WO2025003217A1 - Verfahren zum betreiben eines betonpumpensystems, betonpumpensystem, computerprogrammprodukt - Google Patents

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WO2025003217A1
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liquid
concrete pump
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Jens HÄFNER
Benedikt STREBLE
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Putzmeister Engineering GmbH
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    • B28C5/4234—Charge or discharge systems therefor
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
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    • E04G21/00—Preparing, conveying, or working-up building materials or building elements in situ; Other devices or measures for constructional work
    • E04G21/02—Conveying or working-up concrete or similar masses able to be heaped or cast
    • E04G21/04—Devices for both conveying and distributing
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    • E04G21/04—Devices for both conveying and distributing
    • E04G21/0418—Devices for both conveying and distributing with distribution hose
    • E04G21/0436—Devices for both conveying and distributing with distribution hose on a mobile support, e.g. truck

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a concrete pumping system, a concrete pumping system and a computer program product.
  • the application area of concrete pumps is increasingly extending to the production of concrete structures using 3D printing, i.e. without the shape of the concrete structure being predetermined by formwork.
  • the liquid concrete is pumped in such a way that it emerges in the form of a strand with a predetermined cross-section at the outlet end of a delivery line.
  • the liquid concrete has a consistency such that the cross-section of the strand is retained when the strand is placed on a surface.
  • Liquid concrete that meets these requirements has a lower flowability than conventional liquid concrete.
  • liquid concrete is introduced from a liquid concrete supply into a pre-filling container of the concrete pump.
  • the liquid concrete is sucked out of the pre-filling container using a pumping device and conveyed along a conveying line so that the liquid concrete exits at a distal end of the conveying line.
  • the concrete pump is equipped with a control unit.
  • the control unit is supplied with a measured value via a state variable of the concrete pump.
  • the measured value is processed in the control unit in order to generate a control signal on the basis of which the volume flow of the liquid concrete passing from the liquid concrete supply into the pre-filling container is adjusted.
  • the instruction to the operator of the liquid concrete supply can essentially be limited to always adding enough liquid concrete to ensure that the pre-filling tank is well filled.
  • a high level of tolerance can be granted for the implementation of this instruction without affecting the operation of the concrete pump.
  • the invention has recognized that it is helpful for less flowable liquid concrete, such as that used in 3D printing applications, to feed liquid concrete to the pre-filling container.
  • the invention proposes processing a measured value via a state variable of the concrete pump in order to adjust the volume flow of liquid concrete entering the pre-filling container. By processing the measured value for the purpose of generating a control signal and by varying the amount of liquid concrete that is fed to the pre-filling container depending on the control signal, the volume flow can be adjusted at any time to suit the operating state of the concrete pump.
  • the concrete pump and the liquid concrete supply are separate units.
  • the concrete pump can be a component of a concrete pump vehicle and the liquid concrete supply can be arranged on a separate concrete mixer vehicle.
  • integrated devices such as those known from DE 10 2008 017 123 A1
  • the liquid concrete supply and the concrete pump form a unit within a common vehicle
  • the invention has recognized that a measured value via a state variable of the concrete pump can nevertheless be used sensibly to improve the interaction between the components of the system according to the invention.
  • the concrete pump system can comprise a first operating state in which the concrete pump conveys liquid concrete along the conveying line and in which liquid concrete passes from the liquid concrete supply to the pre-filling tank of the concrete pump.
  • the concrete pump system can comprise a second operating state in which the concrete pump and the liquid concrete supply are spatially separated from one another in such a way that no liquid concrete can flow from the Liquid concrete supply can flow into the pre-filling tank.
  • the concrete pump can be out of operation so that no liquid concrete is conveyed along the delivery line.
  • the measured value can represent the fill level of the pre-filling container.
  • the fill level of the pre-filling container can be measured directly using a fill level sensor. It is also possible to determine the fill level from other variables. For example, information about the fill level of the pre-filling container can be derived from a weight measurement. Alternatively, the fill level of the pre-filling container could be determined from the ratio between the amount fed to the pre-filling container and the amount pumped by the concrete pump.
  • a signaling device is actuated with the control signal.
  • the signaling device can be switched between different signal states with the control signal.
  • the signaling device can be designed to emit a signal that can be perceived by a person. It can be an optical signal or an acoustic signal, for example.
  • the method can be carried out in such a way that an operator changes the volume flow of liquid concrete that is fed to the pre-filling container based on the signal perceived by him.
  • the signaling device can comprise a first signal state according to which the volume flow is kept unchanged.
  • the signaling device can comprise a second signal state according to which the volume flow is reduced.
  • the signaling device can comprise a third signal state, according to which the volume flow is increased.
  • a fourth signal state can correspond to a strong reduction in the volume flow and a fifth signal state can correspond to a strong increase in the volume flow.
  • control signal can be used to control a dosing device for the liquid concrete supply.
  • the dosing device can be designed to adjust the volume flow of the liquid concrete passing from the liquid concrete supply into the pre-filling container.
  • the control signal can be sent to the dosing device so that the state of the dosing device is changed by the control signal.
  • the dosing device can form an actuator of a closed control loop with which the fill level of the pre-filling container is regulated to a setpoint.
  • the dosing device can be an integral part of the system component used to provide the liquid concrete supply.
  • the dosing device can be a mixer motor used to dispense the liquid concrete from a storage container of the truck mixer.
  • the concrete pump and the system component that provides the liquid concrete supply are often units that are technically and organizationally separate from each other. It is therefore not always easy to create a suitable interface between the concrete pump and the relevant system component.
  • a a buffer device can be arranged between a storage tank filled with liquid concrete and the pre-fill tank of the concrete pump.
  • the buffer device can be designed such that it is only coupled to the storage container when required.
  • the buffer device can then be used optionally with different storage containers, for example different truck mixers.
  • the buffer device can be designed to provide a liquid concrete supply with which the pre-filling container is fed.
  • the dosing device can be designed to adjust the volume flow of the liquid concrete flowing from the buffer device into the pre-filling container.
  • a direct interface between the concrete pump and the storage container from which the buffer device is fed can then be dispensed with. It is only necessary to position the buffer device appropriately in relation to the storage container so that the liquid concrete can flow from the liquid concrete supply to the buffer device.
  • the buffer device can be mechanically coupled to the storage container for this purpose.
  • the buffer device can be designed as a chute.
  • the chute can have a support surface which supports the liquid concrete coming from the liquid concrete supply.
  • the support surface can be inclined so that the liquid concrete moves under the influence of gravity from an inlet end to an outlet end of the chute.
  • the outlet end of the chute can be arranged above the pre-filling container so that liquid concrete emerging from the chute can be fed into the pre-filling container.
  • the dosing device can be arranged at the outlet end of the chute.
  • the chute can be designed, for example, as a channel or as a pipe.
  • the volume flow that flows from the liquid concrete storage container into the buffer device can be adjusted depending on the fill level of the buffer device.
  • the buffer device can be equipped with a fill level sensor.
  • the measured value of the fill level sensor can be processed to generate a second control signal.
  • the volume flow of liquid concrete that flows from the liquid concrete storage container to the buffer device can be varied depending on the second control signal.
  • the second control signal can be used to control a signaling device with which an operator can adjust the volume flow flowing to the buffer device.
  • the storage container filled with liquid concrete to comprise a second dosing device with which the volume flow flowing to the buffer device can be adjusted.
  • the second dosing device can be controlled with the second control signal. No manual intervention is then required to ensure that the buffer device is always well filled with liquid concrete.
  • the concrete pump can be designed to produce concrete structures by means of 3D printing.
  • a metering pump can be arranged in the delivery line of the concrete pump.
  • An outlet end of the delivery line can be designed as a pressure head.
  • the pressure head can be designed in such a way that the liquid concrete emerges from the pressure head as a strand with a predetermined cross-section.
  • the metering pump can be set up in such a way that a uniform volume flow of liquid concrete passes through the pressure head.
  • the concrete pump can include a positioning system with which the pressure head can be moved along predetermined paths.
  • a dosing pump arranged in the delivery line is often designed in such a way that only grains of a limited size can pass through. It is therefore advantageous if liquid concrete with a small grain size is used.
  • the liquid concrete fed to the pre-filling container can be sieved in order to filter out unacceptably large grains or foreign bodies from the liquid concrete.
  • the liquid concrete is sieved before entering the pre-filling container.
  • the pre-filling container can have an upper edge which is designed in such a way that a sieve can be placed on the edge.
  • the sieve can be vibrated while the liquid concrete passes through the sieve.
  • the concrete pump can comprise a vibrating drive which drives the movement of the sieve.
  • the control unit of the concrete pump can be designed to control the interaction of the components when carrying out the method according to the invention.
  • the control unit can be designed to determine the first control signal, based on which the volume flow of liquid concrete passing from the liquid concrete supply into the pre-filling container is set.
  • the control unit can process measured values that represent the fill level of the pre-filling container.
  • control unit can process status data of the pumping device.
  • the status data can relate to the volume flow conveyed by the pumping device and/or to the pressure with which the liquid concrete is conveyed into the delivery line.
  • the current The operating condition of the pumping device is one of the parameters on which it depends how much liquid concrete should be fed into the pre-filling tank.
  • control unit can process flow data from a current or upcoming 3D printing process.
