Die Erfindung betrifft einen Dickstoffförderer mit einer pulsierend arbeitenden Dickstoffpumpe, mit einer ausgangsseitig an die Dickstoffpumpe angeschlossenen Förderleitung, mit einem als Träger für die Förderleitung dienenden Verteilermast, mit einer Steuereinrichtung zur Einstellung einer Sollpumpfrequenz nach Maßgabe einer vorgegebenen Fördermenge pro Zeitintervall und mit Mitteln zur Dämpfung von beim Pumpvorgang erzwungenen mechanischen Schwingungen im Verteilermast. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zum pulsierenden Pumpen von Dickstoffen, insbesondere von Beton, durch eine auf einem mechanisch schwingungsfähigen Verteilermast angeordnete Förderleitung, bei welchem eine Sollpumpfrequenz nach Maßgabe einer vorgebbaren Fördermenge pro Zeitintervall eingestellt wird und bei welchem die im Verteilermast beim Pumpvorgang erzwungenen mechanischen Schwingungen gedämpft werden.
Es sind als Betonpumpen ausgebildete Dickstoffförderer dieser Art bekannt (DE-A-19503895), bei denen die zum Anfahren der Betonierstelle erforderlichen Mastbewegungen von einem Mastführer z.B. mit einer Funkfernsteuerung "von Hand" gesteuert werden, während ein Assistent des Mastführers (Schlauchmann) den Endschlauch über die vorgesehene Betonierstelle führt. Der auf einem Unterbau angeordnete Verteilermast ist seiner Konstruktion nach ein elastisch schwingungsfähiges System, das zu Eigenschwingungen anregbar ist. Eine resonante Anregung solcher Schwingungen kann dazu führen, daß das freie Ende des Verteilermasts mit Amplituden von einem Meter und mehr schwingt. Eine Schwingungsanregung ist z.B. durch den pulsierenden Betrieb der üblicherweise als Zweizylinder-Kolbenpumpe ausgebildeten Dickstoffpumpe und durch die hieraus resultierende periodische Beschleunigung und Verzögerung der durch die Förderleitung gedrängten Betonsäule möglich. Ein resonantes Aufschaukeln der Mastschwingung hat vor allem bei größeren Fördermengen zur Folge, daß der Beton nicht mehr gleichmäßig verteilt werden kann und der Schlauchmann gefährdet wird. Um dies zu vermeiden, wurde bei der bekannten Betonpumpe die Verwendung eines Lage-Regelkreises vorgeschlagen, der innerhalb eines vorgebbaren Variationsbereichs das Niveau des mastseitigen Endes des Endschlauches bezüglich einer ortsfesten horizontalen Bezugsebene stabilisiert. Hierzu ist zusätzlich eine Sensoreinrichtung vorgesehen, über deren Ausgangssignale ein Koordinatenstellantrieb zur kompensatorischen Auslenkung der Mastspitze oder des Endschlauchs ansteuerbar ist. Es hat sich gezeigt, daß diese Maßnahmen recht aufwendig sind und nicht immer zu dem gewünschten Erfolg führen. Weiter wurde dort vorgeschlagen, die schwingende Mastspitze nach dem Prinzip der Schwingungstilgung zu beruhigen, gemäß welchem eine Schwingmasse an einem schwingungsfähigen Segment elastisch nach-giebig gelagert und durch die Schwingungsbewegungen des Segments gegenphasig anregbar ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Dickstofförderer mit schwingungsfähigem Verteilermast sowie ein Verfahren zu dessen Betrieb zu entwickeln, womit ohne jegliche Sensorik mit einfachen Mitteln eine wirksame Schwingungsdämpfung möglich ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe werden die in den Ansprüchen 1 und 4 angegebenen Merkmalskombinationen vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Die erfindungsgemäße Lösung geht von der Erkenntnis aus, daß in einem schwingungsfähigen System, das durch periodische Fremdkräfte zu Schwingungen angeregt wird, es bei einer Frequenzvariation der Fremdkräfte vor allem beim Durchgang durch die Eigenfrequenz des Systems zu Phasenverschiebungen kommt, die zu einer Schwingungstilgung nach dem Interferenzprinzip führen. Um dies zu erreichen, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß die Steuereinrichtung eine die Dämpfungsmittel bildende Steuerschaltung oder programmierte Steueranweisung zur periodischen Variation oder Modulation der Pumpfrequenz gegenüber der Sollpumpfrequenz unter Beibehaltung der vorgegebenen Fördermenge pro Zeitintervall aufweist. Im Falle eines hydraulischen Pumpenantriebs wird die Pumpfrequenz