DE102011102337A1

DE102011102337A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen von Bauteilen mit zumindest einer kontinuierlichen Eigenschaftsänderung

Info

Publication number: DE102011102337A1
Application number: DE102011102337A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Individual
Current assignee: Studio Werner Sobek GmbH
Priority date: 2011-05-25
Filing date: 2011-05-25
Publication date: 2012-11-29
Also published as: CN103561923B; EP2714352B1; EP3263301B1; RU2013157585A; CN103561923A; EP4169686A1; WO2012159770A1; EP2714352A1; EP3263301A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen zumindest eines Betonbauteils, mineralisch gebundenen Bauteils, anorganisches Material enthaltenden Bauteils und/oder mittels eines Bindemittels zusammengehaltenen Bauteils. Die Vorrichtung umfasst zumindest zwei Dosiereinrichtungen (10), wobei mindestens eine der zumindest zwei Dosiereinrichtungen (10) ausgebildet ist, Material zum Ausbilden des Bauteils zu dosieren, und mindestens eine andere der zumindest zwei Dosiereinrichtungen (10) ausgebildet ist, Material zum Ausbilden des Bauteils veränderlich zu dosieren. Die Vorrichtung umfasst ferner zumindest eine stromabwärts der zumindest zwei Dosiereinrichtungen (10) angeordnete Ausgabeeinrichtung (30), die ausgebildet ist, Material auszugeben, um das Bauteil herzustellen und mit zumindest einer kontinuierlichen oder approximiert kontinuierlichen Eigenschaftsänderung in zumindest einer Raumrichtung zu versehen. Die Erfindung umfasst ferner ein entsprechendes Verfahren zum Herstellen des Bauteils und ein Bauteil, das mit einem solchen Verfahren hergestellt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen zumindest eines Betonbauteils, mineralisch gebundenen Bauteils, anorganisches Material enthaltenden Bauteils oder mittels eines Bindemittels zusammengehaltenen Bauteils, das mit zumindest einer kontinuierlichen oder approximiert kontinuierlichen Eigenschaftsänderung in zumindest einer Raumrichtung versehen ist. Die Erfindung betrifft ferner ein entsprechendes Herstellverfahren und ein Bauteil, das mit einem solchen Herstellverfahren hergestellt wird.
Im Stand der Technik sind Betonbauteile aus homogenen Betonmischungen (von ultrahochfestem Beton bis Infraleichtbeton) bekannt. Ferner sind sandwichartige und mehrschalige Betonbauteile bekannt, die Schichten mit abrupter, stufenweiser Eigenschaftsänderung aufweisen. Die Herstellung solcher Betonbauteile erfolgt üblicherweise durch Gießen, im Nassspritz- oder Trockenspritzverfahren. Ferner sind multifunktionale Bauteile bekannt, die durch einen Materialmix ausgebildet werden (z. B. Wärmedämmverbundsysteme). Auch ist es bekannt, Bauteile durch Änderung der Bauteilgeometrie zu optimieren (Strukturleichtbau). Nachteilig an den bekannten Bauteilen ist, dass diese meist nur ungenügend an die tatsächlichen tragstrukturellen und bauphysikalischen Anforderungen angepasst sind, was zu hohem Materialverbrauch, Gewichtssteigerung, hohem Transportaufwand, Ressourcenverschwendung und hohem CO₂-Ausstoß führt.
In Anbetracht obiger Ausführungen wird es Fachleuten anhand dieser Offenbarung ersichtlich, dass ein Bedarf an der Lösung oder Überwindung oben beschriebener Probleme oder Nachteile besteht. Die Erfindung bezieht sich auf diesen Bedarf des Standes der Technik sowie auf andere Bedürfnisse, die Fachleuten anhand dieser Offenbarung ersichtlich werden.
Die sich aus vorstehend Genanntem ergebenden Aufgaben können insbesondere mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst werden. Die Erfindung ist jedoch nicht auf Ausführungsformen beschränkt, die sämtliche eingangs genannten Probleme oder Nachteile des Standes der Technik beseitigen. Vielmehr beansprucht die Erfindung auch allgemein Schutz für die nachstehend beschriebenen Ausführungsformen.
Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zum Herstellen zumindest eines Bauteils, insbesondere Betonbauteils, mineralisch gebundenen Bauteils, vorzugsweise überwiegend anorganisches Material enthaltenden Bauteils und/oder mittels eines Bindemittels zusammengehaltenen Bauteils geschaffen.
Insbesondere weist die Vorrichtung zumindest zwei, vorzugsweise separate und/oder parallel angeordnete Dosiereinrichtungen auf, wobei mindestens eine der zumindest zwei Dosiereinrichtungen ausgebildet ist, Material für das Bauteil zu dosieren, und mindestens eine andere der zumindest zwei Dosiereinrichtungen ausgebildet ist, Material für das Bauteil zweckmäßig zumindest zeitweise veränderlich zu dosieren.
Die Vorrichtung weist ferner zumindest eine Ausgabeeinrichtung auf, um (vorzugsweise das dosierte und/oder veränderlich dosierte) Material auszugeben.
Das Bauteil wird vorteilhaft so hergestellt, dass es mit zumindest einer kontinuierlichen (insbesondere gradierten) oder approximiert kontinuierlichen (insbesondere gradierten) Eigenschaftsänderung in zumindest einer Raumrichtung, vorzugsweise zwei oder drei Raumrichtungen versehen wird. Die Eigenschaftsänderung ist zweckmäßig eine funktionale Eigenschaftsänderung.
Die „zumindest eine kontinuierliche oder approximiert kontinuierliche Eigenschaftsänderung” wird der Kürze wegen nachfolgend meist als „kontinuierliche Eigenschaftsänderung” bezeichnet.
Die kontinuierliche Eigenschaftsänderung ermöglicht vorteilhaft, dass das Bauteil an ein (zweckmäßig tatsächlich auftretendes) bauphysikalisches und/oder tragstrukturelles Anforderungsprofil anpassbar ist. Somit folgt die Bauteilzusammensetzung-/struktur vorzugsweise einem bauphysikalischen und/oder tragstrukturellen Anforderungsprofil. Dadurch kann z. B. ein zumindest annähernd homogener Beanspruchungszustand, eine Verbesserung der Wärmedämmeigenschaften und eine Multifunktionalität (z. B. Tragen, Dämmen, Dichten) des Bauteils erzielt werden. Beispielsweise kann mittels der kontinuierlichen Eigenschaftsänderung eine Verbesserung der Bauteileigenschaften durch eine lokale Anpassung der Porosität und damit der Festigkeit und Steifigkeit an tatsächlich auftretende Beanspruchungszustände im Bauteil erzielt werden, z. B. mittels Leichtzuschlägen, Porenbildnern, etc.. Folglich sind eine Massen- und Materialersparnis und z. B. geringere Bauteilabmessungen realisierbar, was zu einer positiveren Ökobilanz gegenüber herkömmlichen Bauteilen führt. Im Hochbau führt die Massen- und Materialersparnis ferner vorteilhaft zu einem Gewinn an Nutzfläche.
Ferner kann durch die kontinuierliche Eigenschaftsänderung ein dauerhafter Verbund von Bauteilbereichen unterschiedlicher Material-, insbesondere Betonzusammensetzung gewährleistet werden.
Die kontinuierliche Eigenschaftsänderung kann neben der Anpassung des Bauteils an tragstrukturelle und bauphysikalische Anforderungsprofile auch der Anpassung des Bauteils an ökonomische und ökologische Anforderungsprofile dienen. So sind z. B. Ressourceneffizienz, CO₂-Fußabdruck, Verringerung der im Bauteil gebundenen (embodied) Energie, und/oder verbesserte Recyclierbarkeit, etc. erzielbar.
Die kontinuierliche Eigenschaftsänderung betrifft insbesondere zumindest eines von folgenden: Wärmeleitfähigkeit, Festigkeit, Steifigkeit, Rohdichte, Porosität, Luftporengehalt, Pigmentierung, Wassergehalt, Fasergehalt, Wasserdampfdiffusionswiderstand, Wassereindringtiefe und Gehalt und Art von Zuschlägen, Zusatzmitteln, Zusatzstoffen und weiteren möglichen Bauteil-, insbesondere Betonbauteilbestandteilen.
Die Erfindung ermöglicht insbesondere die Herstellung sortenreiner, z. B. rein mineralischer und dennoch multifunktionaler Bauteile. Somit kann auf einen unvorteilhaften sortenunreinen Materialmix verzichtet werden (schlechte Recyklierbarkeit) und trotzdem vorteilhaft verringerte Bauteilabmessungen erzielt werden.
