DE102020120895A1 - Shaped body and method for producing a shaped body - Google Patents
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Abstract
Formkörper (1), umfassend eine erste Komponente aus einem zementbasierten Verbundwerkstoff (3), wobei die erste Komponente einen schichtweisen Aufbau mit mindestens zwei Schichten (2) aufweist, eine zweite Komponente aus einer Bewehrungsstruktur (4), eingebunden in der ersten Komponente, wobei die zweite Komponente aus jeweils mindestens einer Faser oder mindestens einem Draht (5) pro Schicht besteht, wobei der mindestens eine Draht oder die mindestens eine Faser mindestens eine Schlaufe (6) aufweist, die in jeweils eine unmittelbar zur Schicht angrenzende zweite Schicht hineinragt und dort die Schlaufe von einer weiteren Faser oder einem weiteren Draht mindestens einmal durchdrungen wird.Shaped body (1), comprising a first component made of a cement-based composite material (3), the first component having a layered structure with at least two layers (2), a second component made of a reinforcement structure (4), integrated in the first component, wherein the second component consists of at least one fiber or at least one wire (5) per layer, the at least one wire or the at least one fiber having at least one loop (6) which protrudes into a second layer directly adjacent to the layer and there the loop is penetrated at least once by another fiber or wire.
Description
Die Erfindung betrifft einen Formkörper und ein Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers gemäß dem ersten bzw. dem achten Patentanspruch.The invention relates to a shaped body and a method for producing a shaped body according to the first and eighth patent claims.
Der vorgenannte Formkörper umfasst eine erste Komponente aus einem zementbasierten Verbundwerkstoff, vorzugsweise Beton, sowie eine zweite Komponente aus einer Bewehrungsstruktur, vorzugsweise einem Baustahl, eingebunden in der ersten Komponente. Derartige Formkörper finden ihre Verwendung in Betonfertigteilen, Bauwerken sowie in sonstigen Bewehrungsbehafteten Betonkonstruktionen und sind seit langer Zeit allgemeiner Stand der Technik. Herkömmliche Verfahren zur Herstellung eines solchen Formkörpers nutzen eine Gießform oder Verschalung, in die zunächst die Bewehrungsstruktur eingelegt wird, die wiederum im Anschluss daran mit dem zementbasierten Verbundwerkstoff ausgegossen wird und in der Gießform oder Verschalung unter Einbindung der Bewehrungsstruktur aushärtet.The aforementioned shaped body comprises a first component made of a cement-based composite material, preferably concrete, and a second component made of a reinforcement structure, preferably structural steel, incorporated in the first component. Such moldings are used in prefabricated concrete parts, buildings and other concrete structures with reinforcement and have been the general state of the art for a long time. Conventional methods for producing such a shaped body use a casting mold or formwork, into which the reinforcement structure is first placed, which in turn is then filled with the cement-based composite material and hardens in the casting mold or formwork, incorporating the reinforcement structure.
Vergleichsweise neu sind Technologien zur additiven Fertigung derartiger Formkörper. Hierzu werden Betonkomponenten oder Bauwerkteile schichtweise aufgebaut, wobei ein vorgemischter Betonwerkstoff mittels einer Betondruckmaschine entlang einer Druckroute auf einer vorangegangenen Schicht aufgebracht wird und auf dieser abbindet. Die Betondruckmaschine umfasst eine Betoninjektionseinheit. Die erste Schicht eines additiven Fertigungsvorgangs wird entweder auf einem Fundament oder einem anderen Substrat, an der sich die erste Schicht anbindet (z.B. im Hausbau), oder auf einer Bodenplatte, ohne erforderliche Anbindung an die erste Schicht (z.B. bei einer industriellen Herstellung von Fertigbauteilen aus Beton), aufgetragen. Die Druckroute wird bis zu einer Fertigstellung des Formkörpers in der Regel mehrfach abgefahren, wobei die Höhe der Betoninjektionseinheit mit zunehmendem Fortschritt so nachgefahren wird, dass möglichst ein gleichbleibender Abstand zu der zu bedruckenden vorangegangenen Schicht eingehalten wird. Eine mittels Betondruck additiv aufgetragene Schicht bindet vorzugsweise vor dem Auftragen von folgenden Schichten ab, vorzugsweise härtet sie auch aus. Sie unterscheidet sich insbesondere darin vom herkömmlichen Betonguss. Mit der Betoninjektionseinheit mitgeführte Verschaltungselemente sind optional und insbesondere bei der additiven Fertigung von in ihrer lateralen Ausdehnung exakt begrenzten Formkörpern wie Wände, Brüstungen oder Fertigbauteilen sinnvoll. Sobald der aufgetragene Beton abbindet, werden diese entfernt oder entsprechend der Druckrichtung weitergeschoben.Technologies for the additive manufacturing of such shaped bodies are comparatively new. For this purpose, concrete components or building parts are built up in layers, with a pre-mixed concrete material being applied to a preceding layer by means of a concrete printing machine along a printing route and setting on this. The concrete printing machine includes a concrete injection unit. The first layer of an additive manufacturing operation is placed either on a foundation or other substrate to which the first layer will bond (e.g. in house construction) or on a floor slab, with no required bonding to the first layer (e.g. in industrial fabrication of prefabricated components from concrete), applied. The printing route is usually traversed several times until the shaped body is completed, with the height of the concrete injection unit being tracked as progress is made in such a way that the distance from the previous layer to be printed is kept as constant as possible. A layer applied additively by means of concrete pressure preferably sets before the application of subsequent layers, and preferably it also hardens. It differs in this respect in particular from conventional cast concrete. Connection elements carried along with the concrete injection unit are optional and particularly useful in the additive manufacturing of shaped bodies with precisely limited lateral expansion such as walls, parapets or prefabricated components. As soon as the applied concrete sets, these are removed or pushed further according to the direction of pressure.
