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    • 专利摘要:
    Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Betonbauteils (34), mit den Schritten: (a) Einbringen eines Fluides (16) in unausgehärteten Beton (30) und (b) Erhärten-Lassen des Betons, sodass das Betonbauteil (34) entsteht, (c) wobei das Einbringen des Fluides (16) mittels eines Endeffektors (24) erfolgt, der entlang einer vorgegebenen Trajektorie (r(t)) bewegt wird.
    公开号:EP3705250A1
    申请号:EP20159581.6
    申请日:2020-02-26
    公开日:2020-09-09
    发明作者:Norman Prof. Dr. HACK； Harald Prof. Dr. KLOFT； Dirk Prof. Dr. LOWKE
    申请人:Technische Universitaet Braunschweig；
    IPC主号:B28B13-00
    专利说明:
    [0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Betonbauteils. Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung eine Betonteil-Herstellvorrichtung.
    [0002] Betonbauteile werden entweder in einer Fabrik hergestellt und dann zu einer Baustelle transportiert, wo sie verbaut werden. Alternativ werden Betonbauteile vor Ort aus unausgehärtetem Beton hergestellt. An Betonbauteile wird primär die Anforderung gestellt, dass sie die spezifizierte Last tragen können. Zusätzlich ist es jedoch wünschenswert, dass Betonbauteile möglichst leicht sind. Zudem sollten Betonbauteile möglichst kostengünstig herstellbar sein. Diese Forderung ist in der Regel nicht mit den anderen Forderungen vereinbar. Soll beispielsweise ein Betonbauteil mit einer besonders hohen Festigkeit hergestellt werden, so muss Beton mit erhöhter Festigkeit verwendet werden, der jedoch aufwändiger herzustellen und damit teurer ist.
    [0003] Aus der DE 40 26 009 A1 ist bekannt, einen Draht zu recken, zu schneiden und dann einem Strom aus flüssigem Beton beizugeben, um so eine erhöhte Festigkeit zu erhalten.
    [0004] Die US 2018/0071949 A1 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen eines Bauwerks mittels Gleitschalung, die von einem Roboter positioniert wird. So kann die Form von Gebäuden in stärkerem Maße als bisher variiert werden.
    [0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Fertigung von Betonbauteilen zu verbessern.
    [0006] Die Erfindung löst das Problem durch ein Verfahren zum Herstellen eines Betonbauteils mit den Schritten:(a) Einbringen eines Fluides in unausgehärteten Beton und (b) Erhärten-Lassen des Betons, sodass das gradierte Betonbauteil entsteht, wobei (c) das Einbringen des Fluids mittels eines Endeffektors erfolgt, der entlang einer vorgegebenen Trajektorie bewegt wird.
    [0007] Gemäß einem zweiten Aspekt löst die Erfindung das Problem durch eine Betonbauteil-Herstellvorrichtung mit (a) einer Einbringvorrichtung zum Abgeben eines Fluids und (b) einer Schalung, die Beton enthält, wobei (c) die Einbringvorrichtung einen Endeffektor zum Abgeben des Fluids und eine Steuereinheit aufweist, die ausgebildet ist zum automatischen Bewegen des Endeffektors entlang einer vorgebbaren, insbesondere vorgegebenen, Trajektorie.
    [0008] Vorteilhaft an der Erfindung ist, dass mittels des Fluids die Eigenschaften des unausgehärteten Betons und damit des späteren Betonbauteils gezielt lokal beeinflusst werden können. So ist es beispielsweise möglich, die Festigkeit des Betonbauteils gezielt lokal zu erhöhen oder die Dichte lokal zu verringern, um das Gewicht des Betonbauteils zu reduzieren. Das ist beispielsweise dann vorteilhaft, wenn das Betonbauteil vorgegebene Abmaße haben muss, die so groß sind, dass die resultierende Festigkeit eines homogenen Betonteils größer ist als die notwendige Festigkeit.
    [0009] Vorteilhaft ist zudem, dass das Fluid genau an den Stellen angebracht werden kann, an denen es benötigt wird.
