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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fülleinrichtung zum Befüllen von Mauersteinen, insbesondere Hohlziegeln, mit einem Schaummaterial, insbesondere einem Zement- bzw. Mineralschaum, sowie eine Füllanlage mit einer solchen Fülleinrichtung.
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Stand der Technik
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Mit wachsenden Anforderungen an eine integrierte Wärmedämmung bei Neubauten werden zur Verringerung der Wärmeleitfähigkeit von Mauersteinen Dämmmaterialien in Hohlräume dieser Mauersteine eingeführt.
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Als derartige Mauersteine sind beispielsweise Ziegel bekannt, deren Langlöcher mit Mineralwolle, beispielsweise Stein- oder Glaswolle, verfüllt werden. Mineralwolle hat jedoch mit Blick auf ökologische Gesichtspunkte sowie bei der Frage der fachmännischen Entsorgung deutliche Nachteile. Müssen beispielsweise derartige Wärmedämmziegel entsorgt werden, ist das Ziegelmaterial als konventioneller Bauschutt zu betrachten, während das in die Langlöcher verfüllte Fasermaterial (Mineralwolle) eine getrennte Entsorgung erfordert. Bei der Entsorgung der Mineralwolle ist auf eine fachmännische Handhabung zu achten, da der Faserstaub als gesundheitlich bedenklich gilt.
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Es wurde aus diesem Grund ein Mineral- bzw. Zementschaum entwickelt, der in Langlöchern von Hohlziegeln verfüllt werden kann und bei Raumtemperatur selbst aushärtet. Dabei hat der Zementschaum im ausgehärteten Zustand eine porenförmige Struktur, die es erlaubt, Ziegel mit geringer Wärmeleitfähigkeit herzustellen.
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Derartige Wärmedämmziegel können verglichen mit solchen Ziegeln, die mit Fasern verfüllt wurden, relativ problemlos entsorgt werden. Insbesondere erfordert der Zementschaum keine getrennte Entsorgung zum Ziegelmaterial.
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Zum Dosieren sowie anschließenden Verfüllen des Zementschaums in Langlöcher von Hohlziegeln wird üblicherweise eine Vorrichtung mit einem Schneckenfördermechanismus verwendet. Mit diesem wird der Zementschaum aus einem Vorratsbehälter in Füllrohre geleitet, welche Füllrohre in die Langlöcher eines Hohlziegels eintauchen. Während des Befüllens der Langlöcher des Hohlziegels werden die Verfüllrohre kontinuierlich aus dem Hohlziegel herausgezogen, während der Zementschaum in die Langlöcher einströmt. Sobald das Befüllen eines Ziegels abgeschlossen ist, wird der Schneckenfördermechanismus angehalten, sodass ein neuer Ziegel in den Bereich der Füllrohre gebracht werden kann.
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Der Schneckenfördermechanismus ist jedoch für das Befüllen von Hohlziegeln mit hoher Taktrate weniger geeignet. Insbesondere besteht die Gefahr, dass sich der Zementschaum im Bereich des Schneckenfördermechismus zersetzt, und somit ein Abbinden des Zements in den Langlöchern der Hohlziegel teilweise unterbleibt.
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Gegenstand der Erfindung
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Es ist demnach Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung bereitzustellen, mit der ein Fertigungsprozess zur Herstellung von Mauersteinen mit Schaummaterialfüllung rationaler abgebildet werden kann.
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Der Gegenstand des Anspruchs 1 stellt eine Fülleinrichtung bereit, welche die genannten Ziele erreicht. Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen aufgeführt. Ferner betrifft die Erfindung eine Füllanlage, die eine solche Fülleinrichtung einsetzt.
