WO2019202156A1 - Verfahren zur herstellung eines bauteils aus aushärtbarem material sowie entsprechendes bauteil - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines bauteils aus aushärtbarem material sowie entsprechendes bauteil Download PDF

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WO2019202156A1
WO2019202156A1 PCT/EP2019/060249 EP2019060249W WO2019202156A1 WO 2019202156 A1 WO2019202156 A1 WO 2019202156A1 EP 2019060249 W EP2019060249 W EP 2019060249W WO 2019202156 A1 WO2019202156 A1 WO 2019202156A1
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layers
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PCT/EP2019/060249
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Juergen Mayer
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Peri Gmbh
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    • E04G21/02—Conveying or working-up concrete or similar masses able to be heaped or cast
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    • E04G21/0445—Devices for both conveying and distributing with distribution hose with booms
    • E04G21/0463—Devices for both conveying and distributing with distribution hose with booms with boom control mechanisms, e.g. to automate concrete distribution

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a component of hardenable material according to the preamble of claim 1 and a corresponding component according to the
  • Another method is to pour the concrete parts of the structure beforehand in a factory, so to create as prefabricated components and deliver as such to the site. It can nen here not only walls or floor components, but entire room cells are manufactured as precast concrete and delivered to the site. This procedure is
  • the building is designed on a computer and the data is then forwarded to a printer.
  • the printer is a fully automatic gantry robot that is larger than the building or part of the building to be constructed.
  • multi-axis or console robots or mobile robots can also be used.
  • This has a print head and concrete feeds, via which the in-situ concrete is fed to the print head.
  • This printhead then pours the building to be created or its walls in several layers on top of each other, each layer has a thickness between 1 and 10 cm.
  • the concrete used is viscous enough to maintain stability until hardening, or at least until hardened. In this way, the print head pours a wall in a plurality of layers arranged one above the other.
  • Printhead would interfere or prevent. If one waits, however, until the wall is fully constantly printed, the lower layers of the concrete are already fully or largely cured out, so that subsequently no reinforcing elements can be introduced.
  • CN 106313272 A describes a 3D printing process for the production of Betonbauwer ken, wherein the concrete is reinforced with fiber materials and wherein ge is working with two printheads, one of which prints the concrete and the other steel elements.
  • the introduced steel elements each grip two superimposed layers of concrete and connect them thus.
  • the disadvantage here is that only a selective connection of adjacent concrete layers is possible, please include, but no large-scale reinforcement, as in classical manufacturing processes, e.g. with steel mats is possible.
  • FIG. 1 shows a cross section through a partially created component according to the inventive method in a first variant (a) and a second Vari ante (b).
  • FIG. 2 shows a perspective view of the method according to the invention with a first print head
  • FIG. 3 shows an illustration according to FIG. 2 with a second print head
  • FIGS. 2 and 3 shows an illustration according to FIGS. 2 and 3 with a third print head
  • Fig. 5 a schematic representation of a first variant of the connection of adjacent
  • FIG. 6 shows a representation according to FIG. 5 in a second variant
  • FIG. 7 shows a representation according to FIG. 5 in a third variant
  • FIG. 8 shows a representation according to FIG. 5 in a fourth variant
  • FIG. 9 shows a representation according to FIG. 5 in a fifth variant
  • FIG. 10 shows a representation according to FIG. 5 in a sixth variant
  • FIG. 11 shows a representation according to FIG. 5 in a seventh variant
  • FIG. 12 shows an illustration according to FIG. 5 in an eighth variant
  • FIG. 13 shows a representation according to FIG. 3 in a further variant
  • a 3D printer for example in the form of a fully automatic gantry robot, is used, insofar as known per se. which can print a wall or a complete room cell or further vertical units of a building in successive layers.
  • FIG. 1 shows a component 1 in FIG.
  • Forming process shown which consists of several layers printed one above the other
  • Figure 1 shows two variants of the introduction of reinforcing elements 4 and 5 in the La conditions 2 and 3 of the component. 1
  • each reinforcing element 4 or 5 is made of a rigid material, in particular metal, e.g. Steel, or made of a hard plastic.
