DE2855324C2 - Verfahren zur Regelung der Wasserzugabe bei der Betonzubereitung und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

a) es wird eine vorgegebene relativ große Vorwassermenge zugegeben, wobei diese größer ist als die Vorwassermenge der Mustermischung,

b) es wird die Ist-Konsistenz der Betoncharge bestimmt,

c) 1. in der Tabelle werden vom Wert der Ist-Konsistenz benachbarte Betonkonsistenzwerte aufgesucht,

2. durch Interpolation wird aus diesen Betonkonsistenzwerten die der Ist-Konsistenz entsprechende Ist-Wassermenge ermittelt,

d) 1. in der Tabelle werden dem Wert der Soll-Konsistenz benachbarte Betonkonsistenzwerte aufgesucht,

2. durch Interpolation wird aus diesen Betonkonsistenzwerten die der Soll-Konsistenz entsprechende Gesamtwassermenge ermittelt,

e) durch Differenzbildung aus Gesamt-Wassermenge und Ist-Wassermenge wird die fehlende Rest-Wassermenge ermittelt und in einem Schub zugegeben.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für unterschiedliche Betonkonsistenzbereiche unterschiedliche Meßmethoden angewandt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß für sehr trockenen Beton und für Beton im Bereich K1 als Meßgröße der elektrische Widerstand des Mischgutes herangezogen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß für Beton ab dem Bereich K 2 und feuchter die Wirkleistung des Mischantriebes als Meßgröße herangezogen wird.

5. Vorrichtung zur Durchführun⁰ des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an einem Betonmischer (100)

a) ein Meßumformer (3) zur Messung der Wirkleistung des Mischerantriebs, und

b) Elektroden (4) zur Messung des elektrischen Widerstands des Mischgutes vorgesehen sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet

daß zur Linearisierung des Kurvenverlaufs der Ausgangssignale (Meßgrößen) des Meßumformers (3) und der Elektroden (4) je eine Aufbereitungsbaugruppe (7,8) vorgesehen ist

daß den Aufbereitungsbaugruppen (7,8) je ein Analog-Digital-Wandler (9, 10) nachgeschaltet ist
daß ein Drehzahlgeber (13) vorgesehen ist der den Mittelwertrechnern (11,12) zur synchronen Mittelwertbildung die Mischerdrehzahl zuführt '
daß beide Mittelwertrechner (11, 12) an einem Systembus (14) angeschlossen sind, über den ein Mikroprozessor (15) den Funktionsablauf der Vorrichtung bis zur Zudosierung der für das Erreichen der vorgegebenen Konsistenz erforderlichen Wassermenge steuert und

daß an den Systembus (14) zur Speicherung der Erfahrungswerte ein Tabellenspeicher (16), zur direkten Anzeige von Meßwerten und sonstigen Verfahrensdaten eine Anzeigeeinrichtung (17), zur Dateneingabe eine Eingabeeinrichtung (18), zur Steuerung eines Wassermagnetventils (5) in der Wasserleitung (23) sowie zur Ausgabe der Meldung (22) über die erreichte Konsistenz eine Ausgangsbaugruppe (19) und zur Messung der dosierten Wassermenge über einen Wasserzähler (6) sowie zur Entgegennahme des Stertbefehls (21) zum Start der Vorrichtung eine Eingangsbaugruppe (20) angeschlossen sind.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung der Wasserzugabe bei der chargenweisen Betonzubereitung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei der Betonzubereitung ist der Wasseranteil von wesentlicher Bedeutung. Der Wasser-Zement-Faktor bestimmt einerseits die Endfestigkeit des Betons, und zum anderen ist es erforderlich, die jeweils vorgeschriebene Konsistenz des Betons genau einzuhalten, damit dieser wirtschaftlich verarbeitet werden kann. Erschwert wird die Regelung der Wasserzugabe durch den Eigenfeuchteanteil der in die Mischung eingebrachten Zuschlagstoffe, der ständig variiert. Dem Mischgut muß also entsprechend mehr oder weniger Wasser zugegeben werden, damit eine bstimmte Konsistenz erreicht wird.
Unter Konsistenz versteht man allgemein ein Maß für die Steife und damit für die Verarbeitbarkeit des Frischbetons. Ausgehend von sehr trockenem Beton unterscheidet man daran anschließend nach DIN 1045 grundsätzlich drei Konsistenzbereiche.

