DE102009007311A1

DE102009007311A1 - Vorrichtung zur Verteilung von Beton mit einem Knickmast

Info

Publication number: DE102009007311A1
Application number: DE102009007311A
Authority: DE
Inventors: Martin Mayer; Markus Dr. Wolfram; Stephan Dr. Gelies; Florian Schumacher
Original assignee: Putzmeister Concrete Pumps GmbH
Current assignee: Putzmeister Engineering GmbH
Priority date: 2009-02-03
Filing date: 2009-02-03
Publication date: 2010-08-05
Also published as: WO2010089212A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verteilung von Beton mit einem Knickmast (26), der an gestellfesten, um eine Hochachse (28) drehbaren Drehwerk (24) angelenkt ist. Der Knickmast (26) weist mindestens einen Mastarm (38) auf, der um eine Knickachse (48) gegenüber dem Drehwerk (24) oder einem benachbarten Mastarm (38) mittels eines Antriebsaggregats (50) begrenzt verschwenkbar ist, und über den eine an eine Betonpumpe angeschlossene Förderleitung (16) geführt ist, die in einem von der Mastspitze (18) des Knickmasts (26) nach unten hängenden Schlauch (20) mündet. Erfindungsgemäß trägt der Mastarm (38) eine Messanordnung (56) zur Bestimmung der an der Mastspitze (18) angreifenden Last (F, M), wobei eine auf Ausgangslage der Messanordnung (56) ansprechende, computergestützte Auswerteschaltung (80) vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verteilung von Beton mit einem Knickmast, der an einem gestellfesten, um eine Hochachse drehbaren Drehwerk angelenkt ist und der mindestens einen Mastarm aufweist, welcher um eine Knickachse gegenüber dem Drehwerk oder einem benachbarten Mastarm mittels eines Antriebsaggregats begrenzt verschwenkbar ist, und über den eine an eine Betonpumpe angeschlossene Förderleitung geführt ist, die in einem von der Mastspitze des Knickmasts nach unten hängenden Endschlauch mündet.
Betonverteilungsvorrichtungen dieser Art werden beispielsweise in stationären und mobilen Betonpumpen eingesetzt. Die Verteilervorrichtung wird durch einen Bediener betätigt, der über ein Fernsteuergerät sowohl für die Pumpensteuerung als auch für die Positionierung des an der Spitze des Knickmasts angeordneten Endschlauchs verantwortlich ist. Der Bediener muss stets sowohl die betätigten Achsen als auch den Endschlauch im Auge behalten, um das Risiko von unkontrollierten Bewegungen am Endschlauch und damit eine Gefährdung des Baustellenpersonals zu vermeiden. Um die Handhabung der Verteilervorrichtung in dieser Hinsicht zu erleichtern, wurde bereits eine Betätigungsvorrichtung vorgeschlagen ( DE-A-4306127 ), bei der die redundanten Knickachsen des Knickmasts in jeder Drehlage des Drehwerks mit einem einzigen Stellvorgang des Fernsteuerorgans gemeinsam angesteuert werden. Um die Bewegungsabläufe im Knickmast zu erfassen, sind an den Mastarmen Winkelgeber zur Bestimmung der Knickwinkel vorgesehen. Die einzelnen Winkel messen jeweils den Knickwinkel zwischen zwei Mastarmen einer Knickachse. Der knickachsbezogene Winkelmesswert ist unabhängig von der Durchbiegung der einzelnen Mastarme aufgrund der angreifenden Lastmomente. Die Durchbiegung muss zusätzlich mathematisch berücksichtigt werden. Weiter wurde bereits in einem Mastkontrollsys tem vorgeschlagen ( DE-10240180 A1 ), dass an den Mastarmen im Abstand von den Knickachsen Neigungssensoren zur Bestimmung von den einzelnen Mastarmen zugeordneten erdfesten Winkelmesswerten starr angeordnet sind.