  • the welded-together reinforcing elements 4 and 5 form a continuous strand.
  • the strands of the reinforcement elements 4, 5 perpendicular to the layers 2, 3 and in the right variant shown in Figure 1 (b) extend the strands of the reinforcing elements 4, 5 in An angle of about 60 ° to the layers 2, 3. Other angles, preferably between 10 ° and 90 °, are possible and depending on the application advantageous.
  • the method is also suitable for other curing materials than concrete, in particular thixotropic materials.
  • the reinforcing elements 4 are always, when the print head 6 has printed the uppermost layer 2 of curable material, so far out of this uppermost layer 2, that even when printing the next layer still a supernatant takes place. Therefore, it is preferable to use a print head 6, as shown in FIG.
  • a printhead 6 is suitable for this purpose, which has two openings for the parallel discharge of two adjoining strands of curable material, the two strands together forming one layer.
  • the area between the two mouths of the print head 6 can remain free and forms a recess 7, so that the print head 6 can also be guided over the protruding from the underlying layers 2 and 3 ends of the reinforcing elements 4.
  • the print head 6 After the print head 6 has printed the uppermost layer 2, the upper reinforcing elements 5 are connected to the reinforcing elements projecting from the uppermost layer 2 and returning to the underlying layer 3, the type of connection being described below. Subsequently, the print head 6 prints the next layer.
  • substantially horizontally or orthogonally aligned reinforcing elements 10 aligned with the reinforcing elements designed according to the invention can be applied, for example applied, to the layers. These are e.g. around rigid elements like bars 10a. However, it can also threads, chains, ropes or the like are placed on the layers. With the formation of the next layer, the horizontal reinforcement elements 10, 10a are then covered and increase the tensile strength of the component in the direction of compression.
  • the introduction is fully, partially automated or manual. It does not necessarily have to see a horizontally aligned reinforcement element in every position. There is also the possibility that further reinforcement elements 10, 10a are additionally introduced only in particularly stressed areas.
  • FIG. 3 An alternative embodiment of a print head with otherwise the same process parameters is shown in FIG.
  • the print head 6 according to FIG. 3 differs from the print head 6 according to FIG. 2 in that the two outlets of the curable material are curved 90 ° backwards, ie the outlet of the curable material is not vertically downwards but in the direction of the print layer just printed 2 and against the direction of travel direction of the print head 6 takes place. Also in this case, the print head 6 has a recess 7, through which the protruding from the underlying layers 2, 3 Reinforcement elements 4 can pass through, when the print head 6 moves across it.
  • FIG. 4 A further alternative embodiment for carrying out the method with a flexible printhead 6 is shown in FIG. 4.
  • the printhead 6 shown in FIG. 4 does not have a recess 7, but has a central region 8 that is designed to be flexible, so that the two underlying ones are flexible Fagen 2, 3 protruding reinforcing elements 4 during the process by the print head flexibly cling to the inside.
  • the flexible Gestal tion of the print head 6 can be done by selecting a suitable material in the region of the Mittelbe 8 rich, z. B. by a plastic, silicone or rubber material.
  • FIG. 4 is shown schematically how a reinforcing element 4 is located in the middle of the middle region 8 exactly 8 and is closed by the there existing flexible material of the print head 6 to.
  • the print head 6 has two outlets for the curable material, an outlet being arranged on the left and an outlet on the right of the recess 7 or of the middle region 8. In this way, each Fage 2 or 3 is split into two juxtaposed Fagen that ideally but after performing the printing process intimately mix together so that no interface is more recognizable.
  • connection of adjacent lower reinforcing elements 4 with arranged above obe ren reinforcing elements 5 is shown in various variants in Figures 5-12.
  • the variants shown in Figures 5, 6 and 7 are particularly favorable for welding processes, in particular the stud welding process.
  • the upper reinforcing element 5 can be connected in a conventional manner with the lower reinforcing element 4 by a welding connection.
  • the upper reinforcing element 5 has on its underside an acute angle for better welding connection with the flat surface of the lower reinforcing element 4.