durch Variation der Förderleistung der Hydropumpe moduliert. Der Modulationszyklus kann dabei über die programmierte Steueranweisung aus einer Datei digital abgerufen werden. Da die Fördermenge ein wichtiger Einstellparameter ist, wird gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung zum Zwecke der Schwingungsdämpfung die Pumpfrequenz gegenüber der Sollpumpfrequenz unter Beibehaltung der vorgegebenen Fördermenge pro Zeitintervall periodisch variiert oder moduliert. Es ist dabei von Vorteil, wenn die Pumpfrequenz schrittweise periodisch gegenüber der Sollpumpfrequenz angehoben und abgesenkt wird. Die einfachste Möglichkeit besteht darin, daß die Pumpfrequenz zwischen zwei Eckfrequenzen in vorgegebenen Modulationszyklen hin- und hergeschaltet wird, wobei die eine Eckfrequenz höher und die andere Eckfrequenz niedriger als die zur eingestellten Fördermenge gehörende Sollpumpfrequenz ist. Alternativ dazu wird zwischen der Sollpumpfrequenz sowie einer höheren und einer niedrigeren Eckfrequenz in vorgegebenen Modulationszyklen hin- und hergeschaltet. Jeder Modulationsstufe sind vorteilhafterweise mindestens zwei, vorzugsweise vier bis zehn Pumpenhübe gleicher Hubdauer zugeordnet. Erfahrungsgemäß wird eine ausreichende Schwingungsdämpfung erreicht, wenn die Eckfrequenzen um bis zu ± 10 % von der Sollpumpfrequenz abweichen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden die Eigenfrequenzen verschiedener Mastkonfigurationen gemessen und in digital abrufbaren Dateien hinterlegt. Da Dämpfungsmaßnahmen nur in der Nähe der Eigenfrequenzen des schwingungsfähigen Systems notwendig sind, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß die Pumpfrequenz nur dann variiert oder moduliert wird, wenn die Sollpumpfrequenz um weniger als ein vorgegebener Differenzbetrag, vorzugsweise um weniger als 30 % der Eigenfrequenz der eingestellten Mastkonfiguration abweicht. Um den Interferenzeffekt beim Dämpfungsvorgang voll ausschöpfen zu können, ist es von Vorteil, wenn die oberen und unteren Eckfrequenzen der modulierten Pumpfrequenz oberhalb bzw. unterhalb der Eigenfrequenz des Verteilermasts liegen.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß in der Umschaltphase zwischen zwei Pumpfrequenzen jeweils eine Wartezeit eingehalten wird, die zweckmäßig kleiner als die Dauer eines Pumpenhubs ist.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung in schematischer Weise dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen
Die Autobetonpumpe 10 umfaßt ein Transportfahrzeug 11, eine z.B. als Zweizylinder-Kolbenpumpe ausgebildete pulsierende Dickstoffpumpe 12 sowie einen um eine fahrzeugfeste Hochachse 13 drehbaren Verteilermast 14 als Träger für eine Betonförderleitung 16. Über die Förderleitung 16 wird Flüssigbeton, der in einen Aufgabebehälter 17 während des Betonierens fortlaufend eingebracht wird, zu einer von dem Standort des Fahrzeugs 11 entfernt angeordneten Betonierstelle 18 gefördert.
Der Verteilermast 14 besteht aus einem mittels eines hydraulischen Drehantriebs 19 um die Hochachse 13 drehbaren Mastbock 21 und einem an diesem schwenkbaren Knickausleger 22, der auf variable Reichweite und Höhendifferenz zwischen dem Fahrzeug 11 und der Betonierstelle 18 kontinuierlich einstellbar ist. Der Knickausleger 22 besteht bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus fünf gelenkig miteinander verbundenen Mastarmen 23 bis 27, die um parallel zueinander und rechtwinklig zur Hochachse 13 des Mastbocks 21 verlaufende Achsen 28 bis 32 schwenkbar sind. Die Knickwinkelbereiche ε1 bis ε5 (Fig. 2) der durch die Gelenkachsen 26 bis 32 gebildeten Knickgelenke und deren Anordnung zueinander sind so aufeinander abgestimmt, daß der Verteilermast 14 mit der aus Fig. 1 ersichtlichen, einer mehrfachen Faltung entsprechenden raumsparenden Transportkonfiguration auf dem Fahrzeug 11 ablegbar ist (Fig. 1). Durch programmgesteuerte Aktivierung von Knickantrieben 34 bis 38, die den Gelenkachsen 28 bis 32 einzeln zugeordnet sind, ist der Knickmast in unterschiedlichen Distanzen und/oder Höhendifferenzen zwischen der Betonierstelle 18 und dem Fahrzeugstandort entfaltbar (Fig. 2).
