DE19611068A1

DE19611068A1 - Kontrolleinrichtung zur Kontrolle der Formstoff-Füllmengen an Formkästen von Betonsteinmaschinen

Info

Publication number: DE19611068A1
Application number: DE19611068A
Authority: DE
Inventors: Hubert Dipl Ing Bald
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-03-25
Filing date: 1996-03-21
Publication date: 1996-09-26
Also published as: DE19611066A1

Description

Die vorliegende Erfindung befaßt sich in erster Linie mit der Kontrolle der Masse bzw. Stoffmenge von auf Betonsteinmaschinen oder ähnlichen Maschinen geformten und verdichteten Formkörpern, z. B. Pflastersteinen. Dabei geht es besonders um die Kontrolle der Formkörper-Masse bzw. Formkörper- Stoffmenge während der laufenden Fertigung in der Maschine oder bei der ununterbrochen laufenden Entsorgung der Formkörper aus der Maschine in einer nachgelagerten Kontrollstation bei Verwendung von Formkästen mit 2 oder mehr Formausnehmungen für die gleichzeitige Fertigung von 2 oder mehr Formkörpern. Da die Massen bzw. Mengen beim Vorgang des Füllens der Formausnehmungen bereits festgelegt werden, kann man auch von der Kontrolle der Füllmassen bzw. Füllmengen der Formkörper bzw. der zugeordneten Formausnehmungen sprechen. Wegen des engen Zusammenhanges zwischen Formkörpermasse und Verdichtungsgüte geht es indirekt auch um die Kontrolle der Verdichtungsgüte.

Im Prinzip kann es sich um beliebige Formstoffe handeln. Da in der Praxis als Formstoff der Beton dominiert, wird im nachfolgenden der Einfachheit halber auch von Betonmassen bzw. Betonmengen usw. gesprochen. Eine Betonsteinmaschine, bei welcher die vorliegende Erfindung realisierbar wäre, ist z. B. in der DE-P 44 34 687.5 mit Fig. 1 dargestellt. Der Einfachheit halber werden dieser Veröffentli chung auch bestimmte technische Begriffe zur Verwendung in der vorliegenden Beschreibung entnom men. Derartig übernommene Begriffe sind teilweise durch ein "*"-Zeichen am Wortende gekennzeich net.

Kontrolleinrichtungen zur Kontrolle der Füllmengen unmittelbar an der Form- und Verdichtungsstation von Betonsteinmaschinen sind bisher nicht bekannt geworden. Mit den bisher zur Verfügung stehenden Mitteln kann die Kontrolle der Masse oder Stoffmenge eines Formkörpers nur durch nachträgliches Wiegen des Formkörpers bestimmt werden, wozu die Formkörper von ihrer Ablage auf dem Boden oder auf Transportpaletten entnommen werden müssen. Wegen der Umständlichkeit des Verfahrens und we gen der heute üblichen hohen Produktionsgeschwindigkeiten beschränken sich derartige Kontrollvor gänge praktisch nur auf Stichproben-Kontrollen.

Bei den steigenden Ansprüchen an die Produktqualität auch bei Betonsteinen steigt auch der Bedarf nach einer Kontrolleinrichtung, mit welcher sämtliche produzierte Formkörper auf die bei ihrer Formung und Verdichtung in der Formausnehmung der Form eingesetzte Füllmenge hin kontrolliert werden kön nen. Optimalerweise müßte eine solche Kontrolleinrichtung in die Betonsteinmaschine integrierbar sein.

Die Erfindung löst diese Aufgabe gemaß der technischen Lehre der beiden unabhängigen Patentansprü che. Das den beiden unabhängigen Patentansprüchen gemeinsame Lösungsprinzip besteht darin, daß die Messung der Massen bzw. Füllmengen bzw. auch die Messung der Verdichtungsgüte indirekt über das Analysieren der durch die Quantitäten der Massen bzw. Füllmengen bzw. durch die Verdichtungsgüte beeinflußten Bewegungs-Verhaltensweisen von mit der Oberseite der Formkörper in Kontakt bringbaren Stempeln erfolgt, wobei die zu analysierende Bewegung eines jeden Stempels abgeleitet ist von der Einwirkung eines Schwingungserregers. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten der Erfin dung sind in den Unteransprüchen definiert. Die Vorteile der Erfindung sind vor allem in folgenden Leistungsmerkmalen zu sehen:

- Es kann mit vertretbarem Aufwand eine laufende 100%-ige Prüfung der Formkörper vorgenommen werden.
- Die Prüfung der Formkörper kann vorgenommen werden, ohne die Aushärtung des Betons abwarten zu müssen.
- Sofern in der Betonsteinmaschine eine Kontrolleinrichtung gemäß der Erfindung oder eine weitere andersartige Kontrolleinrichtung zur Kontrolle der Güte des Verdichtungsgrades vorgesehen ist, kann eine von Natur aus eigentlich notwendige kombinierte Qualitätsaussage über den Verdichtungsgrad und zugleich über die Größe der eingefüllten Betonmenge für alle Formkörper gemacht werden.

Die Kontrollfunktion der erfindungsgemäßen Kontrolleinrichtung kann in zweierlei Hinsicht, und zwar zum Zwecke der Qualitätskontrolle und zum Zwecke der Füllmengen-Regelung bzw. Regelung der die Verdichtungsgüte beeinflussenden Stellgrößen genutzt werden.

Bei der Qualitätskontrolle werden die Werte der aktuellen physikalischen Größen, das sind die Werte der Massen oder Mengen oder auch die Werte der Verdichtungsgüte der gerade in der Produktion be findlichen oder der bereits fertig gestellten Formkörper, gemessen (Istwerte) und mit vorgegebenen Normwerten (Sollwerte) verglichen. Die Differenz zwischen Ist- und Sollwerten (die Abweichung) wird anhand vorgegebener Toleranzen bzw. Toleranzklassen bewertet und aus der Bewertung folgert die Aussage, daß die gemessene Qualität des Formkörpers der durch den Sollwert und die Toleranz vorgege benen Qualität entspricht, bzw., daß die gemessene Qualität einer durch die entsprechende Toleranzklas se gekennzeichneten Qualitätsklasse entspricht. Der Einfachheit halber wird nachfolgend davon ausge gangen, daß nur eine einzige Qualitätsklasse definiert ist, deren Anforderungen erfüllt werden oder nicht.

Das Nichterreichen und/oder das Erreichen einer vorgegebenen Qualität soll der Maschinensteuerung oder einer dafür vorgesehenen Auswerteeinheit durch ein Signal mit vorgegebenem Informationsinhalt übermittelt werden. In Auswertung dieses Signales wird der entsprechende Formkörper entweder ge kennzeichnet z. B. durch Farbmarkierung oder einer von den anderen Formkörpern getrennten Lagerung zugeführt.

Bei Nutzung der Kontrolleinrichtung für eine Füllmengen-Regelung werden die Informationen über die gemessenen Istwerte zu einer Regel- oder Steuereinrichtung einer im Produktionsablauf der Form- und Verdichtungsstation vorgelagerten Produktions-Einrichtung zurückgeführt. In diesem Sinne kann die Einrichtung zur Istwertermittlung als Meßeinrichtung der Regelgröße eines Regelkreises zur Regelung der Formstoff-Massen oder Formstoff-Mengen angesehen werden.

Ähnliches gilt für die Nutzung der Kontrolleinrichtung für eine Regelung der Verdichtungsgüte. Hier werden die Differenzen zwischen Ist- und Sollwerten dazu benutzt, um auf die die Verdichtungsgüte beeinflussenden Stellgrößen im Sinne einer Regelung einzuwirken. Als Stellgrößen fungieren hier vor allem die physikalischen Größen "Schwingungsfrequenz f_schw" und/oder "Schwingungsamplitude A_schw" und/oder "Stoßgeschwindigkeit v_St", das ist die Geschwindigkeit, mit der die Schwingmasse des Schwingtisches beim Aufwärtsstoß von unten gegen die Prallfläche der Grundplatte stößt.

Die nachfolgenden Erläuterungen betreffen zunächst nur Ausführungsformen der Erfindung gemäß dem Patentanspruch 1.

Die Befüllung jeder einzelnen Formausnehmung mit der vorgeschriebenen Masse an Beton innerhalb vorgegebener Befüllungs-Toleranzen ist Aufgabe des Befüllungssystems (Vorratssilos/Füllwagen). Die gleichmäßige Masse-Befüllung bei einer Vielzahl von Formausnehmungen ist ein bis heute nur unbe friedigend gelöstes Problem. Beim Vorhandensein einer einzigen Formausnehmung mit einem einzigen Formstempel kann man bei voraussetzbarem gleichbleibenden Verdichtungsgrad des Formkörpers die Verdichtungshöhe des Formkörpers bzw. die Eindringtiefe der Stempelstirn in die Formausnehmung hilfsweise als Maß für die tatsächlich eingefüllte Masse bewerten.

