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Die
Erfindung zeigt und beschreibt ein Verfahren zur Nachbearbeitung
von Betonsteinen oder Steinen anderer Ingredienzien in einer Steinoberflächen-Bearbeitungsmaschine
durch Bürsten-
oder Fräsereinwirkung
zur Erzielung einer optimal strukturierten Oberfläche.
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Für viele
Verwendungszwecke von Betonsteinen oder Steinen anderer Ingredienzien
erweist es sich als notwendig, die Oberflächen der Steine einer Nachbehandlung
zu unterziehen, damit durch Bürsten
oder Fräsen
die freiliegende Körnung
und die zwischen den Körnungen
liegenden Feinanteile geglättet
werden und dabei eine Porenverdichtung erzielt wird. Das hat insbesondere
Auswirkungen auf die hygroskopischen Eigenschaften der Oberfläche, die deutlich
geringer sind, sodass bei einer nachträglichen Versiegelung oder einem
nachträglichen
Lackauftrag eine geringere Auftragsmenge benötigt wird, was auch, aus wirtschaftlicher
Perspektive gesehen, eine verkürzte
Abbindzeit zur Folge hat.
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Die
auf handelsüblichen
Steinfertigern produzierten Betonsteine weisen von Fertigungszyklus zu
Fertigungszyklus unterschiedliche Steinhöhen auf, die von einem Sollmaß erheblich
abweichen können,
sei es durch Verschleiß,
unterschiedliche Fertigungsunterlagen (Holzpaletten), unterschiedliche Füllmengen
beim Befüllen
der Betonsteinform oder unterschiedliche Konsistenz der Betonmischung.
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In
ihrer Oberflächenstruktur
nicht nachbehandelte Steine, wie aber auch solche mit bei der Nachbehandlung
durch zu tiefes Eindringen in das Oberflächenmaterial erleiden diese
an der Oberfläche
erhebliche Schäden,
die bis zu ihrer Totalzerstörung
führen
können.
Bei Mauersteinen kann dann die Oberflächenfestigkeit soweit reduziert
sein, dass bei ihrer Vermauerung unterschiedliche Mörtelanbindung
die Folge sein kann. Bei Verbundsteinpflaster können scharfkantige Betonbestandteile
an der Oberfläche
der Steine belassen bleiben, was für die Begeher von gepflasterten
Bürgersteigen
oder Plätzen
zu einem erhöhten
Schuhverschleiß,
insbesondere auch bei Damen-Stöckelschuhen,
führen
kann.
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Es
ist eine Vorrichtung für
das Oberflächenfräsen von
Mauersteinen nach der
DE
100 40 170 C1 bekannt. Mehrere in einer Planfräsmaschine
höhengleich
angeordnete Frässcheiben
werden hierbei zum Bearbeiten der Betonsteinoberflächen eingesetzt.
Nachteilig ist bei diesem Verfahren und dieser Vorrichtung, dass
bei einer aus der Steinfertigung resultierenden Höhentoleranz
von beispielsweise +/– 2 mm
Abweichung vom Sollmaß,
also 4 mm Gesamtunterschied immer das untere Höhenmaß angefahren werden muss, um
eine Mindestabtragung zu erzielen, was aber bedeutet, dass auch
bei entsprechendem Übermaß bis zu
4 mm abgetragen werden müssen.
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Es
ist nach der
DE 100
35 637 A1 ein Verfahren bekannt, bei der die Oberflächen von
Betonsteinen nachbehandelt werden; auch ist hier ein höhenverstellbarer
Support vorgesehen, der aber in keinen erkennbaren Regelmechanismus
eingebunden ist.
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Der
Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die mit unterschiedlichen
Steinhöhen
einem Betonsteinfertiger entnommenen Betonsteine bzw. Steinsätze mittels
des erfindungsgemäßen Verfahrens
und der erfindungsgemäßen Vorrichtung
eine optimal strukturierte und gleichmäßig dichte Oberfläche unter ökonomisch
optimierten Bedingungen zu verleihen. Dies wird wird erfindungsgemäß dadurch erreicht,
dass in der Steinoberflächen-Bearbeitungsmaschine
mittels einer elektronisch-pneumatischen Regelung ein Werkzeugträger mit
Werkzeugen z. B. Bürsten
entsprechend der aufgenommenen Leistung den Steinoberflächen der
mit unterschiedlichen Steinhöhen
aus dem Steinfertiger entnommenen Betonsteine mit nahezu gleichmäßigem Anpressdruck nachgeführt wird.