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Mit der Fülleinrichtung gemäß Anspruch 1 kann eine zügige und volumenmäßig definierte Befüllung von Mauersteinen im industriellen Maßstab erreicht werden. Der hohe Arbeitstakt ermöglicht eine kostengünstige Herstellung von Wärmedämm-Mauersteinen, insbesondere Wärmedämmziegeln. Ferner wird gewährleistet, dass das verfüllte Schaummaterial im Mauerstein eine gleichmäßige Struktur aufweist, und beispielsweise schaumfreie Abschnitte vermieden werden.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeichnet sich die Fülleinrichtung dadurch aus, dass der Kolbenzylinder am Ventilelement befestigt ist. Auf diese Weise wird eine kompakte Einheit ausgebildet. Dabei erstreckt sich der Kolbenzylinder bevorzugt in einer horizontalen Richtung. Somit kann an einer Seite des Ventilelements der Behälter angebracht werden, wohingegen an einer in vertikaler Richtung nach unten weisenden Seite des Ventilelements das Füllelement befestigt wird.
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Bevorzugt weist das Ventilelement ein Gehäuse auf, das ein drehbares Umschaltelement aufnimmt. Mit diesem Umschaltelement kann eine Kommunikation, insbesondere eine Fluidverbindung für das Schaummaterial, wahlweise zwischen dem Behälter und dem Kolbenzylinder sowie dem Kolbenzylinder und dem Füllelement hergestellt werden. Das Umschaltelement kann somit auf einfache Weise betrieben werden. Ferner stellt das Umschaltelement eine Einheit dar, welche die beschriebenen Schritte (wahlweise Kommunikation) durch Betrieb bzw. Umschalten eines Elements ermöglicht, auch wenn in einer anderen Modifikation auch mehrere Einheiten zum Umschalten der jeweiligen Kommunikation möglich sind.
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Bevorzugt ist der Behälter trichterförmig ausgebildet. Auf diese Weise kann das Schaummaterial in den Behälter beschickt werden, und bewegt sich schwerkraftbedingt in vertikaler Richtung nach unten.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Füllelement einen flexiblen Schlauch, der am Ventilelement angeschlossen ist, sowie ein Füllrohr. Das gegenüber dem flexiblen Schlauch vergleichsweise formstabile Füllrohr kann in einen Hohlraum eines Mauersteins eingeführt werden. Der flexible Schlauch ermöglicht eine variable Ausrichtung des Füllrohrs in Bezug auf das Ventilelement.
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Die Gestalt des Füllrohrs ist nicht auf einen runden Querschnitt beschränkt. Vielmehr kann es sich auch um einen elliptischen oder rechteckigen Querschnitt handeln. Diese können beispielsweise durch Stauchen eines im Querschnitt runden Ausgangsmaterials erreicht werden.
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In einer Modifikation des Füllrohrs ist dieses im Bereich der Öffnung zum Äußeren (in einem Bereich, der dem Abschnitt gegenüberliegt, an dem der Schlauch angeschlossen ist) im Innendurchmesser verjüngt. Diese Ausgestaltung kann erreicht werden, indem das Ausgangsmaterial im Endbereich mit zumindest einem, bevorzugt zumindest zwei, Schlitz(en) versehen und anschließend gestaucht wird.
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Der verjüngt Bereich dient gewissermaßen als ”Tropfschutz”, und verhindert, dass beim Befüllen eines Mauersteins Schaummaterial nachläuft, obwohl die Bewegung des Kolbenzylinders bereits beendet wurde. Dies trägt dazu bei, dass die Füllmenge stets konstant bleibt.
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Bevorzugt ist der Schlauch an einer in vertikaler Richtung unteren Seite des Ventilelements an diesem angeschlossen. Somit wird eine kompakte Bauform ermöglicht.
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Der Kolbenzylinder, insbesondere eine mit einem Kolbenelement verbundene Kolbenstange des Kolbenzylinders, ist pneumatisch, elektrisch oder hydraulisch betätigbar. Auf diese Weise lässt sich ein automatisierter Prozess abbilden.
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Bevorzugt umfasst die erfindungsgemäße Fülleinrichtung mehrere Kolbenzylinder, Füllelemente und diesen jeweils zugeordnete Ventilelemente. Die Kolbenzylinder und Ventilelemente können insbesondere gruppenweise angesteuert werden. Somit ist es möglich, parallele Füllvorgänge zeitgleich durchzuführen. Dies ist insbesondere hilfreich, wenn ein Mauerstein mehrere Hohlräume aufweist, die mit dem Schaummaterial zu verfüllen sind.
