DE102021116332A1

DE102021116332A1 - Glättvorrichtung und Verfahren zum Glätten eines Betonbauteils

Info

Publication number: DE102021116332A1
Application number: DE102021116332.3A
Authority: DE
Inventors: Roman Gerbers; Hendrik Lindemann; Anke Lauber; Stefan Hain
Original assignee: Aeditive GmbH
Current assignee: Aeditive GmbH
Priority date: 2021-06-24
Filing date: 2021-06-24
Publication date: 2022-12-29
Also published as: WO2022268262A2; WO2022268262A3; EP4359184A2; CN117561150A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Glättvorrichtung (100, 200) zum Glätten eines Betonbauteils (1), umfassend eine Primärschneide (104, 204, 204', 204'', 204''') zum Abtrennen einer Betonschicht von dem Betonbauteil, eine Rotationsachse (102, 202), und eine zu der Rotationsachse (102, 202) orthogonal ausgerichtete Glättfläche (106, 206) zum flächigen Kontaktieren einer durch das Abtrennen ausgebildeten Schnittfläche des Betonbauteils (1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Glättvorrichtung und ein Verfahren zum Glätten eines nicht ausgehärteten Betonbauteils sowie ein Glättsystem.
Glättvorrichtungen und entsprechende Verfahren sind grundsätzlich bekannt. Insbesondere generativ hergestellte Betonbauteile weisen aufgrund des lagenbasierten Aufbaus im Wesentlichen keine glatte oder ebene Oberfläche auf. Insbesondere bei dem Einsatz von generativen Verfahren mit großer Strukturbreite, wie beispielsweise dem Spritzbetonverfahren, besteht das Problem, dass die gewünschte Bauteilkontur lediglich angenähert wird. Dies wird insbesondere dadurch bedingt, dass entweder zu wenig oder zu viel Material an einzelnen Abschnitten des Betonbauteils vorliegt.
Die Herstellung von Betonbauteilen mit dem Spritzbetonverfahren zeichnet sich darüber hinaus durch einen Eintrag von Luftdruck und durch Rückpralleffekte aus, sodass die Oberfläche des derart hergestellten Betonbauteils eine geringe Form und Maßgenauigkeit aufweist und in der Regel ein unästhetisches Oberflächenbild darbietet.
Um entsprechend hochwertige Betonbauteile herzustellen, werden derart hergestellte Betonbauteile geglättet. Bei dem Glätten von Beton können die Grobzuschläge bei dem Kontakt mit einer Glättvorrichtung ausbrechen und die Erzeugung einer gleichmäßig geglätteten Oberfläche erschweren oder verhindern. Bei dem Glätten von dreidimensionalen Bauteilen ist ferner zu berücksichtigen, dass scharfkantige Strukturen lediglich mit einem hohen Aufwand erzeugbar und diese üblicherweise manuell nachzuarbeiten sind. Insbesondere bei dem automatisierten Glätten brechen scharfkantige Strukturen häufig heraus oder Restmaterial verbleibt an der Kante beziehungsweise wird dort verschmiert.
Eine Möglichkeit zur Glättung von Betonbauteilen besteht in der Anwendung von manuell geführten Glättvorrichtungen, wie beispielsweise einer Glättkelle, einem Betonflügelglätter oder einem Aufsitzglättgerät. Mit diesen Glättvorrichtungen ist die erreichbare Oberflächengüte des geglätteten Betonbauteils abhängig vom Geschick des Bedieners. Ferner ist die Anwendung dieser Glättvorrichtungen im Wesentlichen auf plane Flächen beschränkt.
Die Anwendung von Fräsverfahren ist in der Regel auf die Bearbeitung von ausgehärteten Betonbauteilen beschränkt und führt zum Ausbrechen von Gesteinskörnern, sodass die zu erzeugende Oberflächengüte eingeschränkt ist. Betonreibscheiben sind zur Glättung von planen Oberflächen ausgebildet, wobei keine oder lediglich bedingte Beeinflussung von Bauteilabmessungen möglich ist. Darüber hinaus ist die Bearbeitungsgeschwindigkeit eingeschränkt, da hohe Drehzahlen zu einem hohen Temperatureintrag führen, der in einer unerwünschten Verfärbung der Betonoberfläche resultieren kann. Ferner können Betonflügelglätter zum Glätten eingesetzt werden. Die mit einem Betonflügelglätter erzeugte Oberflächengüte erfüllt keine hohen Anforderungen. Ferner können Bauteilabmessungen nicht oder lediglich eingeschränkt beeinflusst werden, da mit dem Betonflügelglätter nur eingeschränkt Material abtragbar ist.
Es hat sich gezeigt, dass die üblichen, bei der Herstellung von Betonbauteilen eingesetzten Glättvorrichtungen nicht oder lediglich eingeschränkt zur Bearbeitung von generativ hergestellten Betonbauteilen geeignet sind. Insbesondere durch das Ausbrechen von Gesteinskörnern und von Kanten sowie den geringen Materialabtrag sind diese nicht oder lediglich bedingt geeignet.
