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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von
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Betonformlingen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung
von Betonformlingen vorbestimmter einstellbarer Höhe mit hoher Maßgenauigkeit der
Umrißflächen aus Frischbeton, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
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Bei der Herstellung von Formlingen aus Beton, insbesondere solcher
verhältnismäßig kleiner Abmessungen, ist es bisher immer ein Problem gewesen, solche
Formlinge mit guter Festigkeit mit Hilfe eines einfachen, kostengünstigen Verfahrens
in optimaler Maßgenauigkeit bestimmter Flächen der Form des Betonformlings herzustellen.
So ist es beispielsweise bisher nicht möglich gewesen,
bei sogen.
Abstandselementen für Schalungen zur Erstellung von Betonwänden und -decken eine
Maximaltoleranz von + - 1 mm an den maßgebenden Flächen zu verwirklichen. Diese
maßgebenden Flächen sind die Anlageflächen für die Schalungen, und da der Abstand
dieser Anlageflächen voneinander für die Dicke der das gesamte Stockwerk durchziehenden
Betonwand bzw.
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-decke maßgebend ist, bedeutet eine entsprechende Maßgenauigkeit die
Einsparung von erheblichen Mengen an Beton. Große Maßgenauigkeit ist auch erforderlich
bei der Herstellung von Betonkonen, welche dem Ausfüllen von konischen Aussparungen
dienen sollen, die durch entsprechend geformte Abstandshalter für Stahlschalungen
bei der Herstellung von Betonwänden bzw.
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-decken in diesen Betonwänden bzw. -decken hinterlassen worden sind.
Schon Bruchteile von Millimetern an Maßungenauigkeit der Konizität eines solchen
Betonkonus kann bedeuten, daß dieser nicht mehr genau in das konische Loch der Betonwand
paßt, sondern an einer Seite heraussteht.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur
Herstellung von Betonformlingen vorbestimmter einstellbarer Höhe mit hoher Maßgenauigkeit
der Umrißflächen aus Frischbeton zu schaffen, welches insbesondere auch bei Formlingen
relativ kleiner Abmessungen die gewünschte Maßgenauigkeit und notwendige Festigkeit
garantiert, und welches sich für die Massenfertigung, d.h. die Herstellung von Betonformlingen
in großen Stückzahlen mit geringer Herstellungszeit eignet. Diese Ziele sollen auf
kostengünstige Weise erreicht werden. Ferner soll eine einfach konstruierte und
störunanfällig arbeitende Vorrichtung zur DurchfUhrung dieses Verfahrens geschaffen
werden.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von
Betonformlingen vorbestimmter einstellbarer Höhe mit hoher Maßgenauigkeit der Umrißflächen
aus Frischbeton, welches erfindungsgemäß
dadurch gekennzeichnet
ist, daß man den Formling stehend (d.h. mit stehenden Umrißflächen) formt, indem
man eine entsprechende Form mit dem Volumen VF mit unverdichtetem Frischbeton füllt,
die Füllung daraufhin durch kurzes Niederdrücken in der Form auf das Volumen Vv
vorverdichtet, das frei gewordene Formvolumen VF-Vv erneut mit Frischbeton auffüllt,
dann durch gleichzeitiges Niederdrücken und Vibrieren bzw. Rütteln bis auf das gewünschte
Endvolumen VE des Formlings verdichtet, worauf man den Formling ausformt.
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Die Anmelderin hat festgestellt, daß die Herstellung von Betonformlingen
vorbestimmt er Höhe mit hoher Maßgenauigkeit der Umrißflächen durch Gießen gelingen
kann, wenn man den Formling in der Form verdichtet. Es hat sich aber gezeigt, daß
eine Verdichtung in der Form in einem einzigen Verdichtungsgang durch Rütteln bzw.
Vibrieren nicht zu dem gewünschten Endergebnis führt. Einmal wird bei einer konstanten
Höhe bzw.
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einem konstanten Volumen der Form, in welcher verdichtet wird, ein
ganz bestimmter eng begrenzter Bereich für die Endhöhe bzw. das Endvolumen des fertigen
Formlings vorgegeben, der im wesentlichen von der maximal möglichen Verdichtung
abhängt. Dies bedeutet, daß man für andere Endhöhen bzw. Endvolumina des fertigen
Formlings eine andere Form mit entsprechend anderem Volumen bzw. anderer Höhe nehmen
müßte; dies ist teuer. Zum anderen dauert die Verdichtung in dieser Weise sehr lang
und widerspricht der Forderung nach einer kurzen Produktionszeit für die Massenfertigung.
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Auch bedeutet die Variation der Endvolumina bzw. Endhöhen des fertigen
Formlings innerhalb der möglichen Grenzen eine entsprechende Variation der Verdichtung,
was auch nicht immer erwünscht ist, insbesondere weil Formlinge größeren Volumens
und damit höhere Formlinge (bei schlanken Formen längere Formlinge) notwendigerweise
weniger stark verdichtet sind; dies schlägt sich nachteilig in der verringerten
Festigkeit
nieder, welche gerade für lange und schlanke Formen
höher sein müßte. Auch ist es unzweckmäßig, für Formlinge kleinen Volumens bzw.
geringer Höhe immer auf das maximal mögliche Maß verdichten zu müssen.
