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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Errichten einer Gebäudewand im 3D-Druck.
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3D-Druck ermöglicht eine sequenzielle Konstruktion von Objekten, indem Material punktweise oder linienweise entlang einer vorgegebenen oder vorgebbaren Bahn im Raum platziert wird. Bei dem Material handelt sich dabei typischerweise um einen Kunststoff, der plastisch verformbar ist oder gemacht wird und nach seiner Platzierung im Raum möglichst zügig aushärtet. Üblicherweise wird das Material dabei ausgehend von einer Unterlage nacheinander in mehreren Lagen von unten nach oben aufgetragen, so dass noch verformbares Material auf bereits ausgehärtete oder zumindest bereits hinreichend feste Strukturen aus zuvor platziertem Material aufgetragen und dann von diesen gestützt wird, während es seinerseits aushärtet.
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Dieses grundlegende Prinzip, das für kleinere Objekte schon weitgehend etabliert ist und vielfach Anwendung findet, lässt sich grundsätzlich auch auf sehr große Skalen übertragen. So ist es mittlerweile möglich, Gebäudeelemente oder auch ganze Gebäude im 3D-Druck zu errichten. Wesentlich für diese Möglichkeit ist dabei insbesondere die Verwendung eines geeigneten Baustoffs, der einerseits zunächst hinreichend plastisch verformbar ist, um zu einem jeweiligen Punkt im Raum geleitet und dort auf einer bereits bestehenden Struktur oder zuvor platziertem Baustoff appliziert werden zu können, und andererseits möglichst unmittelbar danach bereits eine hinreichende Festigkeit aufweist, dass er seine Position beibehält und in dieser Position mit guter Anbindung an seinen Untergrund aushärtet.
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Inzwischen stehen als Baustoff für den 3D-Druck von Gebäudeelementen insbesondere spezielle Betons zur Verfügung, die diese Eigenschaften aufweisen.
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Verschiedene Parameter des jeweiligen Gebäudeelements, wie etwa die Stabilität, die Wärmedämmung, die Akustik, die Geschwindigkeit, mit der das Gebäudeelement errichtet werden kann, und die Kosten für die Herstellung, hängen dabei nicht nur von dem verwendeten Baustoff, sondern auch vom Aufbau und von der Struktur des jeweiligen Gebäudeelements ab. Für Gebäudewände kann es insbesondere zweckmäßig sein, diese mittels des 3D-Drucks doppelwandig mit einem Freiraum dazwischen auszubilden. Es werden also zwei zueinander entgegengesetzte Wandflächen der jeweiligen Gebäudewand (sowie gegebenenfalls Stirnseiten der Gebäudewand, die die beiden Wandflächen an ihren seitlichen Enden miteinander verbinden) 3D-gedruckt, wobei zwischen diesen Wandflächen ein Zwischenraum frei bleibt. Dieser Freiraum kann dann nachträglich aufgefüllt werden, wobei hierfür ein konventioneller Beton verwendet werden kann, der in den Freiraum beispielsweise einfach eingegossen werden kann. Für ein Ausfüllen des Freiraums können zusätzlich oder alternativ aber auch andere Materialien verwendet werden, etwa solche, die besonders vorteilhafte Wärmedämm- und/oder Akustikeigenschaften haben. Zudem können Teile des Freiraums auch frei bleiben, beispielsweise zum Verlegen von Elektro- oder Sanitärinstallation.
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Insbesondere bei einer derartigen Ausbildung der Gebäudewand ist es jedoch wichtig, dass 3D-gedruckte Wandflächen stabil zueinander angeordnet sind. Eine Möglichkeit, dies zu erreichen, besteht darin, stützende Verbindungen zwischen den Wandflächen vorzusehen, die selber nicht 3D-gedruckt sind. Das Hinzufügen solcher Verbindungen von Hand steht jedoch einer angestrebten weitgehenden Automatisierung des Errichtens der Gebäudewand entgegen und kann zudem den 3D-Druck behindern, so dass der automatisierte Ablauf unter Umständen pausiert werden muss.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Errichten einer Gebäudewand im 3D-Druck bereitzustellen, mit dem auf flexible und weitgehend automatisierte Weise eine stabile Gebäudewand mit vorteilhaften Eigenschaften errichtet werden kann.
