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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung
von Betonfertigteilen, die in ihrer Längsrichtung
langgestreckte Hohlräume aufweisen.
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Vorrichtungen zur Herstellung derartiger
Betonfertigteile sind in der Praxis vorbekannt. Ein Beispiel für
eine solche Vorrichtung ist in US-A-3,117,552
beschrieben. Diese vorbekannten Vorrichtungen dienen zur
Herstellung von Betonfertigteilen großer Länge, wobei diese
Betonfertigteile ortsfest auf einem Bearbeitungsboden
liegen, über den sich die Vorrichtung hinwegbewegt, um
das Betonfertigteil in zwei Arbeitsgangfolgen
herzustellen. Hierzu weist die Vorrichtung ein erstes
Betongießelement zur Aufbringung einer Grundschicht des
Betonfertigteils, Mittel zur Verdichtung dieser
Grundschicht, ein zweites Betongießelement zum Aufgießen
einer zweiten Betonschicht auf diese Grundschicht,
Mittel zur Verdichtung auch dieser zweiten Schicht sowie
schließlich Mittel zur Herstellung langgestreckter
Hohlräume in dem Betonfertigteil auf.
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Bei dem ersten Verdichtungselement handelt es sich um
ein Rüttelelement mit Rüttelkufen, die an ihrer
Unterseite eine Kontur aufweisen, welche der Kontur der
Unterseite der zu bildenden Hohlräume entspricht. Durch
die Rüttelbewegung wird die thixotrope Betonmasse in
einen flüssigen Zustand versetzt, so daß sie verdichtet
und das Unterteil der zu bildenden Hohlräume hergestellt
wird. Die Hohlräume selbst erhalten ihre endgültige Form
durch Elemente wie z.B. Stangen oder Rohre, deren
Umrißlinie derjenigen des zu bildenden Hohlraums entspricht.
Diese Rohre erstrecken sich von dem ersten Rüttelelement
bis hinter das zweite Betongießelement und das zweite
Rüttelelement. Beim Aufgießen der zweiten Betonschicht
auf die erste wird durch diese Rohre gewährleistet, daß
der Beton mit Hilfe des zweiten Rüttelelements, welches
den Beton verflüssigt und damit ebenfalls verdichtet,
nur zu den Hohlraumwänden zwischen den Hohlräumen
gelangen kann. Das zweite Rüttelelement weist hierbei eine
flache Unterseite auf, d.h. seine Unterseite entspricht
der Form der Oberseite des herzustellenden
Betonfertigteils.
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Die Rohre oder Stangen bewegen sich gemeinsam mit der
Vorrichtung. Sie könnten grundsätzlich relativ zu der
Vorrichtung ortsfest ausgeführt werden, doch läßt man
diese Rohre zwecks Verringerung der Reibung zwischen
Rohr und Betonmasse eine Rüttelbewegung in ihrer
Längsrichtung ausführen. Diese Rüttelbewegung erfolgt mit
einer Frequenz von z.B. etwa 5 Hz bei einem Hub von z.B.
etwa 6 mm, wogegen die Rüttelkufen der ersten
Rüttelvorrichtung in der Regel mit einer Freauenz von etwa
3000 - 9000 Hz bei einer typischen Amplitude von unter
ca. 1 mm schwingen.
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Die Rüttelkufen des ersten Rüttelelements sowie die
Rohre wurden bisher als separate Bauteile ausgeführt,
wobei der Abstand zwischen Rohren und Rüttelkufen je
nach der Rohramplitude sowie je nach dem größten
Durchmesser der in der zu vergießenden Betonmasse vorhandenen
Kieskörner gewählt werden sollte. Beträgt dieser
maximale Durchmesser etwa 22 mm, so sollte die Entfernung
mindestens etwa 30 mm betragen.