Bei einer Form mit mehr als einer, z. B. mit "n" Formausnehmungen, ist dieses Prinzip so ohne weiteres nicht mehr verwendbar. Eine Weiterentwicklung dieses Prinzips, die ebenfalls noch innerhalb der tech nischen Lehre der Erfindung liegt, besteht darin, daß man "n" voneinander unabhängige Wegmeßsysteme vorsieht, wobei alle "n" Stempel in vertikaler Richtung unabhängig voneinander beweglich sein müssen. Das führt jedoch bei einer Vielzahl von Formausnehmungen, wie sie z. B. bei der Herstellung von Pfla stersteinen auftritt, zu einer aufwendigen Konstruktion.

Die vorliegende Erfindung beinhaltet jedoch noch eine robustere und weniger aufwendige andere Lö sung, bei welcher die Formstempel alle "fest" mit der sie tragenden Stempelplatte verbunden bleiben können, was nicht ausschließt, daß die Formstempel "elastisch beweglich" mit der Stempelträger-Platte verbunden sind. Da diese "Feststempel-Lösung" bevorzugt ist, soll im nachfolgenden ausschließlich von ihr die Rede sein. Bevor sie näher erläutert wird, soll zuvor noch einmal auf die Bedeutung und Wirkung der Stoßimpulse eingegangen werden, da man nachweisen kann, daß diese bei dem durch Abwärtsstöße (bei welchen die Prallfläche der Grundplatte gegen die Prallfläche der Pralleiste stößt) und/oder Auf wärtsstöße (bei welchen die Prallfläche der Schwingmasse des Bewegungserzeugungs-Systems* von unten gegen die Prallfläche der Grundplatte stößt) bewirkten Verdichtungsvorgang eine entscheidende Rolle spielen.

Bei den an den Verdichtungsstößen bzw. Stoßimpulsen beteiligten Stoßbeschleunigungen wird nachfol gend noch unterschieden zwischen

- einer Stoßbeschleunigung a_Stoß, welche in unmittelbarer Nähe der "Prallflächen" meßbar ist, und
- einer von der Stoßbeschleunigung a_Stoß abgeleiteten Stoßbeschleunigung b_Stoß, welche z. B. (mit ge ringeren Werten) an anderen Stellen gemessen werden kann. Eine in diese Zusammenhang besonders interessierende abgeleitete Stoßbeschleunigung ist die an der Stirnseite der Formstempel auftretende Stoßbeschleunigung b_St.

Die bei den Verdichtungsstößen über die Masse des Formkörpers und über die Stirnseite des Formstem pels geleiteten Stoßimpulse I_St kann man (vereinfacht) beschreiben mit dem Ausdruck:

mit den Integralgrenzen t = A(Anfang) bis t = E (Ende) bzw. v = v_A bis v = v_E. Dabei bedeuten: F_St(t) die während der Stoßzeit veränderliche Stoß kraft an der Stirnfläche des Formstempels, b_St(t) die während der Stoßzeit veränderliche Stoßbeschleu nigung an der Stirnfläche des Formstempels, m_St die dem jeweiligen Formstempel zuzuordnende (in der Regel oberhalb der Stirnfläche angeordnete) Gesamtmasse m_GES, t_A minus t_E = t_St die Stoßzeit und v_A bzw. v_E die Geschwindigkeiten der Masse m_St vor und nach dem Stoß.

Zur Gesamtmasse m_GES ist dabei nicht nur die Summe der Einzelmassen aller Formstempel zu rechnen, sondern auch die Masse jener Geräteteile, an welcher die Formstempel (hängend) befestigt sind.

Beim Vorhandensein von mehreren Formstempeln summieren sich die über die Formstempel geleiteten Einzelimpulse I_St zu dem Gesamtimpuls I_St, _Σ(= ΣI_St). Der Gesamtimpuls I_St, Σ ist dann beim Ab wärtsstoß in die Pralleisten (und damit in den Boden) einzuleiten und beim Aufwärtsstoß vom Schwing tisch aufzubringen.

Bei der Anwendung der "Feststempel-Lösung", bei welcher keine voneinander unabhängige Beweglich keit aller Formstempel (elastisch Beweglichkeit ausgenommen) vorgesehen ist, wird davon ausgegangen, daß bei dem Idealfall mit für alle Formausnehmungen anzunehmendem gleichen Verdichtungsgrad und anzunehmender vorschriftsmäßiger Befüllung mit der vorbestimmten Masse, die Übertragung des Ge samtimpulses I_St, _Σ beim Abwärtsstoß und Aufwärtsstoß unter gleichzeitiger Belastung aller Stempel erfolgt (I_St, _Σ = ΣI_St). Dabei wird gleichzeitig unterstellt, daß die Einzelimpulse I_St ihrem Wert nach sich untereinander in etwa proportional zur jeweiligen Größe der zugehörigen Stirnflächen verhalten. Speziell bei gleichgroßen Stirnflächen würde das heißen, daß über alle Formstempel gleichgroße Einzel impulse I_St geleitet werden.

Die Kernaussage der technische Lehre der Erfindung gemäß den unabhängigen Patentansprüchen, näm lich, daß die Formkörper-Masse bzw. Formstoffinenge bzw. die Verdichtungsgüte indirekt über die Werte diverser Merkmalsgrößen von Impulsmerkmalen des über den entsprechenden Formstempel geleiteten Stoßimpulses gemessen werden soll, geht im Hinblick auf die "Feststempel-Lösung" davon aus, daß bei der praktischen Anwendung keinesfalls mit einer strengen Proportionalität zwischen Im pulsgroße und Stirnflächengröße gerechnet werden muß. Das ist z. B. schon wegen der unterschiedlichen Toleranzen der Fertigungsmaße und der unterschiedlichen Elastizitäten nicht möglich. Es kommt bei diesem Prinzip vielmehr darauf an, daß angenommen werden darf, daß unter vergleichbaren Verhaltnis sen von Massenbefüllung, Verdichtungsgrad und Stoßbedingungen über jeden Formstempel ein bei allen Verdichtungsvorgängen in etwa gleichbleibender Einzelimpuls I_St geleitet wird.

Man kann nachweisen, daß für den Fall von z. B. 3 vorhandenen, gleich großen Formausnehmungen mit 3 zugeordneten Formstempeln und mit einer Massenverteilung derart, daß zwei Formkörper zwei gleich große Massen m_G und ein Formkörper eine Masse m_K<m_G aufweisen, an dem der kleineren Masse zugeordneten Stempel (z. B. beim Abwärtsstoß) ein Einzelimpuls

gemessen werden kann, welcher wenigstens eines der nachfolgenden besonderen Impuls-Merkmale auf weist:

a) Der Zeitpunkt des Beginns des der Masse m_K zugeordneten Einzelimpulses I_{St, K} sowie der Zeit punkt des Erreichens der maximalen Stoßbeschleunigung b_{St, K, max} liegt hinter dem entsprechenden, mit der Masse m_G in Verbindung zu bringenden Zeitpunkt,
b) die maximale Stoßbeschleunigung b_{St, K, max} des Einzelimpulses I_{St, K} ist kleiner als die mit den Massen m_G verbundenen maximalen Stoßbeschleunigungen,
c) der Integralwert des Einzelimpulses I_{St, K} ist kleiner als der Integralwert des Einzelimpulses I_{St, G},
d) die Stoßzeit t_St = t_E - t_A ist beim Einzelimpuls I_{St, K} größer als beim Einzelimpuls I_{St, G}.

Die Entstehung der vorgenannten Impuls-Merkmale kann man sich unter idealisierten Bedingungen in etwa wie folgt erklären: Im Verlaufe der vorangegangenen Verdichtung sind alle 3 Formkörper auf eine bestimmte durchschnittliche Körperhöhe verdichtet worden. Dabei hat sich bei dem Formkörper mit der kleineren Masse m_K entweder eine kleinere Verdichtungshöhe und/oder ein kleinerer Verdichtungsgrad eingestellt. Der kleinere Verdichtungsgrad äußert sich u. a. in einem andersartigen Kompressionsverhal ten als es bei der Kompression der Formkörper mit der größeren Masse m_G auftritt.

Mit Beginn des Abwärtsstoßes, also im Augenblick des Aufsetzens der Prallfläche der Grundplatte auf den Pralleisten, bewegt sich die Gesamtmasse m_GES zunächst mit der Geschwindigkeit v_A, welche we gen des Geschwindigkeitswertes v = 0 der Pralleisten selbst auch mit der Stoßgeschwindigkeit v_Stoß gleichgesetzt werden kann. Bei ungleich ausgebildeter Körperhöhe ist der Verdichtungsstoß an den Formkörpern mit der Masse m_G dadurch gekennzeichnet, daß er zeitlich früher beginnt, daß die Stoßbe schleunigung b_St auf höherem Werte-Niveau verläuft und daß die Stoßgeschwindigkeit an der Stem pelstirn den Wert Null früher erreicht als der Verdichtungsstoß an dem Formkörper mit der Masse m_K.