Das Bauteil findet besonders Anwendung im Hoch- und/oder Tiefbau und kann z. B. ausgebildet sein als Teil der Gebäudehülle, Außenwand, Bekleidungsplatte, als Teil des Tragwerks, Geschossdecke, Balken, Wand, Träger, Unterzug, Stütze, Stützenmauer, Fundament, Lärmschutzwand, Außenraumgestaltung, Trennwand, Tunnelwand, Brückenkonstruktion, Fahrbahnplatte, Behälter, Rohr, etc..
Im Rahmen der Erfindung umfasst die kontinuierliche Eigenschaftsänderung insbesondere eine fließende, gradierte, stetige und/oder stufenlose Eigenschaftsänderung. Im Rahmen der Erfindung umfasst die approximiert kontinuierliche Eigenschaftsänderung insbesondere eine stufenweise oder unstetige Eigenschaftsänderung, die z. B. mittels einer Mehrschichtstruktur oder einer anderen geeigneten Approximationsstruktur erzielt werden kann. Die approximiert kontinuierliche Eigenschaftsänderung, insbesondere die Mehrschichtstruktur, ist vorzugsweise so an eine kontinuierliche Eigenschaftsänderung approximiert, dass die Abweichung gegenüber der kontinuierlichen Eigenschaftsänderung im Hinblick auf ein zu erzielendes tragstrukturelles und/oder bauphysikalisches Anforderungsprofil zweckmäßig vernachlässigbar ist. Beispielsweise kann die approximiert kontinuierliche Eigenschaftsänderung durch eine Mehrschichtstruktur, die zumindest 5, 10, 15, 20, 25, 50, 75 oder 100 verschiedene Schichten aufweist, an eine kontinuierliche Eigenschaftsänderung approximiert werden.
Die Eigenschaftsänderung kann im Bauteilinneren und/oder an der Oberfläche des Bauteils ausgebildet sein.
Die zumindest eine Ausgabeeinrichtung ist insbesondere stromabwärts der zumindest zwei Dosiereinrichtungen ausgebildet.
Vorzugsweise ist das der einen Dosiereinrichtung zugeführte Material unterschiedlich zu dem der anderen Dosiereinrichtung zugeführten Material, z. B. in Art, Zusammensetzung und/oder Eigenschaft. Besonders bevorzugt ist, dass das der einen Dosiereinrichtung zugeführte Material reziproke oder gegenläufige Eigenschaften relativ zu dem der anderen Dosiereinrichtung zugeführten Material aufweist, z. B. das eine mit hoher Dichte, Festigkeit und Wärmeleitfähigkeit und das andere mit niedriger Dichte, Festigkeit und Wärmeleitfähigkeit.
Der Begriff „Material” umfasst im Rahmen der Erfindung insbesondere auch Materialien und/oder eine Materialmischung, z. B. flüssiges Material, granuliertes Material, Wasser, Zement, Zuschläge, Zusatzstoffe, Zusatzmittel, Luftporen, Funktionswerkstoffe, Gips, Putz, Fasern, Verdrängungskörper, Kunststoffschaumkörper, Hohlkörper oder andere z. B. vorgefertigte Funktionskörper (beliebiger Größe, Geometrie und/oder Dichte, z. B. mit Durchmessern mehrerer Zentimeter, etwa größer als 5, 10, 15 oder 20 cm, vorzugsweise aus ultrahochfestem Faserfeinkornbeton), etc. und/oder eine Mischung davon. Das Material kann insbesondere quasi in Reinform und/oder Mischform zur Verfügung gestellt werden.
Im Rahmen der Erfindung ist es möglich, dass die zumindest zwei Dosiereinrichtungen ausgebildet sind, Material zum Ausbilden des Bauteils veränderlich zu dosieren.
Die Vorrichtung umfasst vorzugsweise eine Maßnahme, die dafür sorgt, dass ein Material, das von einer der zumindest zwei Dosiereinrichtungen dosiert wurde, und ein Material, das von einer anderen der zumindest zwei Dosiereinrichtungen veränderlich dosiert wurde, miteinander vermischt werden. Die zumindest eine Maßnahme ist vorzugsweise stromabwärts der zumindest zwei Dosiereinrichtungen ausgebildet. Es ist möglich, dass die kontinuierliche Eigenschaftsänderung durch die veränderliche Dosierung und/oder durch Variation des Mischungsverhältnisses der Materialien erzielt wird. Die veränderliche Dosierung und/oder die Variation erfolgt vorzugsweise kontinuierlich (z. B. gradiert), insbesondere fließend.
Beispielsweise kann aus quasi reinen Ausgangsmaterialien oder aus vorgemischten Materialmischungen gemischt werden oder es kann eine vorgemischte Materialmischung oder ein quasi reines Ausgangsmaterial durch Beimischung weiterer Materialien/Materialmischungen modifiziert werden.
Es ist möglich, dass die Vorrichtung zumindest eine Mischeinrichtung (z. B. ein Durchlaufmischer, ein kontinuierlicher Mischer, ein Mischer, der durch die Geometrie seiner Mischkammer mischt, ein statischer Mischer, ein dynamischer Mischer, eine Mischeinrichtung, die mittels Druckluftverwirbelung vermischt (z. B. mit Hilfe einer Ringdüse), etc.) aufweist. Vorzugsweise ist die Mischeinrichtung ausgebildet, um ein Material, das von einer der zumindest zwei Dosiereinrichtungen dosiert wurde, und ein Material, das von einer anderen der zumindest zwei Dosiereinrichtungen veränderlich dosiert wurde, miteinander zu vermischen. Beispielsweise kann die Mischeinrichtung stromaufwärts der zumindest einen Ausgabeeinrichtung oder innerhalb der zumindest einen Ausgabeeinrichtung angeordnet sein.
Es ist möglich, dass die Vorrichtung zumindest zwei, drei oder mehr als drei vorzugsweise parallel angeordnete Ausgabeeinrichtungen aufweist, um Material auszugeben. Die zumindest zwei Ausgabeeinrichtungen sind vorzugsweise stromabwärts den zumindest zwei Dosiereinrichtungen angeordnet.
Vorzugsweise ist zumindest eine erste Ausgabeeinrichtung ausgebildet, um Material, das von einer der zumindest zwei Dosiereinrichtungen dosiert wurde, mittels eines Sprühstrahls auszugeben, und eine zweite Ausgabeeinrichtung ist ausgebildet, um Material, das von einer anderen der zumindest zwei Dosiereinrichtungen veränderlich dosiert wurde, mittels eines Sprühstrahls auszugeben. Insbesondere sind die zumindest eine erste und zweite Ausgabeeinrichtung so ausgebildet, dass sich das aus der ersten Ausgabeeinrichtung ausgegebene Material und das aus der zweiten Ausgabeeinrichtung ausgegebene Material durch Überschneidung der Sprühstrahlen miteinander vermischen. Bei dieser Ausführungsform findet die Vermischung im Sprühnebel und/oder stromabwärts außerhalb der zumindest einen ersten und zweiten Ausgabeeinrichtungen oder vorzugsweise allgemein außerhalb der Vorrichtung statt. Die Sprühstrahlen sind vorzugsweise Sprühkegel.
Im Rahmen der Erfindung kann also dosiertes Material mit veränderlich dosiertem Material vermischt werden bzw. veränderlich dosiertes Material mit veränderlich dosiertem Material vermischt werden, insbesondere stromaufwärts, in und/oder stromabwärts zumindest einer Ausgabeeinrichtung. Das miteinander Vermischen erfolgt insbesondere kontinuierlich (z. B. gradiert, stetig).
Es ist möglich, dass mindestens eine der zumindest zwei Dosiereinrichtungen ausgebildet ist (vorzugsweise die zumindest zwei Dosiereinrichtungen), um Material kontinuierlich oder approximiert kontinuierlich veränderbar zu dosieren. Beispielsweise kann die veränderliche Dosierung über einen Zeitraum von mindestens 1, 5, 10, 15, 30, 60, 120 oder 180 Sekunden verändert werden. Es ist auch möglich, dass die zumindest zwei Dosiereinrichtungen zumindest zeitweise zweckmäßig herkömmlich dosieren.
Im Rahmen der Erfindung umfasst ein kontinuierlich verändertes Dosieren insbesondere ein fließendes, gradiertes, stetiges und/oder stufenloses Dosieren. Im Rahmen der Erfindung umfasst ein approximiert kontinuierlich verändertes Dosieren insbesondere ein stufenweises oder unstetiges Dosieren. Das approximiert kontinuierlich veränderte Dosieren ist insbesondere mittels mindestens 5, 10, 15, 20, 25, 50, 75 oder 100 Approximationsschritten an ein kontinuierlich verändertes Dosieren approximiert, wodurch vorteilhaft die am Bauteil erzeugte approximiert kontinuierliche Eigenschaftsänderung gegenüber der kontinuierlichen Eigenschaftsänderung im Hinblick auf ein zu erzielendes tragstrukturelles und/oder bauphysikalisches Anforderungsprofil zweckmäßig vernachlässigbar ist.