    [0010] Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung wird unter einem Betonbauteil ein Bauteil verstanden, das in Gewichtsprozenten überwiegend aus Beton besteht. Es kann sich um ein eigenständiges Bauteil oder einen Bestandsteil eines Bauwerks handeln. Das Bauteil ist insbesondere aus gradiertem Beton, also aus Beton mit lokal differenzierten Eigenschaften.
    [0011] Unter unausgehärtetem Beton wird Beton verstanden, der noch nicht formstabil ist.
    [0012] Unter dem Endeffektor wird insbesondere eine Vorrichtung verstanden, mittels der das Fluid auf vorgebbare Weise abgebbar ist. Bei dem Endeffektor handelt es sich beispielsweise um eine Düse. Es ist günstig, nicht aber notwendig, wenn der Endeffektor das Fluid in geometrisch bestimmter Weise einbringt.
    [0013] Das Einbringen des Fluids entlang der vorgegebenen Trajektorie bedeutet insbesondere, dass sich die Position des Endeffektors in Abhängigkeit von der Zeit auf vorgegebene Weise ändert. In anderen Worten bewegt sich der Endeffektor entlang einer vorgegebenen Kurve mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit. Beim Bewegen entlang der Trajektorie gibt der Endeffektor auf vorgegebene Weise das Fluid ab.
    [0014] Vorzugsweise ist die Flussrate an Fluid, die beispielsweise als Volumen pro Zeiteinheit oder Gewicht pro Zeiteinheit gemessen wird, mit der Trajektorie verknüpft gespeichert. Vorzugsweise besitzt die Betonteil-Herstellvorrichtung einen digitalen Speicher, in dem die Trajektorie gespeichert ist. Insbesondere ist die Steuereinheit ausgebildet zum automatischen Bewegen des Endeffektors entlang der gespeicherten Trajektorie.
    [0015] Vorzugsweise wird der Endeffektor mittels eines Manipulators bewegt. Der Manipulator ist beispielsweise ein digital steuerbarer Roboter. Alternativ kann es sich bei dem Manipulator auch um eine Portalmaschine handeln.
    [0016] Vorzugsweise umfasst der Manipulator einen digitalen Speicher, in dem die Trajektorie abgelegt, das heißt gespeichert, ist. Es ist allerdings auch möglich, dass der Manipulator, beispielsweise der Roboter, manuell angesteuert wird, beispielsweise mittels einer entsprechenden Bedieneinheit.
    [0017] Die Trajektorie ist vorzugsweise eine 3D-Trajektorie. In anderen Worten ändert sich bei Bewegung entlang der Trajektorie auch die z-Koordinate. Die z-Koordinate erstreckt sich in vertikaler Richtung.
    [0018] Unter einem Fluid wird ein Gas, eine Flüssigkeit, eine Suspension oder ein Gel oder eine Mischung aus zumindest zwei der Vorgenannten verstanden. Bei dem Gas kann es sich beispielsweise um Luft, ein Luftbestandteil oder eine Mischung aus Luftbestandteilen handeln. Bei der Flüssigkeit kann es sich beispielsweise um Wasser oder ein Phasenwechselmaterial handeln. Auf diese Weise ist es möglich, dass das Betonbauteil zusätzlich wärmespeichernde Eigenschaften erhält. Bei der Suspension kann es sich beispielsweise um Beton handeln.
    [0019] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind eine Fließgrenze und/oder eine Viskosität des Betons so gewählt, dass das Fluid nach dem Einbringen relativ zu seiner Umgebung positionsstabil bleibt. Unter dem Merkmal, dass das Fluid relativ zu seiner Umgebung positionsstabil bleibt, wird insbesondere verstanden, dass sich der Beton bewegen kann, beispielsweise weil an einer anderen Stelle Beton hinzugefügt oder entnommen wird, und das Fluid sich damit in absoluten Koordinaten, nicht aber relativ zu dem Beton in seiner Umgebung bewegt.