Es ist eine Anforderung der Industrie, Betonbauteile automatisiert zu fertigen. Insbesondere die zunehmende Individualisierung von Betonbauteilen erfordert den Einsatz von flexiblen Verfahren. Ferner ist es eine Anforderung, dass Betonbauteile ohne manuellen Nachbearbeitungsaufwand, automatisiert hergestellt werden.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Glättvorrichtung und ein Verfahren zum Glätten eines Betonbauteils sowie ein Glättsystem bereitzustellen, die einen oder mehrere der genannten Nachteile vermindern oder beseitigen. Es ist insbesondere eine Aufgabe der Erfindung, eine Lösung bereitzustellen, die eine automatisierte Herstellung von Betonbauteilen ermöglicht.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Glättvorrichtung und einem Verfahren nach den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Aspekte sind in den jeweiligen abhängigen Patentansprüchen angegeben. Die in den Patentansprüchen und der Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale sind in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
Gemäß einem ersten Aspekt wird die Aufgabe gelöst durch eine Glättvorrichtung zum Glätten eines Betonbauteils, insbesondere eines nicht ausgehärteten Betonbauteils, insbesondere eines generativ hergestellten Betonbauteils, vorzugsweise eines mit einem Spritzbetonverfahren hergestellten Betonbauteils, umfassend eine Primärschneide zum Abtrennen einer Betonschicht von dem Betonbauteil, eine Rotationsachse und eine zu der Rotationsachse orthogonal ausgerichtete Glättfläche zum flächigen Kontaktieren einer durch das Abtrennen ausgebildeten Schnittfläche des Betonbauteils.
Der Erfindung liegt unter anderem die Erkenntnis zugrunde, dass mit den bekannten scheibenförmigen Glättelementen ausschließlich flächige Bauteiloberflächen geglättet werden können und somit keine effektive Glättung eines dreidimensional ausgebildeten Betonbauteils möglich ist. Durch die grobe, oberflächennahe Betonbauteilstruktur ist eine Glättung mittels Rotation und den bekannten Normalkräften nicht zielführend. Die Erfinder haben herausgefunden, dass durch ein Abtrennen einer Betonschicht von dem Betonbauteil mit der Primärschneide und eine im Wesentlichen zeitgleiche Glättung der Schnittfläche mit der Glättfläche eine vorteilhafte Glättung ermöglicht wird. Die dadurch entstehende Oberfläche wird im Wesentlichen nicht von der groben Betonbauteilstruktur, die durch das generative Verfahren bedingt ist, beeinflusst. Ferner ist die Qualität der Oberfläche unabhängig von der Größe der eingesetzten Gesteinskörner, da diese durch die Primärschneide entweder in den Beton hineingedrückt oder aus dem Beton herausgetrennt werden.
Die Glättvorrichtung weist die Primärschneide zum Abtrennen der Betonschicht von dem Betonbauteil auf. Die Primärschneide ist angeordnet und ausgebildet, um Beton, insbesondere nicht ausgehärteten Beton, zu durchtrennen. Unter einem nicht ausgehärteten Beton wird insbesondere ein Beton verstanden, bei dem die Hydratationsreaktionen des Bindemittels nicht vollständig abgeschlossen sind. Ein solcher Beton kann beispielsweise ein zähes Materialverhalten aufweisen. Ferner kann unter einem nicht ausgehärteten Beton verstanden werden, dass dieser lediglich eine Grünstandfestigkeit aufweist. In einem solchen Zustand wird der Beton auch als grüner Beton bezeichnet.
Die Primärschneide kann scharf oder stumpf ausgebildet sein. Ein Primärschneidenwinkel der Primärschneide kann beispielsweise zwischen 20° und 180° betragen. Die Primärschneide ist vorzugsweise entlang eines Umfangs der Glättvorrichtung angeordnet. Die Primärschneide kann beispielsweise orthogonal zur Rotationsachse eine kreisförmige Kontur aufweisen.
Die Glättvorrichtung weist darüber hinaus die Rotationsachse auf. Die Glättvorrichtung ist vorzugsweise um die Rotationsachse rotierbar ausgebildet. Darüber hinaus ist es bevorzugt, dass die Glättvorrichtung im Wesentlichen rotationssymmetrisch um die Rotationsachse ausgebildet ist. Die Primärschneide weist vorzugsweise eine Haupterstreckungsrichtung auf, die im Wesentlichen orthogonal zu der Rotationsachse ausgerichtet ist. Die Haupterstreckungsrichtung der Primärschneide kann auch kurvenförmig, beispielweise kreisförmig ausgebildet sein.
Die Glättvorrichtung erstreckt sich in Richtung der Rotationsachse vorzugsweise von einem proximalen Ende zu einem distalen Ende. Das distale Ende ist im Betrieb der Glättvorrichtung insbesondere das Ende, das dem zu bearbeitenden Betonbauteil zugewandt ist. Das proximale Ende ist vorzugsweise das im Betrieb einer Handhabungsvorrichtung zugewandte Ende der Glättvorrichtung.
Die Glättvorrichtung weist darüber hinaus die Glättfläche auf. Die Glättfläche ist vorzugsweise am distalen Ende der Glättvorrichtung angeordnet. Die Glättfläche ist orthogonal zu der Rotationsachse ausgerichtet. Dies bedeutet insbesondere, dass eine Glättflächenorthogonale der Glättfläche und die Rotationsachse einen Kippwinkel einschließen, der kleiner 30°, kleiner 20°, kleiner 10°, kleiner 5°, kleiner 2°, kleiner 0,5° und insbesondere 0° beträgt.