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Die zwischen den Hohlräumen bereits gebildeten
Wandabschnitte verfügen somit über keine Abstützung zwischen
den Rüttelkufen des ersten Rüttelelements und den
Rohren, so daß die in der ersten Arbeitsgangfolge
herstellbaren Wandabschnitte nur eine begrenzte Höhe
aufweisen können. Der Beton muß daher während des zweiten
Arbeitsgangfolge relativ tief zwischen die Rohre laufen,
um die Wände der Hohlräume zu bilden, woraus sich die
Notwendigkeit ergibt, hier mit relativ flüssigem Beton
zu arbeiten. Dies wird durch Verwendung eines Betons von
relativ hohem Feuchtigkeitsgehalt erreicht, der sich
jedoch negativ auf die erzielbare Endfestigkeit des
herzustellenden Teils auswirkt. Dieser Effekt läßt sich
dadurch ausgleichen, daß zur Herstellung des Betons ein
höherer Zementanteil verwendet wird, wodurch jedoch
relativ hohe Kosten entstehen. Eine weitere Folge des
Abstandes zwischen den ersten Rüttelkufen und den Rohren
besteht darin, daß der Durchmesser der Rohre geringer
als der Durchmesser des von der ersten Rüttelkufe
hergestellten Hohlraumunterteils sein sollte, da die Rohre
andernfalls bei der Vorwärtsbewegung mit ihrer
Stirnseite an dem bereits geformten Beton entlangschaben und
damit unbeeinflußbare Schwankungen der Seitenwandstärke,
Risse in den Seitenwänden oder sogar eine völlige
Zerstörung der Seitenwände verursachen könnten. Dieser
Zwischenraum zwischen den bereits gebildeten
Hohlraumwänden und den Rohren muß jedoch ausgefüllt werden, um
den Hohlräumen ihre gewünschte Form zu verleihen, da
jede Unregelmäßigkeit der Form des Hohlraums die
Rißbildung begünstigt. Diese Ausfüllung wird dadurch
erreicht, daß der Beton an der zweiten Rüttelvorrichtung
wieder in einen flüssigen Zustand versetzt wird und
unter die Rohre fließt. Hierzu ist es jedoch
erforderlich, daß das zweite Rüttelelement eine relativ große
Arbeitstiefe aufweist. Zudem werden die Betonfertigteile
in der Regel mit metallischen Vorspannstäben zwischen
den Hohlräumen versehen, wobei zumindest einige dieser
Stäbe von dem in dem ersten Arbeitsgangfolge gegossenen
Beton umgeben sind. Da dieser bereits gegossene Beton
bei der zweiten Arbeitsgangfolge wieder flüssig gemacht
wird, um unter die Rohre zu fließen, läuft dieser Beton
gewissermaßen von den genannten Vorspannstäben ab,
wodurch sich in der Praxis ein unvollkommenes
Haftverhalten zwischen dem Beton und diesen Stäben ergibt.
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Aufgrund der genannten Probleme stellt die Herstellung
von Betonfertigteilen einen komplexen Prozeß dar, bei
dem eine Reihe von Einflußgrößen zu steuern ist, damit
das Produkt den festgelegten Kriterien entspricht. In
diesem Zusammenhang ist auch die Tatsache von Bedeutung,
daß der Prozeß über die gesamte Länge der
herzustellenden Fertigteile derselbe ist. Diese Elemente werden in
Längen von ca. 120 m hergestellt und anschließend nach
den Vorgaben des Kunden auf Länge gesägt. Unzulässige
Abweichungen führen dabei zu Ausschuß.
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Die vorstehend beschriebenen Probleme wurden bisher
hingenommen. Die in der Praxis erzielte unzureichende
Haftung des Betons an den Vorspannstäben wurde als Folge
nicht einwandfrei eingestellter Betriebsparameter
betrachtet, die - wie bereits erwähnt - innerhalb enger
Grenzen liegen sollten.
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Demgegenüber ist es eine Aufgabe der Erfindung, die
genannten Probleme zu lösen und eine Vorrichtung zu
schaffen, bei der die Anzahl der zu steuernden Einflußgrößen
verringert wird bzw. sich in angemessenerer Weise
beeinflussen läßt, um somit den Ausschußanteil an den
hergestellten Betonfertigteilen reduzieren zu können.
