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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Befüllen eines Mauersteins, insbesondere eines Hohlziegels, mit einem Schaummaterial, aus Zement- oder Mineralschaum. Ferner betrifft die Erfindung eine Anlage zum Befüllen eines Mauersteins.
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Stand der Technik
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Im Stand der Technik sind Mauersteine bekannt, die mit einem Mineralschaum befüllt sind. Durch Befüllen mit Mineralschaum können Mauersteine mit erhöhter Wärmedämm-Leistung bereitgestellt werden, die sich gegenüber Mauersteinen mit anderem Dämmmaterial, wie Steinwolle, dadurch auszeichnen, dass auf Grund der mineralischen Zusammensetzung des Dämmmaterials eine vergleichsweise problemlose Entsorgung gewährleistet werden kann. Dies ist nicht nur bei zukünftigen Abrissarbeiten eines mit solchen Mauersteinen hergestellten Gebäudes, sondern auch bei der Entsorgung von überschüssigem Material im Zuge der Bauphase von Vorteil.
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Eine Möglichkeit zum Befüllen derartiger Mauersteine wird im deutschen Gebrauchsmuster
DE 20 2014 100 309 U1 beschrieben. Insbesondere wird in dieser Schrift eine Fülleinrichtung zum Befüllen von Mauersteinen offenbart, die neben einem Behälter zur Aufnahme von Schaummaterial und einem Füllelement zum Einführen des Schaummaterials einen Kolbenzylinder umfasst, um das Schaummaterial vom Behälter zum Füllelement zu fördern.
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Obwohl sich dieses System bewährt hat, werden steigende Anforderungen an die Wirtschaftlichkeit und Flexibilität gestellt. Dies betrifft zum einen die Forderung nach einer vereinfachten Konstruktion, zum anderen jedoch auch die Steigerung der Produktivität.
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Ferner ist die Veröffentlichung
DE 27 45 269 A1 bekannt, die ein Verfahren zur Herstellung eines Baublocks mit einer Ausnehmung betrifft, wobei die Ausnehmung des Baublocks mit einem gehärteten Aminoplastharzschaum gefüllt ist. Im Zuge des Verfahrens werden Baublöcke Seite an Seite auf einer Palette angeordnet. Oberhalb der Blöcke befindet sich eine Schablone mit einer Vielzahl von Öffnungen, die den Ausnehmungen in den darunterliegenden Blöcken entsprechen. Die Unterseite der Schablone trägt eine federnde Schaumschicht, die bei der Verwendung einer Abdichtung zwischen der Schablone und der oberen Seite der Blöcke, gegen welche sie gedrückt werden, bedingt. Ein härtbarer Schaum wird aus einer Lösung einer Aminoplastharzlösung und einem Härtungsmittel gebildet. Der Schaum wird in die Ausnehmung so lange eingespritzt, bis sich ein Gegendruck in dem Zuführungsrohr entwickelt hat.
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Gegenstand der Erfindung
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Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Befüllen eines Mauersteins mit Zementschaum oder Mineralschaum sowie eine Vorrichtung zum Befüllen eines Mauersteins mit Zementschaum oder Mineralschaum bereitzustellen, mit dem beziehungsweise mit der das Befüllen des Mauersteins bei zumindest gleichbleibender Qualität kostengünstiger durchgeführt werden kann.
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Der Gegenstand des Anspruchs 1 stellt ein entsprechendes Verfahren bereit. Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen aufgeführt. Ferner betrifft die Erfindung eine Anlage. Dabei ist es bevorzugt, dass die Anlage zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem der genannten Aspekte eingerichtet ist.
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Die Erfindung hat den Vorteil, dass ein vergleichsweise zügiger Füllvorgang eines Mauersteins ermöglicht wird, sodass die Produktivität gesteigert werden kann. Dabei wird ein hochwertiges Produkt erstellt, das sich durch eine vollständige Ausfüllung der Hohlkammer oder der Hohlkammern des Mauersteins mit dem Schaummaterial auszeichnet.
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Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass keine Filtermembran verwendet werden muss und kein Filter erforderlich ist, um das Schaummaterial zu verarbeiten. Das Trägerelement, auf den der Mauerstein abgelegt ist, verhindert, dass das Schaummaterial aus einer Hohlkammer eines Mauersteins heraustritt. Es ist bevorzugt, dass der Mauerstein direkt auf dem Trägerelement angeordnet wird.
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Das Trägerelement ist plattenförmig ausgebildet, beispielsweise aus Holz, Kunststoff oder Metall. Das Trägerelement kann eine Palette sein. Der Mauerstein verbleibt bevorzugt bei einem Aushärteprozess des Schaummaterials auf dem Trägerelement. Nachdem das Schaummaterial zumindest teilweise ausgehärtet ist, wird der Mauerstein vom Trägerelement entnommen.