Die Glättfläche ist zum flächigen Kontaktieren der durch das Abtrennen ausgebildeten Schnittfläche des Betonbauteils ausgebildet. Wenn die Glättvorrichtung in das Betonbauteil einfährt und eine Betonschicht mit der Primärschneide abgetrennt wird, entsteht eine Schnittfläche an der Seite des Betonbauteils, an der die Betonschicht abgetrennt ist. Durch die Glättfläche wird diese Schnittfläche flächig kontaktiert, sodass diese geglättet wird.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante der Glättvorrichtung ist vorgesehen, dass die Glättfläche und die Primärschneide derart angeordnet und ausgebildet sind, dass in einer Vorschubrichtung zunächst die Primärschneide die Betonschicht abtrennt und anschließend die Glättfläche die Schnittfläche kontaktiert. Die Vorschubrichtung ist insbesondere die Richtung, mit der die Glättvorrichtung entlang einer Bearbeitungsbahn bewegt wird, beispielsweise mit einer geraden Bewegung. Durch eine derartige Anordnung der Primärschneide und der Glättfläche wird in vorteilhafter Weise die Erzeugung einer Oberfläche eines Betonbauteils mit einer hohen Oberflächengüte ermöglicht. Insbesondere durch das zeitnahe Schneiden und Glätten werden vorteilhafte Eigenschaften der Oberfläche erreicht.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsvariante der Glättvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Glättfläche und die Primärschneide an einem Glättkörper angeordnet sind, wobei vorzugsweise der Glättkörper kreisringförmig und/oder flügelförmig ausgebildet ist.
Bei einem kreisringförmigen Glättkörper ist es bevorzugt, dass die Primärschneide an einem äußeren Umfang des kreisringförmigen Glättkörpers angeordnet ist. Ferner ist es bei einem kreisringförmigen Glättkörper bevorzugt, dass die Glättfläche an einer flächigen Seite des Glättkörpers, insbesondere einer Unterseite, angeordnet ist. Bei einem flügelförmigen Glättkörper ist es bevorzugt, dass die Primärschneide entlang eines äußeren Umfangs des flügelförmigen Glättkörpers angeordnet ist. Die Glättfläche ist vorzugsweise an einer Seite, insbesondere einer Unterseite, des Glättkörpers angeordnet. Der flügelförmige Glättkörper ist vorzugsweise zwei-, drei-, vier- oder mehrflügelig ausgebildet. Kreisringförmige und flügelförmige Glättkörper haben gegenüber geschlossenen Glättscheiben den Vorteil, dass weniger Reibungsenergie in das Betonbauteil eingebracht wird und somit eine bessere Oberflächengüte erzeugbar ist.
Eine bevorzugte Fortbildung der Glättvorrichtung zeichnet sich ferner dadurch aus, dass die Primärschneide an einer Stirnseite der Glättvorrichtung, insbesondere des Glättkörpers, ausgebildet ist und vorzugsweise durch eine Neigung der Stirnseite und/oder eines Stirnseitenabschnitts der Stirnseite zur Rotationsachse ausgebildet ist. Eine Ausbildung der Primärschneide an der Stirnseite bedeutet auch, dass die Primärschneide durch die Stirnseite als solche ausgebildet ist.
Die Stirnseite kann unterschiedliche, vorteilhafte Ausgestaltungen aufweisen. Beispielsweise kann die Stirnseite eine Oberflächenorthogonale aufweisen, die im Wesentlichen orthogonal zur Rotationsachse ausgerichtet ist. Darüber hinaus kann die Stirnseite geneigt zu der Rotationsachse ausgebildet sein. Beispielsweise kann es bevorzugt sein, dass die Oberflächenorthogonale der Stirnseite und die Rotationsachse von der Glättfläche aus betrachtet einen Winkel von < 90° einschließen, sodass Gesteinskörner bei dem Bewegen der Glättvorrichtung in das Betonbauteil hineingedrückt werden. Darüber hinaus kann es bevorzugt sein, dass der im Vorherigen genannte Winkel > 90° beträgt, sodass Gesteinskörner insbesondere aus der Schnittfläche herausgelöst werden.
Es ist darüber hinaus bevorzugt, dass die Primärschneide in Richtung der Rotationsachse von der Glättfläche beabstandet ist. In Richtung der Rotationsachse von der Glättfläche beabstandet, bedeutet insbesondere, dass die Primärschneide von dem distalen Ende der Glättvorrichtung eine größere Beabstandung aufweist als die Glättfläche von dem distalen Ende, wobei die Glättfläche das distale Ende vorzugsweise ausbildet. Durch eine derartige Anordnung der Glättfläche und der Primärschneide wird das Kontaktieren von Gesteinskörnern in vorteilhafter Weise beeinflusst.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsvariante der Glättvorrichtung umfasst einen Entsorgungsabschnitt, der vorzugsweise als eine Spannut ausgebildet ist, der zumindest abschnittsweise zwischen der Primärschneide und der Rotationsachse angeordnet ist. Eine Glättvorrichtung mit Entsorgungsabschnitten hat den Vorteil, dass die abgetrennte Betonschicht in vorteilhafterweise vom Betonbauteil beispielsweise mittels Sekundärschneiden entfernt werden kann.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsvariante der Glättvorrichtung umfasst mindestens einen Schmiermittelzulauf zur Führung eines Schmiermittels zur Glättfläche. Das Schmiermittel kann beispielsweise Wasser oder Betonnachbehandlungsmittel sein. Durch den Schmiermittelzulauf kann Schmiermittel zur Glättfläche gelangen, sodass die Oberflächenqualität durch die Zuführung von Schmiermittel weiter verbesserbar ist.
Die Zuführung des Schmiermittels kann mit oder ohne Druckluft erfolgen. Der Einsatz von Druckluft ermöglicht eine Zerstäubung des Schmiermittels und somit auch den Einsatz von geringen Mengen, die gezielt auftragbar sind.
Das Schmiermittel verbessert die Oberflächengüte insbesondere dadurch, dass eine Schmierschicht aus Zementleim und Schmiermittel entsteht, welche zum einen zu einer glatteren Oberfläche führt und zum anderen eine Verbesserung bei dem Schließen von Fehlstellen beziehungsweise Löchern bewirkt. Zudem verhindert das Schmiermittel, dass zu viel Reibungswärme entsteht und sich die Oberfläche des Betonbauteils verfärbt. Dies ermöglicht zudem höhere Drehzahlen und Vorschübe und somit eine Verbesserung der Produktivität, da die Zeit zur Herstellung eines Betonbauteils reduziert wird.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsvariante der Glättvorrichtung umfasst eine Sekundärschneide zur Durchtrennung der von dem Betonbauteil abgetrennten Betonschicht auf einer der Glättfläche abgewandten Trennseite, insbesondere der Glättvorrichtung.