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Die Erfindung geht dabei von der Feststellung aus, daß
eine unzureichende Haftung des Betons an den
Vorspannstäben auf ein Nachfließen des beim ersten Arbeitgang
gegossenen Betons zurückzuführen ist, wobei dieses
Nachfließen wiederum dadurch verursacht wird, daß die Rohre
geringere Abmessungen als die bereits gebildeten
Hohlraumabschnitte aufweisen, und diese geringeren
Abmessungen eine zwangsläufige Notwendigkeit darstellen, da die
Rüttelkufen und die Rohre in einem gewissen Abstand
zueinander angeordnet sind. Dieser Zwischenraum wurde
bisher freigelassen. Zudem basiert die Erfindung auf der
Erkenntnis. daß sich dieser Zwischenraum mit einem
flexiblen Material so ausfüllen läßt, daß die ersten
Rüttelkufen und die Rohre einander nicht negativ
beeinflussen, sondern sogar noch ein verbessertes Ergebnis
zustandekommt.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist demgemäß durch die
Tatsache gekennzeichnet, daß zwischen den jeweiligen
Rüttelkufen und den jeweiligen Rohren flexible
Füllelemente vorgesehen werden, deren Kontur zumindest auf
der Unterseite und zumindest teilweise auch an der
Seitenfläche einen allmählichen Übergang von der Kontur
der Rüttelkufen auf die Kontur der Rohre darstellt.
Bevorzugterweise weisen dabei die Rüttelkufen, das
Füllelement sowie die Rohre an den genannten Stellen
identische Konturen sowie identische Abmessungen auf.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur
Herstellung von Betonfertigteilen. Kennzeichnend für dieses
erfindungsgemäße Verfahren ist dabei der Einsatz einer
Vorrichtung gemäß vorstehender Beschreibung, um den
hergestellten Betonfertigteilen optimalere Eigenschaften zu
verleihen.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand einer bevorzugten
Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung unter
Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher
erläutert, wobei
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- Abb. 1A und 1B einen Längsschnitt bzw. einen
Querschnitt durch ein Betonfertigteil darstellen;
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- Abb. 2A eine schematische Seitenansicht einer
Vorrichtung zur Herstellung der Betonfertigteile darstellt;
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- Abb. 2B eine schematische Vorderansicht der
Vorrichtung aus Abb. 2A darstellt;
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- Abb. 3A - 3B Schnitte durch ein Betonfertigteil in den
aufeinanderfolgenden Phasen des Herstellüngsprozesses
darstellen;
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- Abb. 4A - 4B zur Verdeutlichung der Nachteile des
Standes der Technik beitragen soll;
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- Abb. 5A eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen
flexiblen Füllteils darstellt, das zwischen einer
Rüttelkufe und einem Aussparungrohr angeordnet ist;
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- Abb. 5B einen Schnitt entlang der Linie B-B aus Abb.
5A darstellt.
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Die Abb. 1A und 1B zeigen einen Längsschnitt bzw. einen
Querschnitt durch ein beispielhaftes Betonfertigteil
100, das sich z.B. zur Verwendung als Element eines
Systembodens eignet. Dieses Fertigteil 100 umfaßt eine
Unterseite 101, eine Oberseite 102 sowie die Seitenwände
103, die ein geeignetes Profil aufweisen können. Die
Unterseite 101 und die Oberseite 102 sind, wie aus der
Darstellung hervorgeht, vorzugsweise eben ausgeführt.
Daneben verfügt das Fertigteil 100 über eine Anzahl
langgestreckter Hohlräume 104, die in seiner Längsrich
tung verlaufen und durch die Hohlraumwände 106
voneiander getrennt sind, sowie jeweils neben einem der
langgestreckten Hohlräume 104 über eine Anzahl metallischer
Vorspannstäbe 105, die zur Aufnahme der durch Belastung
der Oberseite 102 in dem Beton entstehenden Zugkräfte
dienen. Derartige Betonfertigteile sind an sich bekannt.
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Abb. 2A zeigt eine schematische Seitenansicht einer
Vorrichtung 1 zur Herstellung der Betonfertigteile 100.