    [0020] Vorzugsweise wird das Fluid so in den unausgehärteten Beton eingebracht, dass es unausgehärteten Beton verdrängt. Es ist auf diese Weise möglich, beispielsweise Fluid in Form eines zweiten Betons so einzubringen, dass dieser sich mit dem unausgehärteten Beton beim Erhärten fest verbindet. Das Fluid wird in anderen Worten in den unausgehärteten Beton eingedrückt.
    [0021] Vorzugsweise liegt eine Endeffektor-Geschwindigkeit, mit der der Endeffektor bewegt wird, zwischen einem Drittel, insbesondere der Hälfte, und dem Doppelten, insbesondere dem 1,5-fachen, vorzugsweise dem 1,2-fachen der Austrittsgeschwindigkeit des Fluids aus dem Endeffektor. Dies gilt vorzugsweise für zumindest ein Drittel der Dauer des Einbringens des Fluids.
    [0022] Vorzugsweise wird das Fluid so in den unausgehärteten Beton eingebracht, dass es unausgehärteten Beton, zumindest auch nach oben und/oder unten verdrängt. Hierunter wird in anderen Worten verstanden, dass das Fluid den unausgehärteten Beton nicht ausschließlich zur Seite hin verdrängt. Es ist möglich, nicht aber notwendig, dass der Beton ausschließlich nach oben und/oder unten verdrängt wird, das ist aber nicht notwendig, vielmehr kann der Beton sowohl zur Seite hin als auch nach oben und/oder unten verdrängt werden. Günstig ist es, wenn das Fluid zumindest 10 Zentimeter unterhalb der Oberfläche des unausgehärteten Betons in den unausgehärteten Betons eingebracht wird.
    [0023] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform hat der Endeffektor eine Austrittsöffnung, die eine Austrittsquerschnittsfläche hat. Die Quadratwurzel der Austrittsquerschnittsfläche entspricht vorzugsweise höchstens einem Drittel, insbesondere höchstens Viertel, vorzugsweise höchstens einem Fünftel, der Füllhöhe des unausgehärteten Betons. In anderen Worten ist die Querschnittsfläche klein gegenüber der Füllhöhe.
    [0024] Vorzugsweise hat der unausgehärtete Beton eine nach oben weisende Oberfläche, die sich entlang einer Betonniveaufläche erstreckt, wobei das Fluid unterhalb der Betonniveaufläche eingebracht wird. Das führt dazu, dass das Fluid sich relativ zum umgebenden Beton nicht oder nur sehr wenig bewegt. Wenn es bei dem Fluid um Beton handelt, wird dadurch zudem eine innige Verbindung zwischen den beiden unterschiedlichen Betonen ermöglicht.
    [0025] Günstig ist es, wenn sich zumindest zeitweise ein Abstand des Endeffektors zur Betonniveaufläche ändert. In anderen Worten wird eine echt dreidimensionale Struktur in den unausgehärteten Beton eingebracht.
    [0026] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren die Schritte des Einfüllens des unausgehärteten Betons in eine Schalung und danach das Einbringen des Fluids in den unausgehärteten Beton. Die Schalung wird nach dem Erhärten des unausgehärteten Betons vorzugsweise entfernt.
    [0027] Besonders günstig ist es, wenn das Betonbauteil ein Soll-Volumen hat und eine solche Betonmenge an unausgehärtetem Beton in die Schalung eingebracht wird, dass nach Einbringen des Fluids und Erhärten-Lassen des Betonbauteils das Betonbauteil das Soll-Volumen hat. In anderen Worten wird beim Einbringen des Fluids kein unausgehärteter Beton abgezogen. Alternativ ist es auch möglich, dass unausgehärteter Beton abgezogen wird, wobei vorzugsweise so viel unausgehärteter Beton abgezogen wird, dass sich die Betonniveaufläche nicht ändert. Wird in anderen Worten ein bestimmtes Volumen an Fluid in den unausgehärteten Beton eingebracht, so wird das gleiche Volumen an unausgehärtetem Beton abgezogen.