Bei ungleich ausgebildetem Verdichtungsgrad, aber gleicher Körperhöhe, erreicht die maximale Stoßbe schleunigung b_{St, K, max} und auch der Integralwert für den Einzelimpuls I_St bei dem Formkörper mit der kleinen Masse m_K nicht den entsprechenden Wert wie bei den beiden anderen Formkörpern.

In einer Verallgemeinerung des zuvor Gesagten geht die Erfindung davon aus, daß man aus den Bewer tungsmerkmalen, d. h. aus den Merkmalen des Einzelimpulses I_St und/oder aus den Unterschieden der Impulsmerkmale von den unterschiedlichen Formstempeln zugeordneten Ein zelimpulsen unter bestimm ten Bedingungen die Größe der Stoffmenge bzw. des Verdichtungsgrades des beteiligten Formkörpers ablesen kann.

Als Bewertungs-Merkmale kommen z. B. in Frage:

- Die Größe des "maßebezogenen Stoßimpulses" mit den Integralgren zen t_A bis t_E.
- Die Größe des Produktes der Stoßbeschleunigung b_St, _Φ und der Stoßzeit t_E minus t_A, mit b_St, _Φ als die durchschnittliche Stoßbeschleunigung und mit t_E minus t_A als der Stoßzeit.
- Die Größe des Produktes einer anderweitigen Stoß-Beschleunigung, welche von der durchschnittlichen Stoß-Beschleunigung b_St, _Φ durch einen vorgebbaren Verhältnisfaktor ableitbar ist und einer anderwei tigen Stoßzeit, welche von der Stoßzeit t_E - t_A durch einen vorgebbaren Verhältnisfaktor ableitbar ist.
- Die durch eine Fourier-Analyse einer Stoßfunktion abgeleitete Größe wobei die Stoßfunktion die Funktion des Stoß-Weges s_St oder einer seiner zeitlichen Ableitungen (z. B. v_St oder b_St) sein kann.
- Die Größe einer zeitlichen Ableitung der Stoß-Beschleunigung b_St.
- Der Maximalwert der Stoß-Beschleunigung b_St.

Die aus dem Signal des Stoßweges s_St, der Stoßgeschwindigkeit v_St oder der Stoßbeschleunigung b_St nach der Bearbeitung durch ein analoges oder digitales Filter entstandenen Größe.

Soweit es sich um die Ermittlung der Verdichtungsgüte handelt, wird dabei davon ausgegangen, daß eine Beziehung besteht zwischen der Verdichtungsgüte und den meßbaren Bewertungs-Merkmalen. Bereits in der DE-OS 44 34 696 wird in Spalte 4, Zeilen 64 ff. ausgesagt, daß das verdichtete Betonmaterial in Abhängigkeit vom Verdichtungsgrad ganz bestimmte Eigenschaftsgrößen wie Dämpfungsfähigkeit, Elastizität und Stoßimpuls-Durchleitvermögen entwickelt. Im Gegensatz zu der in dieser Druckschrift gemachten Annahme, daß als das Maß der erreichten Verdichtungsgüte die Höhe der durch den Form körper hindurchgeleiteten oder der in den Formkörper eingeleiteten Stoßbeschleunigung b_St anzusehen ist, wird bei der vorliegenden Erfindung davon ausgegangen, daß nicht die aus der Höhe der Stoßbe schleunigung alleine entnehmbaren Informationen, sondern auch zusätzlich die aus dem zeitlichen Verlauf der Stoßbeschleunigung (bzw. des Stoßweges bzw. der Stoßgeschwindigkeit) entnehmbaren In formationen eine zuverlässig verwertbare Auskunft über die vorliegende Verdichtungsgüte liefern. Zu den aus dem zeitlichen Verlauf der Stoßbeschleunigung ableitbaren physikalischen Größen gehört z. B. die aus dem Produkt von Beschleunigung und Stoßzeit ("maßebezogene Impuls") gebildete Größe, bzw. deren zeitliche Ableitungen.

Die Erfindung sieht daher vor, daß wenigstens eines, besser aber mehrere der Bewertung-Merkmale des Stoßimpulses eines Einzelstoßes an einem jeden Stempel und bei Einhaltung ganz bestimmter Prozeß bedingungen im einzelnen ermittelt und anschließend ausgewertet werden.

Bei dieser Auswertung werden für jeden Formstempel individuelle und unter ganz bestimmten Prozeß bedingungen ermittelte und abgespeicherte, normierte und einer bestimmten (guten) Füllmenge bzw. einem bestimmten (guten) Verdichtungsgrad zugeordnete "Normalwerte" für jedes der interessierenden Impulsmerkmale (z. B. maximale Stoßbeschleunigung b_{St, max}) mit verarbeitet. Im einfachsten Falle einer Auswertung kommt es zur Ermittlung des Differenzwertes von Normalwerten und gemessenen aktuellen Werten. Liegt der Differenzwert innerhalb eines vorgegebenen Toleranzwertes, so ist die Qualitätsanforderung erfüllt.

Die abgespeicherten Normalwerte für jeden Formstempel können z. B. bei einem Kalibrierungslauf der Maschine unter definierten Normbedingungen oder als auf einen bestimmten Produktionszeitraum bezo gene Mittelwerte ermittelt worden sein. Dabei flossen automatisch in die Normalwerte auch ganz indivi duelle, dem jeweiligen Formstempel zuzuordnende Einflüsse mit ein, wie z. B. die örtliche Lage des Formstempels oder die Kalibrierung des dem Formstempel zugeordneten Beschleunigungssensors.

Als Korrekturwert für die Normalwerte oder für die gemessenen aktuellen Werte kann noch eine andere, meßbare Größe mit einbezogen werden. Es ist dies die mittlere Abweichung des gemessenen Wertes eines Impulsmerkmales von den vorgegebenen Normalwerten einer aus der Gesamtmenge der Formstem pel auswählbaren Teilmenge von Formstempeln. Diese "mittlere Werteabweichung δW" kann z. B. die Folge einer sich generell einstellenden Änderung der Verdichtbarkeit (z. B. infolge der anteiligen Änderung eines Beton-Zuschlagstoffes) sein. Beispielsweise könnte bei einer Gesamtanzahl von 10 Form stempeln bei jenen 7 Formstempeln, bei denen die relativ beste Formfüllung ermittelt wurde, immerhin noch eine "mittlere Werteabweichung δW" von δW = minus 5% von den vorgegebenen Normalwerten für die maximale Stoßbeschleunigung b_{St, max} gemessen worden sein.

Da von der "mittleren Werteabweichung δW" alle Formkörper gleichmäßig betroffen sein können, kann es in einem solchen Falle zweckmäßig sein, zwecks genereller Berücksichtigung von δW die vorgegebe nen Normalwerte der Impulsmerkmale aller Formstempel um den Beitrag von δW zu korrigieren. Im Falle des vorbenannten Beispieles hieße dies, daß alle Normalwerte für die maximale Stoßbeschleuni gung b_{St, max} um 5% gekürzt werden.

Die "mittlere Werteabweichung δW" kann auch auf andere Weise ermittelt werden, z. B. aus den Mes sungen über jene aktuell erreichte Verdichtungshöhe, welche aus der Messung des Absenkweges der gesamten Haltevorrichtung für die Formstempel während des Verdichtungsvorganges abgeleitet bzw. ermittelt wird.

Es versteht sich, daß die Messungen der Werte der Impulsmerkmale unter ganz bestimmten, vorgebbaren und reproduzierbaren Bedingungen des Verdichtungsprozesses bzw. vorgebbaren Werten bestimmter Beurteilungsgrößen vorgenommen werden müssen. Zu diesen Bedingungen bzw. Beurteilungsgrößen gehören vornehmlich der "Stoß-Phasenwinkel β" (siehe Druckschrift DE-P 44 34 687.5) und/oder die an vorgegebener Stelle bzw. an vorgegebenen Stellen zu messenden Stoßbeschleunigungen a_Stoß* oder b_Stoß* des Abwärtsstoßes und/oder des Aufwärtsstoßes, meßbar z. B. an den Pralleisten, an der Schwingmasse oder auch am Formstempel selbst.

Anstelle der Stoßbeschleunigung a_Stoß oder b_Stoß kommen aber auch noch andere physikalische Grö ßen in Frage. Hierzu zählen auch die Beurteilungsgrößen, wie sie in der Druckschrift DE-P 44 34 696.4 als Beschleunigungswerte B_n und ΣB_n bzw. als Verdichtungswegwerte S_n und ΣS_n bzw. als Ge schwindigkeitswerte G_n definiert sind.