  • a print head arranged at a distal end of the delivery line is moved in such a way that the emerging strand of liquid concrete is deposited in predetermined positions so that the desired concrete structure is built up from the concrete layers according to a predetermined plan.
  • the associated flow data contains information about how much liquid concrete will be needed in the near future. This information is useful because a certain amount of time passes before the liquid concrete flowing from the liquid concrete supply into the pre-filling container reaches the delivery line.
  • the first control signal can, for example, be designed so that the pre-filling container is almost empty when the 3D printing process is finished.
  • the control unit can additionally or alternatively be designed to generate the second control signal, on the basis of which the volume flow passing from the storage container into the buffer device is set.
  • the control unit can process measured values that represent the fill level of the pre-fill container, process measured values that represent the fill level of the buffer device, process status data of the pumping device of the concrete pump and/or process sequence data of a current or upcoming 3D printing process.
  • the control unit can be designed to process a target value for the fill level of the pre-filling container in order to generate the control signal on the basis of which the volume flow of the liquid concrete passing from the liquid concrete supply into the pre-filling container is set.
  • the control unit can carry out a comparison between an actual value of the fill level and the target value and derive the control signal on the basis of which the volume flow entering the pre-filling container is set from the difference between the actual value and the target value.
  • the setpoint for the level may be a constant setpoint that remains unchanged during a 3D printing operation.
  • the setpoint may remain unchanged while a concrete layer of a 3D printing operation is being produced.
  • Creating a concrete layer is the process of adding a continuous line of liquid concrete emerging from the conveyor line to the concrete structure being produced.
  • An essential finding of the invention is that it can be advantageous if the setpoint value for the fill level of the pre-filling container is varied within a period of time within which a single concrete layer of a 3D printing process is produced. It has been found that if the setpoint value for the fill level remains unchanged, there is a risk that parts of the liquid concrete will assume a static state and will not be included in the flow of the volume flow coming from the liquid concrete supply into the pumping device. This can particularly be the parts of the liquid concrete that are located in an upper section of the pre-filling container and close to the edge of the pre-filling container. If the fill level of the pre-filling container is lowered, a depression forms in the middle of the pre-filling container into which the
  • Liquid concrete slides from the edge. This prevents Components of the liquid concrete remain in the pre-filling container for too long.
  • the method can be carried out in such a way that, during the production of an individual concrete layer of a 3D printing process, a first target value for the fill level and a different second target value for the fill level are specified.
  • the first target value can be higher than the second target value.
  • the first target value can be applied at the beginning of a printing process.
  • the second target value can be applied for a middle phase of a printing process.
  • the volume flow passing from the liquid concrete supply into the pre-filling container can be set such that it is smaller than the volume flow sucked out of the pre-filling container by the pump device.
  • the first target value can be at least 10%, preferably at least 20%, more preferably at least 50% higher than the second target value.
  • a third setpoint can be specified which is higher than the second setpoint, whereby the ratio can be the same as that specified for the first setpoint.
  • the third setpoint can be applied subsequently to the second setpoint. After a change from the second setpoint to the third setpoint, the volume flow passing from the liquid concrete supply into the pre-filling tank can be adjusted so that it is greater than the volume flow sucked in from the pre-filling tank by the pumping device.
  • the method can be carried out in such a way that during the production of a single concrete layer of a 3D printing process, the filling level of the pre-filling container is initially high according to a first setpoint, then a second set point to a lower value and then rises again to a higher value according to a third set point.
  • a sequence involving a change between a higher fill level and a lower fill level can be repeated once or several times during a single printing operation.
  • the fill level of the pre-fill tank may be low. It is easier to keep the liquid concrete remaining in the pre-fill tank moving during a printing break if the amount of liquid concrete is small.
  • the information about when a printing process will end can be provided to the control unit from the 3D printing process's execution data.
  • the liquid concrete supply can be arranged in a storage container that is part of a truck mixer.
  • a truck mixer is a truck that is loaded with liquid concrete.
  • the truck mixer can be equipped with a drive element with which the volume flow of the liquid concrete coming out of the liquid concrete supply can be adjusted.
  • the liquid concrete supply can be arranged in a stationary storage container, such as a silo. The liquid concrete that flows from the storage container into the pre-filling container can fall into the pre-filling container under the influence of gravity.
  • the invention also relates to a concrete pump system with a concrete pump and a liquid concrete supply.
  • liquid concrete is introduced from the liquid concrete supply into a pre-filling container of the concrete pump.
  • the concrete pump comprises a pumping device for sucking liquid concrete from the pre-filling container and conveying it along a conveying line so that the liquid concrete exits at a distal end of the conveying line.
  • the concrete pump is provided with a control unit, wherein the control unit is designed to process a measured value via a state variable of the concrete pump in order to generate a control signal by means of which the volume flow of the liquid concrete passing from the liquid concrete supply into the pre-filling container is adjusted.
  • the disclosure includes further developments of the method with features that are described in connection with the concrete pump system according to the invention.
  • the disclosure includes further developments of the concrete pump system with features that are described in connection with the method according to the invention.
  • the invention also relates to a computer program product or a set of computer program products comprising program parts which, when loaded into a computer or into interconnected computers connected to a device according to the invention, are designed to carry out the method according to the invention.
  • Fig. 1 a concrete pump vehicle with a boom arm in the folded state
  • Fig. 2 the concrete pump vehicle from Fig. 1 with the boom arm unfolded;
  • Fig. 3 a schematic representation of components of a concrete pump according to the invention
  • Fig. 4 Elements from Fig. 3 in greater detail
  • Fig. 5 a truck mixer of a concrete pump system according to the invention
  • Fig. 6 a schematic representation of the functioning of a concrete pump system according to the invention
  • Fig . 7 a representation of the time course of the
  • Fig. 8 the view according to Fig. 6 in an alternative
  • Fig. 9 Components of a concrete pump according to the invention
  • Fig. 10, 11 the view according to Fig. 6 in an alternative embodiment of the invention.
  • a truck 14 shown in Fig. 1 forms a concrete pump system according to the invention together with a truck mixer 40 shown in Fig. 5.
  • the truck mixer 40 carries a storage container 41 on its loading area, which can be set in rotation by a mixer motor 42.
  • the storage container 41 is filled with liquid concrete and, in one embodiment, forms a liquid concrete supply in the sense of the invention. By varying the direction of rotation and the rotational speed of the storage container 41, the volume flow of liquid concrete that exits the storage container 41 via a discharge channel 33 can be adjusted.
  • the truck mixer 40 and the truck 14 are positioned relative to each other in such a way that the liquid concrete is filled from the discharge chute 33 of the truck mixer 40 into a pre-filling container 16 of the truck 14.
  • the discharge chute 33 is arranged above the pre-filling container 16 so that the liquid concrete falls from the discharge chute 33 into the pre-filling container 16 under the influence of gravity.
  • a sieve 35 rests on the upper edge 34 of the pre-filling container 16, which is equipped with a vibrating drive 38. The liquid concrete falling from the discharge chute 33 hits the sieve 35 and passes through the sieve 35, while impermissibly large grain sizes or foreign bodies are sieved out.
  • the sieve 35 is designed in such a way that only grain sizes for which the metering pump 36 is suitable can pass through.
  • the sieve can be designed in such a way that only grains up to a size of 8 can pass through.
  • the liquid concrete in the pre-fill container 16 is therefore less coarse-grained than conventional liquid concrete, which can, for example, contain grains up to a size of 32.
  • the truck 14 is equipped with a concrete pump 15 which conveys liquid concrete from the pre-fill container 16 through a conveying line 17.
  • the conveying line 17 extends along a boom arm 18 which is rotatably mounted on a slewing ring 19.
  • the boom arm 18 comprises three boom arm segments 20, 21, 22 which are connected to one another in an articulated manner. By pivoting the boom arm segments 20, 21, 22 relative to one another via the joints, the boom arm 18 can be moved between a folded state (Fig. 1) and an unfolded state (Fig. 2).
  • the conveying line 17 extends beyond the distal end of the third boom arm segment 22 so that the liquid concrete can be applied in an area remote from the concrete pump 15.
  • the concrete pump 15 is designed for 3D printing so that a mold can be built directly with the concrete emerging from the delivery line 17 without the need for formwork.
  • the concrete pump 15 comprises, as shown in Fig. 3, a metering pump 36 with which the liquid concrete is conveyed so that it emerges from the delivery line 17 as a continuous strand.
  • the distal end of the delivery line 17 is formed by a print head 37 from which the strand emerges with a predetermined cross-sectional profile. With a point (not shown), positioning system, the print head 37 can be moved along predetermined paths in order to lay down the strand as a concrete layer along a route predetermined by a plan.
  • the concrete pump 15 comprises a pumping device 29 which is designed as a double-piston pump.
  • the pumping device 29 comprises a first delivery cylinder and a second delivery cylinder 32 which suck in liquid concrete from the pre-fill container 16 in an alternating cycle and deliver it along the delivery line 17.
  • the pumping device 29 is equipped with an S-pipe 30 which, in a first switching state, establishes a connection between the first delivery cylinder and an inlet of the delivery line 17 and which, in a second switching state, establishes a connection between the second delivery cylinder and the inlet of the delivery line 17.
  • Liquid concrete delivered by the pumping device 29 through the S-pipe enters the delivery line 17 and is moved from the proximal to the distal end of the delivery line 17.
