PL232803B1 - Głowica obrotowa do przyrostowego formowania konstrukcji budowlanych - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest głowica obrotowa do przyrostowego formowania konstrukcji budowlanych umożliwiająca wytłaczanie nieutwardzonego materiału budowlanego i tworzenie konstrukcji budowlanych o cylindrycznym kształcie typu kolumna, wieża, komin, silos, szalunek tracony.

Znany jest z opisu patentowego brytyjskiego nr GB2503203 sposób wykładania odwiertu co najmniej jednej warstwą materiału pokrywającego np. betonem z zastosowaniem obrotowej głowicy posiadającej dyszę kierunkową. Zaproponowana technika druku 3D przy odpowiednim sterowaniu głowicy może być użyta do budowy struktur takich jak kanały pomiarowe czy komunikacyjne. W metodzie tej można wykorzystywać wiele dysz, z których każda może osadzać inny materiału pokrywający. W patencie opisano również zastosowanie głowicy o strukturze pierścieniowej, której średnica pozwala na wprowadzenie jej do odwiertu. Dysza jest połączona z skojarzonym źródłem materiału za pośrednictwem giętkiego przewodu. Materiał pokrywający osadzany jest pomiędzy zewnętrzną obudową głowicy i wewnętrzną powierzchnią otworu wiertniczego, z dołu do góry. Głowica może wykonywać ruch w pionie oraz ruch obrotowy.

Znany jest z amerykańskiego opisu patentowego nr US2015300036 robot, który może budować wieże lub kolumny. Urządzenie może zawierać dyszę wylewającą materiał budowlany, system pozycjonowania, przyrządy do wspinania się robota po wylanej konstrukcji oraz system sterujący. Dysza przeznaczona jest do wylewania nieutwardzonego materiału budowlanego. System pozycjonowania kontroluje pozycję dyszy tak, by wylewała kolejne warstwy konstrukcji. Przyrządy do wspinania się umożliwiają poruszanie się robota po wykonanej konstrukcji o określony przyrost wysokości, by w kolejnym etapie wylać następną warstwę materiału budowlanego. Robot posiada drugą dyszę do wylewania materiału wewnątrz konstrukcji wieży lub kolumny w tym samym czasie, kiedy pierwsza dysza wylewa warstwę wieży lub kolumny. Robot wyposażony jest w napęd do obracania całej głowicy i napędy w przegubach ramion.

Znany jest z amerykańskiego opisu patentowego nr WO2007050972 zespół trzech niezależnie pracujących dysz przeznaczony do wylewania nieutwardzonego materiału. Dysze pierwsza i druga wylewają oddzielne warstwy konstrukcji, dysza trzecia może wylewać warstwę pomiędzy warstwą pierwszą i drugą w postaci linii lub innego wzoru. Istnieje możliwość dołączenia czwartej dyszy, której zadaniem jest wypełnianie materiałem nieutwardzonym przestrzeni pomiędzy warstwami pierwszą, drugą i trzecią. Urządzenie może posiadać różne mechanizmy zmieniające odległość pomiędzy pierwszą i drugą dyszą, co umożliwia wykonywanie elementów o różnej szerokości. Zespół dysz wyposażony jest w wibrujące zawory regulujące przepływ nieutwardzonego materiału przez wylot dyszy.

Znana jest z opisu patentowego USA nr US2010112119 dysza do wylewania materiału cementowego, która wyposażona jest w zawór wytwarzający drgania i umieszczony na ścieżce przepływu materiału. Zawór składa się z oddalonych od siebie płyt tworzących liczne kanały przepływowe oraz urządzenia generującego drgania. Zawór reguluje przepływ materiału cementowego przez wylot dyszy.

Znane jest z amerykańskiego opisu patentowego US2010318222 urządzenie zawierające zespół dysz do wylewania materiału połączonych ze sterowanym ramieniem robota. Robot na końcu ramienia posiada chwytak umożliwiający przenoszenie elementów i osadzanie ich w żądanej pozycji względem wylanego wcześniej materiału. Elementami tymi mogą być: elementy wzmacniające wylewaną strukturę materiału, odcinki rur kanalizacyjnych, komponenty sieci elektrycznej, płytki. Znany jest z opisu patentowego WO2008058077 zrobotyzowany system wytwarzania konstrukcji budowlanych techniką przyrostową. System zbudowany jest z robota bramowego o lekkiej konstrukcji oraz układu dostarczania materiału budowlanego do zespołu dysz wylewających. Zrobotyzowany system zwiera układ kontroli pozycji zespołu dysz wyposażony w sensor odległości w postaci dalmierza, urządzenia dozującego ilość materiału wsadowego dostarczanego do dysz.