Ein besonderes Interesse gilt den Stoß-Sensoren, mit denen die physikalischen Größen Stoßbeschleuni gung b_St(t) oder Stoßgeschwindigkeit (an der Stempelstirn) v_St(t) = ∫ b_St(t) dt oder Stoßweg (an der Stempelstirn) s_St(t) = ∫ v_St(t) dt direkt oder indirekt gemessen werden können. Da jede der 3 Größen von den jeweils anderen durch Integration oder Differentiation gewonnen werden kann, sind alle Senso ren einsetzbar, mit denen mittelbar oder unmittelbar eine der 3 physikalischen Größen gemessen werden kann. Dazu gehören auch jene Sensoren, mit denen man elastische Materialdeformationen mißt, da letz tere ja die Folge der Wirkung von Beschleunigungen sind, oder auch jene Sensoren, mit denen man jene Kraft oder deren Wirkung (z. B. die elastische Verformung eines beteiligten Organs) mißt, welche von der Stoßkraft bzw. Impulskraft F_St abgeleitet ist. Bevorzugt sind robuste und klein bauende Sensoren unter Verwendung von Piezzo-, Quarz- oder Halbleitermaterialien oder unter Verwendung von Dünn filmtechniken.

Die direkte oder indirekte Detektierung der maßgeblichen, an der Stempelstirn wirksamen Stoßbe schleunigungen b_St kann auch über die durch sie erzeugten Schallwellen im Material des Formstempels (oder eines dafür vorgesehenen Sonderorganes) oder in der Luft erfolgen. Bei der Erfassung der Schall wellen könnte ein vergleichbares Verfahren wie bei der "Klopfregelung" von Verbrennungsmotoren zur Anwendung kommen. Dabei könnte man auch serienmäßig hergestellte "Klopfsensoren" zur Anwendung bringen.

Bei einer (nicht durch die beigefügte Zeichnung illustrierten) Ausführung der Erfindung gemäß dem 2. unabhängigen Patentanspruch erfolgt die Kontrolle nicht während des Aufenthaltes der Formkörper in der Form- und Verdichtungsstation, sondern in einer nachgeschalteten besonderen Kontrollstation. Hier liegen die Formkörper bevorzugt noch in einer Relativlage, wie sie durch die Entformung der Formkör per geschaffen wurde. Anstelle der Formstempel werden hier besondere Meßstempel über eine dafür vorgesehene Stempelstirn mit der Oberseite der Formkörper kontaktiert, wobei spätestens nach der Kontaktierung die Meßstempel (z. B. angeregt durch einen Piezzo-Schwingungserreger) in Schwingun gen versetzt werden.

Bei dieser Art von Kontrolle kommen bevorzugt die folgenden drei Verfahren zum Einsatz:

a) Einsatz eines Meßstempels pro Formkörper. Hier überträgt der Meßstempel durch Aufnahme eines mit vorbestimmtem Anpreßdruck hergestellten mechanischen Kontaktes mit dem Formkörper durch einen Schwingungs-Erreger generierte Schwingungen auf den Formkörper und versetzt ihn damit ebenfalls in Schwingungen. Die Schwingfrequenz kann fest vorgegeben sein oder auch während der Kontaktzeit innerhalb bestimmter Grenzen variieren.

Die Höhe der im Formkörper enthaltenen Füllmenge bzw. Betonmasse und/oder die Güte der Verdich tung und/oder der Luftporengehalt des Betons kann gemessen werden

- entweder bei fester oder variabler Schwingfrequenz durch Messung des (elektrischen) Leistungsver brauchs des Schwingungs-Erregers oder durch Messung einer der Größen Schwingweg oder Schwingge schwindigkeit oder Schwingbeschleunigung,
- oder bei variabler Frequenz durch Ermittlung der Resonanzfrequenz des Formkörpers selbst oder der Resonanzfrequenz des Formkörpers in Verbindung mit einer bestimmten Eigenschaft (z. B. Federeigen schaft) des Meßstempels.

Die Resonanzfrequenz als Güte-Indikator kann dabei z. B. ebenfalls über die Leistungsaufnahme des Schwingungs-Erregers gemessen werden.

b) Einsatz eines an einem Meßstempel befestigten Schallerzeugers pro Formkörper. Hierbei erfolgt die Übertrag- von Schwingungen vom Meßstempel auf den Formkörper in erster Linie über Luftschall. Die Schwingfrequenz kann auch in diesem Falle konstant gehalten oder variiert werden. Die Höhe der im Formkörper enthaltenen Füllmenge bzw. Betonmasse und/oder die Güte der Verdichtung und/oder der Luftporengehalt des Betons kann wie im Falle a) oder c)/α) gemessen werden.
c) Die Übertragung der Schwingungen von einem Meßstempel auf den Formkörper erfolgt wie im Falle a) oder b). Das Schwingungsverhalten des Formkörpers, welches die Informationen über die Höhe der im Formkörper enthaltenen Füllmenge bzw. Betonmasse und/oder die Güte der Verdichtung beinhaltet, wird vom Formkörper abgefragt, indem durch eine gleichzeitig mit der Schwingungs-Eintragung erfol genden Kontaktaufnahme zwischen Formkörper und einem besonders dafür vorgesehenen Schwingbe wegungs-Übertraguhgsorgan (z. B. in Form eines zusätzlichen Meßstempels) ein zusätzlicher Leitweg geschaffen wird, auf dem die Schwingungen des Formkörpers zu einem Aufnahmeorgan (z. B. Piezzo- Wandler-Sensor) geleitet werden, wo sie in elektrische Schwingungen umgewandelt werden. Durch die Analyse der Sensorsignale kann sodann auf die Beschaffenheit des Formkörpers geschlossen werden.

Es kann bei einem nacheinander erfolgenden Einsatz des Verfahrens nach a) und b) oder nach a) und c) auch eine kombinierte Qualitätskontrolle am Formkörper in zwei Schritten wie folgt erfolgen:

α) In einem ersten Schritt kommt es zu einer "Beschallung" des Formkörpers gemäß dem Verfahren b), wobei z. B. durch elastische Abstandshalter ein bestimmter Abstand (z. B. 0,5 mm) zwischen Formkör peroberfläche und Meßstempel eingehalten wird. Die Schallabstrahlung erfolgt von einer Stempelstirn, mit welcher bei dem zweiten Schritt Kontakt mit der Formkörperoberfläche aufgenommen wird. Durch den engen einzuhaltenden Abstand bedingt, entsteht zwischen Stempelstirn und Formkörperoberfläche eine dünne Luftschicht, deren zugehöriges Luftvolumen (z. B. durch die Ermittlung der Resonanzfre quenz des Luftvolumens oder des gesamten beteiligten Masse-Systems Formkörper/Schallerzeuger) gemessen werden kann.

Da das Luftvolumen durch die Größe der bis an die Oberfläche reichenden Luftporen der Betonmasse beeinflußt wird, kann somit auch die Größe des die Verdichtungsgüte repräsentierenden Luftporengehal tes gemessen werden. Die Meßmethode kann dadurch verbessert werden, daß anstelle der elastischen Abstandshalter ein Dichtring eingesetzt wird, so daß die Luftschicht an der Peripherie der (mit ebener Fläche ausgebildeten) Stempelstirn komplett gegen die Außenluft abgedichtet wird.

β) In einem zweiten Schritt erfolgt eine weitere Annäherung zwischen Stempelstirn und Formkörper oberfläche bis zur mechanischen Kontaktaufnahme zwischen beiden, wobei durch Anwendung einer Anpreßkraft der Widerstand gegen diese Annäherung der elastischen Abstandshalter überwunden wird. Nach vollzogener Kontaktaufnahme zwischen Stempelstirn und Formkörperoberfläche erfolgt dann eine Kontrollmessung nach dem Verfahren gemäß a).

Auch in den zuvor geschilderten Fällen werden die Verhaltensweisen der Schwingbewegungen oder ihrer Wirkungsweise zusammen mit dem Formkörper gemessen und analysiert. Aus der Verhaltensweise der Schwingbewegungen kann auf die Größe der Masse bzw. der Füllmenge des Formkörpers oder auf die Verdichtungsgüte geschlossen werden. Während des Kontrollvorganges können dabei die Formkörper auch von ihrer Ablagefläche angehoben werden, was z. B. durch an den Stempel-Stirnflächen angebrachte Saugnäpfe geschehen kann. Eine während oder nach dem Hochheben der Formkörper zum Zwecke der Füllmengenkontrolle vorgenommene Masse-Ermittlung durch einen Wägevorgang liegt ebenfalls noch im Rahmen der vorliegenden Erfindung.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, daß das Signal über die Aussage der Qualität der Formkörper-Masse bzw. Stoffmenge kombiniert wird mit einem Signal zur Bewertung der Qualität der Verdichtung der Formmasse des Formkörpers gemäß den Definitionen der Erfindungsbe schreibung bzw. der Patentansprüche der Erfindung nach der Druckschrift DE-P 44 34 696.4. Durch eine derartige Kombination der Qualitätsbewertung beider Eigenschaften (Verdichtungsgüte und Stoff menge) zu einer einzigen Qualitätsbewertung entsteht eine besonders aussagekräftige neue Qualitätsbe wertung, dies vor allem auch deshalb, weil die dabei zusammengefaßten Qualitäts-Eigenschaften sich gegenseitig beeinflussen.