Die Betondruckmaschine mit Betoninjektionseinheit wird in einem mobilen Einsatz vorzugsweise durch eine mobile Betonpumpe gebildet, mit der Beton vom Betonmischer direkt zur Verwendungsstelle gepumpt wird. Sie umfasst in der Regel eine Betonquelle für die Bereitstellung und Pumpen des Betons sowie eine bewegliche Rohrleitung. Der Austritt der Rohrleitung wird über eine Manipulatoranordnung direkt über die Injektionsstelle positioniert oder bewegt. Bei einer additiven Fertigung mit Beton wird die Injektionsstelle seriell über die Druckroute geführt, was besondere Anforderungen hinsichtlich der Präzision erfordert. In der
Als Bewehrung für Betondruck dienen bekannte Bewehrungslagen (Matten oder Stangen), die vor jeder Herstellung einer neuen Schicht auf den Untergrund, d.h. entweder auf die vorangegangene Schicht oder dem zu beschichtenden Untergrund eingelegt und vorzugsweise jeweils von dieser neuen Schicht eingebunden werden.Known reinforcement layers (mats or rods) are used as reinforcement for concrete pressure, which are laid on the substrate, i.e. either on the previous layer or the substrate to be coated, before each production of a new layer and preferably bound by this new layer.
In der
Auch in der
Auch in der
Davon ausgehend liegt eine Aufgabe der Erfindung darin, einen mittels Betondruck herstellbaren Formkörper mit einer Bewehrung mit verbesserten Eigenschaften vorzuschlagen. Insbesondere sollen sich dabei die Bewehrung über mehrere Schichten erstrecken und sich durch eine verbesserte formschlüssige Einbindung in den Beton auszeichnen.Proceeding from this, an object of the invention is to propose a shaped body that can be produced by means of concrete pressure and has a reinforcement with improved properties. In particular, the reinforcement should extend over several layers and be characterized by an improved form-fitting integration into the concrete.
Weiterhin soll ein Verfahren zur Herstellung des Formkörpers mit dieser Bewehrung vorgeschlagen werden.Furthermore, a method for producing the shaped body with this reinforcement is to be proposed.
Die Aufgabe wird mit einem Formkörper und einem Verfahren gemäß dem Anspruch 1 bzw. 8 gelöst. Hierauf rückbezogene Unteransprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen wieder.The object is achieved with a shaped body and a method according to
Der Grundgedanke der Lösung besteht darin, in einem vorzugsweise schichtweise weiter bevorzugt im 3D Druckverfahren herstellbaren Formkörper eine die jeweils benachbarten Schichten überbrückende Bewehrungsstruktur mit schichtweise eingebundenen Bewehrungselementen so einzubinden, dass die Bewehrungselemente ineinandergreifen, sich verhaken oder miteinander verwoben sind. Der Formkörper wird schichtweise aufgebaut, wobei die Bewehrungselemente der Bewehrungsstruktur mit den Schichten aufgesetzt und eingebunden werden. Die Bewehrungselemente einer Schicht bilden vorzugsweise einen Bewehrungsstrang. Ein Teil der Bewehrungsstruktur einer Schicht ragt nach der Einbindung in diese Schicht in den Bereich der nachfolgend aufzutragenden Schicht ein. Nach Auftragen einer Schicht exponieren sich dann diese Teile der Bewehrungsstruktur über die Schichtoberfläche (zugleich die Auflagefläche für die nachfolgende Schicht), sodass sie durch die Bewehrungselemente der nachfolgenden Schicht aufgenommen werden und mit diesen formschlüssig verbindbar sind, vorzugsweise mittels Einhaken oder Verwebung. Auf diese Weise steht in vorteilhafter Weise eine Bewehrungsstruktur mit ineinandergreifenden Bewehrungselementen über alle Schichten im Formkörper hinweg.The basic idea of the solution is to integrate a reinforcement structure that bridges the respective adjacent layers with reinforcement elements integrated in layers into a shaped body that can preferably be produced in layers, more preferably in a 3D printing process, in such a way that the reinforcement elements interlock, hook or are woven together. The shaped body is built up in layers, with the reinforcement elements of the reinforcement structure being placed and integrated with the layers. The reinforcement elements of a layer preferably form a reinforcement strand. A part of the reinforcement structure of a layer protrudes into the area of the layer to be applied after it has been integrated into this layer. After a layer has been applied, these parts of the reinforcement structure are then exposed over the layer surface (at the same time the bearing surface for the subsequent layer), so that they are absorbed by the reinforcement elements of the subsequent layer and can be positively connected to them, preferably by means of hooking or weaving. In this way, a reinforcement structure with interlocking reinforcement elements advantageously extends over all layers in the molded body.