  • the upper reinforcing element in the central region of its underside a kind of protruding button, while the upper side of the lower
  • Reinforcement element 4 is plan.
  • both the lower side of the upper reinforcing element 5 and the upper side of the lower reinforcing element 4 are flat, so that an immediate stud-welded connection is possible.
  • FIGS. 8-10 show possible adhesive connections.
  • the adhesive is introduced into the gap between the pointed lower end of the upper reinforcing element 5 and the tapered upper end of the lower reinforcing element 4 that is designed to be complementary thereto.
  • FIGS. 11 and 12 Two further connection possibilities are shown in FIGS. 11 and 12. Here is a screwing instead.
  • the upper end of the lower reinforcing element 4 has an integrated nut with a
  • a connection can be made by screwing or by gluing.
  • the ends of the reinforcing elements 4 may be provided with one external thread, wherein a common union nut connects the two ends together.
  • one end of a reinforcing element 4 may include an internal thread, while the Benach disclosed reinforcing element 4 has a matching external thread. If the neigh ten reinforcing elements 4 are glued together, it is recommended to provide a large-scale end surface, so that a good adhesive bond is possible.
  • the inventive method and the thus created component have the advantage of we considerably more intimate connection of the reinforcing elements 4 and a much firmer Be deficiency, as by the strands 5 of individual reinforcing elements 4, a similar effect can be achieved as in classical concrete casting by using a steel mat ,
  • additional reinforcement elements 10 can be used during or after printing. These can be designed in particular as wire, rod, rope, chain or roving.
  • the inventive drive Ver and the additional trained reinforcing elements 10 such as wire, rod, rope, chain or roving, have the advantage that the tensile and compressive strength of the formed component it is increased. In particular, in the printing direction thereby the strengths are increased.
  • the additional union reinforcing elements 10 such as wire, rod, rope, chain or roving can during or after printing in the extruded curable material, in particular in a printing direction 11, are introduced.
  • the print head 6 may include additional means through which the additional reinforcing element 10 is introduced during the pressing with.
  • wires, ropes, chains or rovings from a coil 6a abgWQ .20 T ⁇ 2 ( > 2_1 J j c simultaneously with the print head 6 in DruckrichtiPCT / EP2019 / 060249 rods can be supplied in a manner known per se by the print head 6 or un dependent, for example, placed or plugged (not Alternatively, an additional means according to FIG. 2 can be provided, by way of which the additional reinforcement means 10 are placed on the formed layers 2, 3 or inserted.
  • a flexible element may be rope, chain, rovings be put on or inserted
  • additional fibers in particular special polymer fibers, glass fibers or carbon fibers can be mixed in the extruded curable material. As a result, the strength is further increased.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils (1) aus einem aushärtbaren Material, wobei in sich periodisch wiederholenden Schritten eine neue Lage (2) des Materials in einem 3D-Druckverfahren auf eine darunter liegende Lage (3) mit unteren Bewehrungselemente (4) gedruckt wird, welche über die Oberseite dieser neuen Lage (2) hervorstehen sowie ein mit einem entsprechenden Verfahren hergestelltes Bauteil. Bekannte Verfahren bzw. Bauteile ermöglichen keine großflächige Armierung. Die Aufgabe, ein Verfahren so auszubilden, dass seine Bewehrung hohen Belastungen standhält, wird dadurch gelöst, dass nach dem Drucken jeder Lage (3) obere Bewehrungselemente (5) in Verlängerung der unteren Bewehrungselemente (4) mit diesen verbunden werden, welche die unteren Bewehrungselemente der darauf folgenden Lage bilden. Ein entsprechendes Bauteil ist Gegenstand des Anspruchs 11.

Description

Verfahren zur Herstellung eines Bauteils aus aushärtbarem Material
sowie entsprechendes Bauteil
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils aus aushärtbarem Material nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein entsprechendes Bauteil nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 8.