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Diese Probleme werden durch die erfindungsgemäße Arbeitsweise gelöst,
bei welcher zunächst der in die Form gefüllte Frischbeton in dieser durch einen
kurzen Arbeitsgang des Niederdrückens vorverdichtet wird, worauf dann erneut Frischbeton
bis zur Auffüllung des Formvolumens nachgefüllt wird, und dann bei gleichzeitigem
Niederdrücken und Vibrieren der Endverdichtungsvorgang auf das gewünschte Endvolumen
des Formlings in der Form stattfindet. Hierdurch wird es möglich, in sehr weiten
Bereichen das Endvolumen des Formlings bzw. seine Endhöhe zu variieren, bei relativ
geringen Dichteschwankungen des fertigen Formlings für diese verschiedenen Endvolumina
bzw. Endhöhen. Die Form braucht für diese verschiedenen Endhöhen bzw. Endvolumina
des Formlings nicht ausgewechselt zu werden. Andererseits wird der gesamte Gießvorgang
durch die besonderen Schritte des vorliegenden Verfahrens erheblich abgekürzt auf
eine Produktionszeit, welche für eine Massenherstellung interessant ist. Es ergibt
sich durch die neue Arbeitsweise darüber hinaus erstmalig die Möglichkeit, Betonformlinge
mit Umrißflächen hoher Maßgenauigkeit und insbesondere schlanke Formen solcher Betonformlinge
kostengünstig und mit einer sehr zufriedenstellenden Festigkeit herzustellen.
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Hierbei ist zu beachten, daß schon allein das Ausformen der gegossenen
Rohlinge aus der Form bei Rohlingen, deren Umrißflächen hohe Maßgenauigkeit haben
sollen, ein großes Problem darstellt, da die Gründruckfestigkeit der Rohlinge niedrig
ist.
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Besonders genau läßt sich die Verdichtung des Betonformlings bei einer
Ausführungsform der erfindungsgemäßen Arbeitsweise
einstellen,
bei welcher man, wenn v der Prozentsatz ihres Anfangsvolumens ist, auf den die Frischbetonfüllung
vorverdichtet wird, e der Prozentsatz seines Anfangsvolumens ist, auf den der nachgefüllte
Frischbeton beim Endverdichten verdichtet wird, x der Prozentsatz seines Anfangsvolumens
ist, auf den der vorverdichtete Beton beim Endverdichten verdichtet wird, einen
Formling mit dem Endvolumen VE herstellt, das sich aus der Vorverdichtung v durch
die Beziehung VE = e - e-v + xev VF ergibt, worin x eine Funktion von v ist, die
so gewählt ist, daß für v = 0,6, x = 1 ist und für v gegen 1, x gegen e geht, und
wobei v im Bereich von 0,6 bis 1,0 und e im Bereich von 0,6 bis O,75 gewählt werden
muß.
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Es ergibt sich eine Variationsmöglichkeit für das Endvolumen bzw.
die Endhöhe des Formlings, die weit über der Variationsmöglichkeit liegt, welche
normalerweise der zulässige Verdichtungsbereich des Frischbetons ermöglichen würde.
Wie die Anmelderin festgestellt hat, kann man den Frischbeton aus technischen und
wirtschaftlichen Gründen auf nicht weniger als 60 % seines Anfangsvolumens verdichten.
Andererseits wurde festgestellt, daß Festigkeitsüberlegungen eine Verdichtung des
Betons in dem fertigen Formling verlangen, welche den Beton auf wenigstens 75 %
seines Anfangsvolumens verdichtete, wobei dieser Grad der Verdichtung nicht notwendigerweise
in dem gesamten Betonformling konstant zu sein braucht.
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Nimmt man eine lineare Abhängigkeit der Höhe des fertigen Formlings
von seinem Volumen an, dann ergäbe sich für diese Höhe normalerweise eine durch
den Dichtespielraum gegebene Variationsmöglichkeit von 25 % des kleinsten Wertes.
Die kleinste Höhe könnte also maximal um 25 % vergrößert werden.
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Wesentlich vorteilhafter sind die Ergebnisse der erfindungsgemäßen
Arbeitsweise. Setzt man für die Abhängigkeit der Verdichtung x von der Verdichtung
v eine lineare Beziehung ein, beispielsweise die Beziehung x = 2,5 (v.e - v + 1)
- 1,5.e gemäß der Ausführungsform nach Anspruch 3, welche gute Näherungswerte der
tatsächlichen Verhältnisse liefert, dann lassen sich die folgenden Ergebnisse bzw.
Variationen für das Endvolumen VE des fertigen Formlings erzielen.
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Zur Vereinfachung ist das Endvolumen VE des Formlings in Beziehung
gesetzt zu dem Formvolumen VF.
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Im folgenden werden für verschiedene Werte von v, also verschiedene
Grade der Vorverdichtung des in die Form eingefüllten Frischbetons, jeweils die
Grenzwerte für VE angegeben, die sich aus den Grenzwerten für die End- VF verdichtung
e des in die Form nachgefüllten Frischbetons ergeben.
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v=i e = 0,6 VE 0,6 VF vE e = 0,75 = 0,75; VF
v =
0,9 VE e = 0,6 = 0,70 VF VE e = 0,75 = 0,81; VF v = 0,8 e = 0,6 VE = 0,76 VF e =
0,75 VE = 0,85; VF v = 0,7 VE e = 0,6 = 0,81 VF VE e = 0,75 = 0,88; F V = 0,6 VE
e = 0,6 VE = 0,84 VF e = 0,75 VE = 0,9.
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VF Hieraus ersieht man, daß selbst bei einer durchgehend vorliegenden
Maximalverdichtung des Betons in dem fertigen Formling auf 60 % seines Anfangsvolumens
eine Variationsmöglichkeit des Endvolumens bzw. der Endhöhe des Formlings von 60
% des Formvolumens
bzw. der Formhöhe als kleinstem Wert bis 84
% des Formvolumens bzw. der Formhöhe als größtem Wert möglich ist. Dies bedeutet
einen Spielraum von 40 % des Minimalvolumens bzw. der Minimalhöhe.
