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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von vorgefertigten Stahlbetonflächentragwerken
Die Erfindung bezieht sich auf Maßnahmen zur Herstellung von vorgefertigten Stahlbetonflächentragwerken
(Schalen oder Faltwerken), die als Dach- und/oder Wandelemente eingesetzt werden.
Die Wanddicke solcher Flächentragwerke ist becanntlich veniältnismäßig gering, sie
beträgt z. B. 5 bis 5 cm. Das erfordert sehr sorgfältige Fertigung, zumal sichergestellt
werden muß, daß die schRaffe oder auch die vorgespannte Bewehrung die von der Konstruktion
vorgeschriebene Orientierung im Betonkörper genau einnimmt bzw. bei der Fertigung
auch einhält. Allgemein gesprochen verfährt man im Rahmen der bekannten
Maßnahmen
so, daß in eine Form (die dem herzustellenden Flächentragwerk angepaßt ist) zunächst
die Bewehrung eingebracht und danach erdfeucht angemachter Beton eingefüllt wird.
Dabei ist die Form in Strenge eher eine Schalung als eine Form (wenn der Ausdruck
Form impliziert, daß ein flüssiges Material eingefüllt wird, welches in der Farm
erhärtet).
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Die Schalung'bestimmt lediglich die Unterseite des herzustellenden
Flächentragwerkes. Die Oberseite bleibt frei und wird von einem längs der Schalung
bewegten Fertiger geformt. Dem Fertiger wird zumeist auch der Beton aufgegeben,
der vom Fertiger in die Schalung eingefüllt wird. Allerdings ist es auch üblich,
den Beton in die Schalung einfach einzuwerfen, ihn mehr oder weniger grob zu verteilen,
um ihn durch den Fertiger exakt zu verteilen und verdichten zu lassen. Der Fertiger
ist zumeist mit einem oder mehreren Rüttlern ausgerüstet, die der Verdichtung des
Betons dienen. Die Frequenz des Rüttlers bzw. der Rüttler liegt bei etwa 3000 Schwingungen
pro Minute. Von Hand muß im allgemeinen hinter dem Rüttler noch nachgeglättet werden.
Auf weitere Hilfskräfte kann nicht verzichtet werden. Das alles ist nicht nur in
fertigungstechnischer Hinsicht und in bezug auf den Arbeitsaufwand sondern auch
funktionell nachteilig. Tatsächlich verbieten sich solche geometrischen Formen der
Stahlbetonflächentragwerke, die nicht in der beschriebenen Weise mit einem mehr
oder weniger kontinuierlich bewegten Fertiger gefertigt werden können.
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Das bedingt gleichsam Regelquerschnitte. Dicke des Stahlbetonkörpers
und/oder Krümmung können in L-ngsrichtung der Flächentragwerke nicht beliebig variiert
werden. Im Ergebnis
sind die Stahlbetonflächentragwerke häufig nicht
in statischer und stabilitätsmäßiger Hinsicht optimiert, vielmehr erzwingen Fertigungsprobleme
Kompromisse.
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Hauptsächlich in anderen Bereichen der Technik, aber auch zur Herstellung
von Betonteilen (z. B. Skulpturen) kennt man Gießformen. Die Herstellung von vorgefertigten
Stahlbetonflächentragwerken ist dadurch bisher nicht beeinflußt worden.
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Soweit man beim Werkstoff Beton mit Gießformen gearbeitet hat, wird
eher Mcrtel als Beton eingesetzt und hat man durch erhöhte Anmach-Wassermengen den
Mörtel zunächst gießbar gestaltet. Das läßt sich zur Herstellung von großen und
langgestreckten Stahlbetonflächentragwerken nicht verwirklichen, da Entmischungen
des Betons auftreten und das Abbinden zu viel Zeit in Anspruch nimmt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung
von vorgefertigten Stahlbetonflächentragwerken anzugeben, welches es ermöglicht,
auf einfache Weise Stahlbetonflächentragwerke beliebiger geometrischer Gestalt herzustellen.
Der Erfindung liegt fernerhin die Aurgabe zugrunde, eine für das erfindungsgemäße
Verfahren besonders geeignete und einfache Vorrichtung anzugeben.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung wn vorgefertigten
Stahlbetonflächentragwerken (Schalen oder Faltwerken) rnit einfacher oder doppelter
Krümmung bzw. Faltung, die als Dach- und/oder Wandelemente eingesetzt werden, wobei
in eine Forrri (die dem herzustellenden Flächentragwerk angepaßt
ist)
zunächst-die Bewehrung eingebracht und danach erdfeucht angemachter Beton eingefüllt
wird. Die Erfindung besteht darin, daß die Form als Gießform mit Forminnenwand und
Formaußenwand ausgebildet und zumindest eine dieser Formwände (Forminnenwand Und/oder
Formaußenwand) in hochfrequente Schwingungen einer solchen Frequenz versetzt wird,
daß der erdfeucht angemachte und von einem oder von mehreren Einläufen in den Zwischenraum
zwischen Forminnenwand und Formaußenwand eingefüllte Beton in diesem Zwischenraum
fluidisiert wird sowie als fluides Medium, d. h. gleichsam als Flüssigkeit, in alle
Formräume unter Umfließung der Bewehrungselemente einfließt. - Formaußenwand bezeichnet
im Rahmen der Erfindung im allgemeinen den Formteil, der sich nach außen konvex
oder bei Faltwerken entsprechend gefaltet zeigt. Forminnenwand bezeichnet die Formwand,
die sich gleichsam konkav dem Betrachter anbietet.