Auch in Industrieländern beruht die Herstellung von Bauwerken aus Beton noch größtenteils auf handwerklichen Leistungen. Prinzipiell können solche Bauwerke oder Teile dieser Bau- werke auf zwei verschiedene Weisen hergestellt werden. Zum einen kann man vor Ort mit Schalungen arbeiten, welche dann mit sogenanntem Ortbeton ausgegossen werden, wobei bei tragenden Teilen zusätzlich Bewehrungen eingebracht werden können. Anschließend wird gewartet, bis der Beton teilweise oder vollständig ausgehärtet ist, worauf die Schalungen ent fernt, gereinigt und dann wieder verwendet werden können. Das Verfahren ist zeitaufwendig und erfordert den Einsatz einer Vielzahl von Mitarbeitern an der Baustelle.
Eine andere Methode besteht darin, die Betonteile des Bauwerks vorher in einer Fabrik zu gießen, also als Fertigbauteile zu erstellen und als solche an die Baustelle zu liefern. Es kön nen hier nicht nur Wände oder Bodenbestandteile, sondern ganze Raumzellen als Fertigteile aus Beton hergestellt und an die Baustelle geliefert werden. Dieses Verfahren ist
preisgünstiger, hat jedoch einen hohen Standardisierungsgrad und eignet sich somit nur für die Herstellung einer Vielzahl von gleichen oder gleichartigen Bauwerken oder für sehr große Strukturen, welche eine Vielzahl gleicher Raumzellen benötigen. Eine individuelle Bauweise ist wiederum nur mit hohem Kostenaufwand möglich.
Ausgehend von diesen bekannten Techniken hat sich auch in der Herstellung von Bauwerken aus Beton in jüngster Zeit ein sogenanntes additives Herstellungsverfahren herausgebildet, nämlich das 3D-Drucken von Beton. Hierbei wird das Bauwerk an einem Computer entwor fen und die Daten werden anschließend an einen Drucker weitergeleitet. Bei dem Drucker handelt es sich um einen vollautomatischen Portalroboter, der größer als das zu erstellende Gebäude bzw. Gebäudeteil ist. Anstelle von Portalrobotem können auch Mehr- achs- oder Konsolroboter oder Mobilroboter eingesetzt werden. Dieser weist einen Druckkopf und Betonzuführungen auf, über welche der Ortbeton dem Druckkopf zugeführt wird. Dieser Druckkopf gießt sodann das zu erstellende Bauwerk bzw. dessen Wände in mehreren Lagen übereinander, wobei jede Lage eine Stärke zwischen 1 und 10 cm aufweist. Der verwendete Beton ist hierbei zähflüssig genug, um die Stabilität bis zum Aushärten, zu- mindest jedoch bis zum Anhärten zu halten. Auf diese Weise gießt der Druckkopf eine Wand in mehreren, übereinander angeordneten Lagen.
Problematisch ist bei der Erstellung von Bauwerken mittels 3D-Druckverfahren die Beweh rung der Wände. Es können prinzipiell fertige Stahlgerüste oder ähnliche Bewehrungselemen te mit eingebracht werden, jedoch kann dies erst erfolgen, wenn die Wand zumindest teilwei se gedruckt ist, da die Bewehrungselemente ansonsten die Bewegung des
Druckkopfes stören bzw. verhindern würden. Wartet man allerdings ab, bis die Wand voll ständig gedruckt ist, sind die unteren Lagen des Betons bereits ganz oder weitgehend ausge härtet, sodass nachträglich keine Bewehrungselemente mehr eingebracht werden können.
Die CN 106313272 A beschreibt ein 3D-Druckverfahren zur Herstellung von Betonbauwer ken, wobei der Beton mit Fasermaterialien bewehrt ist und wobei mit zwei Druckköpfen ge arbeitet wird, von denen einer den Beton und der andere Stahlelemente druckt. Hierbei über greifen die eingebrachten Stahlelemente jeweils zwei übereinander liegende Lagen des Betons und verbinden diese somit.
Nachteilig ist hierbei, dass nur eine punktuelle Verbindung benachbarter Betonschichten mög lich ist, jedoch keine großflächige Armierung, wie diese in klassischen Herstellungsverfahren z.B. mit Stahlmatten möglich ist.
Es besteht die Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils aus aushärtbarem Ma terial, insbesondere Beton, so auszubilden, dass seine Bewehrung hohen Belastungen stand hält.