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Die Erfindung wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der vorliegenden Beschreibung sowie den Figuren.
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Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst: dass eine 3D-Positioniervorrichtung mit einem Werkzeughalter, an dem ein Druckkopf angebracht ist, bereitgestellt wird; dass dem Druckkopf ein zunächst plastisch verformbarer und dann aushärtender Baustoff zugeführt wird; und dass der Baustoff mittels des Druckkopfes entlang einer vorgegebenen oder vorgebbaren Druckbahn appliziert wird, indem der Druckkopf mittels der 3D-Positioniervorrichtung entlang der Druckbahn bewegt wird und dabei den Baustoff, insbesondere als einen Materialstrang, ausgibt. Das Ausgeben kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass der Baustoff aus einer Düse des Druckkopfes gepresst wird.
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Bei der 3D-Positioniervorrichtung kann es sich insbesondere um einen Portalroboter handeln. Dieser kann eine Traverse umfassen, die sich entlang einer ersten horizontalen Richtung erstreckt und in einer quer, insbesondere orthogonal, dazu verlaufenden zweiten horizontalen Richtung sowie in vertikaler Richtung verstellbar montiert ist. Der Werkzeughalter kann dann entlang der Traverse beweglich sein und dadurch innerhalb eines bestimmten Raumvolumens, das durch die Beweglichkeit des Werkzeughalters entlang der ersten horizontalen Richtung und die Beweglichkeit der Traverse entlang der zweiten horizontalen Richtung sowie der vertikalen Richtung definiert ist, zumindest im Wesentlichen frei positionierbar sein. Auf diese Weise kann auch der an dem Werkzeughalter angebrachte Druckkopf entlang der genannten Druckbahn, die innerhalb des genannten Raumvolumens verläuft, bewegt werden.
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Alternativ zu einem Portalroboter kann als 3D-Positioniervorrichtung auch ein Knickarmroboter oder ein anderes insbesondere aus dem Maschinenbau bekanntes Bewegungssystem verwendet werden, das einen daran befestigten Druckkopf entlang einer vorgegebenen oder vorgebbaren Druckbahn bewegen kann.
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Dem Druckkopf kann dabei fortlaufend der genannte Baustoff zugeführt werden. Dazu kann der Baustoff grundsätzlich in einem Behältnis, wie etwa einem Tank, gelagert sein, das mit dem Druckkopf mitgeführt wird und zu diesem Zweck an dem Druckkopf oder an dem Werkzeughalter befestigt sein kann. Vorzugsweise wird der Baustoff jedoch von extern zugeführt, beispielsweise über einen Schlauch, der zum Beispiel von einer Betonpumpe gespeist wird. Der Baustoff ist zweckmäßigerweise zunächst, d. h. vor und beim Applizieren, plastisch verformbar, weist dabei jedoch bereits eine hinreichende Stabilität auf, um dann (nach dem Austreten aus dem Druckkopf) seine Position und zumindest weitgehend auch seine Form beizubehalten, während er aushärtet. Bei dem Baustoff kann es sich insbesondere um einen Beton handeln.
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Erfindungsgemäß verläuft die genannte Druckbahn in mehreren horizontalen Lagen, die vertikal parallelversetzt zueinander sind. Die genannten mehreren horizontalen Lagen müssen nicht unbedingt alle horizontalen Lagen umfassen, in denen die Druckbahn insgesamt verläuft. Für das erfindungsgemäße Verfahren zur Errichtung der Gebäudewand werden nur diejenigen Lagen der Druckbahn betrachtet, innerhalb derer sich die Gebäudewand erstreckt. Die Druckbahn kann, insbesondere oberhalb sowie gegebenenfalls auch unterhalb der (zu errichtenden) Gebäudewand, in noch weiteren horizontalen Lagen verlaufen, die von den genannten mehreren horizontalen Lagen nicht umfasst sind und hier nicht weiter betrachtet werden. Dass die Druckbahn in Lagen verläuft, meint insbesondere, dass sich die Druckbahn (von möglichen Übergängen zwischen den Lagen abgesehen) in Abschnitte aufteilen lässt, die jeweils vollständig innerhalb einer jeweiligen der horizontalen Lagen liegen und somit ihrerseits einen zumindest im Wesentlichen horizontalen Verlauf aufweisen.