Bei der Dimensionierung der Mastarme des Knickmasts wird stets darauf geachtet, dass unter Berücksichtigung der an den Mastarmen angreifenden Kräfte, die vor allem auf die Eigenmasse der Mastarme, die Masse der Betonförderleitung und des darin befindlichen Betons und die Masse des Endschlauchs zurückzuführen sind, die Elastizitätsgrenzen nicht überschritten werden. Gleichwohl kommt es in der Praxis immer wieder vor, dass Anwender den Knickmast unzulässigerweise als Hilfskran zum Transport von Nutzlasten verwenden oder an der Mastspitze einen überlangen Endschlauch anbringen. Dadurch kann eine Überlast auftreten, die zu einer Gefährdung der Funktionssicherheit des Knickmasts führen kann.
Um diese Gefahr zu vermeiden, ist es bekannt, bei Betonpumpen eine Überlastschutzeinrichtung für den Knickmast vorzusehen. So gibt es z. B. Betonpumpen, bei denen der Öldruck im Hydrauliksystem eines Knickmasts erfasst wird, um daraus auf eine Überbeanspruchung eines Mastarms zu schließen. Weiter ist es bekannt, für einen Verteilermast einer mobilen Betonpumpe eine Überlastschutzeinrichtung mit elektrischen Dehnstreifengebern vorzusehen, ( DE-2943089 C2 ), die auf der Oberseite des ersten und des zweiten Mastarms an den Anlenkstellen der zugehörigen Hydraulikzylinder gegenüberliegenden Stellen mit ausgangsseitiger Schaltschwelle angeordnet sind. Diese bekannten Überlastschutzeinrichtungen erweisen sich jedoch in der Praxis als nicht zuverlässig, weil die Empfindlichkeit für das Erfassen einer Überlast bei einem Knickmast von der Einstellung der Mastarme beeinflusst wird und auch von der Richtung abhängt, mit der eine Überlast auf den Verteilermast einwirkt.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Verteilung von Beton mit einem Knickmast bereitzustellen, bei der unabhängig von der Richtung einer am Knickmast angreifenden Überlast ein wirksamer Überlastschutz gewährleistet ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird die im Patentanspruch 1 angegebene Merkmalskombination vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Der erfindungsgemäßen Lösung liegt vor allem der Gedanke zugrunde, dass eine Überlast aufgrund von Kräften und Momenten entsteht, die am letzten Mastarm eines Knickmasts angreifen. Dementsprechend wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, dass der letzte Mastarm eine Messanordnung zur Bestimmung der an der Mastspitze angreifenden Last trägt und dass eine auf Ausgangssignale der Messanordnung ansprechende, computergestützte Auswerteschaltung vorgesehen ist.
Vorteilhafterweise umfasst die Messanordnung einen Messsensor für Kraft- und Momentmessung, der zwischen einer den Endschlauch tragenden Halteeinrichtung und der Mastspitze angeordnet ist. Umfangreiche Versuche haben nämlich gezeigt, dass nur durch eine Messung in der Nähe der Mastspitze des Knickmastes zuverlässig bestimmt werden kann, ob dieser einer Überlast ausgesetzt ist oder nicht. Dieser Anordnung für den Messsensor liegt insbesondere die Erkenntnis zugrunde, dass bei einer Vorrichtung zur Verteilung von Beton mit einem Knickmast eine Kraftmessung zwischen dem Endschlauch und dem letzten Rohrbogen, der diesen aufnimmt und hält, sich nicht dazu eignet, die Last zu bestimmen, welche auf den Mastarm wirkt.
Als besonders günstig erweist sich eine Anordnung des Messsensors, bei welcher dieser die an der Halteeinrichtung für den Endschlauch angreifenden Kräfte und Momente in den Mastarm überträgt.
Indem der Messsensor ein Kraft- und Momentensensor ist, der die drei räumlichen Komponenten einer in den Mastarm eingeleiteten Kraft und eines in den Mastarm eingeleiteten Moments erfasst, kann auch eine Überlast bestimmt werden, welche in seitlicher Richtung auf den Knickmast einwirkt.
Eine besonders zuverlässige Kraft- und Momentmessung ist mit einem Messsensor möglich, der eine Messplattform mit einem Abschnitt für den Anschluss an den Mastarm und einem Abschnitt für den Anschluss an die Halteeinrichtung hat, auf der sich vier 3-Komponenten-Kraftsensoren befinden.