Die Lösung der Aufgabe basiert folglich auf einem Formkörper, umfassend eine erste Komponente aus einem zementbasierten Verbundwerkstoff, wobei die erste Komponente einen schichtweisen Aufbau mit mindestens zwei Schichten aufweist, sowie eine zweite Komponente aus einer Bewehrungsstruktur, eingebunden in der ersten Komponente, wobei die zweite Komponente aus jeweils mindestens einer Faser oder mindestens einem Draht pro Schicht besteht. Die mindestens zwei Schichten umfassen eine erste Schicht und eine auf der ersten Schicht aufgetragenen zweiten Schicht.The solution to the problem is therefore based on a molded body comprising a first component made of a cement-based composite material, the first component having a layered structure with at least two layers, and a second component made of a reinforcement structure, integrated in the first component, the second component consists of at least one fiber or at least one wire per layer. The at least two layers include a first layer and a second layer coated on the first layer.
Der schichtweise Aufbau des Formkörpers entspricht vorzugsweise dem schichtbaren Aufbau eines 3D-Betondruckes.The layered structure of the shaped body preferably corresponds to the layered structure of a 3D concrete print.
Ein Merkmal der Lösung basiert darin, dass der mindestens eine Draht oder die mindestens eine Faser als Bewehrungselement in der ersten Schicht eingebunden ist, dabei aber teilweise, vorzugsweise als mindestens eine Schlaufe, in die jeweils unmittelbar zu einer ersten Schicht angrenzenden (und nachfolgend aufgetragenen) zweiten Schicht hineinragt und dort die Schlaufe von einer mindestens einer weiteren Faser oder einem weiteren Draht mindestens einmal durchdrungen wird.A feature of the solution is that the at least one wire or at least one fiber is integrated as a reinforcement element in the first layer, but partially, preferably as at least one loop, in the immediately adjacent to a first layer (and subsequently applied) protrudes into the second layer and there the loop is penetrated at least once by at least one further fiber or one further wire.
Vorzugsweise wird eine über eine Schichtoberfläche exponierte Schlaufe von der mindestens einen Faser oder dem mindestens einen Draht des Bewehrungselements der nachfolgenden (zweiten) Schicht genau zweimal unter Ausformung einer weiteren Schlaufe durchdrungen. Diese weitere Schlaufe erstreckt sich somit durch die vorgenannte exponierte Schlaufe hindurch und aus der Schichtoberfläche der vorgenannten nachfolgenden zweiten Schicht hinaus. Sie bildet dann wiederum eine aus der zweiten Schicht exponierte Schlaufe in vorgenannter Weise und damit einen Ankerpunkt für ein Bewehrungselement einer über der nachfolgenden zweiten Schicht aufgetragenen weiteren Schicht.Preferably, a loop exposed over a layer surface is penetrated exactly twice by the at least one fiber or the at least one wire of the reinforcement element of the subsequent (second) layer, forming a further loop. This further loop thus extends through said exposed loop and out of the layer surface of said subsequent second layer. It then in turn forms a loop exposed from the second layer in the aforementioned manner and thus an anchor point for a reinforcement element of a further layer applied over the subsequent second layer.