  • the pump device 29, which according to Fig. 6 comprises the feed cylinders 45 and a pump drive 46, is operated in a closed control loop with the aim of keeping the pressure of the liquid concrete 43 at the inlet of the metering pump 36 at a constant value.
  • a measured value of the pressure of the liquid concrete 43 at the inlet of the metering pump 36 obtained with a pressure sensor 48, is fed to a control unit 44 of the concrete pump system, and the pump drive 46 is controlled via a pump control 47 in such a way that the power of the pump drive 46 is increased in order to counteract a reduction in the pressure at the metering pump 36, and vice versa.
  • a working cycle of the pumping device 29 comprises the steps that in a state in which the S-pipe 30 forms a connection between the first delivery cylinder and the delivery line 17, the first delivery cylinder with a forward movement Liquid concrete is conveyed from the interior of the first conveying cylinder into the S-pipe 30.
  • the second conveying cylinder sucks liquid concrete from the pre-filling container 16 with a backward movement.
  • the S-pipe 30 is switched over via a shaft 39 into a second switching state in which the S-pipe 30 forms a connection between the second conveying cylinder and the conveying line 17.
  • the second conveying cylinder conveys liquid concrete into the S-pipe 30 with a forward movement, while the first conveying cylinder sucks liquid concrete from the pre-filling container 16.
  • a flow chart is stored in a memory module 49, which specifies the sequence of the 3D printing process.
  • the information from the flow chart is fed to the control unit 44 via a first data input 50.
  • the control unit 44 receives the target speed at which the printing process should run, i.e. at which the print head 37 should be moved while the concrete strand emerges.
  • the control unit 44 controls a drive 52 of the inline pump 36 and thus specifies the speed at which the concrete strand emerges from the print head 37.
  • the control unit 44 uses this information to determine a target value 53 for the fill level of the pre-filling container 16 of the concrete pump 15. As explained in more detail with reference to Fig. 7, the target value 53 for the fill level of the pre-filling container 16 varies over time. Three operating phases 54, 55, 56 are shown. In the first operating phase 54, a first layer of concrete is applied; in the second operating phase 55, no concrete emerges from the pressure head 37; in the third operating phase 56, a second layer of concrete is applied. The amount of liquid concrete emerging from the pressure head 37 is indicated by a first curve 57. A second curve shows the volume flow 58 which passes from the truck mixer 40 into the pre-filling tank 16 of the concrete pump 15.
  • the volume flow 58 is high before the start of the first operating phase 54, with the result that the fill level 59 of the pre-filling tank 16 rises and reaches a maximum at the start of the first operating phase 54 which corresponds to a first target value 53 for the fill level 59.
  • the pumping device 29 of the concrete pump 15 is started so that liquid concrete is sucked in from the pre-filling tank 16, while at the same time the volume flow from the liquid concrete supply 41 drops to zero. This leads to a falling fill level 59 of the pre-filling tank 16, which reaches a minimum shortly before the halfway point of the first operating phase 54. The minimum corresponds to a second target value 53 for the fill level 59 of the pre-filling container 16.
  • the target value 53 is set again to a higher value so that a high volume flow 58 of liquid concrete is again supplied to the pre-filling container 16 and the fill level 59 rises again to a maximum which forms a third target value in the sense of the invention.
  • the volume flow 58 drops back to zero and the fill level 59 drops again to a minimum value until the end of the first operating phase.
  • the fill level of the pre-fill container 16 is determined by a fill level sensor 60, the measured values of which are fed to a differential element 61, with which the difference between the measured value and the target value 53 is determined. Based on the difference, a fill level controller 62 controls a signaling device 63, so that the signaling device 63 indicates whether the volume flow 58 for the pre-fill container 16 should be increased, should remain constant or should be reduced.
  • the fill level controller 62 which is shown as a separate block in Fig. 6 for the sake of clarity, forms an element of the control unit 44.
  • the driver 64 of the truck mixer 40 controls based on the signal shown by the signaling device 63, the mixer motor 42 of the storage container 41 is activated so that it releases more or less liquid concrete 43 and the volume flow 58 entering the pre-filling container 16 increases or decreases accordingly.
  • the drainage channel 33 can be provided with a dosing device in order to be able to additionally influence the volume flow in the direction of the pre-filling container 16.
  • Fig. 8 shows an alternative embodiment in which a signal transmitter 65 is connected to the fill level controller 62, which directly controls the mixer motor 42 of the storage container 41 of the truck mixer 40.
  • This requires an interface between the control unit 44 of the concrete pump 15 and the truck mixer 40, via which control signals can be transmitted while the truck mixer 40 and the concrete pump 15 are operated as a concrete pump system according to the invention.
  • the direct signal path between the signal transmitter 65 and the truck mixer 40 makes it possible to avoid inaccuracies that can result, for example, from a lack of attention on the part of the driver of the truck mixer 40.
  • a chute 66 is arranged between the drainage channel 33 of the truck mixer 40 and the pre-fill container 16 of the concrete pump 15, which forms a buffer device in the sense of the invention.
  • the chute 66 is provided with an outlet flap 67, the position of which can be changed with a stepper motor 68. Depending on the position of the outlet flap 67, the volume flow of liquid concrete that flows into the pre-fill container 16 changes.
  • the chute 66 comprises a sensor 70 with which the fill level of the chute 66 is determined.
  • the chute 66 is filled with liquid concrete using the drainage channel 33 of the truck mixer 40. According to Fig.
  • the fill level controller 62 controls the stepper motor 68 of the outlet flap 67 of the chute 66 in order to adjust the volume flow 58 of the liquid concrete entering the pre-fill container 16.
  • the regulation of the volume flow 58 via a chute 66 specially adapted to the requirements of the concrete pump system according to the invention enables greater precision in adjusting the volume flow than a procedure that depends on the accuracy of a dosing device of the truck mixer 40.
  • a mixer controller 69 processes the difference between a fill level of the chute 66 determined by the sensor 70 and a setpoint value for the fill level received from the control unit 44 in order to control the mixer motor 42 of the storage container 41 of the truck mixer 40. In this way, it can be ensured that there is always sufficient liquid concrete 43 in the chute 66 in order to be able to provide the desired volume flow 58 in the direction of the pre-fill container 16.
  • Fig. 11 corresponds to Fig. 10 with the difference that the mixer motor 42 is not controlled directly, but that the driver 64 of the truck mixer 40 receives a signal according to which he manually adjusts the volume flow exiting the truck mixer 40.
  • This enables the use of conventional truck mixers 40 in a concrete pump system according to the invention.

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Abstract

Verfahren zum Betreiben eines Betonpumpensystems, bei dem Flüssigbeton (43) aus einem Flüssigbetonvorrat (41, 66) in einen Vorfüllbehälter (16) einer Betonpumpe (15) eingebracht wird. Der Flüssigbeton (43) wird mit einer Pumpvorrichtung (29) aus dem Vorfüllbehälter (16) angesaugt und entlang einer Förderleitung (17) gefördert, so dass der Flüssigbeton (43) an einem distalen Ende der Förderleitung (17) austritt. Die Betonpumpe (15) ist mit einer Steuereinheit (44) ausgestattet. Der Steuereinheit (44) wird ein Messwert über eine Zustandsgröße der Betonpumpe zugeführt. Der Messwert wird in der Steuereinheit (44) verarbeitet, um ein Steuersignal zu erzeu- gen, anhand dessen der Volumenstrom (58) des aus dem Flüssigbetonvorrat (41, 66) in den Vorfüllbehälter (16) übertretenden Flüssigbetons (43) eingestellt wird. Die Erfindung betrifft auch ein Betonpumpensystem und ein Computerprogrammprodukt.

Description

Verfahren zum Betreiben eines Betonpumpen systems , Betonpumpen system, Computerprogrammprodukt
Die Erfindung betri f ft ein Verfahren zum Betreiben eines Betonpumpensystems , ein Betonpumpensystem und ein Computerprogrammprodukt .
Der Anwendungsbereich von Betonpumpen erstreckt sich zunehmend darauf , Betonstrukturen im 3D-Druck herzustellen, also ohne dass die Form der Betonstruktur durch eine Verschalung vorgegeben ist . Dazu wird der Flüssigbeton so gefördert , dass er in Form eines Strangs mit vorgegebenen Querschnitt an einem Auslassende einer Förderleitung austritt . Beim Austritt aus der Förderleitung hat der Flüssigbeton eine Konsistenz , sodass der Querschnitt des Strangs erhalten bleibt , wenn der Strang auf einer Fläche abgelegt wird . Flüssigbeton, der diesen Anforderungen genügt , hat eine geringere Fließ fähigkeit al s üblicher Flüssigbeton .
Wird eine Betonpumpe mit weniger fließ fähigem Flüss igbeton betrieben, so dringt in den Vorfüllbehälter der Betonpumpe eingefüllter Flüssigbeton weniger schnell und weniger gleichmäßig zum Boden des Vorfüllbehälters als gewohnt . Es besteht ein Risiko , dass Flüssigbetonmengen zu lange im Vorfüllbehälter bleiben, weil später zugeführter Flüssigbeton zuerst den Vorfüllbehälter wieder verlässt . Dies betri f ft insbesondere Flüssigbetonmengen, die in einem oberen Abschnitt des Vorfüllbehälters an der Wand anhaften . Flüssigbeton, der in Folge einer zu langen Verweildauer im Vorfüllbehälter nicht mehr die richtige Konsistenz hat , kann zu einer Störung im Betrieb der Betonpumpe führen . Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde , ein Verfahren zum Betreiben eines Betonpumpensystems , ein Betonpumpensystem und ein Computerprogrammprodukt vorzustellen, mit denen diese Nachteile vermieden werden . Die Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche . Vorteilhafte Aus führungs formen sind in den Unteransprüchen angegeben .