K 1 — steifer Beton: Beton dieser Konsistenz ist beim Schütten lose. Der Feinmörtel im Beton ist ewas nasser als erdfeucht. Durch kräftiges Klatschen mit der Kelle läßt sich ein an der Oberfläche geschlossenes, feucht glänzendes Gefüge erzielen.

K 2 — plastischer Beton: Dieser Beton ist beim S^hijtti^n cpnr\llior Km κποηη 7ijQflmmpnh3n(Tpnn sein Feinmörtel ist weich. Beton der Konsistenz K 2 wird in der Regel durch Rütteln verdichtet.
K 3 — weicher Beton: Beton dieser Konsistenz ist beim Schütten schwach fließend. Sein Feinmörtcl ist flüssig. Größere Verdichtungsarbeit erübrigt sich; Stochern und/oder leichtes Rütteln ist in der Regel zweckmäßig.

Ein Verfahren der gattungsgemäßen Art ist in der DE-Z »Die Bauwirtschaft«, Heft 17, 28.4.1962, Sei- ;e429 beschrieben. Danach ist ein Wasserdosiergerät für die Betönzubereitung bekannt bei dem nach Messung bzw. Bstimmung der Eigenfeuchte der Zuschlagstoffe eine sogenannte Mustermischung angemacht wird. Ist der erwünschte Wasser-Zemen;faktor erreicht so wird für folgende Mischungen gleichen Wasser-Zementfaktors ein Handrad eingestellt das jeweils gleichbleibende Betonqualität garantieren soll. Bei dem Lekannten »Hy«jrobot«-Gerät wird zwar die Reproduzierbarkeit einer Produktionsfolge gleichbleibender Mischungen gewährleistet jedoch ist die Zeitspanne bis zum Erreichen der Endkonsistenz relativ groß, weil diese Endkonsistenz erst über wechselweises »Messen« und kontinuierliches »Wasserdosieren« erreicht wird.

Aus der DE-OS 23 39 864 ist ein Verfahren für die Bemessung des Zugabewassers beim maschinellen Mischen von Beton bekannt, bei dem — offenbar über Mustermischungen — die Abhängigkeiten zwischen bestimmten Mischerleistungswerten und Restwassermengen zur Erzielung definierter Konsistenzwerte aufgenommen werden. Folgemischungen werden hierbei stets so zugemischt daß der fixierte Mischerleistungswcrt angefahren und dann die Zugabe der vorbestimmten Restwassermenge ausgelöst wird. Diese Vorgehensweise bedingt einen relativ hohen Zeitbedarf beim Anfahren der fixierten Mischerleistungswerte.

Den bekannten Regelverfahren haftet der Nachteil an, daß sie zum Erreichen der Scllkonsistenz relativ lange Zeit benötigen. Da während dieser Zeit das Mischgut im Mischer ständig gemischt wird, ergibt sich ein erhöhter Verschleiß des Mischwerkes und des Mischtroges, sowie ein größerer Energiebedarf auf eine verringerte Mischleistung der gesamten Mischanlage. Zum Leistungsausgleich werden deshalb oftmals größere Mischer eingesetzt, als dies der geforderten Mischleislung entsprechend eigentlich erforderlich wäre. Dies wiederum hat erhöhte Anschaffungskosten bei verringertem Nutzungsgrad zur Folge.

Aus diesen Erkenntnissen ergibt sich die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe. Sie besteht darin, ein Verfahren zur Regelung der Wasserzugabe bei der Betonzubereitung zu schaffen, das bei gleichbleibender Qualität des Betons eine wesentlich kürzere Mischzeit erfordert.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Gattung durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Verfahrensschritte gelöst.

Die besonderen Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens liegen darin, daß in gegenüber dem Stand der Technik relativ kurzer Zeit unter Berücksichtigung des Eigenfeuchteanteils der Zuschlagstoffe, eine Regelung der Wasserzugabe bei der Betonzubereitung durchgeführt werden kann. Durch die Speicherung und spätere Nutzung von Erfahrungswerten läßt sich für die zur Verarbeitung kommenden Betonrezepte und Mischgutmengen bei gleichen Mischchargen die jeweils erforderliche Rest-Wassermenge (nach Zugabe einer Vorvvasscrrrisr.gs iip.d Einhaltung einer Mischzeit} sofort berechnen und auf einmal zugeben. Dadurch wird eine erhebliche Verkürzung der Mischzeit mit allen positiven Folgen, wie verringerter Energiebedarf, verminderter Verschleiß und erhöhte Mischerleistung erzielt.