    [0028] Vorzugsweise wird das Fluid so in den Beton eingebracht, dass es nach dem Erhärten des Betons entfernbar ist. Das Fluid ist dann vorzugsweise eine Flüssigkeit, beispielswiese Wasser. Durch das Entfernen des Fluids nach Erhärten des Betons sinkt das Gewicht des Betonbauteils, was vorteilhaft ist.
    [0029] Vorzugsweise ist das Fluid ein zweiter Beton, der eine zweite Zusammensetzung hat, die sich von einer ersten Zusammensetzung des ersten Betons unterscheidet. Beispielsweise können sich die Zusammensetzungen der Betone so unterscheiden, dass die Betone unterschiedliche Eigenschaften haben, insbesondere unterschiedliche Druckfestigkeiten, Zugfestigkeiten, Dichten, Wärmeleitfähigkeiten, Duktilitäten und/oder Dauerhaftigkeiten. Es ist zudem möglich, dass sich die Zusammensetzungen der Betone so unterscheiden, dass sie unterschiedliche Farben haben, dass ihre Herstellung unterschiedliche Mengen an CO2 freisetzt, oder das mit der Herstellung der Betone unterschiedliche Kosten verbunden sind.
    [0030] Wenn das Fluid ein zweiter Beton ist, ist es günstig, wenn dieser eine zweite Festigkeit hat, die sich von einer ersten Festigkeit des unausgehärteten Betons unterscheidet. Besonders günstig ist es, wenn die zweite Festigkeit höher ist als die erste Festigkeit des unausgehärteten Betons. Es ist in diesem Fall möglich, Zonen erhöhter Festigkeit in das Innere des Betonbauteils einzubringen. Wenn sich die Festigkeiten unterscheiden, so ist die Festigkeit des festeren Betons zumindest 10 % größer als die Festigkeit des weniger festen Betons. Die Druck- und Zugfestigkeiten werden in Druck-, Zug- oder Biegezugversuchen ermittelt.
    [0031] Alternativ oder zusätzlich unterscheidet sich die zweite Dichte des zweiten Betons von der ersten Dichte des unausgehärteten Betons.
    [0032] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Fluid ein zweiter Beton. Dieser enthält vorzugsweise Fasern, insbesondere Kurzfasern. Ein faserverstärkter Beton hat in der Regel eine höhere Zug-, und/oder Scherfestigkeit und ist daher besonders geeignet für hochbelastete Betonteile oder Teile derartiger Betonteile. Allerdings ist faserhaltiger Beton, der auch als Faserbeton bezeichnet werden könnte, teurer und aufwändiger in der Herstellung, was dessen Einsatz in vielen Anwendungsfällen unattraktiv macht. Zudem sind Fasern dann besonders günstig, wenn sie ausgerichtet sind. Dadurch, dass der zweite Beton nur lokal eingebracht wird, können die Vorteile des Faserbetons genutzt werden, ohne dass der für die Herstellung notwendige Aufwand zu stark ansteigt.
    [0033] Vorzugsweise sind die Fasern Mineralfasern, insbesondere Glas- und/oder Basaltfasern, Karbonfasern oder Pflanzenfasern. Die Fasern können zudem Mischungen aus zwei oder mehr der vorgenannten Fasern sein. Diese Fasern haben sich als besonders gut zum Verstärken von Beton herausgestellt. Alternativ oder zusätzlich sind die Fasern Stahlfasern oder eine Mischung aus Stahl-, Glas-, Basalt-, Karbon- oder Pflanzenfasern.
    [0034] Günstig ist es, wenn das Fluid ein zweiter Beton ist, wenn zusammen mit dem zweiten Beton Fasern in den ersten Beton abgegeben werden, die vom zweiten Beton umgeben sind und dass die Fasern Langfasern oder Endlosfasern sind. Derartige Langfasern, die sich vorzugsweise von einem Ende des Betonbauteils zum anderen erstrecken, sind besonders gut geeignet, um Lasten aufzunehmen. Anders als bei Verfahren nach dem Stand der Technik ist es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, die Fasern in einer im Wesentlichen beliebig vorgebbaren Trajektorie in den Beton einzubringen. Ein weiterer Vorteil ist, dass das Einbringen der Fasern besonders einfach ist. Anders als bei Verfahren gemäß dem Stand der Technik sind beispielsweise keine speziellen Formen notwendig, um die Fasern vor dem Erhärten des Betons zu fixieren.