Gelöst wird diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1.
Ferner besteht die Aufgabe, ein entsprechendes Bauteil bereit zu stellen. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 8 gelöst. Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der begleitenden
Zeichnungen länger erläutert. Diese zeigen:
Fig. 1: Einen Querschnitt durch ein teilweise erstelltes Bauteil nach dem erfindungsgemäßen Verfahren in einer ersten Variante (a) und einer zweiten Vari ante (b);
Fig. 2: eine perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem ers- ten Druckkopf;
Fig. 3: eine Darstellung gemäß Fig. 2 mit einem zweiten Druckkopf;
Fig. 4: eine Darstellung gemäß Fig. 2 und 3 mit einem dritten Druckkopf;
Fig. 5: eine schematische Darstellung einer ersten Variante der Verbindung benachbarter
Bewehrungselemente;
Fig. 6: eine Darstellung gemäß Fig. 5 in einer zweiten Variante;
Fig.7: eine Darstellung gemäß Fig. 5 in einer dritten Variante;
Fig. 8: eine Darstellung gemäß Fig. 5 in einer vierten Variante;
Fig. 9: eine Darstellung gemäß Fig. 5 in einer fünften Variante;
Fig. 10: eine Darstellung gemäß Fig. 5 in einer sechsten Variante;
Fig. 11: eine Darstellung gemäß Fig. 5 in einer siebten Variante;
Fig. 12: eine Darstellung gemäß Fig. 5 in einer achten Variante;
Fig. 13: eine Darstellung gemäß Fig. 3 in einer weiteren Variante;
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird - insoweit in an sich bekannter Weise - ein 3D-Drucker, z.B. in Gestalt eines vollautomatischen Portalroboters, verwendet, welcher eine Wandung oder eine vollständige Raumzelle oder weitere vertikale Einheiten ei- nes Bauwerks in aufeinanderfolgenden Lagen drucken kann. In Figur 1 ist ein Bauteil 1 im
Entstehungsprozess dargestellt, welches aus mehreren übereinander gedruckten Lagen aus
Beton besteht, wobei die oberste Lage mit der Bezugszahl 2 und die unmittelbar darunterlie- gende Lage mit der Bezugszahl 3 versehen ist. Hierbei befindet sich die oberste Dargestellte
Lage 2 noch im Entstehungsprozess, also während des Druckvorgangs. Der Druckkopf 6 ist nur schematisch dargestellt.
Figur 1 zeigt zwei Varianten der Einbringung von Bewehrungselementen 4 bzw. 5 in die La gen 2 bzw. 3 des Bauteils 1.
In beiden dargestellten Varianten wird zunächst eine untere Lage 3 des aushärtbaren Materi als, hier Beton, in einem 3D-Druckverfahren gedruckt und anschließend werden mit den aus dieser Lage 3 hervorstehenden, unteren Bewehrungselementen 4 weitere, obere Bewehrungs elemente verbunden, die so lang sind, dass sie auch die später darüber zu druckende, obere Lage 2 durchdringen und aus dieser noch ein wenig herausstehen, nachdem der Druck kopf 6 diese obere Lage 2 gedruckt hat. Im nächsten Verfahrensschritt wird die darüber lie gende Lage 2 darauf aufgedruckt, wobei, wie oben beschrieben, die unteren Bewehrungsele mente 4 über die Oberseite der oberen Lage 2 herausstehen. Im nächsten Verfahrensschritt werden an die aus der oberen Lage 2 hervorstehenden Oberseiten der Bewehrungsele mente 4 weitere, gleichartige Bewehrungselemente 5 fest mit den unteren Bewehrungsele menten 4 verbunden, bspw. durch eine Schweißverbindung. Weitere Verbindungsarten wer den im Folgenden noch beschrieben. Anschließend wird die nächste, in der Figur nicht darge stellte Lage des aushärtbaren Materials in 3D-Druckverfahren auf die oberste Lage 2 auf gebracht und das Verfahren wird periodisch wiederholt. Jedes Bewehrungselement 4 bzw. 5 besteht aus einem starren Material, insbesondere Metall, z.B. Stahl, oder aus einem harten Kunststoff. Die aneinandergeschweißten Bewehrungselemente 4 bzw. 5 bilden einen durchgehenden Strang .