Weitere Ausgestaltungen des Verfahrens nach Patentanspruch 1 sind Gegenstand der Unteransprüche 2

Eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens ist in den Ansprüchen 5 und 6 angegeben.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Diagramm einer Konsistenz-Vergleichsmessung über den elektrischen Widerstand des Mischgutes und über die Wirkleistung des Mischerantriebes,

Fig.2 ein Blockschaltbild mit den einzelnen Funktionseinheiten der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

F i g. 3 das Diagramm eines Konsistenzregelvorganges zur Ermittlung von Erfahrungswerten bei einer Mustermischung,

Fig.4 das Diagramm eines Konsistenzregelvorganges zur Ermittlung der Wasserwerte für Folgemischungen uater Verwendung der entsprechend F i g. 3 gewonnenen Erfahrungswerte.

In F i g. 1 sind über dem Wasseranteil, der zugleich die Konsistenz bestimmt als Kurve A die Meßwerte für den elektrischen Widerstand des Mischgutes und als Kurve ßdie Meßwerte für die Wirkleistung des Mischerantriebes aufgetragen.

Aus dem Verlauf beider Kurven A und B ist zu ersehen, daß die Abhängigkeit der Meßwerte von der Konsistenz nicht gleichmäßig und vor allem nicht linear verläuft, sondern daß die Meßwertänderungen pro Konsistenzänderung anfänglich relativ groß sind, mit zunehmender Wasserzugabe jedoch bedeutend kleiner werden. Der elektrische Widerstand des Meßgutes (Kurve A) fällt dabei mit Beginn der Wasserzugabe sofort stark ab, reagiert beim Übergang von der Konsistenz K 1 in K 2 und weiter auf eine fortgesetzte Wasserzugabe jedoch nur noch unmerklich.

Dabei zeigt die Leistungsaufnahme des Mischerantriebes (Kurve B) anfänglich keine Reaktion auf eine Wasserzugabe in das Mischgut. Hier fällt der Meßwert erst dann stark ab, wenn die Konsistenz des Mischguts vom Bereich K 1 in den Bereich K 2 übergeht. Dies bedeutet, daß die Leistungsänderung je Konsistenzänderung sehr groß ist, bei weiterer Wasserzugabe aber zunehmend kleiner wird.

Alles in allem ist mit dieser Vergleichsmessung bewiesen, daß durch die bisher übliche Anwendung eines der beiden Meßprinzipien der gesamte, bei der Betonzubereitung zu beherrschende Konsistenzbereich nicht befriedigend abgedeckt werden kann. Dies ist darüber hinaus weiterhin deshalb schwierig, weil die sich ergebenden Meßwerte noch von starken Schwankungen überlagert sind, die periodisch in Abhängigkeit von der Drehzahl des Mischwerkes auftreten. Diese Meßwertschwankungen führen u. U. auch zu großen Toleranzen (vgl. Fig. 1: ToL), die eine automatische Konsistenzregelung weiter nachteilig beeinflussen.

Diese Nachteile werden durch das erfindungsgemäße Verfahren auf der Grundlage der Vorrichtung entsprechend F i g. 2 beseitigt.

Durch einen Motor (Mischerantrieb 1) wird ein Mischwerk 2 eines Betonmischers 100 angetrieben. An den Mischerantrieb 1 ist zur Messung ssiner Wirkleistung ein Meßumformer 3 angeschlossen. Am Mischer 100 hefindet sich ferner eine oder mehrere Meßelektroden 4 zur Messung des elektrischen Widerstands des Mischgutes.

Ein» Auswahl der Meßmethode (entweder über die Wirkleistung oder die Meßelektroden 4) erfolgt über eine Eingabeeinrichtung 18 bei der Rezeptvorwahl entsprechend einer gewünschten Konsistenz des Betons. Im Konsistenzbereich K 1 wird der elektrische Wider-

stand des Mischgutes gemessen; vom Beginn des Konsistenzbereiches K 2 an wird die Wirkleistung des Mischwerkaniriebes gemessen. Die Meßwerte der Wirkleistung bzw. der Meßelektroden 4 werden über Aufbereitungsbaugruppen 7,8 aufbereitet und linearisiert, damit über den gesamten Regelbereich eine gute Ablese- und Regelgenauigkeit möglich ist und die Meßwertänderung je Konsistenzänderung weitgehend konstant gehalten wird.