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Nimmt man die mindestens erforderliche, also minimale Endverdichtung
des nach der Vorverdichtung nachgefüllten Betonvolumens auf 75 % seines Anfangsvolumens
(e = 0,75), dann ergibt sich für das Endvolumen bzw. die Endhöhe des fertigen Formlings
immer noch eine Variationsbreite von 11 % des Minimalvolumens bzw. der Minimalhöhe.
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Es ergibt sich also mit ein und derselben Form durch die er--findungsgemäße
Arbeitsweise eine ganz erhebliche Variationsmöglichkeit für die Endvolumina bzw.
Endhöhe der Formlinge, bei dennoch garantierter Mindestverdichtung in allen Bereichen
des Formlings und damit garantierter Festigkeit des Formlings.
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In manchen Fällen ist es bei der erfindungsgemäßen Arbeitsweise auch
möglich, schon verdichteten Frischbeton zu verwenden. Wann dies möglich ist, hängt
insbesondere von der Gestalt des Formlings bzw. der Gießform ab. Verwendet man schon
verdichteten Frischbeton, der schon auf einen Prozentsatz vO seines unverdichteten
Volumens verdichtet ist, so muß v im Bereich von 0,6/v bis 1 und e c 0,75/wo gewählt
werden; da-0 bei sollte vO nicht kleiner als 0,85 sein.
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Bei Formlingen kleiner Abmessungen verwendet man vort.eilhafterweise
bei der erfindungsgemäßen Arbeitsweise im Falle schon verdichteten Frischbetons
solchen, dessen v0 nicht kleiner als 0,95 ist, wobei sich bei sehr schlanken Formlingen
ein Vorverdichten manchmal überhaupt verbietet.
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Die erfindungsgemäße Arbeitsweise läßt sich mit Frischbeton üblicher
Zusammensetzungen
durchführen. Bevorzugt verwendet man für die Füllung der Form Frischbeton der folgenden
Zusammensetzung: 75 Gew.-Teile Zement, 150 Gew.-Teile Feinsand und 150 Gew.-Teile
Splitt mit einer Körnung von 3 bis 5.
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Beim Endverdichten des Formlings in der Form wird gemäß einer bevorzugten
Arbeitsweise maximal 20 sec vibriert; hieraus ergibt sich der besondere Vorteil
der Arbeitsweise für eine Massenproduktion, welche die Schnelligkeit des Verfahrens
zur Voraussetzung hat. Eine besonders bevorzugte Arbeitsweise hat beim Endverdichten
nur eine Vibrationsdauer von 9 bis 15 sec.
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Die geringeren Rüttelzeiten bzw. Vibrationszeiten ergeben sich dabei
bereits ab einer Vorverdichtung auf etwa 3/4 bis die Hälfte der Gesamtverdichtung.
Zu berücksichtigen ist dabei, daß aus Gründen der Schnelligkeit des Verfahrens für
die Vorverdichtung bevorzugt nur ein kurzes Niederdrücken zur Verfügung steht und
dem Maß der Vorverdichtung damit Grenzen gesetzt sind. Doch erreicht man bereits
sehr kurze Rüttelzeiten von etwa 9 bis 11 sec bei einer Vorverdichtung auf etwa
3/4 bis 1/2 der Gesamtverdichtung.
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Die mit Hilfe der erfindungsgemäßen Arbeitsweise hergestellten Betonrohlinge
haben eine Gründruckfestigkeit, welche ausreichend groß ist, um ein problemloses
und automatisches Ausformen der Formlinge aus ihrer Form zu gestatten. Zu diesem
Zweck wird gemäß einer bevorzugten Arbeitsweise der Formling nach Erreichen des
Endvolumens VE durch Abheben der unten offenen Form von ihrer Bodenplatte ausgeformt,
indem er aus einer Höhe von nicht mehr als 10 mm auf die Bodenplatte fallengelassen
wird. Die Standfläche, auf welche der Formling fällt, ist dabei keine derjenigen
Flächen, für welche die hohe Maßgenauigkeit gefordert wird. Die Umrißflächen mit
der gegewünschten
hohen Maßgenauigkeit werden durch diesen Ausformvorgang
in Genauigkeit und Struktur nicht beeinträchtigt oder verändert.
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Besonders gut für eine Massenproduktion eignet sich eine Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Arbeitsweise, bei welcher man eine oben und unten offene Form
verwendet, die von einer Bodenplatte abhebbar und in die von oben ein Ausstoßer
einfahrbar ist, und bei welcher man die Vorverdichtung der ersten in die Form eingefüllten
Frischbetonfüllung durch Einfahren des Ausstoßers in die Form vornimmt. Dies ermöglicht
nicht nur die Einhaltung geringer Produktionszeiten, sondern auch die Durchführung
des Verfahrens auf einer Vorrichtung, welche geringe Herstellungskosten hat.
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Bevorzugt nimmt man das Niederdrücken beim Endverdichten ebenfalls
durch Einfahren des Ausstoßers in die Form vor, zieht daraufhin den Ausstoßer um
eine bestimmte Strecke zurück, und stößt sodann durch Heben der Form den Formling
mit Hilfe des Ausstoßers nach unten aus.