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Durch den Verlauf in horizontalen Lagen kann der 3D-Druck schichtweise erfolgen, indem zunächst die unterste Lage gemäß dem darin verlaufenden Abschnitt der Druckbahn durchlaufen wird und dabei der Baustoff entlang diesem Abschnitt auf einem Untergrund oder einem Fundament appliziert wird. Anschließend kann der Baustoff von unten nach oben Lage für Lage auf den jeweils zuvor schon ausgegebenen Baustoff appliziert werden. Die Lagen müssen dabei nicht unbedingt exakt horizontal sein, vorzugsweise sind sie es jedoch zumindest im Wesentlichen. Außerdem sind die Lagen vorzugsweise in vertikaler Richtung regelmäßig verteilt, so dass benachbarte Lagen jeweils denselben Abstand zueinander aufweisen, der zweckmäßigerweise zumindest im Wesentlichen der Dicke (Erstreckung in vertikaler Richtung) des vom Druckkopf ausgegebenen Materialstranges ist.
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Die Druckbahn kann insofern diskontinuierlich sein, als sie Unterbrechungen aufweisen kann, innerhalb derer der Druckkopf zwar bewegt wird, jedoch keinen Baustoff ausgibt. Eine solche Unterbrechung kann insbesondere beim Übergang von einer Lage in die nächste Lage zweckmäßig sein. Außerdem können solche Unterbrechungen vorgesehen sein, um Aussparungen, wie etwa ein Fenster oder eine Tür oder Öffnungen für Elektro- und/oder Sanitärinstallationen, in der Gebäudewand auszubilden. Darüber hinaus kann die Druckbahn unterbrochen sein, damit zwischendurch mittels derselben 3D-Positioniervorrichtung andere Funktionen als das Applizieren von Baustoff umgesetzt werden können (wie etwa das weiter unten beschriebene Einbringen von Armierungselementen).
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Ferner umfasst die Druckbahn erfindungsgemäß zur Ausbildung einer ersten Wandfläche der Gebäudewand in jeder der genannten Lagen (d. h. der genannten mehreren Lagen, innerhalb derer sich die Gebäudewand erstreckt) einen jeweiligen ersten Abschnitt und zur Ausbildung einer zur ersten Wandfläche entgegengesetzten zweiten Wandfläche der Gebäudewand in jeder der genannten Lagen (d. h. der genannten mehreren Lagen, innerhalb derer sich die Gebäudewand erstreckt) einen jeweiligen zweiten Abschnitt. Insofern kann der in den genannten Lagen entlang des jeweiligen ersten Abschnitts applizierte Baustoff dann insgesamt die erste Wandfläche bilden, während der der in den genannten Lagen entlang des jeweiligen zweiten Abschnitts applizierte Baustoff dann insgesamt die zweite Wandfläche bildet.
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Die Gebäudewand ist dadurch (zumindest vorläufig) mindestens doppelwandig ausgebildet. Je nach dem Abstand der beiden Wandflächen voneinander kann zwischen den Wandflächen ein Freiraum ausgebildet sein, so dass die Gebäudewand hohl ist, wobei der Freiraum (wie eingangs beschrieben) ausgefüllt werden kann. Grundsätzlich kann die Gebäudewand noch weitere Wandflächen aufweisen, die auf entsprechende Weise ausgebildet werden können. Bei der ersten Wandfläche und der zweiten Wandfläche kann es sich insbesondere um äußere Wandflächen handeln, die die Gebäudewand in entgegengesetzter Richtung nach außen begrenzen. Das ist aber nicht zwingend der Fall.