    [0035] Um das Gewicht des fertigen Betonbauteils bei gleichbleibenden Außenmaßen zu verringern, ist es günstig, wenn das Fluid ein Gas, insbesondere Luft, umfasst oder ist. Es ist dann möglich, an solchen Stellen den unausgehärteten Beton durch Luft zu ersetzen, an denen das Betonteil keine entsprechende Festigkeitseigenschaft haben muss.
    [0036] Es ist möglich und stellt eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dar, dass zwei unterschiedliche Fluide nacheinander in den unausgehärteten Beton eingebracht werden. Sowohl das erste Fluid als auch das zweite Fluid können aus der oben genannten Liste ausgewählt sein. Es ist beispielsweise möglich, dass das erste und das zweite Fluid Betone sind, die sich in ihren Zusammensetzungen unterscheiden. Es ist zudem möglich, dass ein Fluid ein Beton ist und das zweite Fluid eine Flüssigkeit oder ein Gas. Selbstverständlich sind auch andere Kombinationen möglich, wie beispielsweise zwei Flüssigkeiten.
    [0037] Eine erfindungsgemäße Betonbauteil-Herstellvorrichtung besitzt vorzugsweise ein Betonlager, das faserhaltigen Beton enthält und das mit der Einbringvorrichtung verbunden ist.
    [0038] Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt Figur 1a eine erfindungsgemäße Betonbauteil-Herstellvorrichtung zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens, Figur 1b einen schematischen Querschnitt durch ein Betonbauteil, das mit einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde, Figur 2a eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Betonbauteil-Herstellvorrichtung zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer zweiten Ausführungsform, Figur 2b einen Querschnitt durch ein Betonteil, das mit der Vorrichtung gemäß Figur 2a hergestellt wurde und Figur 3 ein Detail einer erfindungsgemäßen Betonbauteil-Herstellvorrichtung.
    [0039] Figur 1a zeigt eine erfindungsgemäße Betonbauteil-Herstellvorrichtung 10, die eine Schalung 12 und eine Einbringvorrichtung 14 zum Abgeben eines Fluides 16 aufweist. Das Fluid 16 ist im vorliegenden Fall ein zweiter Beton, der Fasern 18 enthält. Der Beton 16 ist in einem Betonlager 20 enthalten und wird mittels einer Betonpumpe 22 zu einem Endeffektor 24 gepumpt. Alternativ kann das Fluid 16 im Endeffektor 24 vorgehalten werden. In diesem Fall umfasst der Endeffektor vorzugsweise einen Extruder, insbesondere einen Kolbenextruder.
    [0040] Der Endeffektor 24 ist an einem Manipulator 26 befestigt, der im vorliegenden Fall durch einen Roboter gebildet ist. Der Manipulator 26 umfasst eine Steuereinheit 28, die einen Prozessor und einen digitalen Speicher aufweist, in dem eine Trajektorie r (t) gespeichert ist. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuereinheit 28 auch mit einem externen Rechner verbunden sein.
    [0041] Die Trajektorie r(t) beschreibt den Weg, den der Endeffektor 24 beim Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens zurücklegt. Die Trajektorie r → t ) = x t y t z t
    [0042] In der Schalung 12 ist unausgehärteter Beton 30 enthalten, der zuvor in die Schalung 12 eingefüllt wurde und der sich entlang einer Betonniveaufläche A30 erstreckt. Der Endeffektor 24 hat eine Ausgabeöffnung 32, durch die der zweite Beton 16 in den unausgehärteten Beton 30 abgegeben wird. Figur 1a zeigt, dass sich die Ausgabeöffnung 32 zumindest zeitweise, insbesondere die überwiegende Zeit, unterhalb der Betonniveaufläche A30 befindet.