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Bevorzugt zieht man nach dem Endverdichten den Ausstoßer um eine Strecke
von 10 mm zurück. Die Fallhöhe der Betonformlinge beträgt dann ebenfalls 10 mm,
da die beim Hochziehen der Form von der Bodenplatte zunächst in der Form mitgenommenen
Formlinge mit ihrer oberen Stirnfläche nach 10 mm Hubweg gegen die um diese Strecke
zurückgezogenen Ausstoßer stoßen und von diesem aus der Form gelöst werden, worauf
sie wieder auf die an Ort und Stelle gebliebene Bodenplatte herabfallen. Bei dieser
Fallhöhe ergeben sich keine Änderungen der Maße der Umrißflächen oder der Höhe;
10 mm sind allerdings für schlanke Körper, wie beispielsweise Betonkonen mit einer
Gesamthöhe von 200 mm die obere Grenze für die zulässige Fallhöhe.
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Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Vorrichtung zur Durchführung
der erfindungsgemäßen Arbeitsweise, welche gekennzeichnet ist durch einen Formrahmen
mit vorzugsweise mehreren darin in einer horizontalen Ebene angeordneten Formhohlräumen,
welche oben offen und unten durch eine Bodenplatte geschlossen sind, von der der
Formrahmen abhebbar ist und an deren Unterseite ein Vibrator angeordnet ist, durch
einen Oberstempel mit der Anzahl der Formhohlräume entsprechend vielen nach unten
ragenden, durch eine Relativbewegung zwischen Formrahmen und Oberstempel in die
Formhohlräume bis zu einer bestimmbaren Tiefe einfahrbaren Ausstoßern, und eine
mit der Oberkante des Formrahmens abschließende, neben diesem angeordnete Plattform,
über der im Abstand ein Frischbeton-Aufgabebunker derart angeordnet ist, daß ein
auf der Plattform aufliegender Füllkasten unter dem Aufgabebunker hindurch über
den Formrahmen schiebbar ist. Mit Hilfe dieser Vorrichtung gelingt die Durchführung
des Verfahrens und die Herstellung einer Vielzahl von Betonformlingen in kurzer
Zeit zu einem außerordentlich niedrigen Preis in weitgehend automatisierter und
sehr störungsarmer Weise. Das Bruchrisiko der Formlinge ist bei optimaler Genauigkeit
der Umrißabmessungen gering. Mit Hilfe dieser Vorrichtung ist es möglich, entsprechend
der erfindungsgemäßen Arbeitsweise die Endvolumina bzw. Höhen der fertigen Formlinge
für ein und denselben Formrahmen bzw. ein und dieselbe Form in weitem Bereich auf
einfache Weise zu variieren. Es ergibt sich eine ausgezeichnete Reproduzierbarkeit
der einmal eingestellten Höhe bzw. des einmal eingestellten Endvolumens des Formlings.
Die mit Hilfe der erfindungsgemäßen Arbeitsweise erzielbare Maßgenauigkeit, die
beispielsweise bei kreuzförmigen Abstandshaltern aus Beton -+ 0,5 bis 1 mm maximale
Abweichung beträgt, läßt sich mit Hilfe dieser Vorrichtung ausgezeichnet realisieren.
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Die Relativbewegung des Oberstempels zu dem Formrahmen wird gemäß
einer
bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung durch eine Konstruktion
verwirklicht, die gekennzeichnet ist durch ein Gestell, zu dem der Oberstempel relativ
bewegbar ist und an welchem ein einstellbarer Anschlag für das Ende einer Hubbewegung
des Oberstempels nach oben vorgesehen ist, sowie durch ein an dem Oberstempel vorgesehenes
Gegenstück für den Anschlag, welches quer zur Hubbewegung des Oberstempels aus dem
Weg des Anschlags verschieblich ist. Dies ergibt eine besonders einfache Steuerung
der zwei erforderlichen Hubhöhen für die Bewegung des Oberstempels nach oben.
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Bevorzugt weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine derartige Steuerung
der Relativbewegungen von Formrahmen, Bodenplatte und Oberstempel auf, daß der lichte
Abstand zwischen dem Anschlag für den Oberstempel und seinem Gegenstück quer zur
Hubrichtung des Oberstempels für alle Formlingshöhen konstant ist. Dies wird in
besonders einfacher Weise durch den in Abhängigkeit von der Endhöhe des Formlings
einstellbaren Anschlag für das in dessen Weg schiebbare Gegenstück erreicht. Bei
verschiedenen Endhöhen des Formlings läßt sich daher die Höhe, in welcher der Formling
aus der Form gelöst wird und aus welcher er dann auf die an Ort und Stelle verbliebene
Bodenplatte herunterfällt, so einstellen, daß die Fallhöhe unabhängig von der Endhöhe
des Formlings immer konstant bleibt.
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Bevorzugt ist die Konstruktion dabei so durchgeführt, daß ein lichter
Abstand von 10 mm zwischen Anschlag und Gegenstück in Hubrichtung des Oberstempels
vorgesehen ist.
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Als Alternative zu der bisher geschilderten Verwirklichung einer Relativbewegung
zwischen dem Formrahmen und dem Oberstempel, bei-welcher der Oberstempel in den
Formrahmen einfahrbar
und aus diesem wieder bis zu einem auf niedrigerer
Höhe liegenden Anschlag heraushebbar war, ist auch eine Konstruktion möglich, bei
welcher der Oberstempel ortsfest ist.
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Diese ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenplatte
gemeinsam mit dem Formrahmen gegen den ortsfesten Oberstempel bis zu der gewünschten
Eindringtiefe der Ausstosser in die Formhohlräume jeweils beim Vorverdichten und
Endverdichten anhebbar ist, und daß der Formrahmen von der Hubhöhe nach dem Endverdichten
allein weiter anhebbar ist. Bei diesem zuletzt genannten weiteren Anheben des Formrahmens
nach dem Endverdichten bleiben die Formlinge automatisch auf der Bodenplatte zurück,
weil sie an die Ausstoßer anstoßen.