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Der jeweilige erste Abschnitt und der jeweilige zweite Abschnitt weisen vorzugsweise dieselbe Länge auf. Der jeweilige zweite Abschnitt kann insbesondere zum jeweiligen ersten Abschnitt parallelversetzt sein. Sofern die Abschnitte einen geraden Verlauf aufweisen, ist die Richtung des Parallelversatzes vorzugsweise senkrecht zu diesem Verlauf. Bei einem gebogenen Verlauf der Abschnitte ist der genannte Parallelversatz vorzugsweise so zu verstehen, dass der jeweilige erste Abschnitt und der jeweilige zweite Abschnitt derart innerhalb der jeweiligen Lage der Druckbahn verlaufen, dass sie einen konstanten Abstand zueinander aufweisen.
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Erfindungsgemäß umfasst das Verfahren ferner, dass, nachdem in einer der Lagen der Baustoff entlang des jeweiligen ersten Abschnitts und entlang des jeweiligen zweiten Abschnitts appliziert worden ist, ein an dem Werkzeughalter angebrachter Armierungskopf mittels der 3D-Positioniervorrichtung entlang einer zwischen dem jeweiligen ersten Abschnitt und dem jeweiligen zweiten Abschnitt verlaufenden Armierungsbahn bewegt wird und dabei Armierungselemente derart in den applizierten Baustoff einbringt, dass sie jeweils die erste Wandfläche, insbesondere den jeweiligen ersten Abschnitt, mit der zweiten Wandfläche, insbesondere mit dem jeweiligen zweiten Abschnitt, verbinden.
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Das Applizieren des Baustoffes wird also für das genannte Einbringen von Armierungselementen unterbrochen. Während dieser Unterbrechung wird die Druckbahn verlassen und stattdessen eine Armierungsbahn durchlaufen. Als Armierungsbahn wird dabei die Strecke bezeichnet, entlang welcher der Armierungskopf dann von der 3D-Positioniervorrichtung bewegt wird, während er die Armierungselemente in den Baustoff einbringt. Die Armierungsbahn befindet sich insbesondere bezüglich seiner Position in horizontalen Richtungen zwischen dem in der jeweiligen Lage befindlichen ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt der Druckbahn, muss jedoch nicht exakt mittig zwischen diesen Abschnitten verlaufen, sondern lediglich derart, dass der Armierungskopf beide Abschnitte mit den Armierungselementen verbinden kann.
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Die Armierungselemente sind vorzugsweise starr ausgebildet und weisen eine hohe Festigkeit auf. Insbesondere können die Armierungselemente aus Metall, zum Beispiel aus Stahl, ausgebildet sein. Als Material kommen auch Kohlefaserwerkstoffe sowie Glasfaserwerkstoffe in Frage. Das Einbringen der Armierungselemente kann beispielsweise einfach dadurch erfolgen, dass sie auf den bereits applizierten Baustoff aufgelegt werden, wobei sie auch zumindest in gewissem Umfang in den applizierten Baustoff einsinken oder eingedrückt werden können. Die Armierungselemente werden innerhalb einer jeweiligen Lage bevorzugt beabstandet voneinander in den Baustoff eingebracht. Das Einbringen der Armierungselemente erfolgt vorzugsweise in regelmäßiger Abfolge, so dass zwei aufeinanderfolgende Armierungselemente innerhalb einer jeweiligen Lage stets zumindest im Wesentlichen denselben Abstand voneinander aufweisen.
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Das genannte Einbringen der Armierungselemente erfolgt in zumindest einer der genannten mehreren Lagen der Druckbahn und kann auch in mehreren verschiedenen Lagen erfolgen. Allerdings braucht es nicht in allen Lagen zu erfolgen. Es kann zweckmäßig sein, wenn das Einbringen der Armierungselemente immer nach einer bestimmten Anzahl von Lagen erfolgt, beispielsweise in jeder zweiten, fünften oder zehnten Lage.