Znane są z amerykańskiego opisu patentowego US2009051062 metoda i urządzenia do wytwarzania struktur budowlanych metodą przyrostową. Urządzenie wyposażone w napęd, zbudowane jest z ramienia w kształcie łuku, podpartego z jednej strony o prowadnicę, a z drugiej o kolumnę. Ramie może obracać się wokół kolumny poruszając się po prowadnicy. Na ramieniu osadzony jest wózek, który może poruszać się po ramieniu gdy ono wykonuje ruch obrotowy wokół kolumny. Wynikiem złożenia ruchów ramienia i wózka jest poruszanie się wózka po śrubowej linii wokół kolumny. Do wózka zamocowany jest moduł do wylewania materiału budowlanego to jest dysza. Głowica obrotowa do przyrostowego formowania konstrukcji budowlanych, według wynalazku, zawierająca napęd, korpus, ramiona, dysze połączone z elastycznymi przewodami, charakteryzuje się tym, że ma co najmniej dwa ramiona składające się z belki górnej, belki dolnej oraz dźwigni połączonej obrotowo, z jednej strony z belką górną albo belką dolną, a z drugiej strony z korpusem. Belka górna i belka dolna połączone są obrotowo, z jednej strony z uchwytem, w którym mocuje się dysze, a z drugiej strony z korpusem. Korpus wyposażony jest w co najmniej dwa żebra stanowiące powierzchnię montażową dla ramion. Korpus w części górnej ma trzpień za pomocą którego głowicę łączy się ze zbiornikiem materiału budowlanego.

Korzystnie belka dolna ramienia składa się z dwóch elementów: pierwszego elementu połączonego obrotowo z uchwytem dyszy oraz drugiego elementu połączonego obrotowo z korpusem, przy czym oba elementy tworzą połączenie teleskopowe, to znaczy element pierwszy wysuwa się z elementu drugiego. Element drugi wyposażony jest w śruby dociskowe umożliwiające blokadę elementu pierwszego względem drugiego. Taka konstrukcja belki dolnej umożliwia regulację jej długości, co z kolei pozwala na regulację kąta położenia dyszy w uchwycie.

Taki sam efekt można uzyskać jeżeli belkę dolną stanowi siłownik linowy, za pomocą którego zmienia się długość belki dolnej. W przypadku, gdy belkę dolną stanowi jeden element, bez możliwości regulacji jej długości, belka górna i belka dolna mają taką samą długość.

Do każdego żebra przymocowany jest za pomocą elementów mocujących napęd śrubowy, składający się ze śruby, silnika elektrycznego i nakrętki. Do nakrętki przymocowana jest za pomocą śruby dźwignia. Takie rozwiązanie zapewnia niezależne sterowanie kątowym położeniem poszczególnych ramion za pomocą oddzielnych napędów śrubowych. Możliwe jest także ręczne sterowanie kątowym położeniem poszczególnych ramion. Wówczas każde żebro ma wzdłużny otwór, do którego przymocowana jest, za pomocą śrub dźwignia połączona z górną albo dolną belką ramienia. Orientację ramienia ustawia się za pomocą dźwigni przesuwając jej końcówką wzdłuż wzdłużnego otworu wykonanego w żebrze korpusu. Dźwignię blokuje się w odpowiedniej pozycji za pomocą śruby.

Dysze mocowane są w uchwycie za pomocą śrub dociskowych lub innych systemów montażu. Głowica może być wyposażona w różne dysze: dysze z centralnym wylotem, dysze z wylotem przesuniętym w bok, dysze z wylotem przesuniętym w bok i wystającym poza obrys korpusu dyszy, dysze z rozszerzającym się wylotem, dysze ze zwężającym się wylotem. Głowica może mieć więcej niż dwa ramiona, wówczas korpus musi mieć tyle żeber ile jest ramion.