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Es ist vorgesehen, dass das Schaummaterial ein Mineralschaum oder Zementschaum ist. Der Mineral- oder Zementschaum verleiht dem Mauerstein gute Wärmedämmeigenschaften. Dabei werden gleichzeitig hervorragende Schall- und Brandschutzeigenschaften gewährleistet.
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Es ist bevorzugt, dass das Schaummaterial eine Dichte von 60-250 kg/m3, bevorzugt 120-180 kg/m3, im nassen Zustand aufweist. Der „nasse Zustand“ meint hierbei ein Zeitfenster, in dem das Schaummaterial noch nicht oder noch nicht wesentlich ausgehärtet ist. Der nasse Zustand liegt insbesondere vor, bevor das Schaummaterial vom Haubenelement austritt. Es hat sich gezeigt, dass das Schaummaterial mit der genannten Dichte bei geringem Gewicht einen stabilen, gewissermaßen „elastischen“ Zustand aufweist.
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Es ist bevorzugt, dass das Schaummaterial eine Verarbeitungszeit von 5-60 Minuten, bevorzugt 15-30 Minuten hat, sodass neben den vorteilhaften mechanischen Eigenschaften eine Verarbeitung gewährleistet werden kann.
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Es ist vorgesehen, dass das Schaummaterial mit Überdruck in die zumindest eine Hohlkammer eingeführt wird. Ein Ansaugen des Schaummaterials, beispielsweise durch Erzeugung eines Unterdrucks in der zu befüllenden Hohlkammer des Mauersteins, ist in diesem Fall nicht erforderlich.
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Das Schaummaterial wird von einer (in vertikaler Richtung) oberen Seite des Mauersteins in die zumindest eine Hohlkammer eingeführt.
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Der Mauerstein hat vorzugsweise eine Vielzahl von Hohlkammern. Das Trägerelement kann dabei eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen umfassen. Gemäß einer Zielrichtung ist es vorgesehen, dass die Anzahl der Durchgangsöffnungen der Anzahl der Hohlkammern entspricht. Allerdings kann es gemäß einer weiteren Zielrichtung auch vorgesehen sein, dass einer Hohlkammer zwei oder mehrere Öffnungen zugeordnet sind.
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Es ist bevorzugt, dass das Trägerelement mittels einer Fördereinrichtung zum Haubenelement bewegt wird. Auf diese Weise ist es möglich, große Stückzahlen zu fertigen.
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Ferner kann die Vorrichtung eine Hubeinrichtung zum Anheben des Trägerelements aufweisen, die durch Anheben des Trägerelements den Mauerstein in Richtung des Dichtungselements bewegt und mit diesem in Kontakt bringt. Somit kann das Dichtungselement in vertikaler Richtung gehalten werden.
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Bevorzugt kommen die Fördereinrichtung und die Hubeinrichtung in Kombination zum Einsatz: Mit der Fördereinrichtung wird das Trägerelement, welches einen oder mehrere Mauersteine aufnimmt, in den Bereich des Haubenelements verfahren und dort in Richtung des Dichtungselements angehoben. Ferner wird das Haubenelement mit dem Dichtungselement in Kontakt gebracht.
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Das Trägerelement ist bevorzugt wiederverwendbar. Insbesondere ist das Trägerelement als Palette ausgebildet, die während der Fertigung zum Aufnehmen eines oder mehrerer Mauersteine verwendet wird.
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Es ist vorgesehen, dass nach Anbringen des Haubenelements am Mauerstein ein Hohlraum zwischen Haubenelement und Mauerstein ausgebildet wird, wobei das Einbringen des Schaummaterials in den Hohlraum erfolgt. Wenn der Mauerstein mehrere Hohlkammern aufweist, können diese Hohlkammern gemeinsam befüllt werden. Nach Entfernen des Haubenelements vom Mauerstein verbleibt ein über die Oberseite des Mauersteins überstehender Rest des Schaummaterials, welches einen möglichen Schrumpfungsprozess des Schaummaterials beim Aushärten ausgleichen kann. Ein nach dem Aushärten verbleibender Rest wird bevorzugt abgebürstet.
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Das Fördern eines Schaummaterials zum Haubenelement wird gestoppt, wenn eine gemessene Füllmenge erreicht wird, oder erfasst wird, dass das Schaummaterial durch die mindestens eine Durchgangsöffnung dringt oder ein Druck einen Schwellwert übersteigt.
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Alternativ oder zusätzlich kann eine Fördermenge durch den Betrieb einer Pumpe, insbesondere einer Kolbenpumpe, oder durch eine Lichtschranke erfasst werden, um die Füllmenge präzise zu bestimmen.