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Durch die Armierungselemente, die vorzugsweise U-förmig sind (wie weiter unten noch erläutert wird), kann zum einen die jeweilige Wandfläche der Gebäudewand in sich verstärkt werden und können zum anderen die erste Wandfläche und die zweite Wandfläche der Gebäudewand, die durch das erfindungsgemäße Verfahren errichtet wird, miteinander verbunden werden. Insbesondere ist dabei jeweils ein erstes Ende des jeweiligen Armierungselements im Bereich des jeweiligen ersten Abschnitts der Druckbahn angeordnet und ein dazu entgegengesetztes zweites Ende des jeweiligen Armierungselements im Bereich des jeweiligen zweiten Abschnitts der Druckbahn angeordnet. Durch die Verbindung über die Armierungselemente werden die beiden Wandflächen gegeneinander stabilisiert. Dadurch, dass für das Einbringen der Armierungselemente ein Armierungskopf verwendet wird, der mittels derselben 3D-Positioniervorrichtung im Raum bewegt wird wie der Druckkopf für das Applizieren des Baustoffes, kann die Stabilität der Gebäudewand verbessert werden, ohne dass die Automatisierung des Errichtens beeinträchtigt wird.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform sind zumindest einige der Armierungselemente als längliche Armierungsstangen ausgebildet. Es kann sich dabei insbesondere um Metallstangen nach Art von Bewehrungsstangen handeln.
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Grundsätzlich können die Armierungselemente dabei einen durchgehend geraden Verlauf aufweisen. Alternativ dazu sind gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform zumindest einige der Armierungselemente als Armierungsklammern ausgebildet, die jeweils einen Verbindungabschnitt sowie zwei Einsteckabschnitte aufweisen, wobei die Einsteckabschnitte an entgegengesetzten Enden des Verbindungsabschnitts angeordnet und zum Verbindungsabschnitt gewinkelt, vorzugsweise orthogonal, ausgerichtet sind. Die Armierungselemente können beispielsweise eine U-Form aufweisen, wobei die U-Form vergleichsweise kleine Biegeradien zwischen ihren Schenkeln (Einsteckabschnitt) und ihrem Boden (Verbindungsabschnitt) aufweisen kann, so dass die Schenkel über einen zumindest annähernd orthogonalen Knick mit dem Boden verbunden sind. Die Armierungsklammern können dem Armierungskopf beispielsweise aus einem Magazin, in dem sie gelagert sind, zugeführt werden, das mit dem Armierungskopf mitgeführt wird und dazu an dem Armierungskopf oder an dem Werkzeughalter befestigt sein kann. Alternativ dazu kann eine externe Zuführung vorgesehen sein.
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Ein als Armierungsklammer ausgebildetes Armierungselement kann mit seinem Verbindungsabschnitt die erste Wandfläche mit der zweiten Wandfläche der Gebäudewand verbinden, während es mit seinen Einsteckabschnitten an dem jeweiligen ersten Abschnitt bzw. an dem jeweiligen zweiten Abschnitt der Druckbahn in den applizierten Baustoff eingesteckt sein kann. Insbesondere kann der jeweilige Einsteckabschnitt mit einem von dem Verbindungsabschnitt beabstandeten freien Ende voran in den applizierten Baustoff eingesteckt sein.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner, dass dem Armierungskopf ein Strangmaterial zugeführt wird und dass der Armierungskopf vor dem Einbringen eines jeweiligen Armierungselements in den applizierten Baustoff das jeweilige Armierungselement durch Ablängen und gegebenenfalls (insbesondere falls die Armierungselemente wie beschrieben als Armierungsklammern ausgebildet sind) Biegen des Strangmaterials herstellt. Bei dem Strangmaterial kann es sich insbesondere um einen Draht handeln. Das Strangmaterial kann dem Armierungskopf beispielsweise von einer Haspel, auf der es aufgerollt ist, aus zugeführt werden, die/das mit dem Armierungskopf mitgeführt wird und dazu an dem Armierungskopf oder an dem Werkzeughalter befestigt sein kann. Alternativ dazu kann eine externe Zuführung vorgesehen sein.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner, dass nach dem Applizieren des Baustoffes entlang des jeweiligen ersten Abschnitts und entlang des jeweiligen zweiten Abschnitts in der genannten Lage und vor dem Bewegen des Armierungskopfes und Einbringen der Armierungselemente der an dem Werkzeughalter angebrachte Druckkopf gegen den Armierungskopf, vorzugsweise automatisiert, ausgewechselt wird. Nach dem Einbringen der Armierungselemente innerhalb der genannten Lage kann der Armierungskopf dann wieder gegen den Druckkopf ausgewechselt werden.