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines Betonpumpensystems , wird Flüssigbeton aus einem Flüssigbetonvorrat in einen Vorfüllbehälter der Betonpumpe eingebracht . Der Flüssigbeton wird mit einer Pumpvorrichtung aus dem Vor füllbehäl- ter angesaugt und entlang einer Förderleitung gefördert , so dass der Flüssigbeton an einem distalen Ende der Förderleitung austritt . Die Betonpumpe ist mit einer Steuereinheit ausgestattet . Der Steuereinheit wird ein Messwert über eine Zustandsgröße der Betonpumpe zugeführt . Der Messwert wird in der Steuereinheit verarbeitet , um ein Steuersignal zu erzeugen, anhand dessen der Volumenstrom des aus dem Flüssigbetonvorrat in den Vorfüllbehälter übertretenden Flüssigbetons eingestellt wird .
Das Einfüllen des Flüssigbetons in den Vorfüllbehäl ter ist bislang ein unkritischer Vorgang, der keinen hohen Sachverstand erfordert . Die Vorgabe an das Bedienpersonal des Flüssigbetonvorrats , also beispielsweise an den Führer eines Fahrmischers , kann sich im Wesentlichen darauf beschränken, immer so viel Flüssigbeton zuzuführen, dass der Vorfüllbehälter gut gefüllt ist . Bei konventionellem gut fließ fähigen Flüssigbeton kann für die Umsetzung dieser Vorgabe eine hohe Toleranz zugestanden werden, ohne dass der Betrieb der Betonpumpe beeinträchtigt wird .
Die Erfindung hat erkannt , dass es bei weniger fließ fähigem Flüssigbeton, wie er beispielsweise bei 3D-Druck-Anwendungen verwendet wird, hil freich ist , beim Zuführen von Flüssigbeton zu dem Vorfüllbehälter mehr Präzision anzuwenden . Mit der Erfindung wird vorgeschlagen, einen Messwert über eine Zustandsgröße der Betonpumpe zu verarbeiten, um den in den Vorfüllbehälter eintretenden Flüssigbeton-Volumenstrom einzustellen . Indem der Messwert zum Zwecke der Erzeugung eines Steuersignals verarbeitet wird und indem die Menge an Flüssigbeton, die zu dem Vorfüllbehälter zugeführt wird, in Abhängigkeit von dem Steuersignal variiert wird, kann der Volumenstrom j ederzeit so eingestellt werden, wie es zum Betriebs zustand der Betonpumpe passt .
Bei einem Betonpumpensystem sind die Betonpumpe und der Flüssigbetonvorrat voneinander getrennte Einheiten . Bei spielsweise kann die Betonpumpe ein Bestandteil eines Betonpumpenfahrzeugs sein und kann der Flüssigbetonvorrat auf einem davon separaten Betonmischfahrzeugs angeordnet sein . Im Unterschied zu integrierten Vorrichtungen, wie sie beispielsweise aus DE 10 2008 017 123 Al bekannt sind und bei denen der Flüssigbetonvorrat und die Betonpumpe eine Einheit innerhalb eines gemeinsamen Fahrzeugs bilden, ist bei einem Betonpumpensystem aus technisch voneinander getrennten Einheiten im Allgemeinen keine direkte Schnittstelle verfügbar, über die der Betrieb des Flüssigbetonvorrats und der Betonpumpe miteinander koordiniert werden können . Die Erfindung hat erkannt , dass ein Messwert über eine Zustandsgröße der Betonpumpe dennoch sinnvoll verwendet werden kann, um das Zusammenspiel zwischen den Komponenten des erfindungsgemäßen Systems zu verbessern .
Das Betonpumpensystem kann einen ersten Betriebs zustand umfassen, in dem die Betonpumpe Flüssigbeton entlang der Förderleitung fördert und in dem Flüssigbeton von dem Flüssigbetonvorrat zu dem Vorfüllbehälter der Betonpumpe übertritt . Das Betonpumpensystem kann einen zweiten Betriebs zustand umfassen, in dem die Betonpumpe und der Flüssigbetonvorrat räumlich so voneinander getrennt sind, dass kein Flüssigbeton von dem Flüssigbetonvorrat in den Vorfüllbehälter übertreten kann . Im zweiten Betriebs zustand kann die Betonpumpe außer Betrieb sein, sodass kein Flüssigbeton entlang der Förderleitung gefördert wird . Möglich ist alternativ oder zusätzlich auch, dass die Betonpumpe im zweiten Betriebs zustand Flüs sigbeton entlang der Förderleitung fördert und dass dem Vorf üllbehälter Flüssigbeton aus einer anderen Quelle zugeführt wird . Auf diese Weise ist ein kontinuierlicher Betrieb der Betonpumpe möglich, auch wenn der Flüssigbetonvorrat zwischenzeitlich wieder aufgefüllt werden muss .
Der Messwert kann den Füllstand des Vorfüllbehälters repräsentieren . Der Füllstand des Vorfüllbehälters kann mit einem Füllstandssensor direkt gemessen werden . Möglich ist auch, dass aus anderen Größen auf den Füllstand geschlossen wird . Beispielsweise kann aus einem Gewichtsmesswert eine Information über den Füllstand des Vorfüllbehälters abgeleitet werden . Alternativ könnte zum Beispiel aus dem Verhältnis zwischen zum Vorfüllbehälter zugeführter Menge und mit der der Betonpumpe geförderter Menge auf den Füllstand des Vorfüllbehälters geschlossen werden .
In einer Aus führungs form wird mit dem Steuersignal eine Signaleinrichtung betätigt . Die Signaleinrichtung kann mit dem Steuersignal zwischen verschiedenen Signal zuständen umgeschaltet werden . Die Signaleinrichtung kann dazu ausgelegt sein, ein Signal abzugeben, das von einer Person wahrgenommen werden kann . Es kann sich beispielsweise um ein optisches Signal oder um ein akustisches Signal handeln . Das Verfahren kann so durchgeführt werden, dass eine Bedienperson anhand des von ihr wahrgenommenen Signals den Volumenstrom an Flüssigbeton verändert , der zu dem Vorfüllbehälter zugeführt wird . Die Signaleinrichtung kann einen ersten Signal zustand umfassen, gemäß dem der Volumenstrom unverändert gehalten wird . Die Signaleinrichtung kann einen zweiten Signal zustand umfassen, gemäß dem der Volumenstrom vermindert wird . Die Signaleinrichtung kann einen dritten Signal zustand umfassen, gemäß dem der Volumenstrom erhöht wird . Weitere Signal zustände sind mögl ich, um beispielsweise die Möglichkeit zu eröf fnen, zwischen einer starken und einer geringfügigen Erhöhung bzw . Verminderung des Volumenstroms zu unterscheiden . Beispielsweise kann ein vierter Signal zustand einer starken Verminderung des Volumenstroms entsprechen und ein fünfter Signal zustand einer starken Erhöhung des Volumenstroms entsprechen .
Zusätzlich oder alternativ dazu kann mit dem Steuersignal eine Dosiervorrichtung des Flüssigbetonvorrats angesteuert werden . Die Dosiervorrichtung kann dazu ausgelegt sein, den Volumenstrom des aus dem Flüssigbetonvorrat in den Vorfüllbehälter übertretenden Flüssigbetons einzustellen . Das Steuersignal kann an die Dosiervorrichtung geleitet werden, sodass der Zustand der Dosiervorrichtung durch das Steuersignal verändert wird . Die Dosiervorrichtung kann ein Stellglied eines geschlossenen Regelkreises bilden, mit dem der Füllstand des Vorfüllbehälters auf einen Sollwert geregelt wird .
Die Dosiervorrichtung kann ein integraler Bestandteil der Systemkomponente sein, mit der der Flüssigbetonvorrat bereitgestellt wird . Wird beispielsweise der Flüssigbeton mit einem Fahrmischer bereitgestellt , so kann die Dosiervorrichtung ein Mischermotor sein, mit dem der Flüssigbeton aus einem Vorratsbehälter des Fahrmischers ausgebracht wird .