Zaletą rozwiązania według wynalazku jest zwiększenie wydajności druku przez możliwość zastosowanie wielu ramion i wielu dysz wytłaczających nieutwardzony materiał budowlany. Możliwa jest szybka wymiana ramion i dysz oraz zmiana ilości ramion z dyszami w głowicy, co pozwala dostosować urządzenie do wykonywania różnych prac. W miejsce dysz można zamontować w uchwycie inne urządzenia na przykład: dyszę do nanoszenia środków chemicznych polepszających właściwości betonu, czujniki takie jak kamera termowizyjna czy dalmierz laserowy, przeznaczone do inspekcji wytłaczanej warstwy nieutwardzonego materiału budowlanego, urządzenia do pomiaru parametrów wylanej warstwy lub części konstrukcji np. szerokości, wysokości, temperatury. Dzięki konstrukcji dolnej belki umożliwiającej zmianę jej długości można sterować kątowym położeniem dysz i wykonać natryskiwania nieutwardzonego materiału budowlanego na powierzchnie cylindryczne wewnętrzne. Głowica według wynalazku umożliwia wykonywanie metodą przyrostową konstrukcji budowlanych typu kolumna, wieża, komin, silos, szalunek tracony itp. o różnych średnicach, a także wykonywanie metodą przyrostową konstrukcji budowlanych wzmacniających otwory szybów lub odwiertów. Głowica według wynalazku przedstawiona jest w przykładach wykonania i na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia głowicę z czterema ramionami w widoku perspektywicznym, fig. 2 przedstawia głowicę z czterema ramionami w widoku perspektywicznym z ręcznym sterowaniem położenia kątowego ramion, fig. 3 przedstawia ramię głowicy z dźwignią przymocowana do górnej belki, fig. 4 przedstawia ramię głowicy z dźwignią przymocowana do dolnej belki, fig. 5 przedstawia ramię głowicy, w którym dolna belka składa się z dwóch elementów umożliwiających regulację jej długości, fig. 6 przedstawia ramię głowicy, w którym dolną belkę stanowi siłownik liniowy, fig. 7 przedstawia korpus z dwoma żebrami, fig. 8 przedstawia korpus z czterema żebrami, fig. 9 przedstawia korpus z sześcioma żebrami, fig. 10 przedstawia korpus z czterema żebrami z otworami wzdłużnymi, fig. 11 ilustruje tworzenie konstrukcji typu kolumna za pomocą głowicy z czterema dyszami, fig. 12 ilustruje przykład natryskiwania materiału budowlanego, fig. 13 ilustruje przykład wytłaczania wzoru, fig. 14 przedstawia przykładowy uchwyt do dysz, a fig. 15 - przykładowe dysze oraz inne urządzenia i czujniki, takie jak kamera czy dalmierz laserowy. P r z y k ł a d 1 Głowica obrotowa składa się z korpusu 3 w kształcie walca, wyposażonego na całej wysokości w cztery żebra 3a, do których zamontowane są cztery ramiona 1. Korpus u góry ma trzpień 3b za pomocą którego łączy się głowicę ze zbiornikiem materiału budowlanego 8. Na końcach ramion 1 w uchwytach 4 znajdują się dysze 5 do wytłaczania nieutwardzonego materiału budowlanego. Ramiona 1 głowicy składają się z belki górnej 1 a, belki dolnej 1 b oraz dźwigni 1 c. Belka górna 1 a i belka dolna 1 b są równej długości i są połączone obrotowo, z jednej strony z uchwytem 4, a z drugiej strony z żebrem 3a korpusu 3. Belka górna la jest połączona obrotowo z dźwignią 1c. Dźwignia 1c z drugiej strony jest połączona obrotowo z pomocą śrub 3d z nakrętką 2d napędu śrubowego 2. Do każdego z czterech żeber (3a) przymocowany jest za pomocą elementów mocujących (2f) napęd śrubowy (2), składający się ze śruby (2a), silnika elektrycznego (2b), nakrętki (2d), do której przymocowana jest dźwignia (1c).

Położenie kątowe poszczególnych ramion 1 regulowane jest przez elektryczny napęd śrubowy 2 oraz dźwignie 1c łączące belkę górną 1a z nakrętką 2d napędu elektrycznego

Takie rozwiązanie zapewnia niezależne sterowanie kątowym położeniem poszczególnych ramion 1.

Konstrukcja ramion 1 taka, że belka górna 1a i belka dolna 1 b są równe i pracują równolegle powoduje, że osie dysz 5 są równoległe do osi korpusu 3, niezależnie od kątowego położenia ramienia 1. Zmiana położenia kątowego ramion 1 umożliwia ustawienie dysz 5 w innych odległościach od osi korpusu 3 i tworzenie cylindrycznych konstrukcji budowlanych o różnych średnicach. Zakres średnic zależy od długości belek 1a i 1b oraz ich wzajemnej odległości L1, ukształtowania dźwigni 1c i zakresu ruchu napędu śrubowego 2. Nieutwardzony materiał budowlany dostarczany jest do dysz 5 za pomocą elastycznych przewodów 6 ze zbiornika 8, poprzez pompy 9 umieszczone na końcach elastycznych przewodów 6, przy ich połączeniu ze zbiornikiem 8. Zbiornik 8 przymocowany jest trwale na sztywno do głowicy obrotowej za pomocą trzpienia 3b.