Die Betonschicht wird mittels der Primärschneide abgetrennt. Die Betonschicht liegt nach dem Abtrennen auf der Glättvorrichtung auf. Bei einer entsprechenden Zähigkeit des Betonbauteils verbleibt die abgetrennte Betonschicht integral und behindert somit die weitere Bearbeitung. Mittels der Sekundärschneide wird die Betonschicht durchtrennt, sodass insbesondere sukzessive Betonschichtabschnitte gebildet und durch die rotatorische Bewegung der Glättvorrichtung entsorgt werden. Durch die Sekundärschneide wird somit ein gleichmäßiger Prozess ermöglicht, der weniger zufällige Fehlereinflüsse aufweist.
Es ist bevorzugt, dass die Sekundärschneide in Richtung der Rotationsachse eine größere Beabstandung von der Glättfläche als die Primärschneide aufweist. Somit ist sichergestellt, dass die Betonschicht mit einer hohen Prozesssicherheit nach der Abtrennung durch die Sekundärschneide durchtrennt wird. Eine Haupterstreckungsrichtung der Sekundärschneide ist vorzugsweise orthogonal zu der Rotationsachse und/oder orthogonal zu der Haupterstreckungsrichtung der Primärschneide ausgerichtet.
Eine bevorzugte Fortbildung der Glättvorrichtung umfasst einen flügelförmigen Schneidkörper, der auf einer der Glättfläche abgewandten Seite des Glättkörpers angeordnet ist und die Sekundärschneide aufweist. Der flügelförmige Schneidkörper kann die Sekundärschneide ausbilden. Ein zwei- oder mehrflügeliger Schneidkörper bildet in vorteilhafter Weise die Sekundärschneide entlang eines Umfangs der Glättvorrichtung aus, sodass die abgetrennte Betonschicht in gleichmäßigen Zeitabständen durchtrennt wird.
Es ist insbesondere bevorzugt, dass der Glättkörper ringförmig und der Schneidkörper flügelförmig ausgebildet sind.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsvariante der Glättvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass der Glättkörper die Glättfläche, die Primärschneide und die Sekundärschneide aufweist. Durch einen derartig ausgebildeten Glättkörper wird ein einfacher Aufbau der Glättvorrichtung ermöglicht. Es ist insbesondere bevorzugt, dass der Glättkörper flügelförmig ausgebildet ist. Bei einem derartigen Glättkörper weist die Primärschneide vorzugsweise eine flügelförmige Kontur auf, da diese insbesondere entlang eines äußeren Umfangs des flügelförmigen Glättkörpers angeordnet ist. Darüber hinaus ist es bevorzugt, dass der Glättkörper einstückig ausgebildet ist.
Eine weitere bevorzugte Fortbildung der Glättvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass der Glättkörper derart ausgebildet ist, dass die Glättfläche austauschbar ist. Beispielsweise kann der Glättkörper eine austauschbare Glätteinheit umfassend die Glättfläche und/oder die Primärschneide bzw. die Primärschneiden aufweisen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der Glättvorrichtung ist vorgesehen, dass der flügelförmige Glättkörper vier Flügelelemente mit jeweils einer Primärschneide aufweist, sich zwei erste Flügelelemente in eine erste Flügelrichtung und zwei zweite Flügelelemente in eine orthogonal zur ersten Flügelrichtung ausgerichtete zweite Flügelrichtung erstrecken.
Eine derartig vierflügelig ausgebildete Glättvorrichtung hat überraschenderweise zu vorteilhaft ausgebildeten Betonbauteilen geführt. Insbesondere konnte die Oberflächengüte weiter gesteigert werden.
Es ist ferner bevorzugt, dass die Sekundärschneiden der ersten Flügelelemente entlang einer ersten Schneidlinie angeordnet sind und/oder die Sekundärschneiden der zweiten Flügelelemente entlang einer zweiten Schneidlinie angeordnet sind. Mit derartig angeordneten Sekundärschneiden kann ein homogener Prozess eingerichtet werden.
Es ist ferner bevorzugt, dass die erste Schneidlinie und die zweite Schneidlinie orthogonal zueinander und/oder jeweils orthogonal zu der Rotationsachse ausgerichtet sind. Diese Anordnung führt bei dem Betrieb der Glättvorrichtung zu einem gleichmäßigen Prozess.
Es ist darüber hinaus bevorzugt, dass die Glättvorrichtung einen koaxial zur Rotationsachse angeordneten Aufnahmezapfen aufweist. Der Aufnahmezapfen kann beispielsweise zur Kopplung mit einer Handhabungseinheit, beispielsweise einem Roboter, genutzt werden. Der Aufnahmezapfen weist vorzugsweise eine Fluidführung zur Zuführung eines Schmiermittels auf. Diese Zuführung ist vorzugsweise mit dem Schmiermittelzulauf fluidisch gekoppelt.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsvariante der Glättvorrichtung umfasst eine Freifläche, die auf der Trennseite, insbesondere der Glättvorrichtung, angeordnet ist, wobei vorzugsweise die Freifläche durch den Glättkörper und/oder durch den Schneidkörper ausgebildet ist. Es ist bevorzugt, dass die Sekundärschneide angrenzend an die Freifläche derart angeordnet ist, dass durch eine Rotation und eine Bewegung der Glättvorrichtung in eine Vorschubrichtung auf der Freifläche befindliches Material zu der Sekundärschneide gelangt. Durch die Freifläche ist in vorteilhafter Weise die Betonschicht der Sekundärschneide zuführbar, sodass diese durch die Sekundärschneide in vorteilhafter Weise zertrennbar ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird die eingangs genannte Aufgabe gelöst durch ein Glättsystem zum Glätten eines Betonbauteils, umfassend eine Glättvorrichtung nach einer der im Vorherigen beschriebenen Ausführungsvarianten und eine Handhabungsvorrichtung, insbesondere ein Roboter, beispielsweise ein Knickarmroboter, zum rotatorischen und/oder translatorischen Bewegen der Glättvorrichtung, wobei die Glättvorrichtung mit der Handhabungsvorrichtung mechanisch gekoppelt ist.
