen – als Unwuchterregerpaar in 4-Wellenanordnung (13) bezeichnet – besteht, deren Drehachsen parallel zueinander sind und die paarweise gegenläufig mit gleicher Drehzahl und spiegelsymmetrischer Phasenlage bezüglich der vertikalen Mittenebene der Form drehen.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Vibrationserregersystem aus 2 Unwuchtvibrationserregersystemen – als Unwuchterregerpaar mit Verstellunwucht in Koaxial-Wellenanordnung (14) bezeichnet – besteht, deren Drehachsen parallel zueinander sind und die gegenläufig mit gleicher Drehzahl und spiegelsymmetrischer Phasenlage bezüglich der vertikalen Mittenebene der Form drehen, wobei je Wellenachse 2 zueinander mit einem Winkel zwischen 0° und 180° um die gemeinsame Drehachse verdrehbare Unwuchten mit jeweils eigenem Antriebsmotor so zueinander angeordnet sind, dass ihre Masseschwerpunkte in einer Ebene liegen, die senkrecht zur Drehachse liegt.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Vibrationserregersystem aus 1 oder mehreren Vibrationserregern (15) mit hydraulischem, pneumatischem, elektrischem oder piezoelektrischem Wirkprinzip arbeiten und die an einer Seite gestellfest befestigt sind und an der zweiten Seite mit dem Vibrationsrahmen (5) verbunden sind und diesen in Schwingungen versetzen.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6 und einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Bretthubbaugruppe, bestehend aus einem oder mehreren Bretthubzylindern (10) und dem Bretthub (8), eine Hubbewegung ausführt, die vom Weg her mindestens so groß ist wie die Höhe des fertig verdichteten und entschalten Produktes.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6 und einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Vibrationsrahmen (5) und Formeinsatz (4) eine Hubbewegung ausführt, dessen Weg mindestens so groß ist wie die Höhe des fertig verdichteten und entschalten Produktes.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13 und einem der Ansprüche 7 bis 11 dadurch gekennzeichnet, dass am Unterlagsbrett (7) über einen Hilfsschwingtisch (19) mit Vibrationssystem Hilfsschwingtisch (20) zusätzliche Vibrationen eingebracht werden, die mit der Schwingungserregung am Vibrationsrahmen (5) mittels einer Steuerung (21) koordiniert sind.