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In einer weiteren Ausführungsform weist der Behälter eine Öffnung für jedes Ventilelement auf, und die mehreren im Behälter vorgesehenen Öffnungen werden abschnittsweise durch eine Trennwand voneinander getrennt. Auf diese Weise wird verhindert, dass sich die Kolbenzylinder beim Einsaugen des Schaummaterials aus dem Behälter gegenseitig beeinflussen. Auf diese Weise wird vermieden, dass lokale Lufteinschlüsse entstehen oder der Betrieb eines Kolbenzylinders behindert wird.
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Bevorzugt sind Kolbenstangen der Kolbenzylinder, über die der Antrieb der in Kolbenzylinder aufgenommenen Kolbenelemente sichergestellt wird, durch einen Bügel miteinander verbunden. Auf diese Weise können die jeweiligen Kolbenzylinder gemeinsam betätigt werden.
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Bevorzugt sind zwei Kolbenzylinder bezüglich einer vertikalen Ebene, die im Wesentlichen mittig durch den Behälter verläuft, spiegelbildlich gegenüberliegend angeordnet. Auf diese Weise kann eine kompakte Fülleinrichtung bereitgestellt werden.
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Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Füllanlage mit einem Förderband zum Bewegen von Mauersteinen sowie eine Fülleinrichtung gemäß einer der vorangegangenen Aspekte. Mit dem Förderband können die Mauersteine in eine Füllposition gebracht werden. Anschließend führt die Fülleinrichtung einen Befüllvorgang durch.
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Ferner kann das Füllelement, also insbesondere das Füllrohr bzw. die mehreren Füllrohre sowie ggf. ein Träger an einem Roboterarm befestigt sein, während die Baugruppe aus Behälter, Ventilelement und Kolbenzylinder am Boden positioniert ist. Somit ist es nicht erforderlich, die vergleichsweise schwere Baugruppe zu bewegen.
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Die in den obigen Varianten beschriebene Fülleinrichtung wird zum Befüllen von Mauersteinen, insbesondere Hohlziegeln, mit einem Schaummaterial, insbesondere Mineral- oder Zementschaum verwendet.
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In einem Verfahrensablauf zum Befüllen von Mauersteinen mit einem Schaummaterial werden folgende Schritte umgesetzt: Ansaugen eines Schaummaterials mit einem Kolbenzylinder über ein Ventilelement, Umschalten des Ventilelements, Ausdrücken des Schaummaterials vom Kolbenzylinder zu einem Füllelement.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine schematische Schnittansicht einer Fülleinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
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2 zeigt einen Betrieb der in 1 dargestellten Fülleinrichtung
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3 ist eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
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4 ist eine Draufsicht auf die in 3 dargestellte zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
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5 zeigt das mit der Fülleinrichtung gemäß 3 und 4 verbundene Füllelement
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Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Nachfolgend werden anhand der beigefügten Figuren bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben. Weitere in diesem Zusammenhang genannte Modifikationen einzelner Merkmale bestimmter Ausführungsformen können jeweils mit den anderen Ausführungsformen kombiniert werden, um neue Varianten der vorliegenden Erfindung auszubilden. Auch sind Einzelmerkmale bestimmter Ausführungsformen mit anderen Merkmalen anderer Ausführungsformen jeweils kombinierbar.
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Es wird darauf hingewiesen, dass die beigefügten Figuren schematische Darstellungen sind, so dass die dargestellten Maßstäbe nicht unbedingt den tatsächlichen Maßstäben entsprechen müssen. Gleiche oder ähnliche Bauelemente sind mit entsprechend gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 ist eine Schnittansicht einer ersten Ausführungsform einer Fülleinrichtung zum Befüllen von Hohlziegeln mit einem Schaummaterial, insbesondere Mineralschaum/Zementschaum. Der Zementschaum wird hierbei in Ausnehmungen der Hohlziegel, insbesondere die Langlöcher, verfüllt, und verleiht diesen hierdurch gute wärmedämmende Eigenschaften. Ferner zeichnen sich derartige Hohlziegel durch ihre hervorragenden Schall- und Brandschutzeigenschaften aus, und sind mit guten statischen Eigenschaften versehen. Üblicherweise haben derartige Hohlziegel ein Nut-Feder-System an den Stoßfugen, und können somit mörtelfrei und passend aneinandergefügt werden.