Diese Vorrichtung 1 umfaßt ein Maschinengestell 10, das
mittels der Räder 11 auf dem Arbeitsboden 12 in der in
Abb. 1 durch den Pfeil F1 gekennzeichneten Richtung
verfahrbar ist, z.B. auf im Arbeitsboden 12 verlegten
Schienen. Aus der Vorderansicht in Abb. 2B ist
ersichtlich, daß an dem Maschinengestell 10 seitlich die Räder
11 und zwischen diesen auf dem Arbeitsboden 12 zwei
Formen 13 angeordnet sind, deren Kontur die Kontur der
Seitenwände 103 des herzustellenden Fertigteils 100
bestimmt.
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Nahe der Stirnseite des Maschinengestells 10 ist an
diesem ein erstes Betongießelement 20 vorgesehen, das
dazu dient, eine Grundschicht 110 für das herzustellende
Fertigteil 100 auf den Arbeitsboden 12 aufzubringen
(siehe Abb. 3A). Dieses Betongießelement 20 weist einen
Vorratsbehälter 21 für den zu vergießenden Beton 22
sowie eine Austrittsdüse 23 zur Ausbringung dieses
Betons 22 auf. Die Breite der Austrittsdüse 23 kann
dabei der Breite des herzustellenden Fertigteils 100
entsprechen; es lassen sich jedoch auch mehrere
schmalere Austrittsdüsen nebeneinander anordnen.
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In der Nähe der Austrittsdüse 23 sind an dem
Maschinengestell 10 erste Verdichtungsmittel 30 zur Verdichtung
der Betongrundschicht 110 befestigt. Bei der
abgebildeten Ausführungsform weisen diese Verdichtungsmittel 30
eine Rüttelkufe 31 für jeden herzustellenden
langgestreckten Hohlraum 104 sowie einen mit dieser
Rüttelkufe 31 gekoppelten Motor 32 auf, der die Rüttelkufe 31
in ihre Schwingbewegung versetzt. Es besteht die
Möglichkeit, für jede Rüttelkufe 31 einen separaten Motor
vorzusehen, doch wird vorzugsweise ein Motor 32 mit
mehreren Rüttelkufen verbunden. Durch die Schwingung der
Rüttelkufe 31 mit einer typischen Schwingfrequenz von
etwa 3000 - 9000 Hz und einer typischen Amplitude von
weniger als etwa 1 mm wird die thixotrope Betonmasse
verflüssigt, so daß sie sich verdichtet und
entsprechend der Kontur der Rüttelkufen 31 setzt.
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Im Zuge der Herstellung des Fertigteils 100 bewegt sich
die Vorrichtung 1 in der Richtung F1 stetig vorwärts, so
daß die Rüttelkufen 31 die Grundschicht 110 zu einem
gegebenen Zeitpunkt hinter sich gelassen haben. Dies
kann als Ende einer ersten Arbeitsgangfolge betrachtet
werden, in der von dem Fertigteil 100 die Unterseite 101
sowie das Unterteil 111 der Hohiraumwände 104
hergestellt wurden.
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Nahe der Rückseite des Maschinengestells 10 ist an
diesem überdies ein weiteres Betongießelement 40
befestigt, das auf die Grundschicht 110 eine zweite
Betonschicht 120 aufträgt. Dieses Betongießelement 40 umfaßt
einen Vorratsbehälter 41 für den zu vergießenden Beton
42 sowie eine Austrittsdüse 43 zur Ausbringung dieses
Betons 42, der vorzugsweise dieselbe Zusammensetzung wie
der Beton 22 der Grundschicht 110 aufweist.
Gewünschtenfalls besteht auch die Möglichkeit, die Vorratsbehälter
21 und 41 an einen gemeinsamen Vorratsbehälter oder eine
gemeinsame Zuleitung anzuschließen bzw. anstelle der
getrennten Vorratsbehälter 21 und 41 einen gemeinsamen
Vorratsbehälter vorzusehen. Die Breite der Austrittsdüse
43 kann dabei der Breite des herzustellenden
Fertigteils 100 entsprechen; es lassen sich jedoch auch
mehrere schmalere Austrittsdüsen nebeneinander anordnen.