Vorzugsweise ist die zumindest eine Ausgabeeinrichtung eine Absprüheinrichtung, um Material abzusprühen, insbesondere, um einen flächigen Materialauftrag zu erzielen. Hierbei kann das Absprühen z. B. mittels eines Nass- oder Trockenspritzverfahrens erfolgen. Vorzugsweise umfasst die zumindest eine Ausgabeeinrichtung einen Druckluftanschluss, um Material druckluftunterstützt abzusprühen.
Es ist auch möglich, dass die zumindest eine Ausgabeeinrichtung eine Einbringleiste ist, um Material z. B. schichtweise zu gießen, insbesondere, um einen linearen Materialauftrag zu erzielen. Die Einbringleiste kann z. B. schlitzförmige Öffnungen (z. B. sich gegenüberliegend und/oder versetzt voneinander) aufweisen, insbesondere zur Materielaufnahme auf der einen Seite und Materialausgabe in definierter Breite auf der anderen Seite. Hierbei erfolgt die Ausgabe der Materialien vorzugsweise ohne Druckluft.
Auch ist es möglich, dass die zumindest eine Ausgabeeinrichtung ein Druckkopf oder eine Düse ist, um Material tropfenförmig und/oder kontinuierlich auszugeben, insbesondere, um einen punktweisen, diskreten und/oder linienförmigen Materialauftrag zu erzielen. Vorzugsweise erfolgt die Ausgabe des Materials kontinuierlich und/oder ohne Druckluft.
Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung eine insbesondere automatisierte Bewegungseinrichtung (Führungseinrichtung) zum Bewegen (Führen) der zumindest einen Ausgabeeinrichtung. Die Bewegungseinrichtung kann die zumindest eine Ausgabeeinrichtung z. B. schwenken, drehen, horizontal bewegen, vertikal bewegen, bogenförmig bewegen, etc.. Die Bewegungseinrichtung dient insbesondere zum exakten Positionieren und/oder Ausrichten der zumindest einen Ausgabeeinrichtung.
Es ist möglich, dass die Bewegungseinrichtung einen Verteilermast oder Gelenkarm (z. B. Mehrgelenkverteilermast oder Mehrgelenkarm) umfasst. Es ist auch möglich, dass die Bewegungseinrichtung einen Roboter, insbesondere 5-Achs- oder 6-Achs-Roboter umfasst. Die Bewegungseinrichtung kann auch eine Portalkonstruktion umfassen, die vorzugsweise verfahrbar ist und/oder an der zumindest eine Ausgabeeinrichtung bewegbar angeordnet ist, vorzugsweise horizontal, axial und/oder schwenkbar.
Es ist möglich, dass die Bewegungseinrichtung eine vorzugsweise einachsig und/oder vertikal bewegliche Haltekonstruktion umfasst, die eine Vielzahl z. B. rasterförmig angeordneter Ausgabeeinrichtungen (z. B. mindestens drei, vier, acht oder zwölf) hält. Vorteilhaft können die Ausgabeeinrichtungen z. B. einzeln unterschiedlich (z. B. für mehrachsige Eigenschaftsänderung) oder kollektiv gleich (z. B. für einachsige Eigenschaftsänderung) angesteuert werden.
Vorzugsweise werden die zumindest zwei Dosiereinrichtungen im Betrieb einzeln angesteuert. Ebenso können mehrere Ausgabeeinrichtungen im Betrieb einzeln angesteuert werden.
Es ist möglich, dass die Vorrichtung zumindest eine Erfassungseinrichtung aufweist zum Erfassen zumindest eines bauteilspezifischen, bauteilbeeinflussenden und/oder vorrichtungsspezifischen Zustandsparameters (z. B. Zustandsgröße, Zustandseigenschaft, Positionierung, etc.). Die Erfassung kann z. B. vor, während und/oder nach der Herstellung des Bauteils erfolgen.
Die Erfassungseinrichtung ist vorzugsweise zusammen mit der zumindest einen Ausgabeeinrichtung bewegbar und z. B. an der zumindest einen Ausgabeeinrichtung oder an der Bewegungseinrichtung befestigt.
Es ist auch möglich, dass die Erfassungseinrichtung stationär ist, also nicht mit der Ausgabeeinrichtung oder der Bewegungseinrichtung bewegt wird. Die stationäre Erfassungseinrichtung ist z. B. außerhalb einer Schalung für das Bauteil positioniert oder in der Schalung für das Bauteil integriert.
Es ist möglich, dass die Vorrichtung eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen zumindest eines materialstromspezifischen Zustandsparameters aufweist, der z. B. innerhalb der Vorrichtung vorliegt (z. B. Volumenstrom, Zustandsgröße, Zustandseigenschaft, etc.). Die Erfassung kann z. B. vor, während und/oder nach der Herstellung des Bauteils erfolgen.
Der bauteilspezifische Zustandsparameter umfasst im Rahmen der Erfindung insbesondere zumindest eines von Folgenden: Geometrie, Schichtdicke, Position, Abmessung, Zusammensetzung, Gefüge und Vorhandensein des Materialauftrags und somit des Bauteils oder zumindest eines Teils davon und jedwede anderen das Bauteil oder den Materialauftrag charakterisierenden Eigenschaften. Der bauteilbeeinflussende Zustandsparameter umfasst im Rahmen der Erfindung insbesondere zumindest eines von Folgenden: Geometrie, Position, Lage, Ausrichtung und Vorhandensein einer Bewehrung für das Bauteil, eines Einbauteils für das Bauteil oder allgemein andere am Herstellungsort des Bauteils vorzufindende, das Bauteil und/oder den Herstellungsprozess beeinflussende Zustandsparameter, im Flug befindliches, mittels zumindest einer Ausgabeeinrichtung ausgegebenes Material (z. B. Sprühstrahl(en), etc.), Abstand der zumindest einen Ausgabeeinrichtung zum Materialauftrag, zur Schalung, zum Einbauteil, etc. und ferner z. B. klimatische Zustandsparameter wie Lufttemperatur, Luftfeuchtigkeit, etc.. Der vorrichtungsspezifische Zustandsparameter umfasst im Rahmen der Erfindung insbesondere zumindest eines von Folgenden: Position, Lage, Ausrichtung und Geschwindigkeit der zumindest einen Ausgabeeinrichtung und/oder der Bewegungseinrichtung und allgemein die Vorrichtung charakterisierende Parameter (z. B. statische und/oder dynamische Eigenschaften). Der materialstromspezifische Zustandsparameter umfasst im Rahmen der Erfindung zumindest eines von Folgenden: einen oder mehrere Materialvolumenströme, Zusammensetzung und Konsistenz der Materialvolumenströme, Förderdruck, etc.. Bei den vorstehend genannten Zustandsparametern kann es sich im Rahmen der Erfindung z. B. um sich verändernde, dynamische, statische, unveränderliche, etc. Zustände, Kenngrößen, Eigenschaften, etc. handeln.
Im Rahmen der Erfindung umfasst das Erfassen insbesondere ein Messen, Vermessen, Detektieren und/oder Überwachen. Die zumindest eine Erfassungseinrichtung kann somit eine Messeinrichtung, Vermessungseinrichtung, Detektionseinrichtung und/oder Überwachungseinrichtung sein (z. B. Sensor, Lasersensor, Laserpunktsensor, 3D-Laserscanner, Drucksensor, etc.), wodurch z. B. feststellbar ist, ob das Bauteil ordnungsgemäß hergestellt wird.
Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung eine insbesondere elektronische Kontrolleinrichtung (z. B. eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung), die vorzugsweise mit zumindest einem Kontrollabschnitt (z. B. ein regel- und/oder steuerbarer Abschnitt) verbunden ist, um den zumindest einen Kontrollabschnitt und/oder das Dosieren zumindest einer der zumindest zwei Dosiereinrichtungen z. B. mittels zumindest eines Stellglieds, Aktors, Ventils oder andere geeignete Weise zu kontrollieren (z. B. zu regeln- und/oder zu steuern), vorzugsweise in Echtzeit. Bei einer besonders hervorzuhebenden Ausführungsform der Erfindung ist eine Kontrolleinrichtung mit der einen der zumindest zwei Dosiereinrichtungen verbunden, um das Dosieren zu kontrollieren, und/oder mit der anderen der zumindest zwei Dosiereinrichtungen verbunden, um das Dosieren so zu kontrollieren, dass es veränderlich ausgeführt wird, z. B. wie oben erwähnt in Abhängigkeit zumindest eines vorstehend beschriebenen Zustandsparameters und/oder eines nachstehend beschriebenen computergenerierten Modells des herzustellenden Bauteils.