Da für die Messung beider Qualitäts-Eigenschaften Sensoren mit vergleichbaren Meßelemente-Eigen schaften verwendet werden können, liegt es nahe, an der Form- und Verdichtungsstation der Beton steinmaschine Sensoren einzusetzen, aus deren Signaien Aussagen sowohl zur Bewertung der Qualität der Verdichtung als auch zur Bewertung der Qualität der Formstoffinenge abgeleitet werden können. Für eine derartige Verwendung kommen vor allem die Sensoren zur Detektierung des Verlaufes der Einzel impulse I_St an den Formstempeln in Frage.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung und zweier Diagramme, in welchen die Verläu fe der in einer Vorrichtung gemäß der Zeichnung erzeugten Verdichtungs-Stoßimpulse beschrieben wer den, weiter illustriert: Fig. 1 stellt einen Schnitt durch die senkrechte Mittenachse einer Form- und Verdichtungsstation einer Betonsteinmaschine dar. Auf dem Fundament 1 steht eine Fundamentplatte 3 an welche nach oben drei Pralleisten 5 angeformt sind, welche oben mit den Prallflächen 9 abgeschlos sen werden. Mit den Prallflächen 7 an ihrer Unterseite liegt die Grundplatte 10 auf den Pralleisten 5 der art auf, daß die Prallflächen 7 und 9 aneinander liegen und sogenannte Stoßstellen bilden. Der Ausdruck Stoßstelle bedeutet, daß bei der mit Stoßimpulsen durchgeführten Verdichtung der Formkörper 28 die beiden Prallflächen 7 und 9 um einen Abstand A_L voneinander entfernt werden, und anschließend wie der zusammengestoßen werden können, wobei an der Stoßstelle eine Stoßbeschleunigung a_Stoß entsteht.

In den Hohlräumen 19 und 19′ zwischen den Pralleisten 5 ist das Bewegungserzeugungs-System* 21 mit dem in Richtung des Doppelpfeiles 62 auf und ab schwingenden Schwingtisch 12/12′ (mit der Schwing masse m_Schw) und der Antriebseinrichtung* 23 untergebracht, wobei die beiden Teile 12 und 12′ einen zusammenhängenden Körper bilden. Die Antriebseinrichtung 23* umfaßt zum einen eine erste Energie wandlungs-Einrichtung *in Form von auf Zug und Druck belastbaren Federn 16/16′, mit denen die Masse m_Schw des Schwingtisches 12/12′ gegen die Fundamentplatte 3 (weich) abgestützt ist und mit deren Hilfe eine laufende Umwandlung von kinetischer Energie der Schwingmasse m_Schw in Feder energie, und umgekehrt, stattfindet.

Die Antriebseinrichtung* 23 umfaßt weiterhin noch einen Unwucht-Schwingungserreger 70 mit zwei gegensinnig synchron umlaufenden und die zweite Energiewandlungs-Einrichtung* verkörpernden Un wuchtelementen, und mit zwei, die Unwuchtelemente antreibenden elektrischen Antriebsmotoren 14/14′ als Energiezufuhr-Einrichtung* für die Zufuhr von Bewegungsenergie (z. B. als Ersatz von Reibungs- Verlust-Energie) und von Verdichtungsenergie (welche über den Umweg der kinetischen Energie der Schwingmasse m_Schw in die Formmasse der Formkörper 28 eingeführt wird).

Die Darstellung der Antriebseinrichtung entspricht einer Situation während des Verdichtungsvorganges, bei welcher zunächst der Schwingtisch 12/12′ nach seiner Abwärtsbewegung seine unterste Lage er reicht, derart, daß die Prallflächen 60/60′ sich unterhalb des durch die Prallflächen 7 der Pralleisten ge kennzeichneten Höhenniveaus befinden und relativ zur Prallfläche 9 der Grundplatte einen Luftspalt 22 (=L) bilden. Nach dem Unterschreiten des besagten Höhenniveaus durch die Prallflächen 60/60′ erfolgt unter Abbauen des Abstandes A_L eine Abwärtsbewegung der Grundplatte 10 bis zum Eintritt des Kon taktes an den Prallflächen 7 und 9, mit welchem Kontakt der "Abwärtsstoß" eingeleitet wird.

Im Anschluß an die zeichnerisch dargestellte Situation der Antriebseinrichtung wird sich folgendes er eignen. Während einer Aufwarts Schwingbewegung des Schwingtisches 12/12 wird mit zunehmender Schwinggeschwindigkeit der Luftspalt "L" abgebaut und mit dem Eintritt des Kontaktes zwischen den Prallflächen 60/60 und der Prallfläche 7 an der Unterseite der Grundplatte 10 beginnt der "Aufwärtsstoß". Dieser hat u. a. zur Folge, daß die Grundplatte 10 angehoben wird, solange, bis sich der Maximalwert des Abstandes A_L eingestellt hat.

Auf der Oberseite 24 der Grundplatte 10 steht der Formkasten 26 auf, und zwar unter Aufbringung einer gewissen Anpreßkraft. Letztere wird z. T. aufgebracht durch die unter Druckbeanspruchung stehenden Federn 30 und 30′. Die Federn 30/30′ sind befestigt an einem auf- und abwärts verfahrbaren (symbolisiert durch Doppelpfeile 34/34′) Formschlitten, von welchem nur die Teile 36 und 36′ darge stellt sind. Unter Aufbringung von Zugkräften über die Federn 30 und 32 kann bei einer Aufwärtsbewe gung des Formschlittens der Formkasten 26 auch von der Grundplatte 10 abgehoben werden.

Der Formkasten 26 verfügt über 3 Formausnehmungen 44, in denen sich ein linker Formkörper "FK" (42) und rechts daneben zwei gleichgeartete und gleichgestaltete Formkörper "FG" (28) befinden. Auf der Oberseite der Formkörper sitzen unter einer durch die Federn 52 bewirkten Vorspannung 3 gleich gestaltete Formstempel 40 auf, indem sie die Oberseiten der Formkörper mit ihren Stirnflächen 32 kon taktieren. Die Formstempel 40 sind an besonderen Biegeplatten 38 befestigt, welche ihrerseits wiederum (symbolisiert durch die Linie 48) gegen die Stempelträger-Platte 46 verschraubt sind. In einer nicht dar gestellten Weise ist die Stempelträger-Platte 46 fest mit der Stempel-Grundplatte 50 verbunden.

Zwei Federn 52 sind fest mit sowohl der Stempel-Grundplatte 50 als auch mit dem Stempel-Schlitten 54 zusammengefügt und können sowohl Druck- als auch Zugkräfte übertragen. Dadurch bedingt, ist es möglich, daß bei Durchführung von aufwärts und abwärts gerichteten Verfahrbewegungen des Stempel- Schlittens 54 (symbolisiert durch den Doppelpfeil 58)

a) beim Abwärtsfahren in den Federn 52 eine Druckkraft erzeugt wird, welche über die Stirnflächen 32 der Formstempel auf die Oberseite der Formkörper 42 bzw. 28 weitergeleitet wird und welche dabei die Gewichtskraft der "Gesamtmasse" m_GES und/oder die dynamische Massenkraft der "Gesamtmasse" m_GES überlagert, und
b) beim Aufwärtsfahren in den Federn 52 eine Zugkraft erzeugt wird, mit welcher die "Gesamtmasse" m_GES mit allen ihren zugehörigen Organen aufwärts bewegt wird.

Die "Gesamtmasse" m_GES, die für die durchzuführenden Stoßimpulse eine entscheidende Rolle spielt, wird im wesentlichen gebildet durch die Summe der Massen der Formstempel 40, der Biegeplatten 38, der Stempelträger-Platte 46 und der Stempel-Grundplatte 50.

Das Auf- und Abwärtsfahren des Stempel-Schlittens 54 wird durch ein am Stempel-Schlitten befestigtes Antriebsorgan 56 bewerkstelligt. Dieses Antriebsorgan wird durch eine nicht dargestellte Antriebsein richtung bewegt, wobei sich die Antriebskräfte gegen den Maschinenrahmen 18 abstützen. Der Maschi nenrahmen 18 selbst ist nur schematisch angedeutet; er stützt sich unmittelbar gegen das Fundament 1 ab und ist mit diesem fest verschraubt, was durch die Linien 20 symbolisiert ist.