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In der Nähe der Austrittsdüse 43 sind an dem
Maschinengestell 10 zweite Verdichtungsmittel 50 zur Verdichtung
der zweiten Betonschicht 120 befestigt. Bei der
abgebildeten Ausführungsform umfassen diese Verdichtungsmittel
50 eine Rüttelplatte 51, deren Unterseite in ihrer
Kontur der gewünschten Oberseite 102 des herzustellenden
Fertigteils 100 entspricht, und die z.B. als einzelne
flache Rüttelplatte 51 ausgeführt sein kann, deren
Breite gleich derjenigen des herzustellenden
Fertigteils 100 ist. Zudem sind die Verdichtungsmittel 50
mit einem Motor 52 ausgestattet, der mit der
Rüttelplatte 51 verbunden ist, um diese Rütteiplatte 51 in
eine Schwingbewegung zu versetzen. Frequenz und
Amplitude der Schwingungen, die Rüttelplatte 51 aufgrund des
Motors 52 ausführt, können mit der Schwingungsfrequenz
und -amplitude der Rüttelkufe 31 identisch sein.
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An dem Maschinengestell 10 sind zudem die
Aussparungselemente 60 befestigt, die sich von einem Punkt hinter
den Rüttelkufen 31 bis über die Rüttelplatte 51 hinaus
erstrecken und zur Bildung der Hohlräume 104 in dem
herzustellenden Fertigteil 100 dienen. Diese
Aussparungselemente 60 umfassen pro Hohlraum eine Stange bzw.
vorzugsweise ein Rohr 61, dessen Kontur der gewünschten
endgültigen Kontur der Hohlräume 104 entspricht. In der
Praxis weisen diese Rohre 61 - wie in Abb. 3B
gezeigt - häufig eine ovale Form auf.
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Durch die Schwingungen der Rüttelplatte 51 wird die
thixotrope Betonmasse in einen flüssigen Zustand
versetzt, so daß sie verdichtet wird und zwischen den
Rohren 61 hindurchläuft und sich an ihrer Oberfläche
entsprechend der Kontur der Rüttelplatte 51 setzt (siehe
Abb. 3B).
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Nach dem Passieren des zweiten Betongießelements 40, der
Verdichtungsuittel 50 sowie der Rohre 61 weist der Beton
22,42 nunmehr die endgültige Form des herzustellenden
Fertigteils 100 auf (siehe Abb. 1B). Obwohl der Beton
22,42 naturgemäß noch nicht ausgehärtet ist, verfügt er
bereits über eine ausreichende Festigkeit, um seine Form
während des Aushärtens zu erhalten.
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Die Rohre 61 sind mit einem Motor 62 verbunden, der sie
in eine Schwingbewegung entlang ihrer Längsachse gemäß
dem Pfeil F2 in Abb. 2A versetzt, um die Reibung
zwischen den Rohren 61 und dem Beton 22,42 zu verringern.
Diese Schwingung erfolgt z.B. mit einer Frequenz von ca.
5 Hz bei einer Amplitude von ca. 6 mm.
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Bei der in der Praxis vorbekannten Vorrichtung ist
zwischen den Rüttelkufen 31 und den Rohren 61 ein
Zwischenraum vorhanden, um zu vermeiden, daß die
Schwingbewegungen der Rüttelkufen 31 und die Schwingbewegungen
der Rohre 61 einander beeinflussen. Dieser Zwischenraum
sollte - in Längsrichtung der Rohre 61 gemessen -
mindestens gleich der Amplitude der Schwingbewegung F2 der
Rohre 61 zuzüglich dem maximalen Querschnitt der in dem
Beton 22,42 verarbeiteten Kieskörner sein und kann in
der Praxis etwa 30 mm betragen. Über diese Entfernung
werden die in der ersten Arbeitsgangfolge gebildeten
Hohlraum-Wandabschnitte 111 nicht abgestützt. Hierbei
ist daran zu erinnern, daß die in dem Zwischenraum 70
selbsttragenden Hohlraum-Wandabschnitte 111 in der Nähe
der Rüttelkufen 31 noch immer den Schwingungen dieser
Rüttelkufen 31 ausgesetzt sind, d.h. diese Hohlraum-
Wandabschnitte 111 vibrieren ungestützt, wobei das
Material 22 an diesem Punkt noch relativ flüssig ist. Um zu
verhindern, daß diese Hohlraum-Wandabschnitte 111 in
sich zusammenfallen, muß ihre Höhe relativ gering
gehalten werden. Zudem sind die Abmessungen der Rohre 61
geringer als die entsprechenden Abmessungen der
Rüttelkufen 31, wie aus Abb. 4A detaillierter hervorgeht, um
zu verhindern, daß die Rohre 6lbei der Vorwärtsbewegung
an dem gegossenen Beton 22 der Grundschicht 110
entlangschaben (siehe Abb. 4). Hieraus ergeben sich die
vorstehend geschilderten Komplikationen. Abb. 4C verdeutlicht,
daß bei der Aufbringung der zweiten Betonschicht 120 der
Beton 42 tief zwischen die Rohre 61 laufen und der
Schlitz 121 zwischen den Rohren 61 und der Grundschicht
110 ausgefüllt werden muß, wozu der Beton 22,42 relativ
flüssig sein sollte.