Die Kontrolleinrichtung ist vorzugsweise mittels eines Kontrollkreises (Steuer- und/oder Regelkreis) mit zumindest einer der zwei Erfassungseinrichtungen und/oder dem zumindest einen Kontrollabschnitt verbunden.
Die Kontrolleinrichtung ist vorzugsweise ausgebildet, um den zumindest einen Kontrollabschnitt in Abhängigkeit des durch die erste und/oder zweite Erfassungseinrichtung erfassten zumindest einen Zustandsparameters z. B. über den Kontrollkreis zu kontrollieren.
Die Kontrolleinrichtung ist ferner insbesondere ausgebildet, um in Abhängigkeit eines computergenerierten Modells (3D-CAD-Entwurfs – CAD: Computer Aided Design) des herzustellenden Bauteils, insbesondere dieses darstellende Daten/Informationen den zumindest einen Kontrollabschnitt zu kontrollieren. Zu diesem Zweck kann die Kontrolleinrichtung z. B. eine Speichereinheit umfassen, in der das computergenerierte Modell, insbesondere dieses darstellende Daten/Informationen hinterlegbar sind, und/oder eine Schnittstelle, um das computergenerierte Modell, insbesondere dieses darstellende Daten/Informationen in die Kontrolleinrichtung zu transferieren. Das computergenerierte Modell kann die zu erzielende Bauteilgeometrie, die zu erzielende Materialstruktur und/oder die zu erzielende Materialzusammensetzung des Bauteils umfassen (z. B. Art, Porosität, Luftporengehalt, Pigmentierung, Verteilung der Materialien, Zusammensetzung der Materialien, Faser- und Bewehrungsgehalt, mechanische Eigenschaften, etc.).
Im Rahmen der Erfindung ist also eine aktive Kontrolle (Steuerung, Regelung) bzw. Beeinflussung des zumindest einen Kontrollabschnitts auf Basis eines Abgleichs von Ist- und Soll-Zustand möglich, insbesondere durch Erfassen zumindest eines Zustandsparameters (Ist-Größe), Vergleichen mit Soll-Größe (z. B. aus computergeneriertem Modell), entsprechende Kontrolle bzw. Beeinflussung des Kontrollabschnitts, und gegebenenfalls erneutes Erfassen, Vergleichen, entsprechendes Kontrollieren, usw..
Zu erwähnen ist, dass die Vorrichtung zumindest eine, vorzugsweise zwei Fördereinrichtungen (z. B. Pumpen, Schneckenpumpen, etc.) zum Fördern der Materialien aufweist, die vorzugsweise stromaufwärts der zumindest zwei Dosiereinrichtungen angeordnet sind. Zumindest eine der zumindest zwei Dosiereinrichtungen kann als Fördereinrichtung ausgeführt sein.
Der zumindest eine Kontrollabschnitt kann z. B. eines von Folgenden sein: die eine der zumindest zwei Dosiereinrichtungen, um dadurch vorteilhaft das Dosieren zu kontrollieren, die andere der zumindest zwei Dosiereinrichtungen, um dadurch vorteilhaft das veränderliche Dosieren zu kontrollieren, die zumindest eine Ausgabeeinrichtung, eine Vielzahl von Ausgabeeinrichtungen, die z. B. einzeln unterschiedlich oder kollektiv gleichartig kontrollierbar sind, die zumindest eine Maßnahme, die Bewegungseinrichtung und/oder die zumindest zwei Fördereinrichtungen zum Fördern der Materialien und andere geeignete variable Vorrichtungsparameter.
Zu erwähnen ist, dass zumindest eine der zumindest zwei Dosiereinrichtungen z. B. als Durchflussbegrenzer, Ventil, etc. ausgebildet sein kann.
Es ist möglich, dass die Vorrichtung zumindest drei, vier, acht oder zwölf Ausgabeeinrichtungen umfasst, die z. B. in einem Raster oder in Reihe benachbart zueinander angeordnet sind. Wie bereits oben erwähnt, ist es möglich, dass die Ausgabeeinrichtungen z. B. einzeln unterschiedlich (z. B. für mehrachsige Eigenschaftsänderung) oder kollektiv gleich (z. B. für einachsige Eigenschaftsänderung) angesteuert werden.
Die zumindest zwei Dosiereinrichtungen sind insbesondere parallel angeordnet und/oder zur unabhängigen Dosierung ausgebildet. Außerdem sind auch die zumindest zwei Ausgabeeinrichtungen insbesondere parallel angeordnet, was zweckmäßig auch für die zumindest zwei Fördereinrichtungen gilt.
Ferner ist zu erwähnen, dass die vorstehend beschriebenen Einzeleinrichtungen wie die Dosiereinrichtungen, die Mischeinrichtung und/oder die Ausgabeeinrichtung zu Einrichtungen zusammengefasst werden können, die mehrere der genannten Funktionen zugleich erfüllen.
Im Rahmen der Erfindung ist es möglich, dass das mittels der mindestens einen Dosiereinrichtung auszuführende Dosieren und das mittels der mindestens einen anderen Dosiereinrichtung auszuführende veränderliche Dosieren zeitgleich, zeitlich überlappend und/oder zeitlich beabstandet, z. B. nacheinander durchgeführt wird.
Die Erfindung umfasst auch ein Verfahren zur Herstellung zumindest eines Bauteils, insbesondere Betonbauteils, mineralisch gebundenen Bauteils, vorzugsweise überwiegend anorganisches Material enthaltenden Bauteils und/oder mittels eines Bindemittels zusammengehaltenen Bauteils. Das Verfahren wird vorzugsweise mit einer wie hierin beschriebenen Vorrichtung ausgeführt.
Vorzugsweise wird bei dem Verfahren Material zum Ausbilden des Bauteils mittels mindestens einer von zumindest zwei Dosiereinrichtungen dosiert.
Ferner wird Material zum Ausbilden des Bauteils mittels mindestens einer anderen der zumindest zwei Dosiereinrichtungen veränderlich dosiert.
Außerdem kann z. B. mittels zumindest einer stromabwärts der zumindest zwei Dosiereinrichtungen angeordneten Ausgabeeinrichtung Material ausgegeben werden, um das Bauteil herzustellen und mit zumindest einer kontinuierlichen oder approximiert kontinuierlichen Eigenschaftsänderung in zumindest einer Raumrichtung, vorzugsweise zwei oder drei Raumrichtungen zu versehen.
Weitere Verfahrensschritte ergeben sich aus der vorstehenden die Vorrichtung betreffenden Beschreibung, auf die verwiesen wird, um Wiederholungen zu vermeiden. Außerdem umfasst die Erfindung ein Bauteil, hergestellt mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens. Im Rahmen der Erfindung ist es möglich, dass das mittels dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Bauteil weiter verarbeitet und/oder modifiziert wird.
Obige erfindungsgemäßen Merkmale und Ausführungsformen sind beliebig miteinander kombinierbar. Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart oder ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Figuren.
1: zeigt schematisch eine Prinzipdarstellung einer Vorrichtung zum Herstellen eines Bauteils gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
2: zeigt schematisch ein Mischprinzip gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
3: zeigt schematisch ein Mischprinzip gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung,
4: zeigt schematisch ein Mischprinzip gemäß einer wiederum anderen Ausführungsformen der Erfindung,
5: zeigt eine Ausführungsform gemäß der Erfindung, bei der ein Mischvorgang der Materialen zum Ausbilden des Bauteils stromaufwärts einer Ausgabeeinrichtung erfolgt,
6: zeigt eine Ausführungsform gemäß der Erfindung, bei der ein Mischvorgang der Materialen zum Ausbilden des Bauteils innerhalb einer Ausgabeeinrichtung erfolgt,
7: zeigt eine Ausführungsform gemäß der Erfindung, bei der ein Mischvorgang der Materialen zum Ausbilden des Bauteils stromabwärts außerhalb zweier Ausgabeeinrichtungen oder allgemein außerhalb der Vorrichtung zum Herstellen des Bauteils erfolgt,
8: zeigt schematisch ein Materialauftragsprinzip gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, bei dem die Materialien zum Ausbilden des Bauteils mittels eines Druckkopfes ausgegeben werden,
9: zeigt schematisch ein Materialauftragsprinzip gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, bei dem die Materialien zum Ausbilden des Bauteils mittels einer Einbringleiste ausgegeben werden,
10: zeigt schematisch ein Materialauftragsprinzip gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, bei dem die Materialien zum Ausbilden des Bauteils mittels einer Absprüheinrichtung abgesprüht werden,
11: zeigt eine Bewegungseinrichtung in Form eines Verteilermastes oder Gelenkarms gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
12: zeigt eine Bewegungseinrichtung in Form einer beweglichen Portalkonstruktion, an der eine Ausgabeeinrichtung beweglich montiert ist, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
13: zeigt eine Bewegungseinrichtung mit einer Vielzahl von in einem Raster angeordneten Ausgabeeinrichtungen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
14: zeigt eine schematische Darstellung von Zuständen, die vor und während der Herstellung des Bauteils vorzufinden sind, sowie mögliche Arten und Positionen von Erfassungseinrichtungen,
15: zeigt eine schematische Prinzipdarstellung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, bei der die Materialien zum Ausbilden des Bauteils stromabwärts außerhalb zweier Ausgabeeinrichtungen im Sprühnebel miteinander vermischt werden,
16: zeigt eine schematische Prinzipdarstellung gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung, bei der die Materialien zum Ausbilden des Bauteils stromabwärts außerhalb dreier Ausgabeeinrichtungen im Sprühnebel miteinander vermischt werden,
17: zeigt ein Bauteil mit eindimensional kontinuierlicher oder approximiert kontinuierlicher Eigenschaftsänderung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
18: zeigt ein Bauteil mit zweidimensional kontinuierlicher oder approximiert kontinuierlicher Eigenschaftsänderung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
19: zeigt ein Bauteil mit dreidimensional kontinuierlicher oder approximiert kontinuierlicher Eigenschaftsänderung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
20: zeigt eine schematische Prinzipdarstellung der Erzeugung und des resultierenden Gefüge-Aufbaus einer kontinuierlichen oder approximiert kontinuierlichen Eigenschaftsänderung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
21: zeigt ein Flussdiagram eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, und
22: zeigt ein Flussdiagram eines Verfahrens gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung.