Die Handhabungsvorrichtung ist vorzugsweise eingerichtet, um die Glättvorrichtung rotatorisch um die Rotationsachse anzutreiben und/oder zu bewegen. Die Handhabungsvorrichtung umfasst vorzugsweise einen Antrieb, insbesondere eine angetriebene Spindel, zum rotatorischen Antrieb der Glättvorrichtung. Ferner ist die Handhabungsvorrichtung vorzugsweise eingerichtet, um Schmiermittel zur Glättvorrichtung zu führen.
Ferner ist es bevorzugt, dass das Glättsystem zwei oder mehr Glättvorrichtungen aufweist, um unterschiedliche Bearbeitungsanforderungen zu erfüllen. Die Handhabungsvorrichtung weist vorzugsweise eine frequenzgeregelte Spindel auf, um die Drehzahl an eine spezifische Bearbeitungsaufgabe anpassen zu können. Beispielsweise werden hohe Drehzahlen für hohe Materialabtragraten eingestellt und geringe Drehzahlen für hohe Oberflächenqualitäten. Die Spindel weist vorzugsweise eine Drehdurchführung auf, durch die das Schmiermittel über innenliegende Fluidkanäle zu der Glättvorrichtung führbar ist. Darüber hinaus ist es bevorzugt, dass die Handhabungsvorrichtung eine Kraftmomentensensorik aufweist, mit der die Glättvorrichtung kraftgeregelt führbar ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird die eingangs genannte Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Glätten eines Betonbauteils, insbesondere eines nicht ausgehärteten Betonbauteils, insbesondere eines generativ hergestellten Betonbauteils, vorzugsweise eines mit einem Spritzbetonverfahren hergestellten Betonbauteils, umfassend die Schritte: Abtrennen einer Betonschicht von dem Betonbauteil, insbesondere mit einer Glättvorrichtung nach einer der im Vorherigen beschriebenen Ausführungsvarianten, und zeitparalleles Glätten einer durch das Abtrennen ausgebildeten Schnittfläche an dem Betonbauteil, insbesondere mit einer Glättvorrichtung nach einer der im Vorherigen beschriebenen Ausführungsvarianten.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante des Verfahrens umfasst dieses den Schritt: Zerteilen, insbesondere Schneiden, der abgetrennten Betonschicht mit einer Sekundärschneide.
Darüber hinaus ist es bevorzugt, dass das Verfahren den Schritt umfasst: Herauslösen und/oder Eindrücken von aus der Schnittfläche herausragenden Gesteinskörnern.
Ferner ist es bevorzugt, dass das Abtrennen und/oder Glätten zunächst von einer ersten Kante des Betonbauteils ausgehend mit einer ersten Vorschubrichtung erfolgt, wobei dieses Abtrennen und/oder Glätten vor einer der ersten Kante gegenüberliegend angeordneten zweiten Kante des Betonbauteils unterbrochen wird, und anschließend von der zweiten Kante ausgehend das Abtrennen und das Glätten mit einer der ersten Vorschubrichtung entgegengesetzt gerichteten, zweiten Vorschubbewegung fortgesetzt wird. Es ist bevorzugt, dass die so hergestellte Fläche anschließend erneut geglättet wird.
In einer weiteren bevorzugten Fortbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Betonbauteil Kanten, seitliche, vertikal ausgerichtete Flächen und eine obere, horizontale Fläche aufweist, umfassend die Schritte: gewinkeltes Abtrennen und Glätten der Kanten des Betonbauteils, Abtrennen und Glätten der seitlichen Flächen, Abtrennen und Glätten der oberen Fläche und Glätten der Kanten, wobei die Schritte in dieser Reihenfolge erfolgen. Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass mit einer derartigen Reihenfolge ein hochwertiges Betonbauteil herstellbar ist.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsvariante des Verfahrens umfasst den Schritt: Zustellen und erstes Nachglätten sowie anschließendes zweites Nachglätten im Wesentlichen ohne Zustellen. Das Zustellen betrifft insbesondere das Zustellen einer Glättvorrichtung hin zu dem Betonbauteil. Darüber hinaus ist es bevorzugt, dass die Kanten gewinkelt zu die Kanten ausbildenden Flächen geschnitten werden.
Eine weitere bevorzugte Fortbildung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass zunächst die Kanten geschnitten werden, anschließend an vertikal ausgerichteten, seitlichen Flächen die Betonschicht abgetrennt und die Schnittfläche geglättet wird, anschließend an einer horizontal ausgerichteten, oberen Fläche die Betonschicht abgetrennt und die Schnittfläche geglättet wird und anschließend die Kanten geglättet werden. Ferner kann es bevorzugt sein, dass die Schnittfläche bzw. die Schnittflächen nach dem Glätten strukturiert wird bzw. werden. Eine strukturierte Schnittfläche kann beispielsweise eine Besenstrichgeometrie oder eine Holzstrukturgeometrie aufweisen.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass das Glätten kraftmomentengeregelt erfolgt. Ferner kann vor und/oder während des Glättens Schmiermittel auf die Schnittfläche aufgetragen wird. Darüber hinaus ist es bevorzugt, dass das Glätten mit einer Glättvorrichtung, insbesondere einer Glättvorrichtung nach einer der im Vorherigen beschriebenen Ausführungsvarianten durchgeführt wird, wobei eine Drehzahl der Glättvorrichtung variiert wird.