In der in Figur 1 links dargestellten Variante (a) verlaufen die Stränge aus den Bewehrungs elementen 4, 5 senkrecht zu den Lagen 2, 3 und in der in Figur 1 rechts dargestellten Variante (b) verlaufen die Stränge aus den Bewehrungselementen 4, 5 in einem Winkel von ca. 60° zu den Lagen 2, 3. Andere Winkel, vorzugsweise zwischen 10° und 90°, sind möglich und je nach Anwendungsgebiet vorteilhaft. Das Verfahren eignet sich auch für andere aushärtende Materialien als Beton, insbesondere thixotrope Materialien. Die Bewehrungselemente 4 stehen immer, wenn der Druckkopf 6 die oberste Lage 2 des aus- härtbaren Materials gedruckt hat, so weit aus dieser obersten Lage 2 hervor, dass auch beim Drucken der nächsten Lage noch ein Überstand stattfindet. Daher verwendet man vorzugs- weise einen Druckkopf 6, wie er in Fig. 2 dargestellt ist, mit einer Aussparung 7 für die her ausstehenden Bewehrungselemente 4, 5, um diese nicht zu beschädigen oder herauszureißen. Insbesondere eignet sich hierzu ein Druckkopf 6, der zwei Mündungen zum parallelen Aus- lass zweier nebeneinander liegender Stränge von aushärtbarem Material hat, wobei die beiden Stränge gemeinsam eine Lage bilden. Der Bereich zwischen den beiden Mündungen des Druckkopfes 6 kann frei bleiben und bildet eine Aussparung 7, so dass der Druckkopf 6 auch über die aus den darunterliegenden Lagen 2 und 3 herausstehenden Enden der Bewehrungs- elemente 4 geführt werden kann.
Nachdem der Druckkopf 6 die oberste Lage 2 gedruckt hat, werden die oberen Bewehrungs- elemente 5 mit den aus der obersten Lage 2 herausstehenden und bis in die darunterliegende Lage 3 zurückgehenden Bewehrungselementen verbunden, wobei die Art der Verbindung weiter unten beschrieben wird. Anschließend druckt der Druckkopf 6 die nächste Lage.
Nach dem Drucken können auf die Lagen weitere im Wesentlichen horizontale bzw. orthogo- nal zu den erfindungsgemäß ausgebildeten Bewehrungselementen ausgerichteten Beweh rungselemente 10 aufgebracht, beispielsweise aufgelegt werden. Dabei handelt es sich z.B. um starre Elemente wie Stäbe lOa. Es können jedoch auch Fäden, Ketten, Seile oder dergleichen auf die Lagen aufgelegt werden. Mit Ausbildung der nächsten Lage werden die horizontalen Bewehrungselemente 10, lOa dann überdeckt und erhöhen die Zugfestigkeit des Bauteils in Druckrichtung gesehen. Das Einbringen erfolgt voll-, teilautomatisiert oder manuell. Es muss dabei nicht zwingend in jeder Lage ein horizontal ausgerichtetes Bewehrungselement vorge sehen werden. Auch besteht die Möglichkeit, dass weitere Bewehrungselemente 10, lOa nur in besonders beanspruchten Bereichen zusätzlich eingebracht werden.
Eine alternative Ausgestaltung eines Druckkopfes bei ansonsten gleichen Verfahrensparame- tem ist in Figur 3 dargestellt. Der Druckkopf 6 gemäß Figur 3 unterscheidet sich von dem Druckkopf 6 gemäß Figur 2 dadurch, dass die beiden Auslässe des aushärtbaren Materials um 90° nach hinten gekrümmt sind, der Auslass des aushärtbaren Materials also nicht senkrecht nach unten, sondern in Richtung der soeben gedruckten Lage 2 und entgegen der Bewe gungsrichtung des Druckkopfes 6 erfolgt. Auch in diesem Fall weist der Druckkopf 6 eine Aussparung 7 auf, durch welche die aus den darunterliegenden Lagen 2, 3 herausstehenden Bewehrungselemente 4 hindurch treten können, wenn sich der Druckkopf 6 darüber hinweg bewegt.