Die in den Figuren gezeigten Ausführungsformen stimmen teilweise überein, wobei ähnliche oder identische Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, und zu deren Erläuterung auch auf die Beschreibung einer oder mehrerer anderer Ausführungsformen verwiesen wird, um Wiederholungen zu vermeiden.
1 zeigt schematisch eine Prinzipdarstellung einer Vorrichtung 1 zum Herstellen eines Bauteils gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das herzustellende Bauteil ist ein Betonbauteil, mineralisch gebundenes Bauteil, anorganisches Material enthaltendes Bauteil oder mittels eines Bindemittels zusammengehaltenes Bauteil. Die Vorrichtung 1 weist drei separate, parallel angeordnete Dosiereinrichtungen 10 auf, die über drei parallele Zuführungen 20 mit unterschiedlichen Materialien zum Ausbilden des Bauteils versorgbar sind. Die Materialen können z. B. in quasi Reinform oder als Mischungen den drei Dosiereinrichtungen 10 zugeführt werden. Die drei Dosiereinrichtungen 10 sind ausgebildet, um das ihnen zugeführte Material kontinuierlich, insbesondere gradiert veränderbar zu dosieren.
Die Vorrichtung 1 umfasst eine Maßnahme 40.1, die dafür sorgt, dass die dosierten Materialien miteinander vermischt werden. Die Maßnahme 40.1 wird durch eine Mischeinrichtung ausgebildet, die stromabwärts der drei Dosiereinrichtungen 10 angeordnet ist. Die Vorrichtung 1 umfasst auch drei parallele Fördereinrichtungen 80 zum Fördern der Materialien. Die Vorrichtung 1 umfasst ferner eine stromabwärts der drei Dosiereinrichtungen und stromabwärts der Maßnahme 40.1 angeordnete Ausgabeeinrichtung 30 zum Ausgeben der dosierten und miteinander vermischten Materialien mittels eines Sprühstrahls ST, um einen Materialauftrag MA in einer Schalung 100 zu erzeugen und das Bauteil herzustellen. Das Bauteil wird so hergestellt, dass es mit zumindest einer funktionalen kontinuierlichen Eigenschaftsänderung in zumindest einer Raumrichtung versehen ist.
Die Vorrichtung 1 umfasst auch eine Bewegungseinrichtung 50 zum Bewegen der Ausgabeeinrichtung 30 während der Herstellung des Bauteils und eine Erfassungseinrichtung 60, die unter Bezugnahme auf die 11 bis 14 detaillierter beschrieben werden.
Ferner umfasst die Vorrichtung 1 einen Kontrollabschnitt (in 1 schematisch angedeutet mittels des Pfeils) und eine Kontrolleinrichtung (Steuer-/Regeleinrichtung) 70, die mit dem Kontrollabschnitt und der Erfassungseinrichtung 60 verbunden ist. Die Kontrolleinrichtung 70 ist ausgebildet, um in Abhängigkeit der durch die Erfassungseinrichtung 60 erfassten Zustandsparameter und in Abhängigkeit eines 3D-CAD-Modells (CAD: Computer Added Design) des herzustellenden Bauteils den Kontrollabschnitt z. B. mittels einer oder mehrerer Stellglieder zu kontrollieren. Der Kontrollabschnitt umfasst die Bewegungseinrichtung 50 und die drei Dosiereinrichtungen 10, wodurch es insbesondere möglich ist, das kontinuierliche Dosieren zu kontrollieren. Es ist auch möglich, dass der Kontrollabschnitt weitere Einrichtungen der Vorrichtung 1 umfasst, z. B. die Mischeinrichtung 40.1, die Ausgabeeinrichtung 30 und die Fördereinrichtungen 80. Ebenso kann das Kontrollieren alternativ oder ergänzend in Abhängigkeit erfasster materialstromspezifischer Zustandsparameter erfolgen, die während des Herstellungsprozesses innerhalb der Vorrichtung 1 vorliegen und mittels einer weiteren, nicht gezeigten mit der Kontrolleinrichtung 70 verbundenen Erfassungseinrichtung erfasst werden.
2 zeigt schematisch ein Mischprinzip gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das Mischprinzip basiert auf zwei z. B. homogenen Ausgangsmischungen A und B, die vorzugsweise reziproke Eigenschaften aufweisen (z. B. Ausgangsmischung A mit hoher Dichte, hoher Festigkeit und hoher Wärmeleitfähigkeit und Ausgangsmischung B mit geringer Dichte, geringer Festigkeit und geringer Wärmeleitfähigkeit). 3 zeigt schematisch ein Mischprinzip gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung. Das Mischprinzip basiert auf einer Ausgangsmischung, die durch Hinzumischen weiterer Materialien wie Zuschläge (z. B. Kies, Sand, Schotter oder andere übliche Betonzuschläge) und/oder Zusätze (z. B. Farbpigmente, organische Stoffe, Fasern und andere übliche Betonzusatzstoffe) modifiziert wird. 4 zeigt schematisch ein Mischprinzip gemäß einer wiederum anderen Ausführungsform der Erfindung.
Das Mischprinzip basiert darauf, dass die Materialien zur Ausbildung des Bauteils wie z. B. Wasser, Zement, Zuschläge, Zusatzstoffe, Zusatzmittel, quasi in Reinform miteinander vermischt werden. Unter Bezugnahme auf die 2 bis 4 wird die kontinuierliche Eigenschaftsänderung durch Variation des Mischungsverhältnisses der Ausgangsmaterialien und insbesondere durch geeignete veränderliche Dosierung der Ausgangsmaterialien erzielt.
5 zeigt eine Maßnahme 40.1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, die dafür sorgt, dass die unterschiedlichen Materialien zur Ausbildung des Bauteils miteinander vermischt werden. Die Maßnahme 40.1 umfasst eine Mischeinrichtung, die stromaufwärts der Ausgabeeinrichtung 30 angeordnet ist. Die Mischeinrichtung kann z. B. ein Durchlaufmischer sein.
6 zeigt eine Maßnahme 40.2 gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung, die dafür sorgt, dass die unterschiedlichen Materialien zur Ausbildung des Bauteils miteinander vermischt werden. Die Maßnahme 40.2 umfasst eine Mischeinrichtung, die in der Ausgabeeinrichtung 30 untergebracht ist. Die Mischeinrichtung kann z. B. eine Mischeinrichtung sein, die durch die Geometrie ihrer Mischkammer eine Vermischung erzeugt, oder eine Mischeinrichtung, die durch Druckluftverwirbelung (z. B. mit Hilfe einer Ringdüse) eine Mischung erzeugt.
7 zeigt eine Maßnahme 40.3 gemäß einer wiederum anderen Ausführungsform der Erfindung, die dafür sorgt, dass die unterschiedlichen Materialien zur Ausbildung des Bauteils miteinander vermischt werden. Die Maßnahme 40.3 umfasst zwei Ausgabeeinrichtungen 30, die so ausgebildet sind, dass die Materialien mittels Sprühstrahlen ausgegeben werden und durch Überschneidung der Sprühstrahlen miteinander vermischt werden, was folglich stromabwärts außerhalb der zwei Ausgabeeinrichtungen 30 erfolgt. Der Mischvorgang kann z. B. mittels eines Nass- oder Trockenspritzverfahrens erfolgen, bei dem vorzugsweise zuvor z. B. zwei homogene Ausgangsmischungen parallel gefördert und getrennt dosiert wurden.
