用于优化控制混凝土泵等的输送功率的计算机辅助的方法和装置与流程

用于优化控制混凝土泵等的输送功率的计算机辅助的方法和装置
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2019年4月3日提交的申请号为102019108781.3的德国专利申请的优先权，其通过引用整体并入本技术中。
技术领域
3.本发明涉及用于根据固化相关的材料和环境参数来控制混凝土泵等的输送功率的方法，该混凝土泵等用于以可泵送的填料(特别地，现浇混凝土)填充模板装置，填入的填料在模板装置内凝固。本发明还涉及执行这种方法的电子装置，该电子装置优选通过计算机程序控制。


背景技术：

4.本发明的应用领域主要扩展到建筑工程。为了建造建筑，通常出现不同造型和尺寸的模板装置，这些模板装置例如用作墙模板、柱模板、楼梯模板、托梁模板等。原则上，这些模板形成浇注模具，液态填料(优选现浇混凝土)被引入到该浇注模具中，以制造建筑部件。在填料凝固，(即硬化)后，通常将模板从填料移除并重新使用。由模板装置创建的模具空间优选地用现浇混凝土填充，这通常经由混凝土泵在施工现场进行，该混凝土泵通常是搅拌车的组成部分。然而，在本发明的范围中，固定式混凝土泵也可以在其输送功率方面借助根据本发明的技术方案控制。除了混凝土泵之外，其他介质泵也适用于这个目的，借助介质泵为了本发明的目的而输送可泵送的填料。在这方面，例如石膏、合成树脂料或它们的组合也考虑作为可泵送的填料。
5.公开号为de102008017123a1的专利文献描述了一种用于控制混凝土泵的输送功率的通用方法，该混凝土泵在此设计为用于现浇混凝土的搅拌泵。现浇混凝土在车辆的搅拌筒中混合，并经由缓冲供给至马达驱动的混凝土泵，然后该混凝土泵将现浇混凝土给混凝土建造点，即输送到模板装置的模具空间的区域。混凝土泵的驱动通过车辆驾驶员经由远程控制单元打开和切断。与此相对，搅拌筒处的缓冲容器中的进料高度被自动监控，并且添加至缓冲容器中的现浇混凝土添加量按照进料高度并且根据混凝土泵的驱动状态来控制。由此，尽管根据需要手动地打开和切断用于填充模板装置的混凝土供给，这还是主要实现了材料流的均匀化。
6.在该手动活动中，混凝土泵的驾驶员或操作员必须注意的是：模板装置的填充不过快地进行，以便避免模板装置的过载。模板装置的过快填充会导致模板元件的损坏，甚至导致模板装置的爆裂。在极端情况下，这种安全风险甚至会是致命事故的原因。此外，过快地填充模板装置会导致模板装置变形，从而导致凸形的构件表面，这会需要成本高昂的返工，甚至需要拆除。。另一方面，另一方面，如果由于手动选择的混凝土泵的输送速度过慢而导致模板装置的填充过慢，则由此产生的延迟会累积延长。这是因为混凝土浇注工作通常以相互叠加的工作步骤执行，其中例如用于构建墙结构的爬升模板从一个工作步骤到另一
个工作步骤移动并且填充。该累积效应会导致施工时间的显著延长。
7.因此，手动控制混凝土泵的正确输送功率在很大程度上取决于驾驶员或操作员的经验。尽管如此，其他影响因素，例如混凝土的硬化过程中的温度或与配方相关的波动范围会导致不可预见的质量波动。
8.因此，本发明的目的是：提供用于控制用于填充模板装置的混凝土泵等的输送功率的方法和装置，该方法和装置通过借助相关的材料和环境参数调准，来确保模板装置的最佳的填充速度。


技术实现要素：

9.基于用于控制用于填充模板装置的混凝土泵的输送功率的通用方法，该目的通过权利要求1实现。关于执行该方法的装置参考权利要求7。权利要求14描述了体现根据本发明的方法的计算机程序，该计算机程序可以以可检索的方式存储在根据权利要求15的机器可读的数据载体或云存储器上。