Der zementbasierte Verbundwerkstoff ist vorzugsweise ein druckfähiger Beton, vorzugsweise ein schnell erstarrender Beton mit einem an herkömmlichen Betonwerkstoffen angelehnten mechanischen Eigenschaftsprofil, der sich aber weiter bevorzugt durch eine gute Pumpbarkeit, lange Konsistenzerhaltung, hohe Thixotropie und eine schnelle Erstarrung auszeichnet. Wesentlich ist insbesondere eine schnell erreichbare hohe Grünstandfestigkeit des Frischbetons, die für eine schnelle Formstabilität des Betons nach dem Druck und vor dem Aushärten verantwortlich ist. Diese darf jedoch die Verarbeitbarkeit und Pumpbarkeit im frischen Zustand nicht zu sehr einschränken. Eine hohe Grünstandfestigkeit erhält man vorzugsweise durch die Verwendung von gebrochenen (anstatt z.B. gemahlenen) Zuschlagsstoffen, einen erhöhten Anteil an Abbindebeschleunigern und Stabilisatoren und einem sparsameren Gebrauch von Fließmitteln im Frischbeton (jeweils gegenüber herkömmlichem Beton). Einen nicht unerheblichen Beitrag bietet auch das Zusammenspiel der beiden vorgenannten Komponenten des Formkörpers, d.h. insbesondere wie gut und schnell sich besonders die festen Zuschlagsstoffe im Frischbeton mit der zweiten Komponente (formschlüssig) verhaken bzw. (stoffschlüssig) verbinden.The cement-based composite material is preferably a pressure-capable concrete, preferably a rapidly setting concrete with a profile of mechanical properties similar to that of conventional concrete materials, but which is more preferably characterized by good pumpability, long retention of consistency, high thixotropy and rapid setting. It is particularly important that the green strength of the fresh concrete can be quickly achieved, which is responsible for the rapid dimensional stability of the concrete after it has been printed and before it hardens. However, this must not affect the processability and pumpability in the fresh state very restrict. A high level of green strength is preferably obtained by using crushed (instead of, for example, ground) aggregates, a higher proportion of setting accelerators and stabilizers and a more economical use of superplasticizers in the fresh concrete (compared to conventional concrete in each case). The interaction of the two aforementioned components of the shaped body also makes a not inconsiderable contribution, ie in particular how well and quickly the solid aggregates in the fresh concrete interlock (positively) with the second component or (materially) connect.
Die mindestens eine Faser oder dieser mindestens eine Draht umfassen im Rahmen der Erfindung auch eine einzelne Faser oder Draht, Bündel oder Litzen aus mehreren Fasern und/oder Drähten sowie auch Geflechte oder Gewebematten aus mehreren Fasern und/oder Drähten. Vorzugsweise liegen die mindestens eine Faser oder der mindestens eine Draht der zweiten Komponente als mindestens eine Litze vor. Die mindestens eine Faser oder der mindestens eine Draht sind vorzugsweise verzweigungslos, was insbesondere das vorgenannte Einziehen einer Draht- oder Faserschlaufe in eine vorhandene aus einer Schichtoberfläche exponierten Schlaufe erheblich erleichtert.Within the scope of the invention, the at least one fiber or this at least one wire also includes a single fiber or wire, bundles or strands made from a number of fibers and/or wires as well as braids or woven mats made from a number of fibers and/or wires. The at least one fiber or the at least one wire of the second component is preferably present as at least one strand. The at least one fiber or the at least one wire is preferably branch-free, which in particular considerably facilitates the aforementioned pulling of a wire or fiber loop into an existing loop exposed from a layer surface.
Vorzugsweise weist jede der mindestens einen Faser oder des mindestens einen Drahts mindestens eine Schlaufe auf, die in vorgenannter Weise von der dem mindestens einem Bewehrungselement der jeweils nachfolgend aufgetragenen Schicht in vorgenannter Weise aufgreifbar und anbindbar ist. Die Bewehrungselemente einer Schicht bilden einen Bewehrungsstrang, der den Formkörper über die Erstreckung der den Bewehrungsstrang (außer den exponierten Schlaufen oder anderen exponierten nicht in der jeweiligen Schicht eingebundenen Teilen der Bewehrung) umhüllenden Schicht weiter bevorzugt vollständig durchdringt.Each of the at least one fiber or the at least one wire preferably has at least one loop which can be gripped and connected in the aforementioned manner by the at least one reinforcement element of the respectively subsequently applied layer. The reinforcement elements of a layer form a reinforcement strand which, more preferably, completely penetrates the shaped body over the extent of the layer encasing the reinforcement strand (apart from the exposed loops or other exposed parts of the reinforcement that are not integrated in the respective layer).
Vorzugsweise werden die Schichten linienförmig aufgetragen, wobei ein einzelner Draht oder eine einzelne Faser oder eine einzelne Draht- oder Faserlitze oder ein einzelner Draht- oder Faserbündel als Bewehrungselement und Bewehrungsstrang pro Schicht vorgesehen ist. Der Bewehrungsstrang wird dabei vor dem Drucken der einbindenden Schicht über die Druckoberfläche positioniert und die dort vorhandenen exponierten Schlaufen unter Bildung von neuen Schlaufen gebogen und/oder gezogen und in einem weiteren Schritt durch die erste Komponente aus einem zementbasierten Verbundwerkstoff mit dem Drucken eingebunden. Vorzugsweise wird der Bewehrungsstrang beispielsweise als Meterware von der Rolle oder von der Stange bereitgestellt und vorzugsweise unmittelbar vor Abschluss des Drucks einer Schicht abgelängt, sodass das Ende des Bewehrungsstrangs noch von der Schicht vorzugsweise vollständig eingebunden wird.The layers are preferably applied in a line, with a single wire or a single fiber or a single wire or fiber strand or a single wire or fiber bundle being provided as the reinforcement element and reinforcement strand per layer. The reinforcement strand is positioned over the printing surface before the binding layer is printed and the exposed loops present there are bent and/or pulled to form new loops and bound in a further step by the first component made of a cement-based composite material with the printing. The reinforcement strand is preferably provided, for example, by the meter from the roll or from the bar and is preferably cut to length immediately before the end of the printing of a layer, so that the end of the reinforcement strand is preferably completely bound by the layer.