8 zeigt schematisch einen Materialauftrag MA gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die in 8 gezeigte Ausgabeeinrichtung 30 ist als Druckkopf oder Düse ausgebildet, um die Materialien tropfenörmig und/oder kontinuierlich auszugeben, wodurch ein punktweiser oder diskreter Materialauftrag erzielt wird. Der Materialauftrag erfolgt ohne Druckluft.
9 zeigt schematisch einen Materialauftrag MA gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung. Die Ausgabeeinrichtung 30 ist ausgebildet als Einbringleiste, um die Materialien zum Ausbilden des Bauteils vorzugsweise schichtweise zu gießen, wodurch ein linearer Materialauftrag MA erzielt wird. Die Einbringleiste umfasst schlitzförmige Öffnungen, die einander gegenüber oder versetzt zueinander angeordnet sind, zur Materialaufnahme auf der eine Seite und Materialabgabe in definierter Breite auf der anderen Seite. Die Breite der Einbringleiste ist kleiner oder gleich der Breite der Schalung 100. Der Materialauftrag erfolgt ohne Druckluft.
10 zeigt schematisch einen Materialauftrag MA gemäß einer wiederum anderen Ausführungsform der Erfindung. Die Ausgabeeinrichtung 30 ist als Absprüheinrichtung ausgebildet, um die Materialien zum Ausbilden des Bauteils abzusprühen, wodurch ein flächiger Materialauftrag erzielt wird. Das Absprühen kann mittels eines Nass- oder Trockenspritzverfahrens erfolgen. Der Materialauftrag erfolgt mittels Druckluft.
11 zeigt schematisch eine Prinzipdarstellung einer automatisierten Bewegungseinrichtung 50 zum Bewegen der Ausgabeeinrichtung 30 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die Bewegungseinrichtung 50 ist ein Verteilermast oder Gelenkarm mit mehreren Freiheitsgraden. Die Bewegungseinrichtung 50 kann z. B. ein 5-Achs- oder 6-Achs-Roboter sein. Die Sprühachse der Ausgabeeinrichtung 30 kann dadurch stets orthogonal zur Tangentialebene am Auftragsort ausgerichtet werden. Als Einsatzorte kommen z. B. in Betracht: in situ, Fertigteil-Werk oder Feldfabrik. Diese Ausführungsform ermöglicht vorteilhaft z. B. gekrümmte Bauteile. Die in 11 gezeigten Pfeile symbolisieren beispielhaft die Bewegungsmöglichkeiten der Bewegungseinrichtung 50.
12 zeigt schematisch eine Prinzipdarstellung einer automatisierten Bewegungseinrichtung 50 zum Bewegen der Ausgabeeinrichtung 30 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die Bewegungseinrichtung 50 umfasst eine Portalkonstruktion, an der eine Ausgabeeinrichtungen 30 beweglich montiert ist, z. B. horizontal und vertikal beweglich und bei Bedarf schwenkbar. Die Portalkonstruktion ist horizontal verfahrbar. Die in 12 gezeigten Pfeile symbolisieren die Bewegungsmöglichkeiten der Bewegungseinrichtung 50 und der Ausgabeeinrichtung 30.
13 zeigt eine automatisierte Bewegungseinrichtung 50 zum Bewegen einer Vielzahl von Ausgabeeinrichtungen 30 gemäß einer wiederum anderen Ausführungsform der Erfindung. Die Bewegungseinrichtung 50 umfasst eine bewegliche Haltekonstruktion, die eine Vielzahl von in einem Raster angeordneten Ausgabeeinrichtungen 30 hält. Die Haltekonstruktion und somit das Raster aus der Vielzahl der Ausgabeeinrichtungen 30 sind vorzugsweise einachsig und insbesondere vertikal verfahrbar. Dadurch kann vorteilhaft eine ökonomische Herstellung ebener Bauteile realisiert werden, z. B. im Fertigteilwerk. Vorteilhaft werden ferner stufenlose Eigenschaftsübergänge in Z-Achse ermöglicht.
14 zeigt eine schematische Darstellung von Zuständen, die vor und während der Herstellung des Bauteils am Herstellungsort des Bauteils vorgefunden werden können und mehrere Erfassungseinrichtungen 60, 60', 60'' zum Erfassen entsprechender Zustandsparameter. Die Erfassungseinrichtungen 60 und 60' dienen zum Messen und Detektieren bauteilspezifischer (z. B. Zusammensetzung, Geometrie, Schichtdicke, Materialdichte, Bauteileigenschaften, etc.), bauteilbeeinflussender (z. B. Schalung 100, Bewehrung 101, Einbauteil 102, Temperatur, Luftfeuchtigkeit, etc.) und vorrichtungsspezifischer (z. B. Position, Geschwindigkeit, Ausrichtung, etc. der Ausgabeeinrichtung 30 oder der Bewegungseinrichtung 50) Zustandsparameter. Die Erfassungseinrichtung 60 ist zusammen mit der Ausgabeeinrichtung 30 bewegbar und als Laserpunktsensor ausgeführt. Die Erfassungseinrichtung 60' ist stationär, unabhängig von der Ausgabeeinrichtung 30 und als 3D-Laserscanner ausgeführt. Die Erfassungseinrichtung 60'' ist in der Schalung 100 integriert und kann z. B. das Gewicht des Materialauftrags oder das Vorhandensein von Materialauftrag erfassen. Die Erfassungseinrichtung 60'' ist als Drucksensor ausgeführt.
Die Erfassungseinrichtungen 60, 60' und 60'' und deren Ausgabedaten werden in die Prozesskette zur Herstellung des Bauteils eingebunden und berücksichtigt. Bei insbesondere gleichzeitiger Erfassung materialstromspezifischer Zustandsparameter (z. B. ein oder mehrere parallele Materialvolumenströme, Konsistenz und/oder Zusammensetzung der Materialvolumenströme, Förderdruck, etc.) innerhalb der Vorrichtung 1 mittels einer weiteren, nicht gezeigten Erfassungseinrichtung und Rückkopplung mit einem Kontrollkreis kann die Ansteuerung des Kontrollabschnitts (d. h. insbesondere der variablen Vorrichtungsparameter), der somit einen Regelabschnitt darstellt, in Echtzeit erfolgen.
15 zeigt schematisch eine Prinzipdarstellung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die Ausführungsform umfasst zwei parallel angeordnete Materialbehälter X und Y, zwei parallele Förderungseinrichtungen 80, zwei parallele Dosiereinrichtungen 10 und zwei parallele Ausgabeeinrichtungen 30. Die zwei Ausgabeeinrichtungen 30 umfassen jeweils einen Druckluftanschluss 31 zur druckluftunterstützten Ausgabe.
Der Materialbehälter X ist für eine Ausgangsmischung A vorgesehen. Die Ausgangsmischung A wird durch die Fördereinrichtung 80 zu der Dosiereinrichtung 10 gefördert, mittels der Dosiereinrichtung 10 dosiert, und zu der Ausgabeeinrichtung 30 weitergeleitet, die die Ausgangsmischung A mittels eines Sprühstrahls ST1 ausgibt. Der Materialbehälter Y ist für eine Ausgangsmischung B vorgesehen. Die Ausgangsmischung B wird durch die andere Fördereinrichtung 80 zu der anderen Dosiereinrichtung 10 gefördert, mittels der anderen Dosiereinrichtung 10 kontinuierlich veränderlich dosiert, und zu der anderen Ausgabeeinrichtung 30 weitergeleitet, die die Ausgangsmischung B mittels eines Sprühstrahls ST2 ausgibt. Die Ausgabeeinrichtungen 30 sind so ausgebildet, dass sich die Sprühstrahlen ST1, ST2 überschneiden und so die Ausgangsmaterialien A, B miteinander vermischt werden.
16 zeigt eine wiederum andere Ausführungsform der Erfindung, bei der drei Ausgabeeinrichtungen 30 ausgebildet sind, um Material mittels jeweils eines Sprühstrahls ST1, ST2, ST3 auszugeben. Einer der Ausgabeeinrichtungen 30 werden Zuschläge zugeführt, einer anderen Ausgabeeinrichtung 30 wird eine Ausgangsmischung zugeführt und der verbleibenden Ausgabeeinrichtung 30 werden Zusätze zugeführt. Die Ausgabeeinrichtungen 30 sind so ausgebildet, dass sich der Zuschlags-Sprühstrahl ST1, der Ausgangsmischungs-Sprühstrahl ST3 und der Zusatz-Sprühstrahl ST2 so überschneiden, dass die Zuschläge, die Ausgangsmischung und die Zusätze miteinander vermischt werden.