10.本发明包括按以下步骤顺序的程序教导：
11.‑
根据材料和环境参数确定以填料(优选地，用现浇混凝土)填充模板装置的允许的上升速度，
12.‑
测量在填充期间作用于模板装置上的静态填料压力，
13.‑
根据所确定的允许的上升速度和在模板装置处测得的静态填料压力计算混凝土泵的允许的输送功率。
14.然后，以此方式计算的最佳的输送功率然后通过如下方式用作混凝土泵等的控制信号，即优选地将该控制信号预先指定给混凝土泵等的电子泵控制单元。例如，这可以在目标值预设形式的控制的范围中进行。
15.本发明基于如下知识：即模板装置内的填料的允许的上升速度主要受填料配方(例如个体的混凝土配方和由此产生的新拌混凝土)和在放入填料时作为基本材料参数或环境温度参数的在施工现场占主导的外部温度的影响，其中施加到该模板装置上的填料压力和沿着模板的高度出现的压力分布与该上升速度相关。在此，相应的填料配方数据可以从建筑规划信息中获取，例如从其中指定了待使用的建筑材料的实施规划文件中获取。从待建造的结构的同样存在的几何尺寸数据以及由此推导出的关于模板的施工规划信息(与模板的类型和尺寸等相关)也可以确定相关的环境参数，如填充高度、部件形状等。因此，使用相对薄弱的模板装置导致用于填充的相应更小的允许的上升速度，以便不使模板装置过载。相反，相对更强的模板装置可以应对用于填充的相应更高的上升速度。相关的环境参数可以通过测试或测量来确定。
16.在环境参数外部温度的情况下，例如在外部温度相对高的情况下，现浇混凝土的相应快速的凝固是可以预期的，使得在这样的条件下，可以执行用于模板装置的填充的相应高的上升速率。也可以优选地通过测试或测量来确定在这方面的相关性。在此，其他参数也可以发挥作用，例如待混凝土浇注的壁厚、待浇注的钢筋的类型、决定填充高度的模板高度等。
17.优选地，外部温度经由温度传感器在施工现场现场地测量，尤其在搅拌车辆或模板装置的区域中测量。因此，例如，温度传感器可以安装在模板装置的填充空间中、安装在
模板装置的外侧或附近。本地的施工现场测量，例如在施工现场
‑
气象站的情况下，也是可行的。然而，此外还可以考虑的是：从可公开访问的本地的天气数据库中获取关于主导的外部温度的信息，使得可以省去单独的温度传感器和为此所需的信号传输技术。
18.根据本发明提供的在填充期间作用于模板装置上的静态填料压力的测量可以以多种方式进行。在此，静态填料压力理解为由基本上静止的填入的填料施加在模板壁上的压力。优选地，这由设置在模板装置区域中的测量传感器测量。
19.根据第一实施例，设置在模板装置区域中的、用于测量静态填料压力的测量传感系统可以设计为具有集成的压力或张力测量传感器的测量支架，该测量支架与相对的模板部分搭接。该搭接的测量装置使得以简单的方式确定向外定向的填料压力。在此，测量支架应定位在模板装置的预期具有最大填料压力的位置处。通常，由于已知的压力分布关系，与模板的上部相比，模板的下部具有更高的填料压力。模板平板的支柱或加强部不能损害与变形相关的测量效果。此外，测量支架应是长度可调的，以便包括不同间隔开的模板区段。
20.根据第二实施例提出的是：将设置在模板装置的区域中的、用于测量静态填料压力的测量传感系统设计为施加在模板的至少一个外表面的应变计装置。应变计装置可以用于确定由模板装置中的填料压力引起的部件应力，该部件应力可以经由已知的物理关系转换为所需的压力值。
21.根据可选的实施例，设置在模板装置区域中的测量传感系统也可以设计为压力计等，该压力计插入模板平板的开口中。由金属制成的市售压力测量传感器已证明适用于本发明的目的。这些压力传感器通常设有甘油填充物以传输测量值并经由端面的弹性体膜记录测量值。此外，直接包含在填充空间内的填料中的所谓的失压传感器也可以用作测量传感系统。此外，还可以考虑使用压敏声板(drucksensitive schalplatte)在该压敏声板中，压力测量功能集成到整个表面上。