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Bei dieser Konstruktion gibt es überhaupt keine Fallhöhe für die fertigen
grünen Formlinge. Sie kann daher für Formlinge besonders geringer Dichte bzw. Gründruckfestigkeit
mit Vorteil verwendet werden.
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Sofern sich herausstellt, daß man für ein besseres Lösen der Formlinge
aus der Form den Aufprallimpuls der Ausstoßer auf den Formling benötigt, kann natürlich
auch diese Variante der Konstruktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine entsprechende
Lösung vorsehen. Gemäß dieser Lösung ist der Oberstempel vor Beginn der Hubbewegung
des Formrahmens nach dem Endverdichten des Formlings um eine Höhendifferenz von
vorzugsweise 10 mm anhebbar, so daß der Formling in dem nachfolgenden Formrahmen
gegen den angehobenen und dann in dieser Stellung arretierten Ausstoßer stößt und
aus dieser Höhendifferenz von nicht mehr als 10 mm wieder auf die Bodenplatte fällt.
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Sofern es sich als zweckmäßig erweisen sollte, daß nur das Aufprallen
des fertigen Formlings mit einer bestimmten ein Höchstmaß nicht überschreitenden
Geschwindigkeit auf die Bodenplatte erforderlich ist, beispielsweise um bei der
Herstellung
von Betonkonen die geringe Menge des eingebrachten
Frischbetons, welche zwischen dem Oberstempel und den Innenseiten des Formhohlraums
zurückbleibt, nach der Formgebung zu entfernen, kann die Konstruktion auch so durchgeführt
sein, daß die Bodenplatte allein aus der Hubhöhe nach dem Endverdichten um eine
Höhendifferenz von vorzugsweise 10 mm in eine Endstellung absenkbar ist.
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Im folgenden wird eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Arbeitsweise
und einer Vorrichtung zu ihrer- Durchführung anhand der Zeichnungen näher beschrieben.
Diese zeigen in: Fig. 1 ein Schemabild für die Durchführung des Verfahrens; Fig.
2 eine schematische Darstellung der einzelnen Einrichtungen der erfindungsgemäßen
Vorrichtung; Fig. 3 eine Seitenansicht der Vorrichtung der Fig. 2; Fig. 4 die Stellungen
von Formrahmen, Bodenplatte und Oberstempel zueinander in verschiedenen Verfahrensphasen;
Fig. 5 eine konstruktive Lösung für die Steuerung des Oberstempels mit Hilfe von
Anschlag und Gegenstück; Fig. 6 die Konstruktion der Fig. 5 in einer anderen Verfahrensphase;
und Fig. 7 eine Seitenansicht der Konstruktion der Fig. 6.
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Die schematische Darstellung in Fig. 1 zeigt einen Formrahmen 1 mit
darin vorgesehenen Formhohlräumen 11. Der Formrahmen 1 ist an seiner Oberseite und
seiner Unterseite offen wobei die Unterseite auf einer Bodenplatte 5 aufsitzt. An
der Unterseite der
Bodenplatte 5 ist ein Vibrator 6 befestigt.
über dem Formrahmen 1 in äußerster Hubstellung ist ein Oberstempel 3 mit nach unten
ragenden Ausstoßern 4 dargestellt. Zwischen den Unterkanten der Ausstoßer 4 und
der Oberkante des Formrahmens 11 ist so viel Platz freigelassen, daß ein nicht dargestellter
Füllkasten 8 unter den Ausstoßern 4 hinweg über den Formkasten 1 geschoben werden
kann. Der Füllkasten ist andererseits unter einen Aufgabebunker 2 auf eine Plattform
9 verschiebbar, in welcher Stellung er aus dem Aufgabebunker gefüllt werden kann.
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Bei der dargestellten Schemaskizze sollen konische Betonformlinge
hergestellt werden; wobei jedoch die Darstellung nicht maßstabsgetreu ist. Wie man
sieht, sind die Formhohlräume 11 in dem Formrahmen 1 so ausgebildet, daß die Betonkonen
auf ihrer breiten Basis stehen.
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Die erfindungsgemäße Arbeitsweise geht nun wie folgt vor sich.
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Es sei angenommen, man wolle einen Betonkonus mit einer Höhe herstellen,
die einem Endvolumen VE des Formlings von 85 % des Formvolumens VF entspricht. Die
gewünschte Endverdichtung des nach dem Vorverdichten nachgefüllten Betonvolumens
solle auf 75 % von dessen Anfangsvolumen erfolgen (e = 0,75). Es ergäbe sich hieraus
ein Volumen VV, auf welches vorverdichtet werden muß, von 80 % des Formvolumens
VF (v = 0,8). Dies bedeutet beispielsweise nach der Ausführungsform des Verfahrens
gemäß Anspruch 2, daß sich für x der Wert 0,875 ergibt, was bedeutet, daß die höchste
Verdichtung des Betons in dem fertigen Formling 0,70 beträgt, d.h. daß das zu Anfang
in der Form vorhandene Volumen VF nach der Endverdichtung auf 70 % des Anfangsvolumens
VF verdichtet worden ist (v.x 0,70).