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Bei der erfindungsgeu&ßen Vorrichtung entfallen diese
Nachteile, da hierbei - wie in Abb. 5A gezeigt - der
Zwischenraum 70 zwischen den Rüttelkufen 31 und den
Rohren 61 mit einem flexiblen Füllstück 200 ausgefüllt
wird. Aus Abb. 5A wird deutlich, daß dieses flexible
Füllstück 200 weder die Höhe der Rüttelkufen 31 noch die
Höhe der Rohre 61 aufzuweisen braucht. Zumindest bis in
die Höhe, auf der die Rüttelkufen 31, das flexible
Füllstück 200 und die Rohre 61 mit dem gegossenen Beton 22
in Berührung gelangen, weist das flexible Füllstück 200
eine Kontur auf, die einen allmählichen Übergang von der
Kontur der Rüttelkufen 31 auf die Kontur der Rohre 61
darstellt. Bevorzugterweise weisen die Rüttelkufen 311
das flexible Füllstück 200 und die Rohre 61 dabei an den
genannten Stellen dieselbe Kontur sowie identische
Abmessungen auf, wie in Abb. 5A-B dargestellt.
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Wird die erfindungsgemäß verbesserte Vorrichtung zur
Herstellung eines Betonfertigteils 100 eingesetzt, so
können bei der ersten Arbeitsgangfolge die Wandteile
höher ausgeführt, ein dickflüssigerer Beton verwendet
und eine bessere Haftung des Betons an den
Vorspannstäben erreicht werden, wobei zugleich weniger
Einflußgrößen gesteuert werden müssen, die Werte dieser
Einflußgrößen weniger kritisch sind und der
Ausschußanteil verringert wird.
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Die Abb. 5A-B zeigen eine bevorzugte Ausführungsform des
flexiblen Füllteils 200, das sich zwischen einer
Rüttelkufe 31 und einem Rohr 61 problemlos montieren läßt.
Dies kann sich in der Praxis als wertvoll erweisen, da
das aus einem flexiblen Werkstoff wie z.B. Gummi
hergestellte flexible Füllstück 200 aufgrund der abrasiven
Wirkung des mit ihm im Reibkontakt stehenden Betons
verschleißen
kann und deshalb schnell auswechselbar sein
muß.
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An den Enden des flexiblen Füllstücks 200, das
bewährtermaßen eine Länge von etwa 12 cm aufweisen kann,
sind die Flansche 201 und 202 befestigt (z.B. durch
Verkleben), die den an der Rüttelkufe 31 und dem Rohr 61
montieren Flanschen 35 und 65 entsprechen. Das flexible
Füllstück 200 mit seinen Flanschen 201 und 202 läßt sich
problemlos von unten über die Flansche 35 und 65 der
Rüttelkufe 31 und des Rohes 61 schieben, bis diese
Flansche 201 und 202 an den Befestigungsleisten 36 bzw. 66
der Rüttelkufe 31 und des Rohrs 61 anliegen. Damit
lassen sich die Flansche 201,202 auch an den entsprechenden
Befestigungsleisten 46 bzw. 66 befestigen. Dies kann
z.B. mittels der Befestigungsschrauben 37 und 67
erfolgen, wie in der Abbildung dargestellt.