Mit einer Auswerteschaltung, in der mindestens ein Moment-Grenzwert und/oder ein Kraft-Grenzwert hinterlegt ist, wobei eine mit den Daten der Messanordnung beaufschlagte Auswerteschaltung mit einem Alarmsignalgenerator zur Auslösung eines Alarmsignals vorgesehen ist, kann im laufenden Betrieb der Vorrichtung eine Überlast erfasst werden.
Mittels eines Alarmsignalgenerators in Form einer Hupe und/oder einer Rundumleuchte und/oder einer Displaybeleuchtung kann dann einer Bedienperson eine Überlast für den Knickmast angezeigt werden.
Um Störungen durch Schwingungseinflüsse zu vermeiden, umfasst die Auswerteschaltung weiterbildungsgemäß mindestens einen Filter zur Eliminierung von Schwingungseinflüssen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung in schematischer Weise dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen
1 eine Autobetonpumpe mit einem Knickmast in Arbeitsstellung;
2 einen Mastarm mit einer Messanordnung zur Bestimmung der an der Mastspitze angreifenden Last;
3 einen Abschnitt des Knickmasts im Bereich der Mastspitze; und
4 ein Blockschaltbild einer der Messanordnung zugeordneten Auswerteschaltung.
Die 1 zeigt als Vorrichtung zur Verteilung von Beton eine Autobetonpumpe 10 mit einem Fahrgestell 12. An dem Fahrgestell 12 ist eine Dickstoffpumpe angeordnet, die in der Zeichnung nicht dargestellt ist. Das Fahrgestell 12 trägt einen Betonverteilermast 14 als Träger für eine Betonfördeleitung 16. Die Betonförderleitung 16 mündet im Bereich der Mastspitze 18 in einen Endschlauch 20. Über die Betonförderleitung 16 wird Flüssigbeton während des Betonierens fortlaufend zu einer von dem Standort des Fahrzeugs 12 entfernt angeordneten Betonierstelle 22 gefördert.
Der Verteilermast 14 besteht aus einem Drehwerk 24 und einem Knickmast 26. Das Drehwerk 24 hat einen hydraulischen Drehantrieb. Mittels des Drehantriebs kann es um die Hochachse 28 um den Winkel φ gedreht werden.
Der Knickmast 26 kann an dem Drehwerk 24 geschwenkt werden. Der Knickmast 26 ist auf variable Reichweite r und Höhendifferenz h zwischen dem Fahrgestell 12 und der Betonierstelle 22 kontinuierlich einstellbar.
Der Knickmast 26 der Autobetonpumpe 10 hat fünf gelenkig miteinander verbundene Mastarme 30, 32, 34, 36, 38. Sie sind um parallel zueinander und rechtwinklig zur Hochachse 28 des Drehwerks 24 verlaufende Achsen 40, 42, 44, 46, 48 schwenkbar. Die einstellbaren Knickwinkel α₁ bis α₅ an den Knickachsen 42 bis 48 sind so aufeinander abgestimmt, dass der Verteilermast 14 im zusammengefalteten Zustand auf dem Fahrgestell 12 der Autobetonpumpe 10 ablegbar ist.
Durch eine Aktivierung von Antriebsaggregaten 50, die den Knickachsen 42 bis 48 einzeln zugeordnet sind, ist der Knickmast 24 in unterschiedlichen Distanzen r und/oder Höhendifferenzen h zwischen der Betonierstelle 22 und dem Standort des Fahrgestells 12 entfaltbar.
Bei der Autobetonpumpe ist ein Fernsteuergerät vorgesehen, mittels dessen eine Bedienperson die Bewegung des Betonverteilermasts 14 steuern kann, um dessen Mastspitze 18 mit dem Endschlauch 20 über einen zu betonierenden Bereich mit Betonierstelle 22 zu führen. Der Endschlauch 20 hat eine typische Länge von 3 bis 4 m. Er ist in einer gelenkigen Aufhängung an der Mastspitze 18 befestigt. Deshalb und aufgrund seiner Eigenflexibilität kann er mit seinem Austrittsende von einem Schlauchmann in einer günstigen Position zur Betonierstelle 22 gehalten werden.