In der Praxis sind die Betonpumpe und die Systemkomponente , die den Flüssigbetonvorrat bereitstellt , häufig Einheiten, die technisch und organisatorisch voneinander getrennt sind . Es ist deswegen nicht immer ganz einfach, eine passende Schnittstelle zwischen der Betonpumpe und der betref fenden Systemkomponente zu schaf fen . Zwischen einem mit Flüssigbeton gefüllten Vorratsbehälter und dem Vorfüllbehälter der Betonpumpe kann eine Puf fereinrichtung angeordnet sein . Die Puf fereinrichtung kann so ausgelegt sein, dass sie nur bei Bedarf mit dem Vorratsbehälter gekoppelt wird . Die Puf fereinrichtung kann dann wahlweise mit verschiedenen Vorratsbehältern, beispielsweise verschiedenen Fahrmischern verwendet werden . Die Puf fereinrichtung kann dazu ausgelegt sein, einen Flüssigbetonvorrat bereitzustellen, mit dem der Vorfüllbehälter gespei st wird . Die Dosiervorrichtung kann dazu ausgelegt sein, den Volumenstrom des aus der Puf fereinrichtung in den Vorfüllbehälter übertretenden Flüssigbetons einzustellen . Auf eine direkte Schnittstelle zwischen der Betonpumpe und dem Vorratsbehälter, aus dem Puf fereinrichtung gespeist wird, kann dann verzichtet werden . Es ist lediglich erforderlich, die Puf fereinrichtung geeignet zu dem Vorratsbehälter zu positionieren, sodass der Flüssigbeton aus dem Flüssigbetonvorrat zu der Puf fereinrichtung übertreten kann . Die Puf fereinrichtung kann dazu mechanisch mit dem Vorratsbehälter gekoppelt werden .
Für den Volumenstrom von dem Vorratsbehälter zu der Puf fereinrichtung können ähnliche Vorgaben gelten wie bei konventionellen Betonpumpen, nämlich dass die Puf fereinrichtung j ederzeit gut mit Flüssigbeton gefüllt sein soll . Die für das Befüllen der Puf fereinrichtung zuständigen Personen unterliegen deswegen keinen höheren Anforderungen als gewohnt . Die genaue Dosierung des zu dem Vorfüllbehälter zugeführten Volumenstroms kann mit der Dosiervorrichtung der Puf fereinrichtung erfolgen .
Die Puf fereinrichtung kann als Schurre ausgebildet sein . Die Schurre kann eine Auflagefläche aufweisen, die den von dem Flüssigbetonvorrat kommenden Flüssigbeton trägt . Die Auflagefläche kann so geneigt sein, dass der Flüssigbeton sich unter dem Einfluss der Schwerkraft von einem Einlassende zu einem Auslassende der Schurre bewegt . Das Auslassende der Schurre kann oberhalb des Vorfüllbehälters angeordnet sein, sodass aus der Schurre austretender Flüssigbeton in den Vorfül lbehälter fällt . Die Dosiervorrichtung kann am Auslassende der Schurre angeordnet sein . Die Schurre kann beispielsweise al s Rinne oder als Rohr ausgebildet sein .
Der Volumenstrom, der aus dem Vorratsbehälter des Flüssigbetonvorrats in die Puf fereinrichtung übertritt , kann in Abhängigkeit von dem Füllstand der Puf fereinrichtung eingestellt werden . Die Puf fereinrichtung kann mit einem Füllstandssensor ausgestattet sein . Der Messwert des Füllstandssensors kann verarbeitet werden, um ein zweites Steuersignal zu erzeugen . Der Volumenstrom an Flüssigbeton, der von dem Vorratsbehälter des Flüssigbetonvorrats zu der Puf fereinrichtung übertritt , kann in Abhängigkeit von dem zweiten Steuersignal variiert werden . Mit dem zweiten Steuersignal kann eine Signaleinrichtung angesteuert werden, anhand derer eine Bedienperson den auf die Puf fereinrichtung übertretenden Volumenstrom einstellen kann . Möglich ist auch, dass der mit Flüssigbeton gefüllte Vorratsbehälter eine zweite Dosiervorrichtung umfas st, mit der der Volumenstrom des auf die Puf fereinrichtung übertretenden Volumenstroms eingestellt werden kann . Mit dem zweiten Steuersignal kann die zweite Dosiervorrichtung angesteuert werden . Es sind dann keine manuellen Eingri f fe erforderlich, um sicherzustellen, dass die Puf fereinrichtung j ederzeit gut mit Flüssigbeton gefüllt ist .
Die Betonpumpe kann dazu ausgelegt sein, Betonstrukturen im Wege des 3D-Druck zu erzeugen . In der Förderleitung der Betonpumpe kann eine Dosierpumpe angeordnet sein . Ein Auslassende der Förderleitung kann als Druckkopf ausgebildet sein . Der Druckkopf kann so gestaltet sein, dass der Flüssigbeton als Strang mit einem vorgegebenen Querschnitt aus dem Druckkopf austritt . Die Dosierpumpe kann so eingerichtet sein, dass ein gleichmäßiger Volumenstrom an Flüssigbeton durch den Druckkopf hindurchtritt . Bei konventionellen Betonpumpen ist ein gleichmäßiger Volumenstrom am Auslassende der Förderleitung nicht unbedingt erforderlich, weswegen eine stoßweise Förderung des
Flüssigbetons entlang der Förderleitung hingenommen werden kann . Die Betonpumpe kann ein Positioniersystem umfassen, mit dem der Druckkopf entlang vorgegebener Bahnen bewegt werden kann .
Eine in der Förderleitung angeordnete Dosierpumpe i st häufig so gestaltet , dass nur Körner mit begrenzter Größe hindurchtreten können . Es ist deswegen von Vorteil , wenn Flüssigbeton mit einer kleinen Korngröße verwendet wird . Der zu dem Vorfüllbehälter zugeführte Flüssigbeton kann gesiebt werden, um unzulässig große Körner oder Fremdkörper aus dem Flüssigbeton heraus zufiltern . In einer Aus führungs form wird der Flüssigbeton vor dem Eintritt in den Vorfüllbehälter gesiebt . Der Vorfüllbehälter kann einen oberen Abschlussrand aufwei sen, der so gestaltet ist , dass ein Sieb auf den Abschlussrand aufgelegt werden kann . Für ein besseres Ergebnis des Siebvorgangs kann das Sieb gerüttelt werden, während der Flüssigbeton durch das Sieb hindurchtritt . Die Betonpumpe kann einen Rüttelantrieb umfassen, der die Bewegung des Sieb antreibt .
Die Steuereinheit der Betonpumpe kann dazu ausgelegt sein, das Zusammenspiel der Komponenten beim Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens zu steuern . Die Steuereinheit kann dazu ausgelegt sein, das erste Steuersignal zu ermitteln, anhand dessen der von dem Flüssigbetonvorrat in den Vorfül lbehälter übertretende Volumenstrom an Flüssigbeton eingestel lt wird . Die Steuereinheit kann dazu Messwerte verarbeiten, die den Füllstand des Vorfüllbehälters repräsentieren .
Zusätzlich oder alternativ dazu kann die Steuereinheit Zustandsdaten der Pumpvorrichtung verarbeiten . Die Zustandsdaten können sich auf den mit der Pumpvorrichtung geförderten Volumenstrom beziehen und/oder auf den Druck, mit dem der Flüssigbeton in die Förderleitung gefördert wird . Der gegenwärtige Betriebs zustand der Pumpvorrichtung ist einer der Parameter, von denen es abhängt , wie viel Flüssigbeton dem Vor Füllbehälter zugeführt werden sollte .
Zusätzlich oder alternativ dazu kann die Steuereinheit Ablaufdaten eines gegenwärtigen oder bevorstehenden 3D-Druck- Vorgangs verarbeiten . Beim 3D-Druck von Beton wird ein an einem distalen Ende der Förderleitung angeordnete Druckkopf so bewegt , dass der austretende Strang von Flüssigbeton in vorgegebenen Positionen abgelegt wird, sodass nach einem vorgegebenen Plan aus den Betonlagen die gewünschte Betonstruktur aufgebaut wird . Die zugehörigen Ablaufdaten enthalten eine Information, wie viel Flüssigbeton in der nächsten Zeit benötigt wird . Diese Information ist nützlich, weil eine gewisse Zeitspanne vergeht , bevor der aus dem Flüssigbetonvorrat in den Vorfüllbehälter übertretende Flüssigbeton in die Förderleitung gelangt . Anhand der Ablaufdaten kann das erste Steuersignal beispielsweise so gestaltet werden, dass der Vorfül lbehälter nahezu leer ist , wenn der 3D-Druck-Vorgang zu Ende ist .
Die Steuereinheit kann zusätzlich oder alternativ dazu ausgelegt sein, dass zweite Steuersignal zu generieren, anhand dessen der von dem Vorratsbehälter in die Puf fereinrichtung übertretende Volumenstrom eingestellt wird . Zum Zwecke der Ermittlung des zweiten Steuersignals kann die Steuereinheit Messwerte verarbeiten, die den Füllstand der Vorfüllbehälters repräsentieren, Messwerte verarbeiten, die den Füllstand der Puf fereinrichtung repräsentieren, Zustandsdaten der Pumpvorrichtung der Betonpumpe verarbeiten und/oder Ablaufdaten eines gegenwärtigen oder bevorstehenden 3D-Druck-Vorgangs verarbeiten . Jede dieser Informationen hat , wie dargelegt , einen Einfluss darauf , wie groß der Volumenstrom sein sollte , der in der Puffereinrichtung ankommt . Die Steuereinheit kann dazu ausgelegt sein, einen Sollwert für den Füllstand des Vorfüllbehälters zu verarbeiten, um das Steuersignal zu erzeugen, anhand dessen der Volumenstrom des aus dem Flüssigbetonvorrat in den Vorfüllbehälter übertretenden Flüssigbetons eingestellt wird . Die Steuereinheit kann einen Vergleich zwischen einem I stwert des Füllstands und dem Sollwert durchführen und das Steuersignal , anhand dessen der in den Vorfüllbehälter eintreten Volumenstrom eingestellt wird, aus der Di f ferenz zwischen dem I stwert und dem Sollwert ableiten .