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Aus diesem hier durchgerechneten Zahlenbeispiel sieht man auch
deutlich,
daß die Schwankung des Verdichtungsgrades oder Verdichtungsmaßes in dem vor- und
endverdichteten Teil des Formlings gegenüber dem nur endverdichteten Teil des Formlings
gering ist: Während das Verdichtungsmaß in dem nur endverdichteten Teil 75 % des
Anfangsvolumens beträgt (e = 0,75), beträgt es in dem vor- und endverdichteten Teil
70 % des Anfangsvolumens (v.x = 0,70); dies entspricht einer Schwankung von nur
6,7 %, wenn man auf das Verdichtungsmaß des stärker verdichteten Teils, nämlich
des vor- und endverdichteten Teils, bezug nimmt.
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Fig. 1 zeigt an ein und derselben Form bzw. in deren Formrahmen 1
vorgesehenen Formhohlräumen 11 die einzelnen Verfahrensschritte. Der Formhohlraum
11 auf der linken Seite zeigt den Stand des Verfahrens nach der ersten Füllung des
Formhohlraumes 11 und vor dem Vorverdichten, welches durch Niederdrücken des Oberstempels
3 bzw. Ausstoßers 4 in den Formhohlraum 11 erfolgt. Der Formhohlraum 11 in der Mitte
zeigt den Verfahrens zustand nach dem Vorverdichten, wonach der Beton in dem Formhohlraum
11 ein Volumen VV von 90 % seines Ausgangsvolumens VF eingenommen hat.
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Die nächste Stufe, in welcher das neugeschaffene freie Volumen in
dem Formhohlraum 11 wieder mit frischem Beton aufgefüllt wird, ist inFig. 1 nicht
dargestellt. Man möge sich zu diesem Zweck denken, daß der (nicht dargestellte)
Füllkasten einmal zwischen seiner Stellung unter dem Aufgabebunker 2 und seiner
Stellung über dem Formrahmen 1 hin und wieder zurück gefahren ist.
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Der rechte Formhohlraum 11 in Fig. 1 zeigt den Zustand des Betonformlings
nach dem Endverdichten, wonach er sein Endvolumen VE angenommen hat. Bei dem gewählten
Ausführungsbeispiel sind dies 85 % des Formvolumens VF.
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Würde man ohne Vorverdichten und ohne Nachfüllen arbeiten, so könnte
man mit dem gleichen Verdichtungsgrad von durchschnittlich etwa 72,5 % des Formvolumens
VF nur ein Endvolumen des fertigen Formlings von 72,5 % des Anfangsvolumens VF erreichen.
Für Endvolumina, welche 75 % des Anfangsvolumens YF übersteigen würden, müßte man
eine neue Form nehmen. Dies bedeutet, daß von der vorhandenen Form nur 75 % ausgenützt
werden könnten. Demgegenüber ist die Form mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens
bis zu 90 % ausnutzbar, was eine Verbesserung von 20 % bedeutet. Dies ist nur ein
Aspekt der Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens, ohne daß dabei die größere
Schnelligkeit des Verfahrens, seine Einfachheit und Störunanfälligkeit, hohe Maßgenauigkeit
der Formlinge und Einstellbarkeit eines gewünschten Verdichtungsgrades bzw. einer
gewünschten Festigkeit auch bei variablen Formlingsvolumina, in Betracht gezogen
sind.
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Nachdem sich der Ausstoßer 4 mit dem Oberstempel 3 aus dem Formhohlraum
11 des Formkastens 1 nach dem Endverdichten wieder angehoben hat (vgl. rechter Formhohlraum
11 in Fig. 1), wird er in der gestrichelt dargestellten Stellung gestoppt.
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Nunmehr wird der Formkasten 1 ebenfalls nach oben gehoben, und im
Zuge dieser Hubbewegung stößt die obere Stirnfläche des fertigen Formlings gegen
die Unterfläche des in der gestrichelt dargestellten Stellung verharrenden Ausstoßers
4.
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Hierdurch wird der Formling aus dem Formhohlraum 11 gelöst und sackt
auf die Bodenplatte 5, ohne daß er dabei irgendwelche Maßveränderungen seiner Umrißfläche
oder gar Zerstörungen erleidet. Dies wird dadurch sichergestellt, daß der Abstand,
um welchen der Ausstoßer 4 nach dem Endverdichtungsvorgang wieder über die Oberkante
des Formlings gehoben wird, vorzugsweise nicht mehr als 10 mm beträgt, so daß auch
die Fallhöhe des fertigen Formlings nicht größer ist als 10 mm.
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Bei dem geschilderten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemaßen Arbeitsweise
wird das Vorverdichten durch ein kurzes Niederdrücken des Ausstoßers 4 in den Formhohlraum
11 und ein dadurch erfolgendes Komprimieren der in dem Formhohlraum befindlichen,
frisch eingefüllten Frischbetonmasse bewirkt.
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Das Endverdichten erfolgt durch gleichzeitiges Niederdrücken des Ausstoßers
4 in den Formhohlraum und Komprimieren der insgesamt in dem Formhohlraum 11 befindlichen
Betonmasse einschließlich der frisch nachgefüllten Masse, einhergehend mit einem
Rütteln oder Vibrieren durch den dargestellten Vibrator 6.
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Durch diese Maßnahmen und besondere Art des Vor- und Endverdichtens
wird ein optimaler Verdichtungseffekt in außerordentlich kurzer Zeit erzielt. Hierdurch
wird eine der Voraussetzungen bzw. einer der Vorteile der erfindungsgemäßen Arbeitsweise,
welche sie für eine Massenfertigung geeignet macht, verwirklicht.