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Solcherart
werden Steine und Steinsätze
unterschiedlicher Steinhöhen,
wie sie aus dem Steinfertiger kommen, also um beispielsweise +/– 2 mm vom Istmaß abweichend,
in ihrer Oberflächenstruktur, derart
nachgearbeitet, dass alle Steine und Steinsätze eine gleichmäßige Oberflächenstruktur
erhalten, wobei auch gleiche Anteile von härteren Körnungen und deren gleichmäßige Verschlämmung an
der Steinoberfläche
erzielt werden, und dies als besonderes hohes efinderisches Merkmal
unter der Prämisse ökonomisch
optimierter Bedingungen.
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Unter
den derart optimierten Bedingungen sind, auch in weiterer Ausgestaltung
durch die Merkmale nach den Verfahrensansprüchen 2 und 3, folgende daraus
resultierenden Vorteile, die eine erhebliche Erfindungshöhe implizieren,
zu benennen:
- 1.) Ein deutlich reduzierter Werkzeugverschleiß, indem
die nachzuarbeitende Schicht der Betonsteinoberfläche, sich
immer der jeweiligen Steinhöhe
anpassend, auf dem Hintergrund der o.a. Verfahrensansprüche, stets
minimiert wird. Damit einhergehend also wesentlich höhere Standzeiten
der Werkzeuge, somit eine erhebliche Kostenersparnis, wobei in der
sekundären
Perspektive auch noch die Reduzierung von Umrüstzeiten zu nennen ist, was
wiederum den Einsatz von höher ausgebildeten
Fachkräften
unnötig
macht.
- 2.) Ebenso und resultierend aus 1.) wird durch die elektropneumatische
Regelung infolge der nunmehr wesentlich kleineren Antriebsleistung
der Energieverbrauch deutlich abgesenkt.
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Nach
dem Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis
3 ist die Steinobeflächen-Bearbeitungsmaschine
derart ausgestaltet, dass in ihr ein stabiler Rahmen mit einem auf
der oberen Fläche
der unteren Rahmenbrücke
angeordneter Antrieb, bestehend aus einem Elektromotor und einem
mit diesem einheitlich verbundenen Getriebe vorgesehen ist, wobei an
der nach unten herausragenden Antriebswelle des Getriebes ein Werkzeugträger mit
ihr zugeordneten Bürsten
befestigt ist und die komplette Rahmeneinheit über vorzugsweise vier an der
Unterseite der Rahmenbrücke
angeordneten Druckluftzylindern oder Luftfederbälgen gegenüber dem ortsfesten, tragenden
Gestell der Steinflächen-Bearbeitungsmaschine
schwimmend gelagert ist und für
die flexible Höhenverstellung
der Steinoberflächen-Bearbeitungsmaschine
eine Regeleinheit vorgesehen ist, wobei auf der Oberseite des Rahmens
weitere Druckluftzylinder oder Luftfederbälge zur Druckverstärkung und
Stabilisierung des Werkzeugträgers
angeordnet sind. Der erwähnte
Ventilblock enthält
im wesentlichen elektrisch angesteuerte Magnetventile und Druckbegrenzer,
die von einer Druckluftquelle beaufschlagt, eine automatische Höhenanpassung zu
den zu bearbeitenden Steinen dergestalt vornehmen, dass die Magnetventile
durch das Reglermodul und die Steuerelektronik derart ansteuerbar
sind, dass durch Verändern
des Druckluftniveaus in den unteren bzw. oberen Druckluftzylindern
bzw. Luftfederbälgen
die Werkzeughöhe
und damit die Abtragsstärke
solange verändert
wird, bis der im Sollwertgeber voreingestellte Laststrom erreicht
ist.