Der Sollwert für den Füllstand kann ein konstanter Sollwert sein, der während eines 3D-Druck-Vorgangs unverändert bleibt . Insbesondere kann der Sollwert unverändert bleiben, während eine Betonlage eines 3D-Druck-Vorgangs erzeugt wird . Als Erzeugen einer Betonlage wird der Vorgang bezeichnet , mit dem ein ununterbrochener Strang von aus der Förderleitung austretendem Flüssigbeton zu der herzustellenden Betonstruktur hinzugefügt wird .
Eine wesentliche Erkenntnis der Erfindung liegt darin, dass es von Vorteil sein kann, wenn der Sollwert für den Füllstand des Vorfüllbehälters innerhalb einer Zeitspanne variiert wird, innerhalb derer eine einzelne Betonlage eines 3D-Druckvorgangs erzeugt wird . Es hat sich herausgestellt , dass bei einem unveränderten Sollwert für den Füllstand ein Risiko besteht , dass Teile des Flüssigbetons einen statischen Zustand einnehmen und nicht in den Fluss des vom Flüssigbetonvorrat kommenden Volumenstroms in die Pumpvorrichtung einbezogen werden . Es kann sich insbesondere um diej enigen Teile des Flüs sigbetons handeln, die sich in einem oberen Abschnitt des Vor füllbehäl- ters und nahe am Rand des Vorfüllbehälters befinden . Wird der Füllstand des Vorfüllbehälters abgesenkt , so bildet sich in der Mitte des Vorfüllbehälters eine Vertiefung, in die der
Flüssigbeton vom Rand nachrutscht . Damit wird vermieden, dass Bestandteile des Flüssigbetons zu lange im Vorfüllbehälter verweilen .
Das Verfahren kann so durchgeführt werden, dass während der Erzeugung einer einzelnen Betonlage eines 3D-Druckvorgangs ein erster Sollwert für den Füllstand und ein davon verschiedener zweiter Sollwert für den Füllstand vorgegeben werden . Der erste Sollwert kann höher sein als der zweite Sollwert . Der erste Sollwert kann zu Beginn eines Druckvorgangs angewendet werden . Der zweite Sollwert kann für eine mittlere Phase eines Druckvorgangs angewendet werden . Nach einem Wechsel von dem ersten Sollwert zu dem zweiten Sollwert kann der von dem Flüssigbetonvorrat in den Vorfüllbehälter übertretende Volumenstrom so eingestellt werden, dass er kleiner ist als der mit der Pumpvorrichtung aus dem Vorfüllbehälter angesaugte Volumenstrom . Bezogen auf das Volumen des Flüssigbetons in dem Vorfüllbehälter kann der erste Sollwert um wenigstens 10 % , vorzugsweise um wenigstens 20 % , weiter vorzugsweise um wenigstens 50 % höher sein als der zweite Sollwert .
Während dieselbe Betonlage des 3D-Druckvorgangs erzeugt wird, kann ein dritter Sollwert vorgegeben werden der höher ist als der zweite Sollwert , wobei das Verhältnis entsprechend sein kann wie beim ersten Sollwert angegeben . Der dritte Sollwert kann zeitlich nachfolgend zu dem zweiten Sollwert angewendet werden . Nach einem Wechsel von dem zweiten Sollwert zu dem dritten Sollwert kann der von dem Flüssigbetonvorrat in den Vorfüllbehälter übertretende Volumenstrom so eingestellt werden, dass er größer ist als der mit der Pumpvorrichtung aus dem Vorfüllbehälter angesaugte Volumenstrom .
Mit anderen Worten kann das Verfahren so durchgeführt werden, dass während der Erzeugung einer einzelnen Betonlage eines 3D- Druckvorgangs der Füllstand des Vorfüllbehälters entsprechend einem ersten Sollwert zunächst hoch ist , dann entsprechend ei- nem zweiten Sollwert auf einen niedrigeren Wert abs inkt und dann entsprechend einem dritten Sollwert wieder auf einen höheren Wert ansteigt . Ein Ablauf , der einen Wechsel zwischen einem höheren Füllstand und einem niedrigeren Füllstand umfasst , kann während eines einzelnen Druckvorgangs einmal oder mehrfach wiederholt werden .
Zum Abschluss eines Druckvorgangs kann der Füllstand des Vorfüllbehälters niedrig sein . Es ist leichter, den während einer Druckpause im Vorfüllbehälter verbleibenden Flüssigbeton in Bewegung zu halten, wenn die Menge an Flüssigbeton klein ist . Die Information, zu welchem Zeitpunkt ein Druckvorgang zu Ende sein wird, kann der Steuereinheit aus den Ablaufdaten des 3D- Druck-Vorgangs zur Verfügung gestellt werden .
Der Flüssigbetonvorrat kann in einem Vorratsbehälter angeordnet sein, der Bestandteil eines Fahrmischers ist . Als Fahrmischer wird ein Lastwagen bezeichnet , dessen Ladung Flüssigbeton ist . Der Fahrmischer kann mit einem Antriebselement versehen sein, mit dem der Volumenstrom des aus dem Flüs sigbetonvorrat austretenden Flüssigbetons eingestellt werden kann . Möglich ist auch, dass der Flüssigbetonvorrat in einem ortsfesten Vorratsbehälter angeordnet ist , wie beispiel sweise einem Silo . Der von aus dem Vorratsbehälter in den Vorfüllbehäl- ter übertretende Flüssigbeton kann unter dem Einfluss der Schwerkraft in den Vorfüllbehälter fallen .
Die Erfindung betri f ft auch ein Betonpumpensystem mit einer Betonpumpe und einem Flüssigbetonvorrat . Im Betrieb des Betonpumpensystems wird Flüssigbeton aus dem Flüssigbetonvorrat in einen Vorfüllbehälter der Betonpumpe eingebracht . Die Betonpumpe umfasst eine Pumpvorrichtung, um Flüssigbeton aus dem Vorfüllbehälter anzusaugen und entlang einer Förderleitung zu fördern, so dass der Flüssigbeton an einem distalen Ende der Förderleitung austritt . Die Betonpumpe ist mit einer Steuer- einheit ausgestattet ist , wobei die Steuereinheit dazu ausgelegt ist , einen Messwert über eine Zustandsgröße der Betonpumpe zu verarbeiten, um ein Steuersignal zu erzeugen, anhand dessen der Volumenstrom des aus dem Flüssigbetonvorrat in den Vorfüllbehälter übertretenden Flüssigbetons eingestellt wird .
Die Of fenbarung umfasst Weiterbildungen des Verfahrens mit Merkmalen, die im Zusammenhang des erfindungsgemäßen Betonpumpensystems beschrieben sind . Die Of fenbarung umfasst Weiterbildungen des Betonpumpensystems mit Merkmalen, die im Zusammenhang des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben sind .
Die Erfindung betri f ft auch ein Computerprogrammprodukt oder einen Satz von Computerprogrammprodukten, umfassend Programmteile , welche , wenn geladen in einen Computer oder in untereinander vernetzte Computer, die mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung verbunden sind, zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgelegt sind .
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen anhand vorteilhafter Aus führungs formen beispielhaft beschrieben . Es zeigen :
Fig . 1 : ein Betonpumpen-Fahrzeug mit einem Mastarm im eingefalteten Zustand;
Fig . 2 : das Betonpumpen-Fahrzeug aus Fig . 1 mit ausgefaltetem Mastarm;
Fig . 3 : eine schematische Darstellung von Komponenten einer erfindungsgemäßen Betonpumpe ;
Fig . 4 : Elemente aus Fig . 3 in größerem Detailgrad;
Fig . 5 : einen Fahrmischer eines erfindungsgemäßen Betonpumpensystems ; Fig . 6 : eine schematische Darstellung der Funktionsweise eines erfindungsgemäßen Betonpumpen-Systems ;
Fig . 7 : eine Darstellung des zeitlichen Verlaufs bei der
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ;
Fig . 8 : die Ansicht gemäß Fig . 6 bei einer alternativen
Aus führungs form der Erfindung;
Fig . 9 : Komponenten eines erfindungsgemäßen Betonpumpen-
Systems bei einer alternativen Aus führungs form der Erfindung;
Fig . 10 , 11 : die Ansicht gemäß Fig . 6 bei alternativen Aus führungs form der Erfindung .
Eine in Fig . 1 gezeigter Lastwagen 14 bildet zusammen mit einem in Fig . 5 gezeigten Fahrmischer 40 ein erfindungsgemäßes Betonpumpensystem . Der Fahrmischer 40 trägt auf seiner Ladefläche einen Vorratsbehälter 41 , der über einen Mischermotor 42 in Drehung versetzt werden kann . Der Vorratsbehälter 41 ist mit Flüssigbeton gefüllt und bildet in einem Aus führungsbeispiel einen Flüssigbetonvorrat im Sinne der Erfindung . Durch Variieren der Drehrichtung und der Drehgeschwindigkeit des Vorratsbehälters 41 kann der Volumenstrom an Flüssigbeton eingestellt werden, der über eine Abgaberinne 33 aus dem Vorratsbehälter 41 austritt .