Die 2 zeigt den letzten Mastarm 38 mit der Mastspitze 18 des Betonverteilermastes 14 ohne die Betonförderleitung 16. Der Mastarm 38 hat ein Drehgelenk 51, mit dem er am vorletzten Mastarm 36 angelenkt ist. Er hat Trageelemente 52, 54 für die Betonförderleitung 16. Der Mastarm 38 trägt an seinem zur Mastspitze 18 weisenden stirnseitigen Ende eine Messanordnung 56. An der Mastspitze 18 des Betonverteilermastes 14 befindet sich ein weiteres Trageelement 57 für die Betonförderleitung 16. Das Trageelement 57 ist eine Schalenkupplung für ein gekrümmtes Rohrstück 75, an dem sich der Endschlauch 20 befindet.
Die 3 zeigt einen Abschnitt des Knickmastes 26 im Bereich der Mastspitze 18. Die Messanordnung 56 enthält einen Messsensor 58 für Kraft- und Momentmessung. Dieser Messsensor 58 hat vier 3-Komponenten-Kraftsensoren 60, die auf einer Messplattform 68 angeordnet sind. Die 3-Komponenten-Kraftsensoren 60 haben jeweils einen Verformungskörper, der mit der Messplattform 68 verbunden ist und der jeweils an einem Anschlussstück 70 festliegt. In dem Verformungskörper eines 3-Komponenten-Kraftsensors 60 gibt es mehrere Dehnmessstrukturen. Diese Dehnmess strukturen sind jeweils mit einer Messschaltungsbaugruppe 62 verbunden, die ein elektrisches Widerstandssignal der Dehnmessstrukturen in einen Wert für eine Kraft und ein entsprechendes Drehmoment wandelt.
An dem Anschlussstück 70 des Messsensors 58 ist mittels einer Halteeinrichtung 72 die Schalenkupplung 57 aufgenommen. Die Messplattform 68 des Messsensors 58 ist mit einer am Stirnende des Mastarms 38 ausgebildeten Flanschplatte 74 als Anschlussstück verschraubt. Die Schalenkupplung 57 verbindet die Förderleitung 16 mit dem gekrümmten Rohrstück 75, das in der Schalenkupplung 57 um die Achse 76 geschwenkt werden kann. Mit einer Anschlusskupplung 77 ist an dem Rohrstück 75 der in 3 nicht gezeigte Endschlauch 20 gehalten.
Die an der Mastspitze 18 des Betonverteilermastes 14 angreifende Last beaufschlagt den Mastarm 38 mit einer Kraft F und mit einem Drehmoment M. Diese Last wird über die Schalenkupplung 57 durch die Halteeinrichtung 72 und den Messsensor 58 in den Mastarm 36 eingeleitet. Die drei räumlichen Komponenten M_x, M_y, M_z des in den Mastarm 38 übertragenen Moments M und die drei räumlichen Komponenten F_x, F_y, F_z der Kraft F können durch Auswerten der Signale der vier 3-Komponenten-Kraftsensoren 60 gemessen werden.
Hierzu ist eine Auswerteschaltung 80 vorgesehen, die in 4 gezeigt ist. Die Auswerteschaltung 80 hat eine Recheneinheit 81 mit einer Filterstufe 82, der die Signale 83 bis 86 der Messschaltungsbaugruppe 62 der Messanordnung 56 zugeführt werden. Die Filterstufe 82 in der Recheneinheit 81 bewirkt eine zeitliche Mittelung des in dem Mastarm 38 eingeleiteten Moments M und die in diesen eingeleitete Kraft F. Die gemittelten Werte F_mit, M_mit für die Kraft F und das Moment M werden in der Recheneinheit 81 mit einem in einem Speicher 87 abgelegten Datensatz für Sicherheitsgrenzwerte F_max, M_max verglichen, die bei der Autobetonpumpe 10 nicht überschritten werden dürfen, um einen sicheren Betrieb zu gewährleisten. Bei diesen Sicherheits grenzweiten handelt es sich um Grenzwerte für Betrag und Richtung einer in den Mastarm eingeleiteten Kraft F und eines in diesen eingeleiteten Moments M.
Wenn der Rechner 81 feststellt, dass ein Sicherheitsgrenzwert überschritten wird, steuert er einen Signalgenerator 88 an, der ein entsprechendes Warnsignal über eine Hupe, eine Rundumleuchte oder auch eine Displaybeleuchtung abgibt.