22.除了此处核心关注的控制目的之外，所获得的测量数据还可以用在中央数据库中，以为了向客户/建造商进行验证的目的或为了内部归档的目的，或者用作人工神经网络的学习数据。为了控制系统的手动控制的目的，同样可以考虑一种现场实况显示，该现场实况显示例如可以经由智能电话应用程序通过访问上述中央数据库来进行。
23.根据本发明，从上述讨论的材料和环境参数的至少一个子集中确定每单位时间要泵送的填料(例如，尤其是混凝土)的量，该量对应于上述允许的上升速度，该上升速度又决定混凝土泵等的允许的输送功率。在此，沿着模板装置的填充高度静态填料压力曲线或填料压力曲线尤其用于检查：是否可以由于阈值以下的填料压力而提高输送功率，或者是否由于超阈值的填料压力而降低输送功率，或者是否暂时关闭混凝土泵等。通过相应地中断泵输送，使得填料有足够的时间来降低由于初期固化过程而施加在模板上的填料压力。根据应用，必要时还可以考虑混凝土泵的其他控制参数，例如新拌混凝土的流速或在模板装置的填充空间中的分布。
24.上述的根据本发明的控制方法可以借助电子装置来实现，该电子装置根据一个优选的实施例包括计算机单元，在该计算机单元中，分析单元和评估单元的功能以软件方式实施。在此，在分散式技术方案的意义上，计算机单元可以就地布置在施工现场。施工现场然而，优选地，提出的是：将计算机单元或其至少一部分设计在中央位置处，例如以具有相应数据库连接的远程服务器的形式，该服务器经由适合的通信链接(例如无线电数据传输、
无线局域网(wireless lan)、互联网等)连接至本地部件(例如混凝土泵等的泵控制单元)，以为了控制的目的。该服务器经由尽可能相同的通信信道为了之前讨论的目的接收由模板装置上的测量传感系统确定的测量信号。此外，也可以考虑其他集中的、分散的或共享的系统配置。
附图说明
25.下面与本发明实施例的描述一起根据附图更详细地示出改进本发明的其他措施。附图示出：
26.图1示出用于填充模板装置的完整系统的示意图，根据本发明的、用于控制混凝土泵的输送功率的装置集成在该完整体统中。
27.图2示出用于测量模板装置处的静态填料压力的测量传感系统的第一实施例的示意性细节图。
28.图3示出用于测量模板装置处的静态填料压力的测量传感系统的第二实施例的示意图。
29.图4示出用于说明根据本发明的主要方法步骤的顺序的流程图，这些方法步骤由图1包含的装置执行。以及
30.图5示出用于说明沿着模板高度的填料压力的压力分布图。
具体实施方式
31.根据图1，提供了混凝土搅拌车(未进一步图示)的混凝土泵1，该混凝土搅拌车的混凝土泵1用于以可泵送的填料3填充位于施工现场的模板装置2(在此仅部分示出的)施工现场，该填料3在本实施例中是适合的现浇混凝土。
32.混凝土泵1经由可局部定位的管线装置5将填料3从混凝土搅拌车的缓冲容器4中输送到模板装置2的填充区域中。在本实施例中，模板装置2围绕壁区段6，以按照当前的施工规划在壁区段6的后续的混凝土浇注步骤中用现浇混凝土填充由模板装置2创建的填充空间7，其中该壁区段6在之前进行的混凝土浇注步骤的过程中已经被一定程度地建造。
33.在本实施例中，大大简化示出的模板装置2由两个彼此相对布置的模板区段2a和2b构成，模板区段2a和2b模板区段由已知的常规的模块化系统的模板区段实现。
34.在模板装置2处，在此具体地在模板区段2b处，与填充空间7相对置地设置有用于测量在用填料3填充期间作用于模板装置2上的静态填料压力p
f