Der Fahrmischer 40 und der Lastwagen 14 werden so zueinander positioniert , dass der Flüssigbeton von der Abgaberinne 33 des Fahrmischers 40 in einen Vorfüllbehälter 16 des Lastwagens 14 eingefüllt wird . Gemäß Fig . 4 ist die Abgaberinne 33 oberhalb des Vorfüllbehälters 16 angeordnet , sodass der Flüssigbeton unter dem Einfluss der Schwerkraft von der Abgaberinne 33 in den Vorfüllbehälter 16 fällt . Auf dem oberen Rand 34 des Vorfüllbehälters 16 liegt ein Sieb 35 auf , das mit einem Rüttel- antrieb 38 gerüttelt werden kann . Der von der Abgaberinne 33 fallende Flüssigbeton tri f ft auf das Sieb 35 und tritt durch das Sieb 35 hindurch, während unzulässig große Korngrößen oder Fremdkörper ausgesiebt werden . Das Sieb 35 ist so ausgelegt , dass nur Korngrößen hindurchtreten können, für die die Dosierpumpe 36 geeignet ist . Beispielsweise kann das Sieb so ausgelegt sein, dass nur Körner bis zu einer Größe von 8 er-Korn hindurchtreten können . Der Flüssigbeton in dem Vorf üllbehälter 16 ist damit weniger grobkörnig als konventioneller Flüssigbeton, der beispielsweise Körner bis zu einer 32er-Korngröße umfassen kann .
Der Lastwagen 14 ist mit einer Betonpumpe 15 ausgestattet , die Flüssigbeton aus dem Vorfüllbehälter 16 durch eine Förderleitung 17 fördert . Die Förderleitung 17 erstreckt sich entlang einem Mastarm 18 , der auf einem Drehkranz 19 drehbar gelagert ist . Der Mastarm 18 umfasst drei Mastarm-Segmente 20 , 21 , 22 , die gelenkig miteinander verbunden sind . Indem die Mastarm- Segmente 20 , 21 , 22 über die Gelenke relativ zueinander geschwenkt werden, kann der Mastarm 18 zwischen einem eingefalteten Zustand ( Fig . 1 ) und einem ausgefalteten Zustand ( Fig . 2 ) verfahren werden . Die Förderleitung 17 erstreckt sich bis über das distale Ende des dritten Mastarm-Segments 22 hinaus , so dass der Flüssigbeton in einem von der Betonpumpe 15 entfernten Bereich ausgebracht werden kann .
Die Betonpumpe 15 ist für 3D-Druck ausgelegt , sodas s mit dem aus der Förderleitung 17 austretenden Beton direkt eine Form aufgebaut werden kann, ohne dass eine Verschalung erforderlich ist . Die Betonpumpe 15 umfasst dazu gemäß Fig . 3 eine Dosierpumpe 36 , mit der der Flüssigbeton so gefördert wird, dass er als kontinuierlicher Strang aus der Förderleitung 17 austritt . Das distale Ende der Förderleitung 17 wird durch einen Druckkopf 37 gebildet , aus dem der Strang mit einem vorgegebenen Querschnittsprofil austritt . Mit einem nicht dargestellten Po- sitioniersystem kann der Druckkopf 37 entlang vorgegebener Bahnen bewegt werden, um den Strang als Betonlage entlang einer durch einen Plan vorgegebenen Strecke abzulegen .
Die Betonpumpe 15 umfasst eine Pumpvorrichtung 29 , die als Doppelkolbenpumpe ausgebildet ist . Die Pumpvorrichtung 29 umfasst einen ersten Förderzylinder und einen zweiten Förderzylinder 32 , die in einem Wechseltakt Flüssigbeton aus dem Vorfüllbehälter 16 ansaugen und entlang der Förderleitung 17 fördern . Die Pumpvorrichtung 29 ist mit einem S-Rohr 30 ausgestattet , das in einem ersten Schalt zustand eine Verbindung zwischen dem ersten Förderzylinder und einem Einlas s der Förderleitung 17 herstellt und das in einem zweiten Schalt zustand eine Verbindung zwischen dem zweiten Förderzylinder und dem Einlass der Förderleitung 17 herstellt . Von der Pumpvorrichtung 29 durch das S-Rohr geförderter Flüssigbeton tritt in die Förderleitung 17 über und wird vom proximalen zum distalen Ende der Förderleitung 17 bewegt .
Die Pumpvorrichtung 29 , die gemäß Fig . 6 die Förder Zylinder 45 und einen Pumpenantrieb 46 umfasst , wird in einem geschlossenen Regelkreis betrieben mit dem Ziel , den Druck des Flüssigbetons 43 am Eingang der Dosierpumpe 36 auf einem konstanten Wert zu halten . Einer Steuereinheit 44 des Betonpumpen-Systems wird dazu ein mit einem Drucksensor 48 gewonnener Messwert über den Druck des Flüssigbetons 43 am Eingang der Dosierpumpe 36 zugeführt , und der Pumpenantrieb 46 wird über eine Pumpensteuerung 47 so angesteuert , dass die Leistung des Pumpenantriebs 46 erhöht wird, um einer Reduzierung des Drucks bei der Dosierpumpe 36 entgegenzuwirken, und umgekehrt .
Ein Arbeitstakt der Pumpvorrichtung 29 umfasst die Schritte , dass in einem Zustand, in dem das S-Rohr 30 eine Verbindung zwischen dem ersten Förderzylinder und der Förderleitung 17 bildet , der erste Förderzylinder mit einer Vorwärts-Bewegung Flüssigbeton aus dem Innenraum des ersten Förderzyl inders in das S-Rohr 30 fördert . Parallel dazu saugt der zweite Förderzylinder mit einer Rückwärts-Bewegung Flüssigbeton aus dem Vorfüllbehälter 16 an . Mit einer Antriebseinheit 31 ( Fig . 4 ) wird das S-Rohr 30 über eine Welle 39 in einen zweiten Schaltzustand umgeschaltet , in dem das S-Rohr 30 eine Verbindung zwischen dem zweiten Förderzylinder und der Förderleitung 17 bildet . Nach dem Umschalten fördert der zweite Förderzylinder mit einer Vorwärts-Bewegung Flüssigbeton in das S-Rohr 30 , während der erste Förderzylinder Flüssigbeton aus dem Vorfüllbehälter 16 ansaugt .
In einem Speicherbaustein 49 ist ein Ablaufplan hinterlegt , durch den der Ablauf des 3D-Druck-Vorgangs vorgegeben ist . Die Informationen aus dem Ablaufplan werden der Steuereinheit 44 über einen ersten Dateneingang 50 zugeführt . Uber einen zweiten Dateneingang 51 erhält die Steuereinheit 44 über die Sollgeschwindigkeit , mit der der Druckvorgang ablaufen soll , mit der also der Druckkopf 37 bewegt werden soll , während der Betonstrang austritt . Anhand dieser Informationen steuert die Steuereinheit 44 einen Antrieb 52 der Inlinepumpe 36 an und gibt damit die Geschwindigkeit vor, mit der der Betonstrang aus dem Druckkopf 37 austritt .
Anhand dieser Informationen ermittelt die Steuereinheit 44 weiterhin einen Sollwert 53 für den Füllstand des Vorfüllbehälters 16 der Betonpumpe 15 . Wie anhand von Fig . 7 näher erläutert wird, variiert der Sollwert 53 für den Füll stand des Vorfüllbehälters 16 mit der Zeit . Dargestellt sind drei Betriebsphasen 54 , 55 , 56 . In der ersten Betriebsphase 54 wird eine erste Betonlage ausgebracht , in der zweiten Betriebsphase 55 tritt kein Beton aus dem Druckkopf 37 aus , in der dritten Betriebsphase 56 wird eine zweite Betonlage ausgebracht . Mit einer ersten Kurve 57 ist die Menge des aus dem Druckkopf 37 austretenden Flüssigbetons angedeutet . Eine zweite Kurve zeigt den Volumenstrom 58 , der aus dem Fahrmischer 40 in den Vorfüllbehälter 16 der Betonpumpe 15 übertritt . Der Volumenstrom 58 ist vor Beginn der ersten Betriebsphase 54 hoch, was zur Folge hat , dass der Füllstand 59 des Vorfüllbehälters 16 ansteigt und mit Beginn der ersten Betriebsphase 54 ein Maximum erreicht , das einem ersten Sollwert 53 für den Füllstand 59 entspricht . Mit Beginn der ersten Betriebsphase 54 wird die Pumpvorrichtung 29 der Betonpumpe 15 in Gang gesetzt , sodass Flüssigbeton aus dem Vorfül lbehälter 16 angesaugt wird, während gleichzeitig der Volumenstrom aus dem Flüssigbetonvorrat 41 auf null zurückgeht . Dies führt zu einem sinkenden Füllstand 59 des Vorfüllbehälters 16 , der kurz vor der Häl fte der ersten Betriebsphase 54 ein Minimum erreicht . Das Minimum entspricht einem zweiten Sollwert 53 für den Füllstand 59 des Vorfüllbehälters 16 . Nach Erreichen des Minimums wird der Sollwert 53 wieder auf einen höheren Wert gesetzt , sodass dem Vorfüllbehälter 16 wieder ein hoher Volumenstrom 58 an Flüssigbeton zugeführt wird und dass der Füllstand 59 erneut auf ein Maximum ansteigt , das einen dritten Sollwert im Sinne der Erfindung bildet . Mit Erreichen des Maximums fällt der Volumenstrom 58 wieder auf null ab und der Füllstand 59 sinkt bis zum Ende der ersten Betriebsphase wieder auf einen minimalen Wert .