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Ein besonderer Vorteil der Fallhöhe von nicht mehr als 10 mm bzw.
des Abstandes des Auswerfers 4 von dem fertigen Formling nach dem letzten Anheben
des Oberstempels 3 nach Beendigung des Endverdichtens liegt bei der Herstellung
von Betonkonen z1 folgendem Umstand. Durch das Endverdichten in Form des Vibrierens
unter gleichzeitigem Niederdrücken des Betons mittels des Ausstoßers 4 entsteht
wegen der konischen Gestalt des Formhohlraumes 11 und dem notwendigerweise so nahe
wie möglich angepaßten Außendurchmesser des Ausstoßers 4 ein kleiner Betonwall an
der Peripherie der oberen Stirnfläche des fertigen Betonformlings. Diese kleine
Menge des eingebrachten Frischbetons könnte u.U. ein Hängenbleiben des Betonformlings
an dem Ausstoßer 4 beim seitlichen Wegziehen der Bodenplatte 5 nach dem Ausformvorgang
bewirken, wenn nicht
ein genügend großer Abstand zwischen Ausstoßer
4 und dem Formling vorhanden wäre.
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Wird das Verfahren mit schon auf einen Prozentsatz v0 seines unverdichteten
Anfangsvolumens verdichtetem Frischbeton durchgeführt, um gegebenenfalls den Formvorgang
noch mehr zu beschleunigen, dann gelten für die Werte der zulässigen Verdichtung
des Frischbetons vor seinem erstmaligen Einfüllen in den Formhohlraum 11 die bereits
eingangs genannten Grenzen.
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Bei dem vorliegenden Verfahren wird beispielsweise Frischbeton, der
sich aus 75 Gew.-Teilen Zement, 150 Gew.-Teilen Feinsand und 150 Gew.-Teilen Splitt
mit einer Körnung von 3 bis 5 zusammensetzt, verwendet. Die Reproduzierbarkeit des
Verdichtungsgrades der aus ein und demselben Beton hergestellten Formlinge untereinander
ist sehr gut; die Abweichungen überschreiten nicht den Wert von 1,7 Z. Auch bei
verschiedenen Frischbetonmassen betragen die Abweichungen nicht mehr als - 5 %,
wobei diese höhere Abweichung durch Schwankungen in dem Auslieferungswert und der
Konsistenz der Frischbetonmasse hervorgerufen wird.
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Die Rüttelzeit während des Endverdichtens liegt bei dem genannten
Beispiel bei etwa 12 Sekunden. Die Zeitdauer des Vorverdichtens besteht ohnehin
nur in der für ein zügiges Niedersenken und Wiederanheben des Ausstoßers 4 benötigten
Zeitspanne und liegt bei 1 bis 4 Sekunden.
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Die in den Figuren 2 bis 7 dargestellte Ausführungsforn der erfindungsgemäßen
Vorrichtung ist wie folgt aufgebaut: Der Formrahmen 1 wird von einer pneumatischen
Hebevorrichtung 10 gehalten und ist durch diese anhebbar und absenkbar.
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Unter dem Formrahmen 1 sitzt eine Bodenplatte 5, auf der ein Palettenboden
liegt, gegebenenfalls befestigt ist. Neben dem Formrahmen 1 auf der Höhe seiner
Oberkante ist die bereits genannte Plattform 9 angeordnet, auf welcher ein Füllkasten
8 ebenfalls mit Hilfe einer pneumatischen Schubeinrichtung 12 hin und her verschieblich
ist. Über dem Füllkasten 8 in der in Fig. 2 dargestellten Stellung ist ein Aufgabebunker
2 angeordnet, der mittels eines Schiebers 7 geöffnet und verschlossen werden kann.
Aus diesem Aufgabebunker 2 fließt der Frischbeton in den Füllkasten 8.
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Figuren 2 und 3 zeigen ferner in einem Abstand, so daß der Füllkasten
8 ungehindert darunter vorbeigeschoben werden kann, den Oberstempel 3 in seiner
obersten Hubstellung mit den nach unten ragenden Ausstoßern 4. Auch der Oberstempel
3 mit den Ausstoßern 4 ist durch eine pneumatische Hebevorrichtung 13 anhebbar und
absenkbar. Diese pneumatische Hebevorrichtung für den Oberstempel enthält eine Regeleinrichtung,
durch die die Tiefe eingestellt werden kann, bis zu welcher der Oberstempel 3 bzw.
die Ausstoßer 4 beim Vorverdichten einerseits und beim Endverdichten andererseits
absenkbar sind. Natürlich können die entsprechenden Absenktiefen auch von Hand gesteuert
und beispielsweise mit Hilfe eines Maßstabes eingestellt werden, wobei man den jeweils
für eine Produktionsserie erforderlichen Zahlenwert der jeweiligen Vorverdichtung
bzw. Absenktiefe und Endvertiefung bzw. Absenktiefe von einer angefertigten Tabelle
ablesen kann.
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Die Hubbewegung des Oberstempels 3 nach Beendigung des Endformvorganges
ist bei der dargestellten Ausführungsform der Vorrichtung anschlaggesteuert. Zu
diesem Zweck ist, wie Fig.5 zeigt, ein einstellbarer Anschlag 14 an einer langen
Gewindespindel 15 vorgesehen, die mit Hilfe eines Handrades 16 verstellbar ist.
Der Oberstempel 3 mit den Ausstoßern 4 ist in
einem Gestell 17
mittels einer oder mehreren Führungsstangen 19 in zugeordneten Führungsstücken 18
geführt. Gehalten wird der Oberstempel von der Schubstange 20 der pneumatischen
Hebevorrichtung 13.