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Die Erfindung geht von der überraschenden Tatsache aus, daß lediglich
erdfeucht angemachter Beton echt fluidisierbar ist, wenn bei Anwendung einer Gießform
geeignete Frequenzen auf den in die Gießform eingefüllten Beton ausgeübt werden.
Der Beton verhält sich im Formzwischenraum unter Einwirkung der Schwingungen wie
eine Flüssigkeit, umfließt die Bewehrungen und stellt sich in bezug auf seine Dichte
wie nach sorgfältiger Verdichtung ein. Störende Lufteinschlüsse und dergleichen
werden nicht beobachtet. Im übrigen zieht der fluidisierte Beton über die Einläufe
dort eingeschütteten Beton wie eine Flüssigkeit nach, und zwar insbesondere dann,
wenn auch zumindest eine Wand der Einläuft oder vorgeschaiteter Aggregate an der
beschriebenen Schwingung teilnimmt. Die anzuwendende Frequenz richtet
sich
nach der Zusammensetzung des Betons, mit dem gearbeitet wird. Handelt es sich beispielsweise
um einen Beton der für Stahlbetonschalen üblichen Zusammensetzung, erdfeucht angemacht,
so kommt man zum Erfolg, wenn die Formwände bzw. die Formwand mit einer Frequenz
von über 6000 Schwingungen pro Minute bevorzugt von etwa 9000 Schwingungen pro Minute,
in Schwingung versetzt wird. Hat der fluidisierte Beton sich in der Gießform verteilt,
so wird die Fluidisierung durch Abschalten der Schwingungserregung aufgehoben, so
daß der Beton abbindet.
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Besonders ausgeprägt ist der Effekt der Fluidisierung dann, wenn nach
bevorzugter Ausführungsform der Erfindung so verfahren wird, daß die Formwand bzw.
die Formwände mit einer Frequenz in Schwingung versetzt werden, die einer Eigenfrequenz
der Formwand (Grundschwingung oder Oberschwingung) entspricht. Ist eine Formwand
beispielsweise an ihren Rändern eingespannt oder auch frei stehend gelagert, so
findet man stets eine Eigenfrequenz, die gleichzeitig auch die Bedingung der Erfindung
erfüllt, nämlich den Beton fluidisiert. Das Schwingungsverhalten der Formwände ist
bei dem erfindungsgemäßen Verfahren grundsätzlich beliebig. Es kann sich also um
die Schwingungen einer eingespannten Membran oder auch um die Schwingung einer Kolbenmembran
handeln. Letzteres empfiehlt sich insbesondere dann, wenn in Rand- oder Eckbereichen
der Form ein Fluidisierungseffekt besonders ausgeprägt wirksam werden soll.
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Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung zur Durchführung
des beschriebenen Verfahrens. Diese Vorrichtung ist gekennzeichnet durch eine Ausbildung
als demontierbare Gießform mit (schwingungsmäßig betrachtet) starrer Tragkonstruktion
und darin angeordneter Forminnenwand und Formaußenwand mit zumindest einem oberen.Betoneinlauf,
wobei zumindest eine dieser Formwände schwingungsfähig ausgebildet und/oder gelagert
sowie mit Hochfrequenzruttlern zur Schwingungsanregung versehen ist. Die zur Verwirklichung
der Erfindung in Schwingungen zu versetzende Formwand kann in ihrer Tragkonstruktion
randseitig eingespannt sein. Sie schwingt dann wie eine Membran. Sie kann jedoch
auch im ganzen schwingungsfähig gelagert sein, z. B. mit Hilfe von Gummimetallelementen,
um danach hauptsächlich als Kolbenmembran zu schwingen. Im einzelnen bestehen im
Rahmen der Erfindung eine Vielzahl von Möglichkeiten. Im allgemeinen ist die Gießform
so abgedichtet, daß Anmachwasser nicht auslaufen kann.
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Zur Herstellung von Stahlbetonflächentragwerken mit rechteckigem Grundriß
empfiehlt es sich, die Anordnung so zu treffen, daß Forminnenwand und Formaußenwand
in bezug auf den Grundriß der nerzustellenden Stahlbetonschale bzw. des herzustellenden
Stahlbetonfaltwerkes im wesentlichen vertikal angeordnet sind. Hier besteht die
Möglichkeit, zwei der vertikal angeordneten Formen mit ihrer konkaven Seite gegeneinander
zu setzen und in dem so gebildeten Hohlraum Heizelemente oder dergleichen anzuordnen.