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Das genannte Auswechseln kann umfassen, dass der eine der beiden Köpfe (Druckkopf und Armierungskopf) von dem Werkzeughalter gelöst und der andere an dem Werkzeughalter befestigt wird. Dass Auswechseln kann jedoch auch dadurch erfolgen, dass der eine Kopf aus einer Arbeitsstellung in eine Parkstellung verstellt wird, während der andere Kopf aus einer Parkstellung in die Arbeitsstellung verstellt wird.
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In diesem Zusammenhang kann eine Ausführungsform vorteilhaft sein, bei der der Werkzeughalter dazu ausgebildet ist, dass der Druckkopf und der Armierungskopf gleichzeitig an dem Werkzeughalter angebracht sein können und dabei derart zwischen einer Arbeitsstellung, in der der jeweilige Kopf an dem Werkzeughalter betrieben werden kann, und einer Parkstellung, in der der jeweilige Kopf nicht betrieben werden kann, verstellbar sind, dass zu jedem Zeitpunkt höchstens einer der beiden Köpfe die Arbeitsstellung einnehmen kann. Insofern kann der Werkzeughalter als Wechselkopfsystem ausgebildet sein. Die genannte Arbeitsstellung kann für beide Köpfe zumindest im Wesentlichen dieselbe Stellung sein. Dagegen kann für jeden der beiden Köpfe eine eigene jeweilige Parkstellung vorgesehen sein. Es kann aber auch die Parkstellung für beide Köpfe zumindest im Wesentlichen dieselbe Stellung sein. Dass die beiden Köpfe in der Arbeitsstellung jeweils betrieben werden können, meint insbesondere, dass sie in der Arbeitsstellung gemäß ihrer jeweiligen Funktion (Applizieren des Baustoffes bzw. Einbringen von Armierungselementen) eingesetzt werden können. In ihrer (jeweiligen) Parkstellung können die beiden Köpfe dementsprechend nicht gemäß ihrer jeweiligen Funktion eingesetzt werden.
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Gemäß einer dazu alternativen Ausführungsform kann der Werkzeughalter dazu ausgebildet sein, dass der Druckkopf und der Armierungskopf gleichzeitig an dem Werkzeughalter angebracht sein und jeweils ohne Stellungswechsel betrieben, also gemäß ihrer jeweiligen Funktion eingesetzt, werden können. Der Werkzeughalter ist bei dieser Ausführungsform insofern zumindest als Twinsystem ausgebildet. Vorzugsweise können der Druckkopf und der Armierungskopf dabei zwar ohne Stellungswechsel, jedoch nur abwechselnd gemäß ihrer jeweiligen Funktion betrieben werden.
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Die Erfindung wird im Folgenden lediglich beispielhaft unter Bezugnahme auf die Figuren weiter erläutert.
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Die 1 bis 3 zeigen jeweils in stark vereinfachter schematischer Darstellung eine Gebäudewand 11, die im 3D-Druck errichtet wird. Die Gebäudewand 11 ist dabei jeweils noch unvollständig. Die Gebäudewand 11 umfasst eine erste Wandfläche 13 sowie eine zweite Wandfläche 15, die parallel zueinander angeordnet sind und zumindest im Wesentlichen dieselben Maße aufweisen.
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An dem Werkzeughalter einer in den Figuren nicht gezeigten 3D-Positioniervorrichtung ist ein Druckkopf 17 angebracht, dem, beispielsweise von einer Betonpumpe, fortlaufend ein Beton als Baustoff 19 zugeführt wird. Dieser Beton ist zunächst plastisch verformbar und kann von dem Druckkopf 17 an einem Auslass 21 des Druckkopfes 17 als Materialstrang ausgegeben werden. Bei dem Beton handelt es sich um einen Spezialbeton, der unmittelbar, nachdem er von dem Druckkopf 17 ausgegeben worden ist, bereits weitgehend formstabil ist und anschließend zügig aushärtet.