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Vorteilhafterweise
kann – nachdem
eine höhengleiche
Abtragung über
alle Steinsätze
nicht erforderlich ist – der
Anpressdruck unabhängig
von der jeweiligen Steinhöhe – gegenüber einem
vorgegebenem Sollwert konstant gehalten werden. Dabei wird erfindungsgemäß die Stromstärke des
Werkzeugantriebes als Regelgröße erfasst.
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Es
kann ein auf Bewegungstoleranz einstellbarer Sensor vorgesehen,
werden der den jeweiligen Messwert auf ein Anzeigegerät überträgt, das
ein optisches oder akustisches Signal freisetzt.
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Das
optische Signal kann mittels einer Leuchtdiode wiedergegeben werden,
wobei ein grünes
Farbsignal den erlaubten Toleranzbereich, ein rotes den nicht zulässigen und
ein orangefarbenes ggf. einen Übergangsbereich
anzeigt. Auf diese Weise ist der Mann am Bedienungspult stets über den störungsfreien
aber auch gestörten,
ihn zum Eingreifen veranlassenden Ablauf der Fertigung informiert, wobei
die Anzeige durchaus auch extern z.B. in einem Überwachungsraum oder Büro angeordnet
sein, was in sehr vorteilhafter Weise ermöglicht, dass der Bedienungsmann
während
des Fertigungsablaufes gleichzeitig auch noch Büroarbeiten verrichten oder andere
Maschinen bedienen kann.
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Weiterhin
kann ein Sensor vorgesehen sein, der die Steinhöhe der Steine oder des Steinsatzes vor
dem Einfahren in den betonabtragenden Arbeitungsbereich der Maschine
ausmisst und das Messergebnis in den Regelkreis einspeist. Eine
solche a priori Vermessung der Steinhöhen könnte den sicheren Ablauf der
Regelung bei der Abtragung einer minimalen abrassiven Schicht der
Steine noch verbessern. Mit einer Lichtschranke könnte der
in praxi best bekannte, sicherste und preiswerteste Sensor eingesetzt
werden.
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Die
Erfindung ist in einem Ausführungsbeispiel
dargestellt.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung der Steinoberflächen-Bearbeitungsmaschine mit
den integrierten Regeleinheiten
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2 ein
Schaltschema des Regelkreises und
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3 die
Einzelteildarstellung des pneumatischen Ventilblockes.
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1 zeigt
eine Steinoberflächen-Bearbeitungsmaschine 1 mit
einem stationären
Gestell 2 in dem ein stabiler Rahmen 13, bestehend
aus einer unteren Rahmenbrücke 14,
zwei vertikalen Stützen 27 und
einem oberen Träger 17, über Druckluftzylinder
bzw. Luftfederbälgen 12 elastisch
bzw. schwimmend gelagert ist. Auf der oberen Fläche der unteren Rahmenbrücke 14 ist
ein kompletter Antrieb 15, bestehend aus einem Elektromotor 8 und
einem Getriebe 16, angeordnet. An der Antriebswelle 18 des
Getriebes 16 ist ein Werkzeugträger 4 befestigt, an
dem ein Werkzeug 5, vorzugsweise in Form von Bürsten 5' fest aber lösbar angeordnet
ist. Die rotierenden Bürsten 5' bearbeiten
die Oberflächen 7 von
Betonsteinen 6, indem sie, in der Bearbeitungshöhe von der Regeleinheit 11 gesteuert,
die Oberflächen 7 der
mit unterschiedlichen Steinhöhen
aus dem Steinfertiger entnommenen Betonsteine 6 bzw. der
in der Steinhöhe
unterschiedlich aus dem Steinfertiger auslaufenden Steinsätze nur
minimal abrasiv beaufschlagen.
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Auf
dem oberen Träger 17 des
Rahmens 13 sind 2 Pneumatikzylinder bzw. Luftfederbälge 12' zur Druckverstärkung und
Stabilisierung des Werkzeugträgers 4 mit
den Werkzeugen 5 bzw. den Bürsten 5' angeordnet.