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Die Fülleinrichtung umfasst einen Behälter 10, der mit einem zur Verfüllung vorbereiteten Zementschaum beschickt wird und gewissermaßen als Pufferspeicher dient. Der Behälter 10 ist im Querschnitt trichterförmig ausgebildet, sodass sich der Zementschaum schwerkraftbedingt in Richtung des in vertikaler Richtung unteren Endes des Behälters 10 absenkt.
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Im Bereich des unteren Endes ist am Behälter 10 ein Ventilelement 40 angebracht, das über eine (in 1 nicht dargestellte) Öffnung mit einer entsprechenden Öffnung 12 (siehe hierzu die in 4 dargestellte Draufsicht einer zweiten Ausführungsform) mit dem Behälter 10 kommunizieren kann. Im Gehäuse 41 des Ventilelements 40 ist ein Umschaltelement 42 vorgesehen, das in der in 1 dargestellten Stellung eine Kommunikation zwischen dem Behälter 10 und einem an einer weiteren Seite des Ventilelements 40 angeschlossenen Kolbenzylinder 30 herstellt. Der Kolbenzylinder 30 ist hierbei horizontal seitlich am Ventilelement 40 fixiert und erstreckt sich in einer horizontalen Richtung.
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Der Kolbenzylinder 30 umfasst ein zylinderförmiges Rohr 31 sowie ein Kolbenelement 32, das innerhalb des Kolbenzylinders 30 eine Aufnahmekammer 33 definiert. Am Kolbenelement 32 ist an der der Aufnahmekammer 33 gegenüberliegenden Seite eine Kolbenstange 34 vorgesehen, die sich aus dem zylinderförmigen Rohr 31 heraus streckt. Die Kolbenstange 34 wird über zwei Lagerungen 35a, 35b gestützt, und ist in einer horizontalen Richtung bewegbar. Zur Bewegung des Kolbenelements 32 greift hierzu ein nicht näher dargestellter Antrieb an der Kolbenstange 34 an. Hierbei kann es sich um einen elektrischen, hydraulischen oder pneumatischen Antrieb handeln.
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An einer dritten Seite des Ventilelements 40 (eine in vertikaler Richtung untere Seite des Ventilelements 40) ist ein Schlauch 21 eines Füllelements 20 am Ventilelement 40 angebracht. Ein mit dem Schlauch 21 verbundenes Füllrohr 22 des Füllelements 20 ist in einen Hohlraum eines Hohlziegels einführbar, um diesen mit dem Zementschaum zu befüllen. Der Querschnitt des Füllrohrs kann kreisförmig sein, ist jedoch eher elliptisch oder rechteckförmig ausgebildet. Auch eine andere Ausgestaltung, die an die Dimension und die Ausgestaltung der zu befüllenden Ausnehmung des Hohlziegels angepasst ist, ist möglich.
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Obwohl in den Figuren nicht dargestellt, ist in der bevorzugten Ausführungsform der Innendurchmesser im Bereich der Öffnung des Füllrohrs zum Äußeren verjungt. Diese Ausgestaltung kann erreicht werden, indem das Ausgangsmaterial im Endbereich mit zwei Schlitzen versehen und anschließend gestaucht wird.
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Der Betrieb der in 1 dargestellten Fülleinrichtung wird anhand der 2a–2f näher erläutert.
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Zunächst befindet sich das Umschaltelement 42 des Ventilelements 40 in einer Ausgangsstellung, die eine Kommunikation zwischen dem Behälter 10 und der Aufnahmekammer 33 des Kolbenzylinders 30 gewährleistet (2a).