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Die Gebäudewand 11 wird 3D-gedruckt, indem der Baustoff 19 mittels des Druckkopfes 17 entlang einer vorgegebenen Druckbahn appliziert wird, d. h. indem der Druckkopf 17 mittels der 3D-Positioniervorrichtung entlang der Druckbahn bewegt wird und dabei den Baustoff 19 ausgibt. Die Druckbahn verläuft dabei in mehreren horizontalen Lagen 23.1, 23.2, 23.3, von denen in den Figuren jeweils lediglich drei gezeigt sind. Sowohl unterhalb als auch oberhalb der gezeigten Lagen 23.1, 23.2, 23.3 verläuft die Druckbahn in noch weiteren Lagen 23. Ausgehend von einer nicht gezeigten ersten Lage 23, die sich unmittelbar über den Untergrund befindet, auf dem die Gebäudewand 11 errichtet wird, wird der Baustoff 19 dabei Lage 23 für Lage 23 gemäß der Druckbahn appliziert.
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Die Druckbahn umfasst dabei in jeder der mehreren Lagen 23, innerhalb derer sich die zu errichtende Gebäudewand 11 erstreckt, einen jeweiligen ersten Abschnitt 25 sowie einen jeweiligen zweiten Abschnitt 27, die in dem gezeigten Beispiel jeweils einen geraden Verlauf aufweisen und parallel zueinander sind. Der in den mehreren Lagen 23 entlang des jeweiligen ersten Abschnitts 25 applizierte Baustoff 19 bildet dann die erste Wandfläche 13, während der in den mehreren Lagen 23 entlang des jeweiligen zweiten Abschnitts 27 applizierte Baustoff 19 die zweite Wandfläche 15 bildet. In dem gezeigten Beispiel ist in jeder der mehreren Lagen 23 der jeweilige erste Abschnitt 25 mit dem jeweiligen zweiten Abschnitt 27 über einen jeweiligen in derselben Lage 23 verlaufenden gebogenen Abschnitt verbunden, entlang dem ebenfalls Baustoff 19 appliziert wird, so dass dadurch eine die erste Wandfläche 13 mit der zweiten Wandfläche 15 verbindende Stirnseite 29 der Gebäudewand 11 gebildet wird. Beim Übergang aus einer jeweiligen Lage 23 in eine nachfolgende Lage 23 gibt der Druckkopf 17 in dem gezeigten Beispiel dagegen keinen Baustoff 19 aus.
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Nachdem in der obersten Lage 23.3 der drei in den Figuren gezeigten Lagen 23.1, 23.2, 23.3 entlang des jeweiligen ersten Abschnitts 25 und des jeweiligen zweiten Abschnitts 27 der Baustoff 19 appliziert worden ist, wurden Armierungselemente 31 in den applizierten Baustoff 19 eingebracht. Die Armierungselemente 31 sind dabei als Armierungsklammern ausgebildet, die jeweils einen Verbindungsabschnitt 33 sowie zwei an entgegengesetzten Enden des Verbindungsabschnitts 33 angeordnete und zum Verbindungabschnitt 33 orthogonal ausgerichtete Einsteckabschnitte 35 aufweisen. Mit den Einsteckabschnitten 35 werden die Armierungselemente 31 in den applizierten Baustoff 19 eingesteckt, so dass in den Figuren jeweils nur bei einem der Armierungselemente 31, das gerade in den applizierten Baustoff 19 eingebracht wird, einer der Einsteckabschnitte 35 zu sehen ist.
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Die Armierungselemente 31 werden derart in den applizierten Baustoff 19 eingebracht, dass sie jeweils den Freiraum zwischen der ersten Wandfläche 13 und der zweiten Wandfläche 15 überbrücken und die erste Wandfläche 13 und die zweite Wandfläche 15 dadurch miteinander verbinden. Dadurch wird die Gebäudewand 11 insgesamt stabilisiert. Die Armierungselemente 31 sind dabei regelmäßig verteilt angeordnet und mit ihrem jeweiligen Verbindungsabschnitt 33 orthogonal zu den Wandflächen 13, 15 ausgerichtet.