Mit Rücksicht auf die Tatsache, daß bei einer Vorrichtung zur Durchführuig des erflildungsgemäßen
Verfahrens
Forminnenwand und/oder Formaußenwand in Schwingungen versetzt werden, wird man im
allgemeinen für diese Elemente Werkstoffe verwenden, die nur eine geringe Dämpfung
aufweisen. Es eignet sich insbesondere Metall, z. B.
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Stahl. Man kann aber auch entsprechend hart eingestellten Kunststoff
oder Holz vorsehen. Im übrigen kann die Form im ganzen als Spannbett zur Aufnahme
vorgespannter Bewehrungen ausgebildet sein. Stets besitzt sie die Elemente, die
erforderlich sind, um die Bewehrung zu fixieren, ehe der Beton eingefüllt wird.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel
darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung:
Fig. 1 bis Fig. 5 Querschnitte durch eine Vorrichtung zur Durchführung des erflndungsgemäßen
Verfahrens, ausgebildet für verschiedene Formen von Stahlbetonflächentragwerken,
Fig. 4 eine andere AusfUhrungsform einer Vorrichtung zur Durchrührung des erfindungsgemäßen
Verfahrens und Fig. 5 eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Fig. b zeigt in gegenüber den Fig. 1 bis 5 verkleinerten Maßstab perspektivisch
eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Die in den Fig. dargestellten Vorrichtungen sind sämtlich als demontierbare
Gießform ausgebildet. Sie bestehen aus einer, schwingungsmäßig betrachtet, starren
Tragkonstruktion 1 mit darin angeordneter Forminnenwand 2 und ebenfalls darin angeordneter
Formaußenwand 3. Forminnenwand 2 bezeichnet stets die Wand, die sich dem Betrachter
gleichsam konkav anbietet oder bei geschlossenen Formen innen liegt. Formaußenwand
5 bezeichnet die nach außen konvexe Wand. Aus einer vergleichenden Betrachtung der
Fig. 1 bis 3 entnimmt man, daß zur He-rstellung von röhrenförmigen Flächentragwerken
auch mit einer Forminnenwand 2 gearbeitet werden kann, die gleichsam eine verlorene
Schalung darstellt. Zu jeder Form gehört zumindest ein oberer Betoneinlauf 4. Im
Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 sind Hochfrequenzrüttler 5, die z. B.
im Frequenzbereich von 9000 Schwingungen pro Minute arbeiten, aussen auf die Formaußenwand
5 aufgesetzt. Diese ist schwingungsfähig ausgebildet bzw. gelagert. Bei der Ausführungsform
nach den Fig. 3 bis 5 sind Hochfrequenzrüttler 5 auch auf die Forminnenwand 2 aufgesetzt.
Stets erreicht man durch die Auswahl geeigneter Frequenzen, daß sich der Beton fluidisiert
und daß er sich im Formzwischenraum 6 zwischen Forminnenwand 2 und Formaußenwand
3 während des Arbeitens der Hochfrequenzrüttler 5 wie eine Flüssigkeit verhält.
Schematisch und im Maßstab stark übertrieben sind in den Fig. Amplituden der Schwingungsbewegung
der Forminnenwand 2 und/oder Formaußenwand 5 angedeutet. - Man kann die mit einer
Gießform gemäß Fig. 2 hergestellte Stahlbetonschale auch gleichsam mit einem Deckel
versehen, indem die Stahlbetonschale in einem zweiten
Arbeitsgang
in eine entsprechende Gießform für den Deckel einsetzt. Auf diese Weise kann auf
den Einsatz einer verlorenen Schalung verzichtet werden.
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Die Fig. 4 bis 6 zeigen die erfindungsgemäße Vorrichtung in der Ausführung
für Stahlbetonflächentragwerke mit rechteckigem Grundriß. Hier sind Forminnenwand
2 und Formaußenwand 5 in bezug auf den Grundriß der herzustellenden Stahlbetonschale
im wesentlichen vertikal angeordnet. Dabei zeigt Fig. 5, daß marl auch zwei derartige,
vertikal angeordnete Formen 2, 3 mit ihrer konkaven Seite gegeneinandersetzen und
in-dem so gebildeten Hohlraum Heizelemente 7 oder dergleichen unterbringen kann.
Es besteht die Möglichkeit, stets auch mehrere der beschriebenen Formen 2, 5 ineinanderzuschachteln,
wenn es sich um Stahlbetonflächentragwerke handelt, die im rertigen Zustand gleichsam
ineinanderpassend gestapelt werden können, so daß auch die Formen ineinanderschachtelbar
sind. Forminnenwand 2 und Formaußenwand 3 bestehen im Ausführungsbeispiel aus Stahl.
Die Bewehrung ist mit besonderen Elementen gehalten, es kann sich auch um eine Vorspannbewehrung
handeln.