Der Mastführer steuert z.B. mittels einer Funkfernsteuerung 50 die Mastbewegungen, durch die die Mastspitze mit dem Endschlauch 43 über den zu betonierenden Bereich hinweg geführt wird. Der Endschlauch 43 hat eine typische Länge von 3 bis 4 m und kann wegen seiner gelenkigen Aufhängung im Bereich der Mastspitze und aufgrund seiner Eigenflexibilität mit seinem Austrittsende von einem Schlauchmann in der günstigsten Position zur Betonierstelle 18 gehalten werden.
Die Ansteuerung der Dickstoffpumpe erfolgt über die Fernbedienung 50, an der vom Mastführer eine Beton-Sollfördermenge eingestellt und als Vorgabesignal per Funk an einen Mikrocontroller 52 der Pumpensteuerung übertragen wird. Im Mikrocontroller wird die vorgegebene Sollfördermenge in eine Sollpumpfrequenz umgerechnet und mit der aktuellen Pumpfrequenz unter Bildung eines Vergleichssignals verglichen. Das Vergleichssignal wird vom Mikrocontroller an einen Fördermengenregler 54 weitergegeben, in welchem ein Mengenventil oder eine Schwenkscheibe der Förderpumpe 56 nach Maßgabe der vorgegebenen Sollpumpfrequenz eingeregelt wird. Bei gegebener Öl-Fördermenge stellt sich die Hubzeit und damit die Pumpfrequenz für den hydraulischen Antriebszylinder 57 der Dickstoffpumpe automatisch ein.
Der Verteilermast 14 stellt zusammen mit dem Transportfahrzeug 11 ein schwingungsfähiges System dar, das im Betrieb der pulsierend arbeitenden Dickstoffpumpe 12 zu erzwungenen Schwingungen anregbar ist. Die Schwingungen können zu Auslenkungen der Mastspitze und des an dieser hängenden Endschlauchs 43 führen, mit Amplituden um 1 m und Frequenzen zwischen 0,5 und einigen Hz.
Um ein resonantes Aufschaukeln des Verteilermasts zu vermeiden, enthält der Mikrocontroller 52 zusätzlich eine Dämpfungseinrichtung 58, die einen Frequenzgenerator oder einen Algorithmus zur periodischen Variation der Pumpfrequenz gegenüber der Sollpumpfrequenz aufweist. Die Dämpfungseinrichtung 58 enthält zusätzlich einen maschinenabhängigen Parametersatz zur Erzeugung der optimalen Frequenzvariation. Die Pumpfrequenz wird dabei so variiert, daß im Wechsel eine Erhöhung und eine Erniedrigung gegenüber der Sollpumpfrequenz eintritt, und zwar so, daß im Mittel die über die Fernsteuerung 50 vorgegebene Beton-Fördermenge eingehalten wird. Über die Dämpfungseinrichtung 58 wird das Ausgabesignal des Mikrocontrollers 52 so modifiziert, daß über den Fördermengenregler 54 eine variable Öl-Fördermenge eingestellt wird, die zu einer Variation der Pumpfrequenz in den Antriebszylindern 57 der Dickstoffpumpe 12 führt. Die Frequenzvariation wird dabei so dimensioniert, daß die Schwingungen im Verteilermast 14 aufgrund eines Interferenzeffekts weitgehend eliminiert werden.
Zusammenfassend ist folgendes festzuhalten: Die Erfindung bezieht sich auf einen Dickstoffförderer mit einer pulsierend arbeitenden Dickstoffpumpe 12. Die Dickstoffpumpe ist ausgangsseitig an eine Förderleitung 16 angeschlossen, die über einen elastisch schwingungsfähigen Verteilermast 14 geführt ist. Weiter ist eine Steuereinrichtung 50,52 zur Einstellung einer Sollpumpfrequenz nach Maßgabe einer vorgegebenen Beton-Fördermenge pro Zeitintervall sowie eine Einrichtung 58 zur Dämpfung von beim Pumpvorgang erzwungenen mechanischen Schwingungen im Verteilermast 14 vorgesehen. Um eine einfache aktive Schwingungsdämpfung zu ermöglichen, wird die Pumpfrequenz gegenüber der Sollpumpfrequenz unter Beibehaltung der vorgegebenen Beton-Fördermenge pro Zeitintervall periodisch variiert oder moduliert.