的测量传感系统8。由于用待硬化的填料3对模板装置2的填充增加，由填充空间7作用于模板装置2上的载荷增加，该载荷由于向外定向的力而表现为相应的部件应力。在本实施例中，将与此类似的填料压力p
f
作为输入值通过无线通信链接传递至电子评估单元13。
35.相关联的分析单元10用于基于根据与此相关的材料和环境参数确定以填料3填充模板装置2的允许的上升速度v
sz
。为此，分析单元10接收各种输入值，这些输入值包括与控制相关的材料和环境参数rst。在此，填料配方数据r形成材料参数，该材料参数以单个值或数据记录的形式提供关于所使用的填料3的配方信息，因为例如根据混凝土配方存在材料特定的硬化特征曲线，该硬化特征曲线也确定在填充过程中允许的上升速度v
sz
。在此，这种填料配方数据r由包含施工规划信息的规划数据库11提供。规划数据库11包含关于待建造
的建筑的施工规划的全部所需的信息，进而也包含关于填料组分的规定的材料说明，该材料说明是为待建造的壁区段6的施工指定的。
36.此外，规划数据库11还包含关于模板尺寸数据s的信息，从该信息中尤其可以推导出逐区段的混凝土浇注高度、逐区段的混凝土浇注面积、混凝土浇注区段的壁厚等，以便也考虑用于确定允许的上升速度v
sz
所需的几何环境参数。
37.被纳入考虑的另外的相关的环境参数是在混凝土浇注过程期间在施工现场上占主导的外部温度，因为该外部温度影响待填入的填料3的凝固过程，进而影响待填入的填料3的允许的上升速度v
sz
。在该实施例中，通过相应更新的、可公开访问的天气数据库12来提供关于外部温度t的环境参数。
38.基于影响允许的上升速度v
sz
的所有这些材料和环境参数rst，分析单元10确定以填料3填充模板装置2的允许的上升速度v
sz
，并且将该值传递至评估单元13，以计算与该值匹配的混凝土泵1的允许的输送功率p
q
。此外，为了控制的目的，评估单元13还考虑由测量传感系统8测量的模板装置2处的静态填料压力p
f
。这意味着：如果填料压力p
f
超过上限值，则评估单元13要求减小输送功率p
q
。以类似的方式，如果填料压力p
f
低于允许的极限值，则增加输送功率p
q
。然而，主要用于监控的目的的该控制通过基于材料和环境参数rst确定的允许的上升速度v
sz
叠加在混凝土泵1关于它的输送功率p
q
的初级控制上。允许的上升速度v
sz
从由混凝土泵输送的体积流和填充空间7的几何尺寸的结合得出。代替上升速度v
sz
的标准，与此类似的其他参数也可用于等同于本发明的控制目的。
39.在该实施例中，以这样的方式计算的允许的输送功率p
q
作为控制信号，经由至少部分无线的通信信道(在此包括互联网9)，从中央位置传输至混凝土泵1的本地存在于施工现场上的泵控制单元14。与之相对，在该实施例中，分析单元10和评估单元13通过软件安置在中央计算机单元15中，该中央计算机单元15因此是远程控制服务器。该计算机单元15可以访问集成在其中的规划数据库11以及公共天气数据库12，并且同样经由至少部分无线的通信，经由互联网9，访问施工现场的测量传感系统8的传感器信号。可选地，在双向数据传输的情况下，该传感器信号当然也可以经由控制单元14的连接信道来路由。
40.图2示出了用于实现用于测量上述静态填料压力p
f
的测量传感系统8的第一实施例。为此，使用测量支架16，该测量支架16搭接相对的模板区段2a和2b，在该测量支架16的一端处集成有压力或张力测量传感器17。在此所示的装置尤其是压力传感器。如果这种传感器集成在测量支架16的中间区段中，则该传感器具体为张力传感器，以获得类似的测量值。