In einer Startschicht, d.h. in einer zuerst gedruckten vorzugsweise untersten Schicht eines Formkörpers ragen mangels einer darunterliegenden zuvor gedruckten Schicht mit Bewehrung keine Laschen in den Druckbereich, die von dem Bewehrungsstrunk erfassbar und anbindbar sein könnten. Dagegen werden aber dennoch vorzugsweise in den Bewehrungsstrang oder die Bewehrungselemente der Startschicht Schlaufen oder andere aus der Schicht exponierenden Teile der Bewehrung vorgesehen, die von Bewehrungselementen nachfolgend aufgedruckten Schicht aufgenommen werden.In a starting layer, i.e. in a first printed, preferably bottom layer of a shaped body, due to the lack of a previously printed layer with reinforcement underneath, no tabs protrude into the print area that could be grasped and connected by the reinforcement shank. On the other hand, however, loops or other parts of the reinforcement that are exposed from the layer are preferably provided in the reinforcement strand or the reinforcement elements of the starting layer, which are accommodated by reinforcement elements of the subsequently printed layer.
Ebenfalls wird bei abschließenden gedruckten Deckschichten eines Formkörpers auf die über die Deckschicht hinausragende Teile der Bewehrung verzichtet.Likewise, in the case of final printed cover layers of a shaped body, the parts of the reinforcement protruding beyond the cover layer are dispensed with.
Ein Bewehrungsstrang oder Bewehrungselemente einer gedruckten Schicht erstrecken sich über die Schicht und vorzugsweise nur eine benachbarte Schicht, nämlich die nachfolgend aufgetragene Schicht. Dies gilt vorzugsweise für alle Schichten, ausgenommen der vorgenannten Deckschicht.A reinforcement strand or reinforcement elements of a printed layer extends over the layer and preferably only an adjacent layer, namely the subsequently applied layer. This preferably applies to all layers, with the exception of the aforementioned top layer.
Die Schichten des Formkörpers sind vorzugsweise eben. Die Schichten des Formkörpers sind vorzugsweise parallel zueinander angeordnet. Vorzugsweise erstrecken sich zumindest ein Teil der Schichten, vorzugsweise alle Schichten lateral über den jeweiligen gesamten Querschnitt des Formkörpers.The layers of the shaped body are preferably flat. The layers of the shaped body are preferably arranged parallel to one another. At least some of the layers, preferably all of the layers, preferably extend laterally over the respective entire cross section of the shaped body.
Die Lösung der Aufgabe basiert auch auf einem Verfahren zur Herstellung eines vorgenannten Formkörpers, umfassend die folgenden Verfahrensschritte:
- - Bereitstellung eines zementbasierten Verbundwerkstoffs und einer 3D-Betondruckmaschine hierfür sowie mindestens einer Faser oder mindestens einem Draht wie vorgenannt definiert und eines mechanischen Manipulators hierfür.
- - Ausrichten der 3D-Betondruckmaschine auf eine erste Druckroute. Hier wird vorzugsweise ein Startpunkt an einem Ende der zu druckenden Schicht angefahren. Bei breiten Schichten (Schicht ist lateral breiter als die sog. Druckraupe, d.h. eine Drucklage, in ihrer Breite erstreckend um eine Druckroute) werden vorzugsweise mehrere Druckrouten parallel vorgesehen. Alternativ erstreckt sich eine Druckroute in zwei lateralen Freiheitsgraden wie z.B. schlangenförmig über ein Hin- und Herleiten oder in einer meanderförmigen Ausgestaltung über die gesamte laterale Ausdehnung der breiten Schicht.
- - Einlegen und Ausrichten zumindest einer ersten der mindestens einen Faser oder des mindestens einen Drahts entlang der (ersten) Druckroute. Die erfolgt vorzugsweise vor Beginn des Druckes, wobei die Ausrichtung, insbesondere das Biegen und Einhängen der Schlaufen weiter bevorzugt wie nachfolgend beschrieben erst unmittelbar vor dem Druckvorgang durch den Manipulator erfolgt.