Für weitere Vorteile, Ausführungsvarianten und Ausführungsdetails der weiteren Aspekte und ihrer möglichen Fortbildungen wird auch auf die zuvor erfolgte Beschreibung zu den entsprechenden Merkmalen und Fortbildungen der Glättvorrichtung verwiesen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden exemplarisch anhand der beiliegenden Figuren erläutert. Es zeigen:

1: eine schematische, dreidimensionale Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform einer Glättvorrichtung;
2: eine schematische, dreidimensionale Ansicht der in 1 gezeigten Glättvorrichtung;
3: eine schematische, zweidimensionale Ansicht der in 1 gezeigten Glättvorrichtung;
4: eine schematische, dreidimensionale Ansicht einer weiteren beispielhaften Ausführungsform einer Glättvorrichtung;
5: eine schematische, zweidimensionale Ansicht der in 4 gezeigten Glättvorrichtung;
6: eine schematische, zweidimensionale Ansicht der in 4 gezeigten Glättvorrichtung;
7: eine schematische zweidimensionale Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform eines Glättsystems; und
8: ein schematisches Verfahren.

In den Figuren sind gleiche oder im Wesentlichen funktionsgleiche beziehungsweise -ähnliche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Die in den 1 - 3 gezeigte Glättvorrichtung 100 weist eine Rotationsachse 102 auf, um die die Glättvorrichtung 100 im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet ist. Die Glättvorrichtung 100 weist darüber hinaus einen ringförmigen Glättkörper 108 auf, an dessen äußerem Umfang eine Primärschneide 104 ausgebildet ist. Darüber hinaus bildet der Glättkörper 108 die Glättfläche 106 aus, die im Betrieb der Glättvorrichtung 100 eine Schnittfläche 4 flächig kontaktiert. Insbesondere in der 2 ist der Schneidkörper 110 der Glättvorrichtung 100 gezeigt, der die Sekundärschneide 122 ausbildet. Der Schneidkörper 110 ist flügelförmig ausgebildet. Durch die Anordnung des derart ausgebildeten Schneidkörpers 110 an dem Glättkörper 108 werden die Entsorgungsabschnitte 114 - 120 ausgebildet.
Darüber hinaus bildet der Glättkörper 108 zwischen den Flügeln des Schneidkörpers 110 Freiflächen 124 aus. Von den Freiflächen 124 wird die abgetrennte Betonschicht zu den Sekundärschneiden 122 geführt und dort getrennt. Des Weiteren weist die Glättvorrichtung 100 einen Aufnahmezapfen 126 zur Kopplung mit einer Handhabungsvorrichtung auf.
In 3 ist die Glättvorrichtung 100 darüber hinaus im Betrieb dargestellt. Die Glättvorrichtung 100 wird in Vorschubrichtung V derart durch ein Betonbauteil 1 geführt, dass eine Betonschicht 2 abgetrennt wird, sodass eine Schnittfläche 4 am Betonbauteil ausgebildet wird. Die noch nicht hergestellte Schnittfläche 4 ist gestrichelt dargestellt. Die Betonschicht 2 wird mit der Primärschneide 104 abgetrennt. Die Primärschneide 104 wird durch einen Stirnseitenabschnitt der Stirnseite 128 des Glättkörpers 108 ausgebildet. Die abgetrennte Betonschicht 2 befindet sich unmittelbar nach dem Abtrennen auf der Trennseite 130 der Glättvorrichtung 100. Dort wird die Betonschicht 2 zu den Sekundärschneiden 122 geführt und von diesen kontinuierlich abgetrennt, sodass die Betonschicht 2 in einzelne Stücke getrennt und somit abführbar ist.
4 zeigt eine zweite Ausführungsvariante der Glättvorrichtung 200. Die Glättvorrichtung 200 weist in analoger Weise eine Rotationsachse 202 auf. Der Glättkörper 208 der Glättvorrichtung 200 weist eine Glättfläche 206 auf. Der Glättkörper 208 bildet darüber hinaus insgesamt vier Primärschneiden 204, 204', 204'', 204''' aus. Die Primärschneiden 204, 204', 204'', 204''' sind an den zwei ersten Flügelelementen 230, 232 und den zwei zweiten Flügelelementen 234, 236 angeordnet. Darüber hinaus ist aus der 5 ersichtlich, dass die Flügelelemente 230 - 236 insgesamt vier Sekundärschneiden 222, 222', 222', 222''' aufweisen. Darüber hinaus sind die Freiflächen 224, 224', 224'', 224''' an den Flügelelementen 230 - 236 vorgesehen. Der Glättkörper 208 und der Schneidkörper 210 sind integral ausgebildet. An dem Aufnahmezapfen 226 ist darüber hinaus ein Schmiermittelzulauf 212 angeordnet.
Die Entsorgungsabschnitte 214 - 220 werden durch die Geometrie der Glättvorrichtung 200 ausgebildet. Die in 6 gezeigte Stirnfläche 228 der Glättvorrichtung 200 ist derart ausgebildet, dass aus der Schnittfläche 4 herausragende Gesteinskörner in die Schnittfläche 4 hineingedrückt werden. Eine Flächenorthogonale der Stirnfläche 228 schließt von der Glättfläche 206 ausgehend mit der Rotationsachse 202 einen Winkel von < 90° ein.