41.在图3所示的实施例中，用于相同目的的测量传感系统8'是施加在模板区段2b的表面上的应变计装置18，该应变计装置18在适当的位置处测量模板区段2b中的局部的部件应力，以便从中推导出关于存在的静态填料压力p
f
的结论。
42.根据图4，总而言之，混凝土泵1的输送功率p
q
的控制以下面列出的步骤的顺序进行，这些步骤优选地由具有用于执行这些步骤的程序代码介质的计算机程序形式的软件来实现。
43.首先，基于在此来自不同来源的所提供的材料和环境参数rst确定a以合适的填料填充模板装置的允许的上升速率v
sz
。
44.平行于以填料填充模板装置，作用于该模板装置上的静态填料压力p
f
被测量b，并
且被作为测量值提供。
45.然后，为了控制目的，根据所确定的允许的上升速度v
sz
或与其类似的特征值以及在模板装置处测量的静态填料压力p
f
执行关于混凝土泵1的允许的输送功率p
q
的计算c，其中该输送功率p
q
与所输送的体积流成比例。在最终的步骤中，将计算的输送功率p
q
或类似值以控制信号的形式传输d给混凝土泵1的泵控制装置。
46.图5示出了在三个连续的混凝土浇注步骤i.至iii.中的、用于最终状态为5米的混凝土浇注高度的、沿着6米的模板高度h的填料压力的分布。通过将新拌混凝土填入模板装置的填充空间内，在模板装置上产生静态表面压力δ
hk
。如果填料的硬化从底部开始，则该填料压力与此相关地下降。如果填料充分硬化，则可以在此基础上执行下一个混凝土浇注步骤。三个混凝土浇注步骤i.至iii.根据每个混凝土浇注步骤至高为50kn/m2的模板装置最大负载能力得出，这得到每个混凝土浇注步骤大约1.8米的最大填充高度，由三角形标记指示。这里填料压力由形成测量传感器8a至8d的总共四个压力计监控，这些压力计沿着填充高度设置在模板装置上。
47.本发明不限于上述优选实施例及其它们的变型。相反地，也可以考虑其他变型，这些变型也由所附权利要求的保护范围涵盖。例如，还可以考虑的是：将确定混凝土泵的控制信号的计算单元本地地设置在混凝土搅拌车中或者固定地设置在施工现场上，其中所需的施工规划信息和其他材料和环境参数通过数据远程传输(例如经由移动无线电信道)提供。此外，其他材料和环境参数也可用于本发明的控制目的，只要它们对填料的凝固过程有影响即可。
48.附图标记列表
[0049]1ꢀꢀꢀ
混凝土泵
[0050]2ꢀꢀꢀ
模板装置
[0051]3ꢀꢀꢀ
填料
[0052]4ꢀꢀꢀ
缓冲容器
[0053]5ꢀꢀꢀ
管线装置
[0054]6ꢀꢀꢀ
壁区段
[0055]7ꢀꢀꢀ
填充空间
[0056]8ꢀꢀꢀ
测量传感系统
[0057]9ꢀꢀꢀ
互联网
[0058]
10
ꢀꢀꢀꢀꢀ
分析单元
[0059]
11
ꢀꢀꢀꢀꢀ
规划数据库
[0060]
12
ꢀꢀꢀꢀꢀ
天气数据库
[0061]
13
ꢀꢀꢀꢀꢀ
评估单元
[0062]
14
ꢀꢀꢀꢀꢀ
泵控制单元
[0063]
15
ꢀꢀꢀꢀꢀ
计算机单元
[0064]
16
ꢀꢀꢀꢀꢀ
测量支架
[0065]
17
ꢀꢀꢀꢀꢀ
压力或张力测量传感器
[0066]
18
ꢀꢀꢀꢀꢀ
应变计装置
[0067]
a
ꢀꢀꢀ
确定步骤
[0068]
b
ꢀꢀꢀꢀ
测量步骤
[0069]
c
ꢀꢀꢀꢀ
计算步骤
[0070]
d
ꢀꢀꢀꢀ
传输步骤
[0071]
p
q
ꢀꢀꢀ
输送功率
[0072]
p
f
ꢀꢀꢀ
填料压力
[0073]
v
sz
ꢀꢀ
允许的上升速度
[0074]
rst
ꢀꢀ
材料和环境参数
[0075]
r
ꢀꢀꢀꢀ
填料配方数据
[0076]
s
ꢀꢀꢀꢀ
模板尺寸数据
[0077]
t
ꢀꢀꢀꢀ
环境温度
[0078]
h
ꢀꢀꢀꢀ
模板高度
[0079]
δ
hk
ꢀꢀꢀꢀ
静态表面压力
[0080]
i.
‑
iii.混凝土浇注步骤