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Das Einbringen der Armierungselemente 31 erfolgt dabei vorteilhafterweise automatisiert mittels eines Armierungskopfes 37, der entsprechend wie der Druckkopf 17 an dem Werkzeughalter der 3D-Positioniervorrichtung angebracht ist und dadurch mittels der 3D-Positioniervorrichtung innerhalb eines bestimmten Raumvolumens weitgehend frei positioniert werden kann. Die 3D-Positioniervorrichtung bewegt den Armierungskopf 37 dabei entlang einer Armierungsbahn, die für jede Lage 23, nach deren Durchlaufen Armierungselemente 31 in den applizierten Baustoff 19 eingebracht werden, zumindest einen Abschnitt aufweist, der parallel zu dem jeweiligen ersten Abschnitt 25 und dem jeweiligen zweiten Abschnitt 27 der jeweiligen Lage 23 ausgerichtet ist und bezüglich horizontaler Richtungen insbesondere zumindest im Wesentlichen zwischen dem jeweiligen ersten Abschnitt 25 und dem jeweiligen zweiten Abschnitt 27 verläuft. Während der Armierungskopf 37 entlang diesem Abschnitt der Armierungsbahn bewegt wird, bringt er in vorzugsweise regelmäßigen Abständen die Armierungselemente 31 in den applizierten Baustoff 19 ein.
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Die Armierungselemente 31 können von dem Armierungskopf 37 aus einem nicht dargestellten Magazin bezogen werden, das an dem Werkzeughalter oder dem Armierungskopf 37 befestigt sein kann. Wie in den 2 und 3 veranschaulicht wird, kann jedoch auch vorgesehen sein, dass dem Armierungskopf 37, beispielsweise von einer Haspel, die an dem Werkzeughalter oder dem Armierungskopf 37 befestigt sein kann, oder von außerhalb der 3D-Positioniervorrichtung, ein Draht 39 zugeführt wird, aus dem der Armierungskopf 37 die Armierungselemente 31 erst herstellt. Der Armierungskopf 37 ist in diesem Fall dazu ausgebildet, den zugeführten Draht 39 abzulängen und aus einem jeweiligen abgelängten Teil des Drahts 39 durch Umbiegen ein jeweiliges als Armierungsklammer ausgebildetes Armierungselement 31 zu bilden. Auf diese Weise ist das Einbringen der Armierungselemente 31 nicht auf einen bestimmten mitgeführten Vorrat an Armierungselementen 31 beschränkt.
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Der Druckkopf 17 und der Armierungskopf 37 können grundsätzlich gleichzeitig an dem Werkzeughalter der 3D-Positioniervorrichtung angebracht sein, wie dies in den 1 und 2 in vereinfachter Darstellung eines Twinsystems gezeigt ist. Damit sich die beiden Köpfe 17, 37 beim Ausführen ihrer jeweiligen Funktion gegenseitig nicht behindern, kann es jedoch zweckmäßig sein, wenn sie sich jeweils aus einer Arbeitsstellung, in der sie ihre jeweilige Funktion ausführen können, in eine Parkstellung, in der sie ihre jeweilige Funktion nicht ausführen können, verstellen lassen. In der Parkstellung können sie jeweils aus dem Bereich, in dem der jeweils andere Kopf seine Funktion ausführt, wegbewegt sein, wie dies in 3 vereinfacht gezeigt ist. Vorzugsweise können der Druckkopf 17 und der Armierungskopf 37 automatisiert, beispielsweise durch den Werkzeughalter, zwischen ihrer jeweiligen Arbeitsstellung und ihrer jeweiligen Parkstellung verstellt werden, so dass ein automatischer Wechsel des aktuell verwendeten Kopfes möglich ist. Grundsätzlich können der Druckkopf 17 und der Armierungskopf 37 aber auch manuell gegeneinander ausgetauscht werden.
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Somit ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren ein weitgehend automatisiertes und zuverlässiges Errichten der Gebäudewand 11, die aufgrund der Armierungselemente 31 eine verbesserte Stabilität aufweist.
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Bezugszeichen
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- 11
- Gebäudewand
- 13
- erste Wandfläche
- 15
- zweite Wandfläche
- 17
- Druckkopf
- 19
- Baustoff
- 21
- Auslass
- 23
- Lage
- 25
- erster Abschnitt
- 27
- zweiter Abschnitt
- 29
- Stirnseite
- 31
- Armierungselements
- 33
- Verbindungsabschnitt
- 35
- Einsteckabschnitt
- 37
- Armierungskopf
- 39
- Draht