In 7 ist ein Glättsystem 238 gezeigt, das eine Glättvorrichtung 200 und eine Handhabungsvorrichtung 240 umfasst, wobei die Glättvorrichtung 200 mit der Handhabungsvorrichtung 240 mechanisch gekoppelt ist, insbesondere derart, dass die Glättvorrichtung 200 um die Rotationsachse 202 rotatorisch von der Handhabungsvorrichtung 240 angetrieben wird.
In 8 ist ein schematisches Verfahren gezeigt. In Schritt 300 wird eine Betonschicht 2 von dem Betonbauteil 1 mit einer Primärschneide 104, 204, 204', 204'', 204''' abgetrennt. Der Schritt 302 findet im Wesentlichen zeitparallel zu dem Schritt 300 statt, in dem zeitparallel eine durch das Abtrennen ausgebildete Schnittfläche 4 an dem Betonbauteil 1 mit einer Glättfläche 106, 206 zeitparallel geglättet wird. In Schritt 304 wird die abgetrennte Betonschicht 2 mit einer Sekundärschneide 122, 222, 222', 222', 222''' zerteilt, insbesondere geschnitten. Zeitparallel dazu werden darüber hinaus von aus der Schnittfläche 4 herausragende Gesteinskörner herausgelöst oder eingedrückt.
Mit der im Vorherigen beschriebenen Glättvorrichtung 100, 200 wird ein Betonbauteil 1 in vorteilhafter Weise herstellbar. Insbesondere ist dieses mit einer hohen Oberflächengüte herstellbar, da mit der Glättvorrichtung 100, 102 durch die Kombination aus einer Schichtabtragung und einer Glättung eine überraschend gute Oberfläche herstellbar ist. Durch die integrale Kombination einer Glättfläche 106,206 mit einer Primärschneide 104, 204, 204', 204'', 204''' und einer Sekundärschneide 122, 222, 222', 222', 222''' wird ein homogener Prozess zur Herstellung hoher Oberflächengüten ermöglicht.
Bezugszeichenliste

1: Betonbauteil
2: Betonschicht
4: Schnittfläche
100: Glättvorrichtung
102: Rotationsachse
104: Primärschneide
106: Glättfläche
108: Glättkörper
110: Schneidkörper
112: Schmiermittelzulauf
114: Entsorgungsabschnitt
116: Entsorgungsabschnitt
118: Entsorgungsabschnitt
120: Entsorgungsabschnitt
122: Sekundärschneide
124: Freifläche
126: Aufnahmezapfen
128: Stirnseite
130: Trennseite
200: Glättvorrichtung
202: Rotationsachse
204, 204', 204'', 204''': Primärschneide
206: Glättfläche
208: Glättkörper
210: Schneidkörper
212: Schmiermittelzulauf
214: Entsorgungsabschnitt
216: Entsorgungsabschnitt
218: Entsorgungsabschnitt
220: Entsorgungsabschnitt
222, 222', 222', 222''': Sekundärschneide
224, 224', 224'', 224''': Freifläche
226: Aufnahmezapfen
228: Stirnfläche
230, 232: erste Flügelelemente
234, 236: zweite Flügelelemente
238: Glättsystem
240: Handhabungsvorrichtung
V: Vorschubrichtung

Claims

Glättvorrichtung (100, 200) zum Glätten eines nicht ausgehärteten Betonbauteils (1), umfassend - eine Primärschneide (104, 204, 204', 204'', 204''') zum Abtrennen einer Betonschicht (4) von dem Betonbauteil (1), - eine Rotationsachse (102, 202), und - eine zu der Rotationsachse (102, 202) orthogonal ausgerichtete Glättfläche (106, 206) zum flächigen Kontaktieren einer durch das Abtrennen ausgebildeten Schnittfläche (4) des Betonbauteils (1).
Glättvorrichtung (100, 200) nach Anspruch 1, wobei die Glättfläche (106, 206) und die Primärschneide (104, 204, 204', 204'', 204''') derart angeordnet und ausgebildet sind, dass in einer Vorschubrichtung (V) zunächst die Primärschneide (104, 204, 204', 204'', 204''') die Betonschicht abtrennt und anschließend die Glättfläche (106, 206) die Schnittfläche kontaktiert.
Glättvorrichtung (100, 200) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Glättfläche (106, 206) und die Primärschneide (104, 204, 204', 204'', 204''') an einem Glättkörper (108, 208) angeordnet sind, wobei vorzugsweise der Glättkörper (108, 208) kreisringförmig und/oder flügelförmig ausgebildet ist.
Glättvorrichtung (100, 200) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Primärschneide (104, 204, 204', 204'', 204''') an einer Stirnseite (128, 228) der Glättvorrichtung (100, 200), insbesondere des Glättkörpers (108, 208), ausgebildet ist und vorzugsweise durch eine Neigung der Stirnseite (128, 228) und/oder eines Stirnseitenabschnitts der Stirnseite (128, 228) zur Rotationsachse (102, 202) ausgebildet ist.
Glättvorrichtung (100, 200) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Primärschneide (104, 204, 204', 204'', 204''') in Richtung der Rotationsachse (102, 202) von der Glättfläche (106, 206) beabstandet ist.
Glättvorrichtung (100, 200) nach einem der vorherigen Ansprüche, umfassend einen Entsorgungsabschnitt (114-120, 214-220), der vorzugsweise als eine Spannut ausgebildet ist, der zumindest abschnittsweise zwischen der Primärschneide (104, 204, 204', 204'', 204''') und der Rotationsachse (102, 202) angeordnet ist.