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In einem Verfahrensschritt kann mittels eines Sensors ein Druck oder eine Kraft ermittelt wird, mit der das Haubenelement gegen den Mauerstein gedrückt wird, um zu gewährleisten, dass eine Dichtigkeit gewährleistet wird.
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Ferner betrifft die Erfindung eine Anlage gemäß Anspruch 8. Die Zuführeinrichtung kann dabei eine Kolbenpumpe sein.
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Die Vorrichtung kann eingerichtet sein, ein Verfahren nach einem der zuvor genannten Aspekte durchzuführen.
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Figurenliste
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- 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung beim Befüllen eines Mauersteins während des Befüllens eines Mauersteins mit Schaummaterial.
- 2 zeigt eine Explosionsansicht der in 1 dargestellten Vorrichtung.
- 3 zeigt eine Teilschnittansicht der in 1 dargestellten Vorrichtung während des Befüllens eines Mauersteins mit Schaummaterial.
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Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Anhand der beigefügten Figuren wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung im Detail beschrieben. Weitere in diesem Zusammenhang genannte Modifikationen bestimmter Einzelmerkmale können jeweils miteinander kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen auszubilden. Obwohl die nachfolgend beschriebene Ausführungsform rein beispielhaft, und nicht einschränkend, zu verstehen ist, können Einzelmerkmale der Ausführungsform oder eine Kombination hiervon auch zur weiteren Charakterisierung der Erfindung herangezogen werden.
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Die Vorrichtung umfasst ein Trägerelement 1, welches eine Vielzahl von Öffnungen 1a aufweist. Das Trägerelement 1 ist plattenförmig ausgebildet und eingerichtet, einen Mauerstein 100, der eine Vielzahl von Hohlkammern 101 aufweist, aufzunehmen. Es ist bevorzugt, dass das Trägerelement 1 wiederverwendbar ist. Beispielsweise ist das Trägerelement 1 aus Holz, Kunststoff oder Metall ausgebildet.
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Die Anzahl und Anordnung der Öffnungen 1a richten sich bei der dargestellten Ausführungsform dabei nach der Anzahl und Anordnung der Hohlkammern 101 des mit der Vorrichtung zu füllenden Mauersteins 100. Das Trägerelement 1 kann somit je nach konkreter Ausbildung eines bestimmten Mauersteins 100 angepasst und in die Fertigung integriert werden.
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Die Vorrichtung umfasst ferner ein Haubenelement 2 sowie ein Dichtungselement 3, wobei das Dichtungselement 3 mit einem Randbereich des Mauersteins 100 in Kontakt kommen soll. Das Dichtungselement 3 ist gemäß der Ausführungsform separat vom Haubenelement 2 vorgesehen, wobei das Haubenelement 2 bei einem Füllvorgang mit einer Seite des Dichtungselement 3 in Kontakt gebracht wird, beispielsweise durch Anheben des Trägerelements 1 und dadurch in Kontakt bringen des auf dem Trägerelement 1 befindlichen Mauersteins mit dem stationär angeordneten Dichtungselement. Gemäß einer weiteren Zielrichtung kann das Dichtungselement jedoch auch am Haubenelement angebracht sein.
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Das Haubenelement 2 wird durch einen Roboterarm oder einen zumindest entlang einer vertikalen und/oder horizontalen Achse verfahrbaren Schlitten gehalten. Die Vorrichtung kann ferner einen Hubmechanismus aufweisen, um das Trägerelement 1 anzuheben und mit dem Dichtungselement 3 in Kontakt zu bringen. In einer Modifikation ist das Dichtungselement 3 entlang einer vertikalen Achse bewegbar.
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Ferner befindet sich am Haubenelement 2 ein Anschluss 4 zur Zuführung eines Schaummaterials. Am Anschluss 4 ist im Betrieb der Vorrichtung ein Schlauch oder Rohr angeschlossen, durch das das Schaummaterial gefördert wird, so dass das Schaummaterial durch eine Öffnung des Haubenelements 2, die in vertikaler Richtung nach unten weist, austritt.
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Gemäß eines beispielhaften Verfahrens kann die Herstellung des mit Schaummaterial zu füllenden Mauersteins 100 wie folgt durchgeführt werden.
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Zunächst wird der Mauerstein 100 derart auf das Trägerelement 1 aufgelegt, dass die Hohlkammern 101 des Mauersteins 100 entsprechend den Öffnungen 1a im Trägerelement 1 angeordnet sind. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel entspricht die Anzahl der Öffnungen 1a dabei der Anzahl der Hohlkammern 101 im Mauerstein 100. Gemäß einer weiteren Zielrichtung können mehrere Öffnungen pro Hohlkammer 101 vorgesehen sein, insbesondere wenn eine Hohlkammer einen vergleichsweise großen Querschnitt aufweist.