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In 2 ist
die erfindungsgemäße elektropneumatische
Regeleinrichtung für
die höhengleiche Bearbeitung
der Betonsteine dargestellt. Hierin wird erfindungsgemäß der drehzahlgeregelte
Elektromotor (8) über
den Frequenzregler (11) aus dem Netz mit Strom versorgt,
wobei der Laststrom als Maß für die Höhe des Laststromes
als Regelgröße im Frequenzregler
erfasst, dort mit einem einstellbaren Sollwert (20) verglichen
und als Führungsgröße der Steuerelektronik
(21) zugeführt
wird. Das Ausgangssignal aus der Steuerelektronik (21)
liefert das Steuersignal für
den nachfolgenden pneumatischen Ventilblock (22), dessen
Einzelheiten aus 3 ersichtlich sind.
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Gemäß 3 wird
das Steuersignal (19) aus der Steuerelektronik (21)
der Proportionalventil-Einheit (24) zugeführt, die
ihrerseits aus der Druckluftquelle (25) mit Druckluft beaufschlagt
wird. Die so geregelte Druckluft aus der Proportionalventil-Einheit (24)
wird über
die Luftleitung (23) den unteren Luftfederbälgen oder
Druckluftzylindern (12) zugeführt und dadurch die Arbeitshöhe und damit
der Anpressdruck des Werkzeuges auf die Betonsteine entsprechend der
Sollwertvorgabe im Frequenzregler nachgeführt.
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Zur
Stabilisierung der pneumatischen Lagerung des Geräterahmens
mit dem Bearbeitungswerkzeug dienen die in 2 dargestellten,
vorzugsweise zwei, in Gegenrichtung wirkenden Luftfederbälge (12'), deren Luftdruck über eine
zweite Ventileinheit (26) versorgt wird. Diese besteht
beispielsweise – wie in 3 ersichtlich – aus einem
manuell einstellbarem Druckbegrenzer mit Schaltventil. Zur Verringerung
von Druckschwankungen während
des Regelvorganges in den oberen Luftfederbälgen ist über ein Abzweig- oder T-Stück (30)
in der Druckluftleitung (23')
ein Ausgleichsbehälter
(19) angeordnet.
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Alternativen
und Weiterentwicklungen zum erfinderischen Verfahren wäre die Einbringung
eines Sensors, der die Steinhöhe
oder den Betrag der abrasiven Schicht ermittelt und auf ein Anzeigegerät überträgt, das
ein optisches oder akustisches Signal setzt, das dann z.B. über eine
Diode als Farbsignal in den Farben grün, rot oder orange erscheint,
Farben, wie sie aus dem Straßenverkehr
bekannt, bestimmte Automatismen in Wahrnehmung und Erkenntnis freisetzen.
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Desgleichen
kann ein Sensor, z.B. in Form einer Lichtschranke vorgesehen sein,
der die Steinhöhe
der Steine oder des Steinsatzes vor dem Einfahren in den Bearbeitungsbereich
aus misst und das Messergebnis in den Regelkreis einspeist.
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- 1
- Steinoberflächen-Bearbeitungsmaschine
- 2
- Gestell
von 1
- 3
- elektronisch-pneumatische
Regelung
- 4
- Werkzeugträger
- 5,
5'
- Werkzeug,
Bürste
- 6
- Betonstein
- 7
- Steinoberfläche von 6
- 8
- Elektromotor
von 15
- 9
- Strommessglied
- 10
- Leitung
- 11
- Frequenzregler
- 12,
12'
- Druckluftzylinder,
Luftfederbalg
- 13
- Rahmen
- 14
- Rahmenbrücke von 13
- 15
- Antrieb
- 16
- Getriebe
von 15
- 17
- oberer
Träger
- 18
- Antriebswelle
von 16
- 19
- Ausgleichsbehälter
- 20
- Sollwertgeber
- 21
- Steuerelektronik
- 22
- Pneumatischer
Ventilblock
- 23,
23'
- Druckluftleitungen
- 24
- Proportionalventileinheit
- 25
- Druckluftquelle
- 26
- Druckbegrenzungsventil
- 27
- vertikale
Stütze
von 13
- 28
- Anschlag
an 13
- 29
- Stellschraube
an 2
- 30
- T-Stück