Zbiornik 8 połączony jest obrotowo z jednostką napędową 10, której korpus posiada uchwyt 10a umożliwiający montaż głowicy w chwytaku manipulatora lub robota bramowego, które zapewniają ruch głowicy w przestrzeni. P r z y k ł a d 2 Głowica jak w przykładzie pierwszym, z tym, że ma dwa ramiona 1, a dźwignia 1c jest połączona obrotowo z dolną belką 1 b. Taka konstrukcja ramienia umożliwia zastosowanie niższego korpusu do głowicy. P r z y k ł a d 3 Głowica jak w przykładzie pierwszym, z tym, że dolna belka 1 b składa się z dwóch elementów: pierwszego elementu 1b' połączonego obrotowo z uchwytem dyszy 4 oraz drugiego elementu 1b” połączonego obrotowo z korpusem, oba elementy tworzą połączenie teleskopowe tzn. element pierwszy wysuwa się z elementu drugiego. Element drugi wyposażony jest w śruby dociskowe 7 umożliwiające blokadę elementu pierwszego względem drugiego. Taka konstrukcja dolnej belki 1b umożliwia zmianę jej długości. Regulacja długości dolnej belki 1b umożliwią sterowanie kątem położenia dysz 5. Dzięki temu możliwe jest, na przykład, natryskiwanie materiału budowlanego na cylindryczne wewnętrzne powierzchnie konstrukcji. Regulacji długości belki można dokonać ręcznie przez rozsuwanie elementów 1 b' i 1 b” i blokadę dolnej belki 1 b na odpowiedniej długości za pomocą śrub dociskowych 7. P r z y k ł a d 4 Głowica jak w przykładzie pierwszym, z tym, że dźwignia 1c jest połączona obrotowo z dolną belką 1b, którą stanowi siłownik linowy, za pomocą którego można zmieniać jej długość. Zastosowanie siłownika linowego umożliwia sterowanie kątem położenia dyszy w czasie realizacji prac budowlanych. P r z y k ł a d 5 Głowica jak w przykładzie pierwszym, z tym, że każde żebro 3a ma otwory wzdłużne 3c umożliwiające ręczne sterowanie położeniem kątowym ramion 1. Dźwignia 1c połączona jest za pomocą śrub 3d z otworem wzdłużnym 3c. Orientację ramienia 1 ustawia się za pomocą dźwigni 1c przesuwając jej końcówką wzdłuż wzdłużnego otworu 3c wykonanego w żebrze 3a korpusu 3. Dźwignię 1c blokuje się w odpowiedniej pozycji za pomocą śruby 3d.

Claims (7)

Zastrzeżenia patentowe

1. Głowica obrotowa do przyrostowego formowania konstrukcji budowlanych zawierająca napęd, korpus, ramiona, dysze połączone z elastycznymi przewodami, znamienna tym, że ma co najmniej dwa ramiona (1) składające się z belki górnej (1a), belki dolnej (1 b) oraz dźwigni (1c) połączonej obrotowo, z jednej strony z belką górną (1a) albo belką dolną (1b), a z drugiej strony połączonej obrotowo z napędem śrubowym (2) zamontowanym na korpus ie (3), przy czym belka górna (1a) i belka dolna (1b) połączone są obrotowo, z jednej strony z uchwytem (4), w którym mocuje się dysze (5), a z drugiej strony z korpusem (3), wyposażonym w co najmniej dwa żebra (3a) stanowiące powierzchnię montażową dla ramion (1) oraz trzpienia (3b) łączącego głowicę ze zbiornikiem materiału budowlanego (8).

2. Głowica według zastrz. 1, znamienna tym, że belka dolna (1 b) składa się z dwóch elementów: pierwszego elementu (1b') połączonego obrotowo z uchwytem (4), oraz drugiego elementu (1b”) połączonego obrotowo z korpusem (3), przy czym oba elementy tworzą połączenie teleskopowe.

3. Głowica według zastrz. 1, znamienna tym, że belkę dolną (1 b) stanowi siłownik linowy.

4. Głowica według zastrz. 1, znamienna tym, że belka górna (1a) i belka dolna (1b) są równej długości.

5. Głowica według zastrz. 1, znamienna tym, że do każdego żebra (3a) przymocowany jest za pomocą elementów mocujących (2f) napęd śrubowy (2), składający się ze śruby (2a), silnika (2b), nakrętki (2d), do której przymocowana jest dźwignia (1c).

6. Głowica według zastrz. 1, znamienna tym, że każde żebro (3a) ma wzdłużny otwór (3c), do którego przymocowana jest, za pomocą śrub (3d), dźwignia (1c).

7. Głowica według zastrz. 1, znamienna tym, że ma dysze (5) mocowane w uchwycie (4) za pomocą śrub dociskowych (7) lub innych systemów montażowych.