Zusammenfassend ist folgendes festzuhalten: Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verteilung von Beton mit einem Knickmast 24, der an einem Gestell festen, um eine Hochachse 28 drehbaren Drehwerk 22 gelenkt ist. Der Knickmast 24 weist mindestens einen Mastarm 38 auf, der um eine Knickachse 48 gegenüber dem Drehwerk 22 oder einem benachbarten Mastarm 36 mittels eines Antriebsaggregats 50 begrenzt verschwenkbar ist. Durch den Knickmast ist eine an eine Betonpumpe angeschlossene Förderleitung 16 geführt, die in eine von der Mastspitze 18 des Knickmasts 24 nach unten hängenden Endschlauch 20 mündet. Der Mastarm 36 trägt eine Messanordnung 56 zur Bestimmung der an der Mastspitze 18 angreifenden Last F, M. Die Vorrichtung enthält eine auf Ausgangssignale der Messanordnung 56 ansprechende, computergestützte Auswerteschaltung 80.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 4306127 A [0002]
- DE 10240180 A1 [0002]
- DE 2943089 C2 [0004]

Claims

Vorrichtung zur Verteilung von Beton mit einem Knickmast (26), der an einem gestellfesten, um eine Hochachse (28) drehbaren Drehwerk (24) angelenkt ist und der mindestens einen Mastarm (38) aufweist, der um eine Knickachse (40 bis 48) gegenüber dem Drehwerk (24) oder einem benachbarten Mastarm (36) mittels eines Antriebsaggregats (50) begrenzt verschwenkbar ist, und über den eine an eine Betonpumpe angeschlossene Förderleitung (16) geführt ist, die in einen von der Mastspitze (18) des Knickmasts (24) nach unten hängenden Endschlauch (20) mündet, dadurch gekennzeichnet, dass der Mastarm (38) eine Messanordnung (56) zur Bestimmung der an der Mastspitze (18) angreifenden Last (F, M) trägt, und dass eine auf Ausgangssignale (83, 84, 85, 86) der Messanordnung (56) ansprechende, computergestützte Auswerteschaltung (80) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messanordung (56) einen Messsensor (58) für Kraft- und Momentmessung umfasst, der zwischen einer den Endschlauch (20) tragenden Halteeinrichtung (72, 74) und der Mastspitze (18) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Messsensor (58) die an der Halteeinrichtung angreifenden Kräfte (F_x, F_y, F_z) und Momente (M_x, M_y, M_z) in den Mastarm (36) überträgt.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Messsensor (58) ein Kraft- und Momentensensor ist, der die drei räumliche Komponenten (F_x, F_y, F_z) einer in den Mastarm (36) eingeleiteten Kraft (F) und die drei räumlichen Komponenten (M_x, M_y, M_z) eines in den Mastarm eingeleiteten Moments (M) erfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Messsensor (58) eine Messplattform (68) mit einem Abschnitt (74) für den Anschluss an den Mastarm (38) und einem Abschnitt für den Anschluss (70) an die Halteeinrichtung (72) hat, auf der sich vier 3-Komponenten-Kraftsensoren (60, 62, 64) befinden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Auswerteschaltung (80) mindestens ein Moment-Grenzwert (M_max) und/oder Kraft-Grenzwert (F_max) hinterlegt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der in der Auswerteschaltung (80) hinterlegte Moment-Grenzwert (M_max) ein Grenzwert für Betrag und Richtung eines in den Mastarm (36) eingeleiteten Moments (M) ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der in der Auswerteschaltung (80) hinterlegte Kraft-Grenzwert (F_max) ein Grenzwert für Betrag und Richtung einer in den Mastarm (36) eingeleiteten Kraft (F) ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit den Daten der Messanordnung (56) beaufschlagte Auswerteschaltung (80) vorgesehen ist, die mit einem Alarmsignalgenerator (88) zur Auslösung eines Alarmsignals (s) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Alarmsignalgenerator (88) eine Hupe und/oder eine Rundumleuchte und/oder eine Displaybeleuchtung vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung (80) mindestens eine Filterstufe (81) zur Eliminierung von Schwingungseinflüssen des Knickmasts (26) umfasst.