Glättvorrichtung (100, 200) nach einem der vorherigen Ansprüche, umfassend mindestens einen Schmiermittelzulauf (112, 212) zur Führung eines Schmiermittels zur Glättfläche (106, 206).
Glättvorrichtung (100, 200) nach einem der vorherigen Ansprüche, umfassend eine Sekundärschneide (122, 222, 222', 222'', 222''') zur Durchtrennung der von dem Betonbauteil abgetrennten Betonschicht auf einer der Glättfläche (106, 206) abgewandten Trennseite, wobei vorzugsweise die Sekundärschneide (122, 222, 222', 222'', 222''') in Richtung der Rotationsachse (102, 202) eine größere Beabstandung von der Glättfläche (106, 206) als die Primärschneide (104, 204, 204', 204'', 204''') aufweist.
Glättvorrichtung (100, 200) nach einem der vorherigen Ansprüche, umfassend einen flügelförmigen Schneidkörper (110, 210), der auf einer der Glättfläche (106, 206) abgewandten Seite des Glättkörpers angeordnet ist und die Sekundärschneide (122, 222, 222', 222'', 222''') aufweist.
Glättvorrichtung (100, 200) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei - der Glättkörper die Glättfläche (106, 206), die Primärschneide (104, 204, 204', 204'', 204''') und die Sekundärschneide (122, 222, 222', 222'', 222''') aufweist, - vorzugsweise der Glättkörper flügelförmig ausgebildet ist, und/oder - vorzugsweise der Glättkörper einstückig ausgebildet ist.
Glättvorrichtung (100, 200) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei - der flügelförmige Glättkörper vier Flügelelemente mit jeweils einer Primärschneide (104, 204, 204', 204'', 204''') aufweist, - sich zwei erste Flügelelemente in eine erste Flügelrichtung und zwei zweite Flügelelemente in eine orthogonal zur ersten Flügelrichtung ausgerichtete zweite Flügelrichtung erstrecken, - vorzugsweise die Sekundärschneiden (122, 222, 222', 222'', 222''') der ersten Flügelelemente entlang einer ersten Schneidlinie angeordnet sind und/oder die Sekundärschneiden (122, 222, 222', 222'', 222''') der zweiten Flügelelemente entlang einer zweiten Schneidlinie angeordnet sind, und - vorzugsweise die erste Schneidlinie und die zweite Schneidlinie orthogonal zueinander und/oder jeweils orthogonal zu der Rotationsachse (102, 202) ausgerichtet sind.
Glättvorrichtung (100, 200) nach einem der vorherigen Ansprüche, umfassend eine Freifläche, die auf der Trennseite angeordnet ist, wobei vorzugsweise die Freifläche durch den Glättkörper und/oder durch den Schneidkörper ausgebildet ist.
Glättsystem zum Glätten eines Betonbauteils (1), umfassend - eine Glättvorrichtung (100, 200) nach einem der vorherigen Ansprüche 1-12, und - ein Handhabungsvorrichtung, insbesondere ein Roboter, zum rotatorischen und/oder translatorischen Bewegen der Glättvorrichtung (100, 200), - wobei die Glättvorrichtung (100, 200) mit der Handhabungsvorrichtung mechanisch gekoppelt ist.
Verfahren zum Glätten eines nicht ausgehärteten Betonbauteils (1), umfassend die Schritte: - Abtrennen einer Betonschicht von dem Betonbauteil, insbesondere mit einer Glättvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche 1-12, und - Glätten einer durch das Abtrennen ausgebildeten Schnittfläche an dem Betonbauteil mit einer Glättfläche (106, 206), insbesondere mit einer Glättvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche 1-12.
Verfahren nach dem vorherigen Anspruch 14, wobei das Glätten zeitparallel zu dem Abtrennen erfolgt.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 14-15, umfassend den Schritt: - Zerteilen, insbesondere Schneiden, der abgetrennten Betonschicht mit einer Sekundärschneide.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 14-16, wobei das Abtrennen und/oder Glätten zunächst von einer ersten Kante des Betonbauteils ausgehend mit einer ersten Vorschubrichtung erfolgt, wobei dieses Abtrennen und/oder Glätten vor einer der ersten Kante gegenüberliegend angeordneten zweiten Kante des Betonbauteils unterbrochen wird, und anschließend von der zweiten Kante ausgehend das Abtrennen und/oder das Glätten mit einer der ersten Vorschubrichtung entgegengesetzt gerichteten, zweiten Vorschubbewegung fortgesetzt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 14-17, umfassend den Schritt: Zustellen und erstes Nachglätten sowie anschließendes zweites Nachglätten im Wesentlichen ohne Zustellen.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 14-18, wobei die Kanten gewinkelt zu die Kanten ausbildenden Flächen geschnitten werden.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 14-19, wobei zunächst die Kanten geschnitten werden, anschließend an vertikal ausgerichteten, seitlichen Flächen die Betonschicht abgetrennt und die Schnittfläche geglättet wird, anschließend an einer horizontal ausgerichteten, oberen Fläche die Betonschicht abgetrennt und die Schnittfläche geglättet wird und anschließend die Kanten geglättet werden.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 14-20, wobei die Schnittfläche nach dem Glätten strukturiert wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 14-21, wobei das Glätten kraftmomentengeregelt erfolgt.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 14-22, wobei vor und/oder während des Glättens Schmiermittel auf die Schnittfläche aufgetragen wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 14-23, wobei das Glätten mit einer Glättvorrichtung, insbesondere einer Glättvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche 1-12 durchgeführt wird, wobei eine Drehzahl der Glättvorrichtung variiert wird.