- - Drucken einer ersten Schicht aus dem zementbasierten Verbundwerkstoff mit der 3D-Betondruckmaschine entlang der ersten Druckroute, wobei der (mit den Druckraupen) gedruckte zementbasierte Verbundwerkstoff die mindestens eine erste Faser oder den mindestens einen ersten Draht zumindest teilweise mit einschließt, zuvor an mindestens einer Stelle durch den Manipulator mindestens eine erste Schlaufe in die mindestens eine erste Faser oder des mindestens einen ersten Draht eingebogen wird und die mindestens eine erste Schlaufe zumindest teilweise aus dem gedruckten zementbasierten Verbundwerkstoff hinausragt.
- - Provision of a cement-based composite material and a 3D concrete printing machine therefor and at least one fiber or at least one wire as defined above and a mechanical manipulator therefor.
- - Aligning the 3D concrete printing machine to a first print route. A starting point at one end of the layer to be printed is preferably approached here. In the case of wide layers (layer is laterally wider than what is known as the printing bead, ie a printing layer extending in width around a printing route), a plurality of printing routes are preferably provided in parallel. Alternatively, a pressure route extends in two lateral degrees of freedom, such as, for example, in a serpentine manner via back and forth routing or in a meandering configuration via the total lateral extent of the broad layer.
- - Inserting and aligning at least a first of the at least one fiber or the at least one wire along the (first) printing route. This preferably takes place before the start of printing, with the alignment, in particular the bending and hanging in of the loops more preferably, as described below, only taking place immediately before the printing process by the manipulator.
- - Printing a first layer of the cement-based composite material with the 3D concrete printing machine along the first printing route, wherein the cement-based composite material printed (with the printing beads) at least partially includes the at least one first fiber or the at least one first wire, previously at least one location at least one first loop is bent into the at least one first fiber or the at least one first wire by the manipulator and the at least one first loop protrudes at least partially from the printed cement-based composite material.
Ferner werden weitere nachgelagerte Verfahrensschritte vorgeschlagen. Eine bevorzugte Verfahrensgestaltung sieht eine Wiederholung dieser nachfolgend subsumierten Verfahrensschritte vor, wobei die erste Schicht, die erste Druckroute sowie die ersten Schlaufen durch die zuvor angeordnete Schicht, die zuvor angeordneten Druckroute bzw. die zuvor angeordneten Schlaufen ersetzt werden:
- - Ausrichten der 3D-Betondruckmaschine auf eine zweite Druckroute über der ersten Schicht an der mindestens einen ersten Schlaufe vorbei. Die Druckrouten sind folglich so vorzusehen, dass die auf diese nachfolgend ausgerichteten Bewehrungselemente, d.h. der mindestens einen Faser oder des mindestens einen Drahts, an den unter der darunter liegenden Schicht exponierten Schlaufen vorbeigeführt werden.
- - Einlegen und Ausrichten einer nächst folgenden der mindestens einen Faser oder des nächst folgenden mindestens einen Drahts entlang der zweiten Druckroute, an vorzugsweise allen an den unter der darunter liegenden Schicht exponierten Schlaufen vorbei.
- - Drucken einer nächst folgenden Schicht aus dem zementbasierten Verbundwerkstoff mit der 3D-Betondruckmaschine auf die erste Schicht entlang der nächst folgenden Druckroute (oder Druckrouten), wobei der gedruckte zementbasierte Verbundwerkstoff (d.h. die Druckraupe) die nächst folgende der mindestens einen Faser oder den nächst folgenden mindestens einen Draht zumindest teilweise mit einschließt, wobei jene bzw. jener zuvor durch jede erste Schlaufe mit dem Manipulator die nächst folgende der mindestens einen Faser oder den nächst folgenden mindestens einen Draht unter Bildung jeweils einer nächst folgenden Schlaufe eingezogen wird und wobei die mindestens eine nächst folgenden Schlaufe zumindest teilweise aus dem gedruckten zementbasierten Verbundwerkstoff der nächst folgenden Schicht hinausragt. Es entsteht somit eine neue Schichtoberfläche mit exponierten Schlaufen, geeignet für die mechanische Anbindung von Bewehrungselementen der nachfolgend aufdruckbaren Schicht.
- - Aligning the 3D concrete printing machine to a second printing route over the first layer past the at least one first loop. Consequently, the pressure routes are to be provided in such a way that the reinforcement elements which are subsequently aligned thereon, ie the at least one fiber or the at least one wire, are guided past the loops exposed under the underlying layer.
- - Laying in and aligning a next following one of the at least one fiber or wire along the second printing route, preferably past all the loops exposed under the underlying layer.
- - Printing a next following layer of the cement-based composite material with the 3D concrete printing machine onto the first layer along the next following printing route (or printing routes), whereby the printed cement-based composite material (i.e. the printing bead) is the next following one of the at least one fiber or fibers at least partially encloses at least one wire, with the former pulling the next following one of the at least one fiber or the next following at least one wire through each first loop with the manipulator, each forming a next following loop, and wherein the at least one next following loop protrudes at least partially from the printed cement-based composite material of the next following layer. This creates a new layer surface with exposed loops, suitable for the mechanical connection of reinforcement elements of the subsequently printable layer.