In Fig. 1 sind alternativ zweierlei Arten von jeweils einem bestimmten Formstempel zugeordneten Im pulssensoren WS und BS dargestellt, von denen bei der praktischen Ausführung der Kontrolleinrichtung aber nur jeweils eine Art angewendet werden muß. Die Impulssensoren WS1 bis WS3 sind in Ausneh mungen 58 bei gleichzeitigem Kontakt mit der Stempelträger-Platte 46 einerseits und mit den Biegeplat ten 38 andererseits untergebracht. Bei einer Durchbiegung der Biegeplatten nach oben werden sie auf Druck und bei einer Durchbiegung der Biegeplatten 38 nach unten werden sie auf Zug beansprucht, wo bei sie innerhalb vorgegebener Deformationsgrenzen proportional zur kraftabhängigen Durchbiegung der Biegeplatten deformiert werden. Die Impulssensoren vermögen beide Belastungsarten mit entsprechen den Signalen nach Lastgröße und Richtung zu messen.

Die Impulssensoren BS1 bis BS3 sind in nicht dargestellter Weise unmittelbar mit der Formstempel- Stirnplatte verbunden; sie sind ihrer Bauart gemäß dazu imstande, Beschleunigungsgrößen zu messen und weiterzuleiten. Die Erzeugung und Weiterleitung der die eigentliche Formkörper-Verdichtung be wirkenden Stoßimpulse kann bei Annahme völlig gleichgearteter Formkörper am Ende des Verdich tungsvorganges wie folgt beschrieben werden:

Beim Abwärtsstoß bewegen sich die Massen der Grundplatte 10, der Formkörper mitsamt dem Formka sten 26, sowie der Formstempel 40 mitsamt der "Gesamtmasse" m_GES zunächst unter Abbau des Ab standes A_L (zwischen Grundplatte und Pralleiste) nach unten und stoßen schließlich zum Zeitpunkt t_A mit der Geschwindigkeit v_A (=Stoßgeschwindigkeit) auf die Prallflächen 9 der drei Pralleisten 5 auf. Am Ende des mit Deformationen aller beteiligten Organe ablaufenden Stoßes zum Zeitpunkt t_E ist die An fangsgeschwindigkeit v_A auf die Endgeschwindigkeit v_E = Null reduziert.

Mit Erreichen der Endgeschwindigkeit v_E = Null hat das Massensystem mit der Gesamtmasse m_GES an die Oberseite der Formkörper den Gesamtimpuls I_St, _Σ = m_GES _* (v_A - v_E) = Σ I_St = Σ m_St _* (v_A - v_E) abgegeben. Dabei setzt sich der Gesamtimpuls aus drei gleichgroßen Einzelimpulsen I_St zusammen. Mit der einem jeden Formstempel zuzuordnenden Masse m_St = m_GES ^/3 kann der durch die Impulssensoren zu messende Einzelimpuls I_St auch definiert werden zu: I_St = m_St (v_A - v_E) = m_St _* v_A.

Beim Aufwärtsstoß bewegt sich die Masse m_Schw des Schwingtisches 12 mit abnehmendem Luftspalt L und zunehmender Schwinggeschwindigkeit nach oben, so daß es schließlich zum Zusammenstoß der Prallfläche 60 des Schwingtisches mit der Prallfläche 9 der Grundplatte kommt. Von der dabei an der Stoßstelle umgesetzten Stoßgeschwindigkeit v_Stoß bleibt an der Oberseite der Formkörper schließlich noch die Stoßgeschwindigkeit v_E übrig (wegen der mitzubeschleunigenden Masse von Grundplatte, Formkasten und Formkörper), mit welcher dann ein Stoß gegen die mit der Anfangsgeschwindigkeit v_A Null ruhenden Gesamtmasse m_GES durchgeführt wird. Dabei werden über die Stirnflächen eines jeden Formstempels anteilige Einzelimpulse I_St der Größe I_St = m_St(v_A - v_E) geleitet.

Die Einzelimpulse I_St können jedoch auch durch die bei den Verdichtungsstößen an den Stirnflachen 32 der Formstempel während der Zeit t_A bis t_E des Stoßes auftretenden Stoßkräfte F_St (t) bzw. Stoßbesch leunigungen b_St (t) definiert werden:

Diese Beziehung zeigt auf, daß die Einzelimpulse ihrer Größe nach sowohl anhand des Verlaufes der Stoßkraft F_St (t) als auch anhand des Verlaufes der Stoßbeschle unigung b_St (t) gemessen werden können. Daher sind wahlweise für die Detektierung der physikalischen Größe Beschleunigung die Beschleunigungssensoren BS und für die Detektierung der physikalischen Größe Kraft die Wegsensoren WS einsetzbar. Verallgemeinernd kann man feststellen, daß der Verlauf der Einzelimpulse mit einem während des Stoßes an den Stirnflächen 32 durchgeführten Verlagerungs weg s_i (t) durch beliebige Sensor-Arten gemessen werden kann, sofern diese imstande sind, eine der Größen s_i (t) bzw.

bzw.

zu messen. Die über die Impulssensoren BS und/oder WS meßbaren zeitlichen Ver läufe der Stoßimpulse werden in einer Informationsverarbeitung-Einheit IVE (symbolisiert durch den Rahmen 70) analysiert. Die Zuleitung der von den Sensoren abgegebenen Signale zur IVE ist stellvertre tend für alle in Frage kommenden Sensoren mit den Signalzuleitungen WS1′ bis WS3′ am Rahmen 70 angedeutet.

Nach durchgeführter Analyse der Meßsignale soll die IVE imstande sein, wenigstens zwei Nutzsignale mit Nutz-Informationen auszugeben: Mit Signal 72 sollen Nutz-Informationen ausgegeben werden, mit welchen eine Qualitätskontrolle durchgeführt werden kann. Mittels des Signals 74 werden Nutz-Infor mationen ausgegeben, mit welchen Einfluß genommen werden kann auf die Größe der in die Formaus nehmungen einzufüllenden Stoffmengen bzw. Betonmengen und/oder auf die Größe der beim Aufwärts stoß sich einstellenden Stoßgeschwindigkeit v_St.

In den Fig. 2 und 3 sind die zeitlichen Verläufe der durch die Stoßsensoren WS1 einerseits und WS2 oder WS3 andererseits gemessenen Einzelimpulse I_St beim Abwärtsstoß als Diagramm-Kurven über der Abszisse Zeit (t) aufgetragen. Die Ordinatenwerte der Kurven können wahlweise als Stoßbeschleunigung b_St (t) oder als Stoßkraft F_St(t) = m_St _* b_St (t) aufgefaßt werden. In jedem Diagramm stellt die obere Kurve einen über die beiden gleichartigen Formkörper FG (28) geleiteten Einzelimpuls I_St,G dar, wäh rend die untere Kurve einen Einzelimpuls I_St,K repräsentiert, welcher über den (linken) Formkörper FK (42) übertragen wurde. Die jeweils zwischen Abszisse und Kurvenzug eingeschlossene Fläche stellt den durch Integration ermittelbaren Wert des Einzelimpulses dar.

In Fig. 2 wird der Unterschied des zeitlichen Verlaufes der Einzelimpulse für einen solchen Extremfall gezeigt, bei welchem der mit kleinerer Füllmenge erzeugte Formkörper FK (42) zwar die gleiche Ver dichtungshöhe H1 wie der Formkörper FG (28) aufweist, dabei aber über einen geringeren Verdich tungsgrad verfügt. Man erkennt, daß die Stoßbeschleunigung b_St(t) in beiden Fällen zur gleichen Zeit t_A,G = t_A,K vom Wert Null an zu wachsen beginnt. Bei dem Einzelimpuls I_St,G nimmt die Beschleuni gungskurve aber einen steileren Verlauf und erreicht auch einen höheren Maximalwert b_St,G,max im Vergleich zum Maximalwert b_St,K,max des Einzelimpulses I_St,K Wegen des beim Formkörper FK ge ringeren Verdichtungsgrades weist die Impulszeit Δt_K = t_E,K - t_A,K unter Umständen (unter der Vor aussetzung einer hohen elastischen Verformbarkeit der die Gesamtmasse m_GES bildenden Organe) einen größeren Wert auf als die Impulszeit Δt_G = t_E,G - t_A,G.

Fig. 3 gibt die Verhältnisse wider, wie sie bei jenem Extremfall auftreten konnten, bei welchem der mit kleinerer Füllmenge erzeugte Formkörper FK (42) zwar den gleichen Verdichtungsgrad wie bei den bei den Formkörpern FG aufweist, dafür aber über eine geringere Verdichtungshöhe H2 verfügt. Dabei wird unterstellt, daß die Elastizitäten der Organe 38, 46 und 50 genügend groß sind, um einen Kontakt mit an schließendem Stoß zwischen Formstempel und Formkörper FK (42) zuzulassen.