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Wie man aus Fig. 5 ersehen kann, befindet sich normalerweise d.h.
wenn der Oberstempel 3 auf seine größte Hubhöhe zurückgezogen werden soll, kein
Hindernis im Weg des Anschlages 14.
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Ein solches Hindernis kann aber in Form eines Gegenstückes 21 in den
Weg des Anschlages 14 mittels einer entsprechend ausgebildeten Schubeinrichtung
22 geschoben werden. Dabei gleitet das Gegenstück 21 auf einer entsprechend ausgebildeten
Führungsschiene 23. Schubeinrichtung 22 mit Gegenstück 21 und Führungsschiene 23
sind an der Oberseite des Oberstempels 3 angeordnet.
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Wird der Oberstempel 3 nach Beendigung des Endverdichtungsvorganges
wieder zurückgezogen bzw. angehoben, dann wird durch eine beispielsweise pneumatische
Steuerung die Schubeinrichtung 22 für das Gegenstück 21 derart betätigt, daß das
Gegenstück 21 in die in Fig. 6 gezeigte Position geschoben wird. Dabei erfolgt die
Verschiebung schon vorher, d.h.
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spätestens während des Vorganges der Endverdichtung, da sonst wegen
des kurzen Hubweges 1 von maximal 10 mm nicht genügend Zeit bliebe, um das Gegenstück
21 noch rechtzeitig unter den Anschlag 14 zu schieben.
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Bei der Stellung in Fig. 6 kann der Oberstempel 3 also nur eine Hubbewegung
über den Abstand 1 von 10 mm ausführen, bis das Gegenstück 21 von dem Anschlag 14
gestoppt wird.
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Die Vorrichtung arbeitet wie folgt: Die Ausgangsstellung ist in Fig.
2 dargestellt; der Oberstempel mit den Ausstoßern 4 ist in seine höchste Hubstellung
zurückgezogen.
Der Füllkasten 8 ist nach links unter den Aufgabebunker
2 verschoben. Der Schieber 7 des Aufgabebunkers 2 ist geöffnet und es fließt Beton
aus dem Aufgabebunker in den Füllkasten 8. Nach Füllung des Füllkastens 8 wird dieser
nach rechts über den Formkasten 1 verschoben, welcher auf der Bodenplatte 5 bzw.
der darauf befindlichen Palette aufliegt.
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Aus dem Füllkasten 8 fließt der Beton in die Formhohlräume II des
Formrahmens 1. Daraufhin wird der Füllkasten 8 bereits wieder nach links unter den
Aufgabebunker 2 verschoben, während von oben der Oberstempel 3 bzw. seine Ausstoßer
4 für den Vorverdichtungsvorgang nach unten und in die Formhohlräume 11 bis zu einer
vorbestimmten Tiefe abgesenkt werden.
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Danach wird der Oberstempel 3 mit den Ausstoßern 4 wieder nach oben
angehoben, der Füllkasten nach rechts über den Formrahmen 1 gefahren, und die Formhohlräume
11 mit Frischbeton wieder aufgefüllt. Der Füllkasten 8 wird dann sofort wieder nach
links unter den Aufnahmebunker 2 verschoben.
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Nun werden von oben der Oberstempel mit seinen Ausstoßern 4 in die
Formhohlräume 11 abgesenkt; gleichzeitig wird der Vibrator oder Rüttler 6 eingeschaltet
und unter gleichzeitigem Niederdrücken mittels der Ausstoßer 4 und Vibrieren durch
den Vibrator 6 findet der Endverdichtungsvorgang des Betons in den Formhohlräumen
11 bis zu einer vorbestimmten Absenktiefe der Ausstoßer 4 in den Formhohlräumen
11 statt.
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Während des Endverdichtungsvorganges wurde das Gegenstück 21 von der
Schubeinrichtung 22 auf dem Gleitstück 23 unter den Anschlag 14 geschoben.
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Nunmehr wird der Oberstempel 3 wieder angehoben und durch den Anschlag
14 in der vorbestimmten Stellung, d.h. nach 10 mm Hubweg abgestoppt und gehalten.
Daraufhin folgt der Formrahmen 1,
gehoben von der pneumatischen
Hebevorrichtung 10, dem Oberstempel 3 in einer Hubbewegung nach oben. Der Beginn
dieser Bewegung ist in Fig,. 4 oben dargestellt.
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Nach einem Hubweg 1, bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel 10
mm, stoßen die Formlinge in den Formhohlraumen 11 gegen die Ausstoßer 4 und fallen
auf die Bodenplatte 5 bzw.
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den daraufliegenden Palettenboden. Der Formrahmen 1 wird weiter angehoben,
bis er die fertigen Betonformlinge, hier Betonkegel, freigibt (vgl. Fig. 4 unten).
Daraufhin kann der Palettenboden mit den fertiggeformten, "grünen" Betonkonen, seitlich
unter dem Formrahmen herausgezogen und zum Trocknen bzw. Abbinden anderwärts gelagert
werden.
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Zur Herstellung sehr schlanker Betonformlinge, die einen Querschnitt
des Formhohlraumes 11 an der Oberseite des Formrahmens 1 erfordern, welcher sehr
klein ist, kann es zweckmäßig sein, diesen Querschnitt an der Oberseite des Formrahmens
1 etwas zu erweitern, um besser einfüllen zu können.
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Zweckmäßig ist hierfür eine Anfasunglla welche konisch im weitesten
Sinne ist. D.h-. diese Anfasung Fa erweitert den Formquerschnitt im oberen Randbereich
in Richtung auf die Formrahmenoberseite hin nach außen (Figur 2). "Konisch" beschränkt
sich dabei nicht auf einen Kreisquerschnitt.