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Zu Beginn des Befüllvorgangs des Hohlziegels wird das Kolbenelement 32 mit dieser Ausrichtung des Umschaltelements 42 in horizontaler Richtung bewegt (in der vorliegenden Ausführungsform in einer Richtung weg vom Ventilelement 40), um das Aufnahmevolumen der Aufnahmekammer 33 zu vergrößern. Durch diese Bewegung wird der im Behälter 10 befindliche Zementschaum über das Ventilelement 40 in die Aufnahmekammer 33 eingezogen (siehe 2b und 2c).
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Sobald das Kolbenelement 32 eine definierte Position erreicht hat, beispielsweise das Kolbenelement 32 eine Innenwand des zylinderförmigen Rohrs 31 berührt, die Kolbenstange 34 gegen einen Anschlag stößt oder eine durch den Antrieb vorgegebene Weglänge des Kolbenelements 32 erreicht wurde, wird das Umschaltelement 42 des Ventilelements 40 gedreht, sodass das Ventilelement 40 nun eine Kommunikation zwischen der Aufnahmekammer 33 des Kolbenzylinders 30 und dem Füllelement 20 herstellt (siehe 2d).
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Durch eine entgegengesetzte horizontale Bewegung des Kolbenelements 32 (hier: in Richtung des Ventilelements 40) wird das Aufnahmevolumen der Aufnahmekammer 33 verkleinert, und hierdurch der in der Aufnahmekammer 33 aufgenommene Zementschaum über das Ventilelement 40 in das Füllelement 20, insbesondere den Schlauch 21, gedrückt. Diese Bewegung wird so lang fortgesetzt, bis die Aufnahmekammer 33 des Kolbenzylinders 30 im Wesentlichen entleert ist.
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Nachdem das Befüllen eines Hohlraums eines Hohlziegels abgeschlossen wurde, können die in 2 dargestellten Verfahrensschritte mit einem anderen Hohlziegel wiederholt werden. Die Wechselzeit zum Neuausrichten des Füllelements 20 zu einem neuen Hohlziegel kann zum Füllen der Aufnahmekammer 33 mit Zementschaum genutzt werden.
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Zwischen dem Befüllen zweier Ziegel verbleibt stets ein Rest des Zementschaums im Füllelement 20. Aufgrund der Formstabilität des Materials ist es jedoch nicht notwendig, das Füllelement 20 durch eine zusätzliche Düse abzuschließen. Vielmehr kann bei einem neuen Befüllvorgang neues Schaummaterial in das Füllelement 20 nachgedrückt werden. Durch das Volumen der Aufnahmekammer 33 des Kolbenzylinders 30 wird stets ein definiertes Volumen an neu zugeführtem Zementschaum bereitgestellt, das sich nach den Dimensionen des zu verfüllenden Hohlraums richtet.
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3 zeigt eine Seitenschnittansicht einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fülleinrichtung. Diese zeichnet sich durch mehrere Ventilelemente 40 und mehrere Kolbenzylinder 30 aus, die an einem gemeinsamen Behälter 10 angeschlossen sind. Neben einer spiegelbildlichen Anordnung von Kolbenzylindern 30 mit zugeordneten Ventilelementen 40 in einer Seitenansicht (die Spiegelebene verläuft vertikal im Wesentlichen mittig durch den Behälter 10; siehe 3), umfasst die Fülleinrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform ferner mehrere in einer horizontalen Ebene nebeneinander angeordnete Kolbenzylinder 30. Durch die in 3 und 4 dargestellte Fülleinrichtung können somit im konkreten Beispiel 14 Hohlräume gleichzeitig befüllt werden, wenn der mit Blick auf 2 erläuterte Betrieb der einzelnen Ventilelemente 40 und Kolbenzylinder 30 parallel durchgeführt wird.