Vorzugsweise verlaufen bei den genannten Verfahren die erste und nächstfolgende Druckroute jeweils parallel übereinander.In the methods mentioned, the first and next printing route preferably run parallel one above the other.
Vorzugsweise werden für Verfahren die mindestens eine erste Faser oder den mindestens einen ersten Draht als endlose Faser, Draht oder Litze bereitgestellt und nach einem Druckvorgang, d.h. bei Erreichen eines Druckroutenendes zu Prozesszwecken abgelängt.For processes, the at least one first fiber or the at least one first wire is preferably provided as a continuous fiber, wire or strand and is cut to length for process purposes after a printing process, i.e. when the end of a printing route is reached.
Wie zuvor beschrieben, müssen beim Druck einer Startschicht, d.h. in einer zuerst gedruckten vorzugsweise untersten Schicht eines Formkörpers, mangels deren Existenz keine exponierten Schlaufen eingebunden werden. Insofern entfällt hier beim Drucken der Startschicht das Einfädeln der mindestens einen Faser oder des mindestens einen Drahts durch die Schlaufe, nicht aber die Bildung mindestens einer neuen Schlaufe aus den genannten Draht oder Faser durch den Manipulator, die dann aus der gedruckten Startschicht exponierend für die Anbindung einer nachfolgend aufgedruckten Schicht zur Verfügung steht.As described above, when printing a starting layer, i.e. in a preferably lowermost layer of a shaped body that is printed first, no exposed loops have to be integrated because they do not exist. In this respect, when printing the start layer, there is no need to thread the at least one fiber or at least one wire through the loop, but not the formation of at least one new loop from the wire or fiber mentioned by the manipulator, which is then exposed from the printed start layer for the connection a subsequently printed layer is available.
Ebenso wird beim Druck einer abschließenden gedruckten Deckschicht der Ausbildung von über die Deckschicht hinausragenden Teilen der Bewehrung, d.h. der Schlaufen verzichtet. Vorzugsweise werden diese zwar durch den Manipulator beim Einfädeln in die aus der vorangegangenen Schicht exponierten Schlaufen aus der mindestens eine erste Faser oder des mindestens einen ersten Drahts gebogen, aber anschließend vollständig in der Deckschicht eingebunden.Likewise, when printing a final printed cover layer, the formation of parts of the reinforcement that protrude beyond the cover layer, i.e. the loops, is dispensed with. Although these are preferably bent by the manipulator during threading into the loops of the at least one first fiber or the at least one first wire exposed from the previous layer, they are then completely integrated in the cover layer.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels, den folgenden Figuren und Beschreibungen näher erläutert. Alle dargestellten Merkmale und deren Kombinationen sind nicht nur auf diese Ausführungsbeispiele und deren Ausgestaltungen begrenzt. Vielmehr sollen diese stellvertretend für weitere mögliche, aber nicht explizit als Ausführungsbeispiele dargestellte weitere Ausgestaltungen kombinierbar angesehen werden. Es zeigen
-
1a und b schematische Ansichten zur Veranschaulichung der Struktur des Formköpers und des Verfahrens anhand eines Ausschnitts aus dem Formkörper über drei übereinander angeordneten Schichten, -
2 einen Querschnitt der in1a und b dargestellten Ausschnitte zusammen mit einer Betoninjektionseinheit einer 3D-Betondurckmaschine sowie -
3a und b beispielhafte Querschnitte einer Startschicht (a) und einer Deckschicht eines Formkörpers.
-
1a and b schematic views to illustrate the structure of the shaped body and the method using a section from the shaped body over three layers arranged one on top of the other, -
2 a cross section of the in1a and b shown excerpts together with a concrete injection unit of a 3D concrete pressure machine and -
3a and b exemplary cross sections of a starting layer (a) and a cover layer of a shaped body.
Der Formkörper 1 umfasst im in
Die Schichten bestehen aus einem zementbasierten Verbundwerkstoff 3, im Beispiel ein 3D druckfähiger Beton, als erste Komponente sowie einer Bewehrungsstruktur 4 als zweite Komponente, eingebunden in der ersten Komponente. Die zweite Komponente besteht im Beispiel aus einem Draht 5 pro Schicht. Die erste Komponente der Schichten sind zu besseren Sichtbarkeit der darin eingebundenen Bewehrungsstruktur in den
Die Drähte 5 weisen im dargestellten Ausschnitt jeweils drei eingebogene Schlaufen 6 auf, die durch die Schichtoberfläche 9 einer jeden Schicht hindurch in die jeweils unmittelbar zur Schicht angrenzenden weiteren Schicht, im Beispiel in die jeweils nach oben angrenzenden Schicht, hineinragen und dort von jeweils einer Schlaufe des Drahts der Bewehrung dieser weiteren Schicht mindestens einmal durchdrungen wird. Dieser Aufbau wiederholt sich bis zur Deckschicht, wobei die Schlaufen der Bewehrung der Deckschicht nicht aus der Deckschicht hinausragen, sondern vorzugsweise durch die Deckschicht vollständig eingebunden sind (vgl.