    [0043] Figur 1b zeigt ein Betonbauteil 34 im Querschnitt. Zu erkennen ist das Gebiet G30, in dem ausgehärteter erster Beton 30' vorliegt, sowie ein Gebiet G16, in dem ausgehärteter zweiter Beton 16 vorliegt. Die beiden Gebiete G30 und G16 ergänzen einander zum Betonbauteil 34.
    [0044] Wie Figur 1a zeigt, wird das Fluid 16 in Form des zweiten Betons in den unausgehärteten Beton 30 eingebracht. Dadurch hebt sich die Betonniveaufläche A30 an. Nach dem Einbringen des Fluids in Form des zweiten Betons 16 wird der Endeffektor aus der Schalung 12 herausgefahren und die Betone 16, 30 erhärten, wobei sie sich an den Grenzflächen zueinander miteinander verbinden. Nach dem Erhärten-Lassen hat das Betonbauteil 34 ein Soll-Volumen Vsoll, das vorgegeben war.
    [0045] Der unausgehärtete, erste Beton 30 hat eine andere Zusammensetzung Z30, die sich von einer Zusammensetzung Z16 des zweiten Betons 16 unterscheidet. Beispielsweise hat der zweite Beton 16 eine höhere Druckfestigkeit und/oder Scherfestigkeit. Beispielsweise ist der erste Beton 30 ein Normalbeton und der zweite Beton 16 ein faserverstärkter hoch-fester Beton. Ein anderes Beispiel ist, dass der erste Beton 30 ein Leichtbeton und der zweite Beton ein Normalbeton ist.
    [0046] Figur 1b zeigt, dass das Gebiet G16 des ausgehärteten zweiten Betons zusammenhängend ist. In anderen Worten existiert von jedem Punkt des Gebietes G16 ein Weg zu jedem beliebigen anderen Punkt des Gebietes G16, der durch das Gebiet 16 verläuft. Das ist aber nicht notwendig, beispielsweise kann das Gebiet G16 auch zwei, drei oder mehr diskunkte Teil-Gebiete umfassen, beispielsweise Stränge.
    [0047] Besonders günstig, nicht aber notwendig, ist es, wenn, wie in Figur 1b gezeigt, sich das Gebiet G16 bis zu einer Randfläche R erstreckt, im vorliegenden Fall bis zur Unterseite. Vorzugsweise endet das Gebiet G16 in einer Auflagerfläche F1 bzw. F2. Die Auflagerfläche ist eine solche Fläche, in der bei der späteren Verwendung des Betonbauteils 34 Kräfte in das Betonbauteil 34 eingeleitet werden.
    [0048] Figur 2a zeigt eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Betonbauteil-Herstellvorrichtung 10, deren Endeffektor 24 mit einer Druckfluidquelle 36 verbunden ist. Die Druckfluidquelle 36 ist im vorliegenden Fall ein Kompressor, mit dem ein Fluid 16 in Form von Druckluft erzeugt wird. Die Druckluft wird durch die Ausgabeöffnung 32 in den unausgehärteten Beton 30 abgegeben, sodass sie eine Vielzahl an Blasen 38.i (i = 1, 2, ...) bilden. Es ist möglich, dass sich zumindest ein Teil der Blasen bis zur Schalung 12 erstrecken. Es ist aber auch möglich und stellt eine bevorzugte Ausführungsform dar, dass sich die Blasen 38.i nicht bis zur Schaltung 12 erstrecken, sodass die Außenfläche des späteren Betonbauteils 34 nicht von der Struktur der Blasen überlagert wird.
    [0049] Figur 2b zeigt einen Querschnitt durch das fertige Betonbauteil 34.
    [0050] Figur 3 zeigt eine spezielle Ausführungsform eines Endeffektors 24, der einen Langfaser-Einbringkopf 40 aufweist. Eine Langfaser 42, bei der es sich beispielsweise um eine Mineralfaser in Form einer Basaltfaser oder einer Glasfaser handelt, wird von einem Lager 44, im vorliegenden Fall einer Spule, entnommen und einem Mischer 46 zugeführt, in dem die Langfaser 42 mit Fluid Form des zweiten Betons 16 umgeben wird.