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Innerhalb des Behälters 10 ist zwischen den Bereichen, welche die Öffnungen 12 zu den Ventilelementen 40 aufweisen, eine Trennwand 11 vorgesehen, um im Nahbereich zu den Öffnungen 12 eine Abgrenzung zu anderen Öffnungen 12 bereitzustellen. Obwohl die mehreren Kolbenzylinder 30 somit den gleichen Behälter 10 nutzen, wird durch die Trennwände 11 sichergestellt, dass beim Ansaugen des Zementschaums aus dem Behälter 10 in die Aufnahmekammer 33 eines Kolbenzylinders 30 keine Konkurrenzsituation zu einem anderen Kolbenzylinder 30 auftritt. Dies könnte dazu führen, dass lokale Lufteinschlüsse entstehen. Die Höhe der Trennwand ist derart dimensioniert, dass innerhalb der einzelnen Abschnitte 2–3 Füllmengen an Zementschaum enthalten sind.
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Die Kolbenstangen 34 der Kolbenzylinder 30, die auf einer Seite zu den Ventilelementen 40 angeordnet sind, werden durch einen Bügel 36 miteinander verbunden. Der gemeinsame Antrieb kann demnach am Bügel 36 angreifen.
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In 5 ist das Füllelement 20' in einer perspektivischen Ansicht dargestellt, das zum Befüllen eines Hohlziegels Z verwendet wird. Das Füllelement 20' umfasst einen Träger 23, an den eine Vielzahl von Füllrohren 22 angeschlossen sind. Die Füllrohre 22 sind derart dimensioniert und beabstandet, dass sie in Ausnehmungen A des Hohlziegels Z eindringen können. Somit ist das gleichzeitige Befüllen mehrerer Ausnehmungen in einem Hohlziegel möglich.
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Im Betrieb sind die Füllrohre 22 jeweils mit den Schläuchen 21 des Füllelements 20' verbunden. Der Träger 23 kann beispielsweise an einem Roboterarm befestigt sein, und gesteuert durch ein Bilderkennungsverfahren derart zu einem Hohlziegel Z ausgerichtet werden, dass die Rohre 22 in dessen Ausnehmungen eindringen können.
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Die Fülleinrichtung, welche in verschiedenen Ausführungsformen in den 1–5 dargestellt wurde, befindet sich neben der Füllstraße, entlang der die Hohlziegel Z über ein Förderband bewegt werden. Das Füllelement 20, 20', insbesondere die Füllrohre 22 sowie ggf. der Träger 23 und/oder weitere Anbringungselemente, sind verglichen mit der Baugruppe aus Behälter, dem Ventilelement und dem Kolbenzylinder vergleichsweise leicht ausgeführt, sodass ein kostengünstiger Roboter verwendet werden kann, der aufgrund der geringen Last zügig zugestellt werden kann. Die vergleichsweise schwere Baugruppe aus Behälter, dem/den Ventilelement/en und dem/den Kolbenzylinder/n ist neben dem Förderband zum Bewegen der Hohlziegel am Hallenboden positioniert. Der flexible Schlauch bzw. die flexiblen Schläuche 21 stellen die an die unterschiedlichen Abstände anpassbare Verbindung zwischen dem/den Ventilelement/en und dem/den Füllrohr/en her.
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Es ist ersichtlich, dass die Anzahl der Ventilelemente 40/Kolbenzylinder 30 sowie der zugeordneten Schläuche 21 nicht auf die in den Ausführungsbeispielen gezeigte Anzahl beschränkt ist, sondern je nach zu verfüllendem Hohlziegel gewählt werden kann.
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Auch wenn im Rahmen der vorliegenden Ausführungsformen erläutert wurde, dass der Kolbenzylinder bzw. die Kolbenzylinder im Wesentlichen horizontal ausgerichtet sind, ist auch eine geneigte oder vertikale Ausrichtung der Kolbenzylinder möglich.
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Im Rahmen der vorliegenden Ausführungsformen wurde ein drehbares Umschaltelement beschrieben, das im Gehäuse eines Ventilelements aufgenommen ist. Neben einer drehbaren Ausführung eines Umschaltelements kann dieses auch eine oder mehrere Bewegungen in einer oder mehrere translatorische Richtungen durchführen, um wahlweise eine Kommunikation zwischen dem Behälter und dem Kolbenzylinder bzw. dem Kolbenzylinder und dem Füllelement bereitzustellen.