Der Füllstand des Vorfüllbehälters 16 wird mit einem Füllstandssensor 60 ermittelt , dessen Messwerte einem Di fferenzglied 61 zugeführt werden, mit dem die Di f ferenz zwischen dem Messwert und dem Sollwert 53 ermittelt wird . Anhand der Di f ferenz steuert ein Füllstandsregler 62 eine Signaleinrichtung 63 an, sodass die Signaleinrichtung 63 anzeigt , ob der Volumenstrom 58 für den Vorfüllbehälter 16 erhöht werden soll , konstant bleiben soll oder vermindert werden soll . Der Füllstandsregler 62 , der in Fig . 6 der Übersichtlichkeit halber als separater Block dargestellt ist , bildet ein Element der Steuereinheit 44 . Der Fahrer 64 des Fahrmischers 40 steuert anhand des von der Signaleinrichtung 63 gezeigten S ignals den Mischermotor 42 des Vorratsbehälters 41 an, sodass dieser mehr oder weniger Flüssigbeton 43 abgibt und der in den Vorfüllbehälter 16 eintretende Volumenstrom 58 sich entsprechend erhöht oder vermindert . Um für den Fall vorzusorgen, dass der Fahrer 64 des Fahrmischers 40 nicht hinreichend präzise auf die Signaleinrichtung 63 reagiert , kann die Ablaufrinne 33 mit einer Dosiervorrichtung versehen sein, um den Volumenstrom in Richtung des Vorfüllbehälters 16 zusätzlich beeinflussen zu können .
In Fig . 8 ist eine alternative Aus führungs form dargestellt , bei der an den Füllstandsregler 62 ein Signalgeber 65 angeschlossen ist , der den Mischermotor 42 des Vorratsbehälters 41 des Fahrmischers 40 direkt ansteuert . Dies erfordert eine Schnittstelle zwischen der Steuereinheit 44 der Betonpumpe 15 und dem Fahrmischer 40 , über die Steuersignale übertragen werden können, während der Fahrmischer 40 und die Betonpumpe 15 als erfindungsgemäßes Betonpumpen-System betrieben werden . Durch den direkten Signalweg zwischen dem Signalgeber 65 und dem Fahrmischer 40 können Ungenauigkeiten vermieden werden, die beispielsweise aus mangelnder Aufmerksamkeit des Fahrers des Fahrmischers 40 resultieren können .
Bei der alternativen Aus führungs form in Fig . 9 ist zwischen der Ablaufrinne 33 des Fahrmischers 40 und dem Vorf üllbehälter 16 der Betonpumpe 15 eine Schurre 66 angeordnet , die eine Puffereinrichtung im Sinne der Erfindung bildet . Die Schurre 66 ist mit einer Auslassklappe 67 versehen, deren Stel lung mit einem Schrittmotor 68 verändert werden kann . Abhängig von der Stellung der Auslassklappe 67 ändert sich der Volumenstrom an Flüssigbeton, der in den Vorfüllbehälter 16 übertritt . Die Schurre 66 umfasst einen Sensor 70 , mit dem der Fül lstand der Schurre 66 ermittelt wird . Mit der Ablaufrinne 33 des Fahrmischers 40 wird die Schurre 66 mit Flüssigbeton gefüllt . Gemäß Fig . 10 steuert der Füllstandsregler 62 den Schrittmotor 68 der Auslassklappe 67 der Schurre 66 an, um den Volumenstrom 58 des in den Vorfüllbehälter 16 eintretenden Flüss igbetons einzustellen . Die Regelung des Volumenstroms 58 über eine speziell für die Erfordernisse des erfindungsgemäßen Betonpumpen- Systems angepasste Schurre 66 ermöglicht eine höhere Präzision bei der Einstellung des Volumenstroms als eine Vorgehensweise , die von der Genauigkeit einer Dosiervorrichtung des Fahrmischers 40 abhängig ist .
In einem zweiten Regelkreis wird mit einem Mischerregler 69 die Di f ferenz zwischen einem mit dem Sensor 70 ermittelten Füllstand der Schurre 66 und einem von der Steuereinheit 44 erhaltenen Sollwert für den Füllstand verarbeitet , um den Mischermotor 42 des Vorratsbehälters 41 des Fahrmischers 40 anzusteuern . Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass in der Schurre 66 immer ausreichend Flüssigbeton 43 vorhanden ist , um den gewünschten Volumenstrom 58 in Richtung des Vorfüllbehälters 16 bereitstellen zu können .
Die Aus führungs form in Fig . 11 entspricht Fig . 10 mit dem Unterschied, dass der Mischermotor 42 nicht direkt angesteuert wird, sondern dass der Fahrer 64 des Fahrmischers 40 ein Signal erhält , gemäß dem er den aus dem Fahrmischer 40 austretenden Volumenstrom manuell einstellt . Dies ermöglicht die Verwendung konventioneller Fahrmischer 40 in einem erf indungsgemäßen Betonpumpen-System .

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betreiben eines Betonpumpensystems, bei dem Flüssigbeton (43) aus einem Flüssigbetonvorrat (41, 66) in einen Vorfüllbehälter (16) einer Betonpumpe (15) eingebracht wird, wobei der Flüssigbeton (43) mit einer Pumpvorrichtung (29) aus dem Vorfüllbehälter (16) angesaugt wird und entlang einer Förderleitung (17) gefördert wird, sodass der Flüssigbeton (43) an einem distalen Ende der Förderleitung (17) austritt, wobei die Betonpumpe (15) mit einer Steuereinheit (44) ausgestattet ist, wobei der Steuereinheit (44) ein Messwert über eine Zustandsgröße der Betonpumpe zugeführt wird und wobei der Messwert in der Steuereinheit (44) verarbeitet wird, um ein Steuersignal zu erzeugen, anhand dessen der Volumenstrom (58) des aus dem Flüssigbetonvorrat (41, 66) in den Vorfüllbehälter (16) übertretenden Flüssigbetons (43) eingestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Messwert den Füllstand des Vorfüllbehälters (16) repräsentiert.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei mit dem Steuersignal eine Signaleinrichtung (63) betätigt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei mit dem Steuersignal eine Dosiervorrichtung (42, 67) angesteuert wird, die dazu ausgelegt ist, den Volumenstrom (58) des aus dem Flüssigbetonvorrat (41, 66) in den Vorfüllbehäl ter (16) übertretenden Flüssigbetons (43) einzustellen.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Dosiervorrichtung (42) integraler Bestandteil einer Systemkomponente (40) ist, mit der der Flüssigbetonvorrat (41) bereitgestellt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei zwischen einem mit Flüssigbeton gefüllten Vorratsbehälter (41) und dem Vorfüllbehälter (16) eine Puffereinrichtung (66) angeordnet ist, und wobei die Dosiervorrichtung (67) ein Element der Puffereinrichtung (66) ist.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Puffereinrichtung (66) mit einem Füllstandssensor (70) ausgestattet ist.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei der Volumenstrom an Flüssigbeton, der aus dem Vorratsbehälter (41) in die Puffereinrichtung (66) übertritt, in Abhängigkeit vom Füllstand der Puffereinrichtung (66) eingestellt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei in der Steuereinheit (44) ein Sollwert für den Füllstand des Vorfüllbehälters (16) verarbeitet wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Sollwert für den Füllstand des Vorfüllbehälters (16) innerhalb einer Zeitspanne (54, 56) variiert wird, innerhalb derer eine einzelne Betonlage eines 3D-Druckvorgangs erzeugt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei während einer mittleren Phase des 3D-Druckvorgangs , mit dem eine einzelne Betonlage erzeugt wird, der Sollwert für den Füllstand des Vorfüllbehälters (16) niedrig ist.
12. Betonpumpensystem, umfassend eine Betonpumpe (15) und einen Flüssigbetonvorrat (41, 66) , wobei im Betrieb des Betonpumpensystems Flüssigbeton (43) aus dem Flüssigbetonvorrat
(41) in einen Vorfüllbehälter (16) der Betonpumpe (15) eingebracht wird, wobei die Betonpumpe (15) eine Pumpvorrichtung (29) umfasst, um Flüssigbeton (43) aus dem Vorfüllbehälter (16) anzusaugen und entlang einer Förderleitung (17) zu fördern, so dass der Flüssigbeton (43) an einem distalen Ende der Förderleitung (17) austritt, wobei die Betonpumpe (15) mit einer Steuereinheit (44) ausgestattet ist, wobei die Steuereinheit (44) dazu ausgelegt ist, einen Messwert über eine Zustandsgröße der Betonpumpe (15) zu verarbeiten, um ein Steuersignal zu erzeugen, anhand dessen der Volumenstrom (58) des aus dem Flüssigbetonvorrat (41) in den Vor- füllbehälter (16) übertretenden Flüssigbetons (43) eingestellt wird.
13. Computerprogrammprodukt oder Satz von Computerprogrammprodukten, umfassend Programmteile, welche, wenn geladen in einen Computer oder in untereinander vernetzte Computer, die mit einem erfindungsgemäßen Betonpumpensystem verbunden sind, zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgelegt sind.
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