    [0051] Der zweite Beton 16 wird durch eine Betonleitung 48 zugeführt. Der Endeffektor 24 kann optional eine Betonpumpe 50 aufweisen, mittels der der Beton 16 in den Mischer 46 gedrückt wird. Es ist zudem günstig, nicht aber notwendig, dass der Endeffektor 24 einen Vibrator zum Vibrieren des Mischers 46 aufweist, sodass der zweite Beton 16 in innigen Kontakt mit der Langfaser 42 kommt. Es entsteht so eine betonummantelte Langfaser 52, die durch die Ausgabeöffnung 32 in den unausgehärteten Beton 30 abgegeben wird. Die betonummantelte Langfaser 42 ist nach dem Erhärten des Betonbauteils 34 fest mit dem sie umgebenden Beton verbunden und erstreckt sich entlang der Trajektorie r (t).
    [0052] Figur 1a zeigt, dass der unausgehärtete Beton 30 bis zu einer Füllhöhe h in die Schalung 12 eingefüllt ist. Die Ausgabeöffnung 32 hat eine Austrittsquerschnittsfläche A32. Die Quadratwurzel der Austrittsquerschnittsfläche, also A 32,
    [0053] Die Steuereinheit 28 besitzt einen digitalen Speicher 52, in dem die Trajektorie r (t) gespeichert ist. Zudem ist im digitalen Speicher 52 vorzugsweise Die Geschwindigkeit v →t = r → ˙t ,
    mit der der Endeffektor 24 bewegt wird, liegt vorzugsweise zumindest für die überwiegende Zeit des Einbringen des Fluids in den unausgehärteten Beton 30 zwischen dem zwischen der Hälfte und dem 1,2-fachen einer Austrittsgeschwindigkeit v16 des Fluids 16 aus dem Endeffektor 24. Bezugszeichenliste 10 Betonbauteil-Herstellvorrichtung i Laufindex 12 Schalung K Koordinatensystem 14 Einbringvorrichtung R Randfläche 16 Fluid, zweiter Beton r (t) Trajektorie 18 Fasern Vsoll Soll-Volumen Z Zusammensetzung 20 Betonlager 22 Betonpumpe 24 Endeffektor 26 Manipulator 28 Steuereinheit 30 Beton 32 Abgabeöffnung 34 Betonbauteil 36 Druckluftquelle 38 Blase 40 Langfaser-Einbringkopf 42 Langfaser 44 Lager 46 Mischer 48 Betonleitung 50 betonummantelte Langfaser 52 digitaler Speicher A30 Betonniveaufläche F Auflagerfläche G16 Gebiet ausgeharteten, zweiten Betons G30 Gebiet ausgehärteten, ersten Betons
    权利要求:
    Claims (15)
    [0001] Verfahren zum Herstellen eines Betonbauteils (34), mit den Schritten:
    (a) Einbringen eines Fluides (16) in unausgehärteten Beton (30) und
    (b) Erhärten-Lassen des Betons, sodass das Betonbauteil (34) entsteht,
    (c) wobei das Einbringen des Fluides (16) mittels eines Endeffektors (24) erfolgt, der entlang einer vorgegebenen Trajektorie ( r (t)) bewegt wird.
    [0002] Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
    (a) eine Fließgrenze und eine Viskosität des Betons so gewählt sind, dass das Fluid nach dem Einbringen relativ zu seiner Umgebung positionsstabil bleibt und/oder
    (b) das Fluid (16) so in den unausgehärteten Beton (30) eingebracht wird, dass es unausgehärteten Beton verdrängt.
    [0003] Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    (a) der unausgehärtete Beton (30) eine nach oben weisende Oberfläche hat, die sich entlang einer Betonniveaufläche (34) erstreckt und dass
    (b) das Fluid unterhalb der Betonniveaufläche (A30) eingebracht wird und/oder der Endeffektor (24) eine solche Bewegung ausführt, dass sich dabei zumindest zeitweise ein Abstand des Endeffektors (24) zur Betonniveaufläche (A30) ändert.