Die in Form analoger Spannungen vorliegenden Meßwerte werden zur weiteren Verarbeitung in Analog-Digitalwandlern 9, 10 digitalisiert. Die digitalen Meßwert, die synchron zur Mischwerksdrehzahl noch von hohen Schwankungen überlagert sind, werden Mittelwert-Rechnern 11, 12 zugeführt. Diesen wird außerdem die Mischerdrehzahl über einen Drehzahlgeber 13 zugeleitet, so daß die Mittelwert-Rechner 11, 12 synchron zur Drehzahl des Mischwerkes 2 jeweils über eine Meßperiode (Mischwerksumdrehung) einen Mittelwert errechnen und augenblickliche Extremwerte des Meßwertes eliminieren.

Dieser Vorgang wird, wie die gesamten weiteren Funktionen der Vorrichtung, von einem Mikroprozessor 15 gesteuert. Die Verbindung der einzelnen Funktionsgruppen erfolgt über einen Systembus 14.

Über die Eingabeeinrichtung 18 wird durch eine Kennziffer aus einer Vielzahl von Rezepten ein bestimmtes Rezept, dazu die Mischgutmenge sowie das Meßprinzip vorgewählt. Mittels einer Anzeigeeinrichtung 17 können alle Prozeßdaten direkt abgelesen werden.

Wenn sich das gesamte Mischgut im Mischer 100 befindet, wird die Regelvorrichtung mit einem Startbefehl

21 über eine Eingangsbaugruppe 20 gestartet.

Über diese Eingangsbaugruppe 20 werden der Vorrichtung auch Zählimpulse eines Wasserzählers 6 zur Messung der dosierten Wassermengen zugeführt.

Die Wasserzufuhr wird über eine Ausgangsbaugruppe 19 und ein Magnetventil 5 gesteuert

Nach beendetem Regelvorgang erfolgt eine Meldung

22 an den übrigen Steuerungsteil »Konsistenz erreicht«. Die bei einer Erstmischung für ein Rezept mit einer

bestimmten Mischgutmenge gewonnenen Erfahrungswerte werden in einem Tabellenspeicher 16 gespeichert und stehen dort zur Nutzung für alle weiteren gleichen Mischungen zur Verfügung.

In F i g. 3 ist d-s Diagramm eines Konsistenzregelvorganges zur Ermittlung von Erfahrungswerten bei einer Mustermischung dargestellt.

In diesem Falle handelt es sich also um ein Rezept und um eine Mischgutmenge, für die der Mikroprozessor 15 automatisch erkennt, daß im Tabellenspeicher 16 noch keine Erfahrungswerte von früheren, gleichen Mischungen gespeichert sind. Deshalb wird automatisch zuerst eine um den Wasseranteil bei höchstmöglicher Feuchte der Zuschlagstoffe reduzierte Vorwassermenge 1 dem Mischgut zugegeben und anschließend eine vorgewählte Mischzeit M\ eingehalten. Nach Ablauf dieser Mischzeit M1 werden der augenblickliche Konsistenzmeßwert und die zugegebene Wassermenge automatisch als Erfahrungswert in den Tabellenspeicher 16 eingespeichert. Danach wird vom Mikroprozessor 15 entschieden, ob der vorgewählte Konsistenzsollwert KS etwa schon erreicht oder unterschritten ist. In F i g. 3 ist dies nicht der Fall. Deshalb wird dem Mischgut eine vorgewählte Wassermenge II zugegeben und eine reduzierte Mischzeit M 2 eingehalten. Nach Ablauf dieser Mischzeit werden wiederum der augenblickliche Konsistenzmeßwert und die bisher zugegebene Wassermenge (Wasser-Istwert) als weitere Erfahrungswerte in den Tabellenspeicher eingespeichert. Danach wird wieder entschieden, ob der vorgewählte Konsistenzsollwert KS mittlerweile erreicht oder unterschritten wurde. In F i g. 3 ist dies nicht der Fall. Dieser Vorgang wird fortgesetzt, mit Wasserzugaben H-A" und Mischzeiten M2 bis M10, bis nach Ablauf der Mischzeit M10 der Konsistenzsollwert KSerreicht ist.