17 zeigt schematisch eine Darstellung eines Bauteils BT mit kontinuierlicher (gradierter) oder approximiert kontinuierlicher (gradierter) Eigenschaftsänderung in einer Raumrichtung. Die variierenden Kreisdurchmesser symbolisieren die Eigenschaftsänderung der Materialzusammensetzung und somit des Bauteils BT. Anwendungsbeispiele sind flächige Bauteile, Wände, Bekleidungsplatten, etc..
18 zeigt schematisch eine Darstellung eines Bauteils BT mit kontinuierlicher (gradierter) oder approximiert kontinuierlicher (gradierter) Eigenschaftsänderung in zwei Raumrichtungen. Auch hier symbolisieren die variierenden Kreisdurchmesser die Eigenschaftsänderung der Materialzusammensetzung und somit des Bauteils BT. Anwendungsbeispiele sind zylindrische Bauteile, Stützen, Rohre, etc..
19 zeigt schematisch eine Darstellung eines Bauteils BT mit kontinuierlicher (gradierter) oder approximiert kontinuierlicher (gradierter) Eigenschaftsänderung in drei Raumrichtungen. Ebenso hier symbolisieren die variierenden Kreisdurchmesser die Eigenschaftsänderung der Materialzusammensetzung und somit des Bauteils BT. Anwendungsbeispiele sind Geschossdecken, Träger, Auskragungen, etc..
Die 20 zeigt schematisch die Erzeugung und die Struktur bzw. das Gefüge der kontinuierlichen (gradierten) oder approximiert kontinuierlichen (gradierten) Eigenschaftsänderungen durch Variation der Materialzusammensetzung und insbesondere des Mischungsverhältnisses, der mittels der zumindest zwei Dosiereinrichtungen 10 dosierten Materialien. Variable Parameter sind dabei z. B. der Gehalt, die Größe, die Packungsdichte, die Art, die Ausrichtung und das Verhältnis der verschiedenen Materialien.
21 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines Bauteils, das mit der Vorrichtung 1 ausgeführt wird, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
In einem Schritt S1 wird ein Material A (quasi in Reinform oder als Mischung) zu einer Dosiereinrichtung 30 geführt. In einem parallelen Schritt S1 wird ein andersartiges Material B (quasi in Reinform oder als Mischung) zu einer anderen Dosiereinrichtung 30 geführt.
In einem Schritt S2 wird das Material A z. B. mittels einer Kontrolleinrichtung kontrolliert (z. B. gesteuert oder geregelt) dosiert. In einem parallelen Schritt S2' wird das Material B z. B. mittels der Kontrolleinrichtung kontrolliert (z. B. gesteuert oder geregelt) veränderlich dosiert.
In einem Schritt S3 wird das Material A zu einer Ausgabeeinrichtung 30 geführt. In einem parallelen Schritt S3' wird das Material B zu einer anderen Ausgabeeinrichtung 30 geführt.
In einem Schritt S4 wird das Material A aus der einen Ausgabeeinrichtung 30 mittels eines Sprühstrahls ausgegeben und das Material B wird aus der anderen Ausgabeeinrichtung 30 mittels eines Sprühstrahls ausgegeben. Die beiden Sprühstrahlen überschneiden sich so, dass die Materialien A und B miteinander vermischt werden. Die Vermischung findet somit stromabwärts der Ausgabeeinrichtungen 30 im Sprühnebel statt. Mittels geeigneter Dosierung der Materialien A und B, geeigneter Variation des Mischungsverhältnisses der Materialien A und B und geeigneter Bewegung der Ausgabeeinrichtungen 30 mittels der Bewegungseinrichtung 50 kann ein Bauteil mit kontinuierlicher oder approximiert kontinuierlicher Eigenschaftsänderung hergestellt werden.
22 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines Bauteils, das mit der Vorrichtung 1 ausgeführt wird, gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung.
In einem Schritt S1 wird ein Material A (quasi in Reinform oder als Mischung) zu einer Dosiereinrichtung 30 geführt. In einem parallelen Schritt S1' wird ein Material B (quasi in Reinform oder als Mischung) zu einer anderen Dosiereinrichtung 30 geführt.
In einem Schritt S2 wird das Material A z. B. mittels einer Kontrolleinrichtung kontrolliert (z. B. gesteuert oder geregelt) dosiert. In einem parallelen Schritt S2' wird das Material B z. B. mittels einer Kontrolleinrichtung kontrolliert (z. B. gesteuert oder geregelt) veränderlich dosiert.
In einem Schritt S3 wird das Material A zu einer Ausgabeeinrichtung 30 geführt. In einem parallelen Schritt S3' wird das Material B zu der gleichen Ausgabeeinrichtung 30 geführt.
In einem Schritt S4 werden die Materialien A und B innerhalb der Ausgabeeinrichtung 30 mittels einer Mischeinrichtung miteinander vermischt. Bei einer alternativen Ausführungsform ist es möglich, dass die Materialien A und B stromaufwärts außerhalb der Ausgabeeinrichtung 30 mittels einer Mischeinrichtung miteinander vermischt werden.
In einem Schritt S5 werden die miteinander vermischten Materialen A und B aus der Ausgabeeinrichtung 30 ausgegeben, um ein Bauteil herzustellen. Das Bauteil wird so hergestellt, dass es mit einer gradierten Eigenschaftsänderung in zumindest einer Raumrichtung, vorzugsweise zwei oder drei Raumrichtungen versehen ist.
Die in den 21 und 22 parallel ausgeführten Schritte können z. B. auch zeitlich überlappend und/oder nacheinander durchgeführt werden.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen. Insbesondere beansprucht die Erfindung auch Schutz für den Gegenstand der einzelnen Unteransprüche unabhängig von dem Gegenstand der in Bezug genommenen Ansprüche.

Claims

Vorrichtung zum Herstellen zumindest eines Betonbauteils, mineralisch gebundenen Bauteils, anorganisches Material enthaltenden Bauteils und/oder mittels eines Bindemittels zusammengehaltenen Bauteils, mit – zumindest zwei Dosiereinrichtungen (10), wobei mindestens eine der zumindest zwei Dosiereinrichtungen (10) ausgebildet ist, Material zum Ausbilden des Bauteils zu dosieren, und mindestens eine andere der zumindest zwei Dosiereinrichtungen (10) ausgebildet ist, Material zum Ausbilden des Bauteils veränderlich zu dosieren, und – zumindest einer stromabwärts der zumindest zwei Dosiereinrichtungen (10) angeordneten Ausgabeeinrichtung (30), die ausgebildet ist, Material auszugeben, um das Bauteil herzustellen und mit zumindest einer kontinuierlichen oder approximiert kontinuierlichen Eigenschaftsänderung in zumindest einer Raumrichtung zu versehen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung zumindest eine Maßnahme (40.1; 40.2; 40.3) aufweist, die dafür sorgt, dass Material, das von der einen der zumindest zwei Dosiereinrichtungen (10) dosiert wurde, und Material, das von der anderen der zumindest zwei Dosiereinrichtungen (10) veränderlich dosiert wurde, miteinander vermischt werden und vorzugsweise ein Mischungsverhältnis bilden, wobei durch Variation des Mischungsverhältnisses die Eigenschaftsänderung erzielt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Vorrichtung zumindest eine Mischeinrichtung (40.1; 40.2) umfasst, die stromaufwärts der zumindest einen Ausgabeeinrichtung (30) oder in der zumindest einen Ausgabeeinrichtung (30) angeordnet ist und ausgebildet ist, Material, das von der einen der zumindest zwei Dosiereinrichtungen (10) dosiert wurde, und Material, das von der anderen der zumindest zwei Dosiereinrichtungen (10) veränderlich dosiert wurde, miteinander zu vermischen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung zumindest eine erste Ausgabeeinrichtung (30) aufweist, um Material, das von der einen der zumindest zwei Dosiereinrichtungen (10) dosiert wurde, mittels eines Sprühstrahls (ST1) auszugeben, und eine zweite Ausgabeeinrichtung (30), aufweist, um Material, das von der anderen der zumindest zwei Dosiereinrichtungen (10) veränderlich dosiert wurde, mittels eines Sprühstrahls (ST2) auszugeben, und die zumindest eine erste und zweite Ausgabeeinrichtung (30) so ausgebildet sind, dass sich das aus der ersten Ausgabeeinrichtung (30) ausgegebene Material und das aus der zweiten Ausgabeeinrichtung (30) ausgegebene Material durch Überschneidung der Sprühstrahlen (ST1, ST2) miteinander vermischen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest eine der zumindest zwei Dosiereinrichtungen (10) ausgebildet ist, um Material kontinuierlich oder approximiert kontinuierlich veränderlich zu dosieren.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zumindest eine Ausgabeeinrichtung (30) eine Absprüheinrichtung ist, um Material abzusprühen, insbesondere, um einen flächigen Materialauftrag zu erzielen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Ausgabeeinrichtung (30) eine Einbringleiste ist, um Material zu gießen, insbesondere, um einen linearen Materialauftrag zu erzielen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die zumindest eine Ausgabeeinrichtung (30) ein Druckkopf oder eine Düse ist, um Material tropfenförmig oder kontinuierlich auszugeben, insbesondere, um einen punktweisen oder diskreten Materialauftrag zu erzielen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung eine vorzugsweise automatisierte Bewegungseinrichtung (50) zum Bewegen der zumindest einen Ausgabeeinrichtung (30) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Bewegungseinrichtung (50) – einen Verteilermast oder Gelenkarm umfasst, – einen Roboter umfasst, insbesondere einen 5-Achs- oder 6-Achs-Roboter, – eine Portalkonstruktion umfasst, die vorzugsweise verfahrbar ist und an der vorzugsweise zumindest eine Ausgabeeinrichtung (30) bewegbar angeordnet ist, und/oder – eine Haltekonstruktion umfasst, die eine Vielzahl rasterförmig angeordneter Ausgabeeinrichtungen (30) hält.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung zumindest eine erste Erfassungseinrichtung (60) zum Erfassen zumindest eines bauteilspezifischen, bauteilbeeinflussenden und/oder vorrichtungsspezifischen Zustandsparameters aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die erste Erfassungseinrichtung (60) – zusammen mit der zumindest einen Ausgabeeinrichtung (30) bewegbar ist, oder – stationär ist, insbesondere außerhalb einer Schalung (100) für das Bauteil positioniert oder in der Schalung (100) für das Bauteil integriert.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung eine zweite Erfassungseinrichtung zum Erfassen zumindest eines materialstromspezifischen Zustandsparameters, der innerhalb der Vorrichtung vorliegt, umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung eine Kontrolleinrichtung (70) aufweist, um zumindest einen Kontrollabschnitt oder das Dosieren zumindest einer der zumindest zwei Dosiereinrichtungen (10) zu kontrollieren, vorzugsweise in Echtzeit.
Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Kontrolleinrichtung (70) ausgebildet ist, den zumindest einen Kontrollabschnitt in Abhängigkeit des durch die erste und/oder zweite Erfassungseinrichtung erfassten zumindest einen Zustandsparameters zu kontrollieren.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 oder 15, wobei die Kontrolleinrichtung (70) ausgebildet ist, den zumindest einen Kontrollabschnitt in Abhängigkeit eines computergenerierten Modells des herzustellenden Bauteils oder zumindest eines Teils des herzustellenden Bauteils zu kontrollieren.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei der zumindest eine Kontrollabschnitt mindestens eines von folgenden umfasst: – die eine der zumindest zwei Dosiereinrichtungen (10), insbesondere, um das Dosieren zu kontrollieren, – die andere der zumindest zwei Dosiereinrichtungen (10), insbesondere, um das veränderliche Dosieren zu kontrollieren, – die zumindest eine Ausgabeeinrichtung (30), – eine Vielzahl von Ausgabeeinrichtungen (30), die einzeln unterschiedlich oder kollektiv gleich kontrollierbar sind, – die zumindest eine Mischeinrichtung, – die Bewegungseinrichtung (50), – zumindest eine von zumindest zwei Fördereinrichtungen (80) zum Fördern der Materialien.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest drei Ausgabeeinrichtungen (30) rasterförmig angeordnet sind.
Verfahren zum Herstellen zumindest eines Betonbauteils, mineralisch gebundenen Bauteils, anorganisches Material enthaltenden Bauteils und/oder mittels eines Bindemittels zusammengehaltenen Bauteils, vorzugsweise ausgeführt mittels einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei – Material zum Ausbilden des Bauteils mittels mindestens einer von zumindest zwei Dosiereinrichtungen (10) dosiert wird, – Material zum Ausbilden des Bauteils mittels mindestens einer anderen der zumindest zwei Dosiereinrichtungen (10) veränderlich dosiert wird, und – mittels zumindest einer stromabwärts der zumindest zwei Dosiereinrichtungen (10) angeordneten Ausgabeeinrichtung (30) Material ausgegeben wird, um das Bauteil herzustellen und mit zumindest einer kontinuierlichen oder approximiert kontinuierlichen Eigenschaftsänderung in zumindest einer Raumrichtung zu versehen.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei Material, das von der einen der zumindest zwei Dosiereinrichtungen (10) dosiert wurde, und Material, das von der anderen der zumindest zwei Dosiereinrichtungen (10) veränderlich dosiert wurde, miteinander vermischt werden, und vorzugsweise ein Mischungsverhältnis gebildet wird, wobei durch Variation des Mischungsverhältnisses die Eigenschaftsänderung erzielt wird.
Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, wobei Material, das von der einen der zumindest zwei Dosiereinrichtungen (10) dosiert wurde, und Material, das von der anderen der zumindest zwei Dosiereinrichtungen (10) veränderlich dosiert wurde, mittels zumindest einer Mischeinrichtung (40.1; 40.2) miteinander vermischt werden, die stromaufwärts der zumindest einen Ausgabeeinrichtung (30) oder in der zumindest einen Ausgabeeinrichtung (30) angeordnet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21, wobei zumindest eine erste Ausgabeeinrichtung (30) Material, das von der einen der zumindest zwei Dosiereinrichtungen (10) dosiert wurde, mittels eines Sprühstrahls (ST1) ausgibt, und eine zweite Ausgabeeinrichtung (30) Material, das von der anderen der zumindest zwei Dosiereinrichtungen (10) veränderlich dosiert wurde, mittels eines Sprühstrahls (ST2) ausgibt, und sich das aus der ersten Ausgabeeinrichtung (30) ausgegebene Material und das aus der zweiten Ausgabeeinrichtung (30) ausgegebene Material durch Überschneidung der Sprühstrahlen (ST1, ST2) miteinander vermischen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 22, wobei zumindest eine der zumindest zwei Dosiereinrichtungen (10) Material kontinuierlich oder approximiert kontinuierlich dosiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 23, wobei die zumindest eine Ausgabeeinrichtung (30) eine Absprüheinrichtung ist, die Material absprüht, insbesondere, um einen flächigen Materialauftrag zu erzielen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 23, wobei die zumindest eine Ausgabeeinrichtung (30) eine Einbringleiste ist, die Material gießt, insbesondere, um einen linearen Materialauftrag zu erzielen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 23, wobei die zumindest eine Ausgabeeinrichtung (30) ein Druckkopf oder eine Düse ist, der oder die Material tropfenförmig oder kontinuierlich ausgibt, insbesondere, um einen punktweisen oder diskreten Materialauftrag zu erzielen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 26, wobei die zumindest einen Ausgabeeinrichtung (30) mittels einer vorzugsweise automatisierten Bewegungseinrichtung (50) bewegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 27, wobei zumindest ein bauteilspezifischer, bauteilbeeinflussender und/oder vorrichtungsspezifischer Zustandsparameter mittels zumindest einer ersten Erfassungseinrichtung (60) erfasst wird, wobei vorzugsweise die zumindest eine Erfassungseinrichtung (60) zusammen mit der zumindest einen Ausgabeeinrichtung (30) bewegt wird oder stationär ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 28, wobei zumindest ein materialstromspezifischer Zustandsparameter, der innerhalb der Vorrichtung zur Herstellung des Bauteils vorliegt, mittels zumindest einer zweiten Erfassungseinrichtung erfasst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 29, wobei eine Kontrolleinrichtung (70) zumindest einen Kontrollabschnitt oder das Dosieren zumindest einer der zumindest zwei Dosiereinrichtungen (10) kontrolliert, vorzugsweise in Echtzeit.
Verfahren nach Anspruch 30, wobei die Kontrolleinrichtung (70) den zumindest einen Kontrollabschnitt in Abhängigkeit des durch die erste und/oder zweite Erfassungseinrichtung (60) erfassten zumindest einen Zustandsparameters kontrolliert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 30 oder 31, wobei die Kontrolleinrichtung (70) den zumindest einen Kontrollabschnitt in Abhängigkeit eines computergenerierten Modells des herzustellenden Bauteils kontrolliert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 32, wobei der zumindest eine Kontrollabschnitt zumindest eines von folgenden umfasst: – die eine der zumindest zwei Dosiereinrichtungen (10), – die andere der zumindest zwei Dosiereinrichtungen (10), insbesondere, um das veränderliche Dosieren zu kontrollieren, – die zumindest eine Ausgabeeinrichtung (30), – eine Vielzahl von Ausgabeeinrichtungen (30), die einzeln unterschiedlich oder kollektiv gleich kontrollierbar sind, – die zumindest eine Mischeinrichtung, – die Bewegungseinrichtung (50), – zumindest eine von zumindest zwei Fördereinrichtungen (80) zum Fördern der Materialien.
Bauteil, hergestellt mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 19 bis 33.