Weiterhin sind in
Die Führungsgabel 7 wird von oben über den noch nicht in den zementbasierten Verbundwerkstoff eingebundenen Draht 5 der Bewehrung geschoben und fixiert oder führt ihn auf über der darunter angeordneten Schichtoberfläche 9 entlang einer vorgebbaren Druckroute. Wie in
Mit keiner Figur explizit dargestellt, aber im Rahmen der Erfindung befindend, ist eine Ausführungsform, bei denen mehr als mehr als eine Faser oder ein Draht pro Schicht vorzugsweise parallel nebeneinander angeordnet sind. Diese Ausgestaltung der Schicht ist vorzugsweise so breit, dass sie mit einer einzelnen Faser oder einem einzelnen Draht nicht zufriedenstellend bewehrbar ist. Zur Herstellung der Schicht bedarf es entweder eines breiteren Drucks auf einer Druckroute oder mehrere Druckschritte auf mehrere Druckrouten vorzugsweise parallel zueinander. Vorzugsweise sind die Fasern oder Drähte von benachbarten Schichten direkt übereinander angeordnet. Die vorgenannten Schlaufen werden wie zuvor genannt bei der Herstellung vorzugsweise durch eine bestehende Schlaufe hindurchgezogen und in mindestens eine Richtung ausgerichtet. Sie sind dann so ausgebildet, dass sie in vorgenannter Art ineinandergreifen und eine Ausgangspunkt für mindestens eine nachfolgende Schlaufe bilden, und zwar für die Ausführungsform in folgenden speziellen Ausgestaltungen:
- - Eine Schlaufe einer Schicht wird (nach oben hin orientiert) durch die Faser oder Draht eingebunden, der oder die unmittelbar darüber in der darüber angeordneten Schicht vorgesehen ist (vgl.
1a ,1b und2 ). - - Eine Schlaufe einer Schicht wird durch die Faser oder Draht eingebunden, der oder die zwar darüber, aber versetzt (d.h. diagonal) in der darüber angeordneten Schicht vorgesehen ist.
- - Eine Schlaufe einer Schicht wird (seitlich) in die benachbarte Schlaufe der benachbarten Faser oder Draht derselben Schicht eingebogen. Dies bietet sich insbesondere bei der Deckschicht (vgl.
3b) an, bei der grundsätzlich alle Schlaufen flach zu einer benachbarten Schlaufe hin biegbar sind. - - Eine Schlaufe wird von mehreren benachbarten Schlaufen angebunden, wobei die Schlaufe zunächst in eine erste benachbarte Schlaufe (z.B. nach oben, diagonal oder seitlich, wie zuvor genannt) und von dort zurück zum Ausgangspunkt und von dort oder direkt von der ersten Schlaufe in eine andere Richtung in eine zweite Schlaufe eingebogen wird.
- - A loop of a layer is bound (oriented upwards) by the fiber or wire provided immediately above it in the layer above (cf.
1a ,1b and2 ). - A loop of a layer is bound by the fiber or wire provided above but offset (ie diagonally) in the layer above.
- - A loop of one layer is bent (laterally) into the adjacent loop of the adjacent fiber or wire of the same layer. This is particularly useful for the top layer (cf.
3b) in which, in principle, all loops can be bent flat to an adjacent loop. - - A loop is tied off from several adjacent loops, the loop first going into a first adjacent loop (e.g. up, diagonally or sideways as mentioned before) and from there back to the starting point and from there or directly from the first loop into another Direction is bent into a second loop.
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Formkörpermolding
- 22
- Schichtlayer
- 33
- zementbasierter Verbundwerkstoffcement-based composite material
- 44
- Bewehrungsstrukturreinforcement structure
- 55
- Drahtwire
- 66
- Schlaufeloop
- 77
- Führungsgabelguide fork
- 88th
- Ziehhakenpulling hook
- 99
- Schichtoberflächelayer surface
- 1010
- Betoninjektionseinheitconcrete injection unit
- 1111
- Neue SchlaufeNew loop
- 1212
- zu druckende Schichtlayer to be printed
- 1313
- nächst folgende Schlaufenext loop
- 1414
- frisch aufgetragener Betonfreshly laid concrete
- 1515
- Startschichtstarting shift
- 1616
- Bodenflächefloor space
- 1717
- Deckschichttop layer
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- DE 202019004672 U1 [0004]DE 202019004672 U1 [0004]
- WO 2019/092178 A1 [0006, 0007]WO 2019/092178 A1 [0006, 0007]
- WO 2019/092162 A1 [0008]WO 2019/092162 A1 [0008]
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