    [0004] Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Betonbauteil (34) ein Soll-Volumen (Vsoll) hat und eine solche Beton-Menge an unausgehärtetem Beton (30) in die Schalung (24) eingebracht wird, dass nach Einbringen des Fluides (16) und Erhärten-Lassen das Betonbauteil (34) das Soll-Volumen (Vsoll) hat.
    [0005] Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid (16) unterhalb einer Oberfläche des unausgehärteten Betons (30) in den unausgehärteten Beton (30) eingebracht wird und dabei unausgehärteter Beton (30) verdrängt wird.
    [0006] Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Endeffektor (24) eine Ausgabeöffnung (32) hat, die eine Austrittsquerschnittsfläche hat und die Quadratwurzel der Austrittsquerschnittsfläche höchstens einem Viertel der Füllhöhe des unausgehärteten Betons (30) entspricht.
    [0007] Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid ein zweiter Beton (16) ist, der eine zweite Zusammensetzung hat, die sich von einer ersten Zusammensetzung des ersten Betons unterscheidet.
    [0008] Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    (a) das Fluid ein zweiter Beton (16) ist, der Fasern (18) enthält, insbesondere Kurzfasern,
    (b) wobei die Fasern (18) vorzugsweise Mineralfasern, insbesondere Glas- und/oder Basaltfasern, Stahlfasern, Karbonfasern oder Pflanzenfasern oder Mischungen aus zwei oder mehr der vorgenannten Fasern (18) sind.
    [0009] Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    (a) das Fluid ein zweiter Beton (16) ist oder einen zweiten Beton (16) enthält,
    (b) zusammen mit dem zweiten Beton (16) Fasern in den ersten Beton abgegeben werden, die vom zweiten Beton (16) umgeben sind, und dass
    (c) die Fasern Langfasern (42) oder Endlosfasern sind, insbesondere Glas- und/oder Basaltfasern, Karbonfasern, Stahlfasern oder Stahlseile oder Pflanzenfasern oder Mischungen aus zwei oder mehr der vorgenannten Langfasern (42) sind.
    [0010] Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid (16) ein Gas, insbesondere Luft, enthält oder ist.
    [0011] Betonteil-Herstellvorrichtung (10) mit
    (a) einer Einbringvorrichtung (14) zum Abgeben eines Fluides (16) und
    (b) einer Schalung (12), die Beton enthält,
    (c) wobei die Einbringvorrichtung (14)
    - einen Endeffektor (24) zum Abgeben des Fluides und
    - eine Steuereinheit (28) aufweist, die ausgebildet ist zum automatischen Bewegen des Endeffektors (24) entlang einer vorgebbaren, insbesondere vorgegebenen, Trajektorie ( r (t)).
    [0012] Betonteil-Herstellvorrichtung (10) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Endeffektor (24) einen Langfaser-Einbringkopf (40) aufweist, der angeordnet ist zum Einbringen von zumindest einer Langfaser (42) in den unausgehärteten Beton (30).
    [0013] Betonteil-Herstellvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 11 bis 12, gekennzeichnet durch eine Beton-Einbringvorrichtung zum automatischen Einbringen von unausgehärtetem Beton (30) in die Schalung bis zu einer vorgegebenen Füllhöhe (h).
    [0014] Betonteil-Herstellvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass
    (a) der Endeffektor (24) eine Austrittsöffnung hat, die eine Austrittsquerschnittsfläche hat und
    (b) die Quadratwurzel der Austrittsquerschnittsfläche höchstens einem Viertel der Füllhöhe entspricht.
    [0015] Betonteil-Herstellvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (28) ausgebildet ist zum automatischen Bewegen des Endeffektors (24) mit einer Endeffektor-Geschwindigkeit (v24), die zwischen der Hälfte und dem 1,2-fachen der Austrittsgeschwindigkeit (v16) des Fluids (16) aus dem Endeffektor (24) liegt.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    DE102019105596B3|2020-08-20|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
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