In F i g. 4 ist das Diagramm eines Konsistenzregelvorganges unter Verwendung früher entsprechend F i g. 3 gewonnener Erfahrungswerte dargestellt.

Es wird angenommen, daß eine Mischgutmenge nach gleichem Betonrezept wie in F i g. 3 hergestellt werden soll. Dies geschieht dann unter Verwendung der im Tabellenspeicher 16 vorhandenen Erfahrungswerte aus dem Mischvorgang entsprechend F i g. 3. Zu Beginn des neuen Regelvorganges wird dem Mischgut sofort eine unreduzierte, d. h. größere Vorwasssermenge Γ zugegeben und die Mischzeit M1 eingehalten.

Danach wird automatisch mit Hilfe der Erfahrungswerte im Tabellenspeicher 16 die gesamte Restwassermenge WR berechnet, die noch erforderlich ist, um ausgehend vom augenblicklichen Konsistenzmeßwert, den vorgewählten Konsistenzsollwert KSzu erreichen.

Zur Berechnung der Restwassermenge WR wird im Tabellenspeicher 16 ein Konsistenzwert ausgesucht, der höher liegt als der augenblicklich festgestellte Konsistenzmeßwert und ein weiterer Konsistenzwert, der niedriger liegt als der augenblicklich festgestellte Konsistenzmeßwert Aus den beiden benachbarten Konsistenzwerten und deren zugehörigen Wasserwerten wird durch Interpolation ein dem augenblicklich festgestellten Konsistenzwert entsprechender Wasserwert ermittelt. Das gleiche wird für den vorgewählten Konsistenzsollwert durchgeführt. Die Differenz zwischen dem dem Konsistenz-Istwert entsprechenden Wasserwert und dem dem Konsistenz-Sollwert entsprechenden Wasserwert stellt die noch zuzugebende Wassermenge WR dar.

Die so errechnete Restwassermenge WR wird dem Mischgut zugegeben und danach wieder eine Mischzeit M1 eingehalten, nach deren Ablauf der Konsistenzsollwert KS erreicht ist

Die gesamte Zeit, die für den Regelvorgang vom Beginn der Mischung bis zur Erreichung des Konsistcnzsollwertes KS benötigt wurde, konnte unter Nutzung der gespeicherten Erfahrungswerte wesentlich, im vorliegenden Falle um ca. 50%, verkürzt werden. Ein zcilraubender Regelvorgang zum Erreichen des gewünschten Konsistenzsollwertes KS war dabei nicht erforderlich.

Ein erneuter Regelvorgang zur Ermittlung von Erfahrungswerten ist bei gleicher Betonrezeptur und Mischgutmenge nur erforderlich, wenn der Konsistenzsollwert KS so verändert wird, daß hierfür keine Erfahrungswerte gespeichert sind.

Dies sind jedoch Ausnahmefälle. In der Regel kann nach der Ermittlung und Speicherung von Erfahrungswerten aufgrund dieser Werte die erforderliche Wassermenge nach Zugabe einer Vorwassermenge und Einhaltung einer Mischzeit sofort berechnet, einmalig zugegeben und so unter wesentlich verkürzter Zeitdauer die gewünschte Betonkonsistenz erreicht werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Regelung der Wasserzugabe bei der chargenweisen Betonzubereitung unter Anwendung des Prinzips der indirekten Konsistenzmessung, bei dem zunächst eine Mustermischung und anschließend alle weiteren Betonchargen unter Berücksichtigung des Ergebnisses der Mustermischung zubereitet werden, dadurch gekennzeichnet,

daß bei der Zubereitung der Mustermischung eine um die höchstmögliche Eigenfeuchte der Zuschlagstoffe verringerte Vorwassermenge und mehrere relativ kleine Wassermengen zugegeben werden, bis eine bestimmte relativ feuchte Betonkonsistenz erreicht ist (F i g. 3), wobei die jeweils nach Zugabe der einzelnen Wassermengen erreichten Betonkonsistenzwerte (Zwischenwerte) und die entsprechenden absoluten Wassermengen registriert und in einer Tabelle abgespeichert werden, und
daß alle weiteren Betonchargen wie folgt zubereitet werden (F ig. 4):