Während mit Beginn der Stoßzeit mit den Zeiten t_A,G = t_A,K beim Einzelimpuls I_St,G eine Beschleuni gung b_St (t) mit positivem Wert auftritt, verzeichnet der Einzelimpuls I_St,K zunächst einen negativen Verlauf der Stoßbeschleunigung b_St (t), welche nach Überschreitung eines negativen Maximalwertes zum Zeitpunkt t_0,K wieder den Wert Null annimmt. Erst danach erfolgt ein positiver Verlauf der Stoß beschleunigung b_St,K(t) bis zum Stoßende bei t_E,K. Im Unterschied zum Einzelimpuls I_St,G erreicht beim Einzelimpuls I_St,K die Stoßbeschleunigung einen geringeren Maximalwert b_St,K,max im Ver gleich zum Maximalwert b_St,G,max und erreicht den Wert Null zu einem im Vergleich zum Zeitpunkt t_E,G späteren Zeitpunkt t_E,K.

Die Erklärung für die zunächst auftretende negative Beschleunigung b_St,K (t) ist darin zu sehen, daß bei der geringeren Verdichtungshöhe H2 des Formkörpers FK die Stirnfläche 32 des entsprechenden Form stempels zunächst die Wegdifferenz ΔH = H1-H2 zurrücklegen muß, ehe sie Kontakt mit der Oberseite des Formkörpers FK erhält. Während des Zurücklegens der Wegdifferenz AH übt der Formstempel aber eine Zugkraft auf die linke Biegeplatte 38 aus, welche mit Erreichen ihres Maximalwertes mit dem dann (angenommenerweise) eintretenden Kontakt mit der Oberseite des Formkörpers wieder reduziert wird und schließlich in eine auf die Biegeplatte 38 wirkende Druckkraft übergeht. Die Zugkraft beginnt, sich in jenem Zeitpunkt aufzubauen, bei welchem die beiden anderen Stempel mit ihren Stirnflächen 32 gera de die Oberseiten der Formkörper FG (28) berührt haben.

In der Praxis treten die beiden geschilderten Extremfälle nicht wirklich auf, sondern es kommt zu einer Kombination bzw. Überlagerung der beiden Erscheinungen. Mit den beiden Beispielen der Fig. 2 und 3 soll aufgezeigt werden, daß man aus unterschiedlichen Abweichungen der die Impulsverläufe be schreibenden Merkmale Rückschlüsse auf die Größe der Formkörper-Masse bzw. der Formstoffmenge und/oder auf die Güte der Verdichtung ziehen kann. Als solche Merkmale sind erkennbar:

- Die Steilheit des Kurvenanstieges oder -abstieges der Beschleunigungskurve,
- die Maximalwerte der Beschleunigungen,
- die Richtung der Beschleunigungen, sowie
- die Zeitverschiebungen (im Vergleich zu vorgegebenen Normwerten) bezüglich des Beginns, des En des, der Nulldurchgänge oder der Maximalwerte der Beschleunigungen.

Es ist Aufgabe der Informationsverarbeitungs-Einheit IVE, aus einem oder mehreren Impulsmerkmalen des Einzelimpulses eines jeden Formstempels die Massen- oder Mengen-Abweichungen oder Abwei chungen von der vorgegebenen Verdichtungsgüte zu analysieren und gegebenenfalls eine Qualitätsbe wertung vorzunehmen.

Claims

1. Kontrolleinrichtung an einer Maschine zum Formen und Verdichten von gleichzeitig zwei oder mehre ren Formkörpern aus schüttfähigem Vormaterial, insbesondere an einer Betonsteinmaschine, zur Kon trolle der Masse oder Einfüllmenge oder zur Kontrolle der Verdichtungsgüte an den zumindest vorver dichteten Formkörpern, welche Maschine eine Form- und Verdichtungsstation mit mindestens einem Bewegungserzeuguns-System zur Erzeugung von Verdichtungsstößen und mit ihren Stirnflächen mit der Oberseite der Formkörper in Kontakt bringbare, für die Durchführung von Verdichtungsstößen mit einem dafür vorbestimmten Formkörper vorgesehene Formstempel aufweist, gekennzeichnet durch die Kombination der folgenden Merkmale:

a) Die Formkörper sind während der Durchführung der Kontrolle in den Formausnehmungen ihrer Formkästen innerhalb der Form- und Verdichtungsstation angeordnet,
b) die Ermittlung der Meßwerte der Massen bzw. Füllmengen oder der Meßwerte der Verdichtungsgüte ist indirekt durch Messen der durch die Quantitäten der Massen bzw. Einfüllmengen bzw. der durch die erreichte Verdichtungsgüte mit beeinflußten Bewegungs-Verhaltensweisen der Formstempel oder durch Messen der Bewegungs-Verhaltensweisen von an die Formstempel angeschlossenen anderweitigen Or ganen erfolgt
c) die bezüglich ihrer Verhaltensweise untersuchten Bewegungen sind abgeleitet von den Schwingbewe gungen des wenigstens einen Bewegungserzeugungs-Systems,
d) zur Ermittlung der Istwerte der Massen oder Einfüllmengen bzw. der Istwerte der Verdichtungsgüte sind Messungen unter Verwendung von zwei oder mehr, jeweils einem bestimmten Formkörper zugeord neten Meßelement zur Umsetzung physikalischer Größen in elektrische oder optische Signale durchge führt.

2. Kontrolleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwerte abgeleitet sind von den Bewegungswegen "s", oder einer zeitlichen Ableitung s′, s′′, oder s′′′ davon, die die Formstempel bei der Durchführung von Verdichtungsstößen zurücklegen, wobei ein Bewegungsweg "s" durch einen We geanteil oder durch die Summe mehrerer Wegeanteile definierbar ist, welche Wegeanteile vor oder wäh rend oder nach dem Verdichtungsstoß zurückgelegt sind.

3. Kontrolleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwerte aus dem Zeitverlauf der Stoßbeschleunigung b_St(t) oder der Stoßkraft F_St(t) eines über einen Formstempel gelei teten Stoßimpulses eines Abwärtsstoßes und/oder Aufwärtsstoßes abgeleitet sind.

4. Kontrolleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils ei nem Formkörper zuzuordnenden Meßwert-Informationen aus einem oder aus mehreren Merkmalen des Verlaufes eines dem jeweiligen Formstempel zuzuordnenden Stoßimpulses abgeleitet sind, zu welchen Merkmalen vornehmlich zu zählen sind: Steilheit, Richtung, Minimalwert, Maximalwert, Nullwert, Mittelwert und Integralwert des Stoßbeschleunigungs-Verlaufes oder des Stoßkraft-Verlaufes, sowie definierbare, den vorgenannten Merkmalen zuzuordnenden Ereigniszeiten.

5. Kontrolleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils ei nem Formkörper zuzuordnenden Nutz-Informationen aus den Meßwert-Informationen durch einen In formationsverarbeitungs-Vorgang unter Verarbeitung der Informationen vorgegebener Vergleichswerte oder Normwerte gewonnen sind.

6. Kontrolleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils ei nem Formkörper zuzuordnenden Nutz-Informationen aus den Meßwert-Informationen durch einen In formationsverarbeitungs-Vorgang unter Verarbeitung der Informationen vorgegebener Normwerte und unter Verarbeitung von aus den anderen Formkörpern zuzuordnenden Meßwert-Informationen, insbe sondere die einen Mittelwert einer Meßgröße der anderen Formkörper repräsentierenden Informationen, gewonnen sind.

7. Kontrolleinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die endgültigen Nutz-Informationen durch Mittelwertbildung von vorher bei der Auswertung von mehreren hintereinan der folgenden Verdichtungs-Stößen ermittelten Nutz-Informationen gewonnen sind.

8. Kontrolleinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die endgültigen Nutz-Informationen unter Berücksichtigung einer "mittleren Werteabweichung δW" gewonnen sind.

9. Kontrolleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Form stempel ein eigenes Meßelement zugeordnet ist, und daß für jeden Formkörper eine ihm zugeordnete Nutz-Information gewonnen ist.

10. Kontrolleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Nutz-In formationen gewonnen sind aus Meßdaten von Verdichtungsstößen, welche nach Erreichen eines vorge gebenen Verdichtungsgrades durchgeführt sind.

11. Kontrolleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die gewonne nen Nutz-Informationen weiterverarbeitet sind entweder zu einer durch die Maschinensteuerung verwert baren Aussage bezüglich der Qualität der Formkörper-Masse bzw. Füllmenge bzw. der Verdichtungsgüte eines jeden Formkörpers oder zu einer Aussage über die Regelabweichung der "Regelgröße Füllmenge" eines die Füllmenge beeinflussenden Regelkreises, oder zu einer Aussage über die Regelabweichung der "Regelgröße Verdichtungsgüte" eines die Verdichtungsgüte beeinflussenden Regelkreises.

12. Kontrolleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßele mente derart angeordnet sind, daß mit ihnen die Stoßbeschleunigungen an der die Stirnfläche bildenden Stirnplatte des Formstempels meßbar sind.

13. Kontrolleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß für den Kraft leitungsweg für die an den Formstempeln auftretenden Kräfte eine Soll-Deformationsstelle für die Bildung von Solldeformationen infolge der Kräfte vorgesehen ist, welche Solldeformationen durch das Meßelement nach Richtung und/oder Größe detektierbar sind.

14. Kontrolleinrichtung, angeordnet im Transportweg der abtransportierten Formkörper einer Maschine zum Formen und Verdichten von gleichzeitig zwei oder mehreren Formkörpern aus schüttfähigem Vormaterial, insbesondere hinter einer Betonsteinmaschine, zur Kontrolle der Masse oder Einfüllmenge oder zur Kontrolle der Verdichtungsgüte oder zur Kontrolle des Luftporengehaltes des Betons an den Formkörpern, welche Maschine eine Form- und Verdichtungsstation mit mindestens einem Bewegungser zeugungs-System zur Erzeugung von Verdichtungsstößen und mit ihren Stirnflächen mit der Oberseite der Formkörper in Kontakt bringbare, für die Durchführung von Verdichtungsstößen mit einem dafür vorbestimmten Formkörper vorgesehene Formstempel aufweist, gekennzeichnet durch die Kombination der folgenden Merkmale:

a) Die Formkörper sind während der Durchführung der Kontrolle in einer besonderen, der Verdich tungsstation nachgeschalteten Kontrollstation in einer vorbestimmten Relativlage zueinander mit ihren Unterseiten auf einer Ablagefläche abgelegt,
b) zur Durchführung von Meßvorgängen ist wenigstens ein besonderer Meßstempel
- - entweder mit seiner dafür vorgesehenen Stirnfläche mit einer Oberseite eines Formkörpers in Kontakt gebracht und durch eine Schwingungserregungs-Einrichtung in Schwingungsbewegungen versetzt, der art, daß diese über die Stirnfläche in den Formkörper eingeleitet sind,
- - oder mit seiner dafür vorgesehenen Schall-Austrittsfläche einer Oberseite eines Formkörpers derart angenähert, daß von einem Schallwellen-Generator erzeugte Schallwellen in die Oberfläche des Form körpers eingeleitet sind.
c) die dem Meßsignal entnehmbaren Meßwert-Informationen über die Formkörper-Masse oder die Verdichtungsgüte oder den Beton-Luftporengehalt sind durch eine Informationsverarbeitungs-Einrich tung weiterverarbeitet zu Nutz- Informationen über die Formkörper-Masse oder die Verdichtungsgüte oder den Beton-Luftporengehalt, welche Nutz-Informationen an die Maschinensteuerung oder an eine anderweitige Auswerteeinheit weitergeleitet sind.

15. Kontrolleinrichtung nach Anspruch 14, wobei ein besonderer Meßstempel mit einer dafür vorgese henen Stirnfläche mit einer Oberseite eines Formkörpers in Kontakt gebracht und durch eine Schwin gungserregungs-Einrichtung in Schwingbewegungen versetzt wird, derart, daß diese über die Stirnfläche in den Formkörper eingeleitet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderung des Schwingverhal tens des Meßstempels infolge der über die Stirnfläche angekoppelten Formkörper-Masse durch die Auswertung des Meßsignals eines mit dem Meßstempel verbundenen Meßelementes ermittelt ist.

16. Kontrolleinrichtung nach Anspruch 14, wobei ein besonderer Meßstempel mit einer dafür vorgese henen Stirnfläche mit einer Oberseite eines Formkörpers in Kontakt gebracht und durch eine Schwin gungserregungs-Einrichtung in Schwingbewegungen versetzt wird, derart, daß diese über die Stirnfläche in den Formkörper eingeleitet sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwingungsverhalten des Meß stempels einschließlich der angekoppelten Formkörper-Masse gemessen ist.

17. Kontrolleinrichtung nach Anspruch 14, wobei ein besonderer Meßstempel mit einer dafür vorgese henen Stirnfläche mit einer Oberseite eines Formkörpers in Kontakt gebracht und durch eine Schwin gungserregungs-Einrichtung in Schwingbewegungen versetzt wird, derart, daß diese über die Stirnfläche in den Formkörper eingeleitet sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwingungsverhalten des Meß stempels einschließlich der angekoppelten Formkörper-Masse anhand des Leistungsverbrauchs der Schwingungserregungs-Einrichtung gemessen ist.

18. Kontrolleinrichtung nach Anspruch 14 oder 15, wobei ein besonderer Meßstempel mit einer dafür vorgesehenen Stirnfläche mit einer Oberseite eines Formkörpers in Kontakt gebracht und durch eine Schwingungserregungs-Einrichtung in Schwingbewegungen versetzt wird, derart, daß diese über die Stirnfläche in den Formkörper eingeleitet sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwingungsverhalten des Meßstempels einschließlich der angekoppelten Formkörper-Masse anhand des Schwingungsweges oder der Schwingungsgeschwindigkeit oder der Schwingungsbeschleunigung gemessen ist.

19. Kontrolleinrichtung nach Anspruch 14, wobei ein besonderer Meßstempel mit seiner dafür vorgese henen Schall-Austrittsfläche einer Oberseite eines Formkörpers derart angenähert ist, daß von einem Schallwellen-Generator erzeugte Schallwellen in die Oberfläche des Formkörpers eingeleitet sind, da durch gekennzeichnet, daß das Schwingungsverhalten des Schallwellen-Generators einschließlich der angekoppelten Luftmassen gemessen ist.

20. Kontrolleinrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung durch Ermittlung des Leistungsverbrauchs des Schallwellen-Generators erfolgt ist.

21. Kontrolleinrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung durch Ermittlung der Resonanzfrequenz der angekoppelten Luftmassen gemessen ist.

22. Kontrolleinrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Form körper während der Durchführung der Kontrolle mit ihrer Unterseite von der Ablagefläche abgehoben oder durch Gewichtsentlastung nahezu abgehoben sind.

23. Kontrolleinrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Form körper während seiner erzwungenen Schwingungs-Erregung kontaktiert ist durch ein Organ, über wel ches die meßbaren physikalischen Größen der erregten Schwingen auf einem im Vergleich zur Ein tragung der Erreger-Schwingungen in den Formkörper getrennten Leitweg zu einem Sensor geführt und dort in elektrische Signale gewandelt sind.

24. Kontrolleinrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 22 und nach Anspruch 23, dadurch gekenn zeichnet, daß eine Kombination der Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Anspruches 23 mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teiles eines der Ansprüche 15 bis 22 vorgesehen ist.

25. Kontrolleinrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 18 und 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kombination der Merkmale eines der kennzeichnenden Teile der Ansprüche 19 bis 22 mit den Merkmalen der kennzeichnenden Teile eines der Ansprüche 15 bis 18 vorgesehen ist.

26. Kontrolleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwert- Informationen aus einer oder aus mehreren der nachfolgenden physikalischen Größen gewonnen sind:

- Der Größe des "massebezogenen Stoßimpulses" mit den Integralgren zen t_A bis t_E.
- Der Größe des Produktes der Stoßbeschleunigung b_St, _Φ und der Stoßzeit t_E minus _tA, mit b_St, _Φ als die durchschnittliche Stoßbeschleunigung und mit t_E minus t_A als der Stoßzeit.
- Der Größe des Produktes einer anderweitigen Stoß-Beschleunigung, welche von der durchschnittlichen Stoß-Beschleunigung b_St, _Φ durch einen vorgebbaren Verhältnisfaktor ableitbar ist und einer anderwei tigen Stoßzeit, welche von der Stoßzeit t_E - t_A durch einen vorgebbaren Verhältnisfaktor ableitbar ist.
- Der durch eine Fourier-Analyse einer Stoßfunktion abgeleiteten Größe, wobei die Stoßfunktion die Funktion des Stoß-Weges s_St oder einer seiner zeitlichen Ableitungen (z. B. v_Vt oder b_St) sein kann.
- Der Größe einer zeitlichen Ableitung der Stoß-Beschleunigung b_St.
- Der Maximalwert der Stoß-Beschleunigung b_St.
- Der aus dem Signal des Stoßweges s_St, der Stoßgeschwindigkeit v_St oder der Stoßbeschleunigung b_St nach der Bearbeitung durch ein analoges oder digitales Filter entstandenen Größe.

27. Kontrolleinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussagen über die Regel abweichungen der "Regelgröße Verdichtungsgüte" durch die Maschinensteuerung weiterverarbeitet sind zur Beeinflussung und/oder Regelung einer der folgenden physikalischen Größen:

a) Schwingungsfrequenz f_schw,
b) Nominelle Schwingungsamplitude A_schw,
c) Stoßgeschwindigkeit v_St und
d) Stoß-Phasenwinkel β, definiert durch einen der Ansprüche der DE-OS 44 34 687.5.