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Der Mauerstein 100 wird auf dem Trägerelement 1 aufgebracht, und das Trägerelement 1 auf einen Fördermechanismus, beispielsweise ein Förderband (nicht dargestellt), aufgelegt, so dass das Trägerelement 1 mit dem Mauerstein 100 in Richtung des Haubenelements 2 bewegt wird.
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Nachfolgend wird das Haubenelement 2 derart in den Bereich der Oberseite des Mauersteins 100 verfahren, dass die Dichtung 3 die Oberseite des Mauersteins abdichtet. Hierbei kann zur Positionierung des Haubenelements 100 durch einen Drucksensor eine Kraft ermittelt werden, mit der das Haubenelement 2 gegen den Mauerstein 100 gedrückt wird.
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Eine Zuführeinrichtung (nicht dargestellt), beispielsweise eine Förderpumpe, führt nunmehr das Schaummaterial über den Anschluss 4 dem Haubenelement 2 zu, sodass das Schaummaterial nach Austritt aus dem Haubenelement 2 in eine durch das Haubenelement 2, das Dichtungselement 3 sowie die Oberseite des Mauersteins 100 begrenzten Hohlraum eintritt und in die Hohlkammern 101 des Mauersteins 100 gelangt. Die in den Hohlkammern 101 befindliche Luft kann dabei durch die Öffnung 1a im Trägerelement 1 entweichen. Das Schaummaterial selbst weist jedoch eine derartige Struktur auf, dass das Schaummaterial nicht durch die Öffnungen 1a hindurchtritt. Somit werden die Hohlkammern 101 mit Schaummaterial gefüllt. Der Füllvorgang wird gestoppt, wenn eine gemessene Füllmenge erreicht ist, oder das Schaummaterial auf Grund des ansteigenden Drucks durch eine oder mehrere Öffnungen 101a gepresst wird.
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Ist der Füllvorgang abgeschlossen, wird das Haubenelement 2 sowie das Dichtungselement 3 von der Oberseite des Mauersteins entfernt. Eine vollständige Aushärtung des in den Mauerstein 100 eingebrachten Schaummaterials findet hiernach in einem Ruhebereich der Fertigungsanlage statt. Der Mauerstein verbleibt bei diesem Aushärteprozess auf dem Trägerelement 1. Nachdem das Schaummaterial zumindest teilweise ausgehärtet ist, wird der Mauerstein vom Trägerelement 1 entnommen.
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Da das Schaummaterial über einen zwischen dem Haubenelement 2 und der Oberseite des Mauersteins 100 ausgebildeten Hohlraum eingeführt wird, verbleibt nach Entfernen des Haubenelements 2 und des Dichtelements 3 vom Mauerstein 100 ein über die Oberseite des Mauersteins 100 überstehender Rest des Schaummaterials. Das an der Oberseite des Mauersteins 100 überstehende Schaummaterial wird entweder im noch nicht vollständig ausgehärteten Zustand oder im ausgehärteten Zustand entfernt, insbesondere abgeschabt oder abgebürstet. Während einer ersten Phase des Aushärtungsprozesses dient der überstehende Rest des Schaummaterials jedoch auch zum Ausgleich eines möglichen Schrumpfungsprozesses, so dass sichergestellt werden kann, dass auch nach dem Aushärten des Schaummaterials keine oder lediglich unwesentliche Hohlräume im Bereich der Oberseite des Mauersteins vorliegen.
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Das bei der Fertigung des Mauersteins 100 verwendete Trägerelement 1 kann nachfolgend für einen neuen Mauerstein zum Einsatz kommen, der eine entsprechende Anzahl und Anordnung von Hohlkammern aufweist.
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Obwohl die Ausführungsform beispielhaft einen Füllvorgang für einen Mauerstein 100 beschreibt, können gemäß weiterer Ausführungsform mehrere Mauersteine von einem Trägerelement aufgenommen und mit einem Schaummaterial gefüllt werden. Entsprechend sind mehrere Haubenelemente 2 vorgesehen, die jedem der Mauersteine zugeordnet sind. Die Haubenelemente können einzeln verfahren werden, oder die Haubenelemente sind an einem gemeinsamen Schlitten angeordnet oder zu einer Baugruppe zusammengefasst, sodass eine gemeinsame Verfahrbewegung ermöglicht wird.
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Beispielsweise können auf einem Trägerelement 8 Ziegel mit einer Breite von 36cm angeordnet sein. Nach dem Aushärten des Schaummaterials kann das Trägerelement 8 wiederverwendet werden.
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Eine bevorzugte Anwendung der Ausführungsform liegt im Bereich der Verarbeitung von Ziegelsteinen, die vor Befüllen mit einem Schaummaterial geformt wurden. Allerdings können mit der beschriebenen Vorrichtung und dem genannten Verfahren auch andere Mauersteine mit Schaummaterial gefüllt werden.