Eine weitere alternative Ausführungsform zur Durchführung des Verfahrens mit einem flexib- len Druckkopf 6 zeigt Figur 4. Der in Figur 4 dargestellt Druckkopf 6 weist keine Aussparung 7 auf, sondern einen Mittelbereich 8, der flexibel gestaltet ist, so dass sich die aus den beiden darunterliegenden Fagen 2, 3 hervorstehenden Bewehrungselemente 4 während des Über fahrens durch den Druckkopf flexibel an dessen Innenseite anschmiegen. Die flexible Gestal tung des Druckkopfes 6 kann durch Wahl eines geeigneten Materials im Bereich des Mittelbe reichs 8 erfolgen, z. B. durch ein Kunststoff-, Silikon- oder Gummimaterial. In der Figur 4 ist schematisch dargestellt, wie ein Bewehrungselement 4 sich genau in der Mitte des Mittelbe reichs 8 befindet und von dem dort vorhandenen flexiblen Material des Druckkopfes 6 um schlossen wird. Mithilfe des flexiblen Mittelbereichs 8 des Druckkopfes 6 können Positionie rungsfehler der Bewehrungselemente 4 flexibel ausgeglichen werden. Die Bewehrungsele mente 4 stoßen in diesem Fall nicht gegen einen starren Druckkopf 6, da die flexible Durchführung sich zu einem gewissen Grad anpasst. Zusätzlich können die beiden, den Druckkopf 6 verlassenden Stränge des aushärtbaren Materials näher aneinander gedruckt werden. Falls ein Bewehrungselement 4 den Druckkopf 6 passiert, schmiegt sich die Durch führung im Mittelbereich 8 an das Bewehrungselement 4 an, was die Anbettung des Beweh rungselements 4 in das aushärtbare Material verbessert.
In allen Ausführungsbeispielen gemäß Figuren 2, 3 und 4 hat der Druckkopf 6 zwei Auslässe für das aushärtbare Material, wobei ein Auslass links und ein Auslass rechts der Aussparung 7 bzw. des Mittelbereichs 8 angeordnet ist. Auf diese Weise wird jede Fage 2 bzw. 3 in zwei nebeneinander liegende Fagen aufgespalten, die sich im Idealfall aber nach Durchführung des Druckvorgangs innig miteinander vermengen, so dass keine Grenzfläche mehr erkennbar ist.
Die Verbindung benachbarter unterer Bewehrungselemente 4 mit darüber angeordneten obe ren Bewehrungselementen 5 ist in verschiedenen Varianten in den Figuren 5-12 dargestellt. Die in den Figuren 5, 6 und 7 dargestellten Varianten sind vor allem für Schweißverfahren, insbesondere das Bolzenschweiß verfahren günstig. Hier kann das obere Bewehrungselement 5 in an sich bekannter Weise mit dem unteren Bewehrungselement 4 durch eine Schweiß verbindung verbunden werden. In der Ausführungsform gemäß Figur 5 weist das obere Be wehrungselement 5 an seiner Unterseite einen spitzen Winkel zur besseren Schweißverbin dung mit der ebenen Oberfläche des unteren Bewehrungselements 4 auf. Bei der Ausführungsform nach Figur 6 weist das obere Bewehrungselement im Mittelbereich seiner Unterseite eine Art hervorstehenden Knopf auf, während die Oberseite des unteren
Bewehrungselements 4 plan ist.
Bei der Variante gemäß Figur 7 ist sowohl die Unterseite des oberen Bewehrungselements 5 als auch die Oberseite des unteren Bewehrungselements 4 plan, so dass eine unmittelbare Bolzenschweißverbindung möglich ist.
In den Figuren 8-10 sind mögliche Klebeverbindungen dargestellt. In Figur 8 wird der
Klebstoff hierbei zwischen die spitz ausgeführte Unterseite des oberen Bewehrungselements 5 und die im Gegenzug schwalbenschwanzförmig ausgeführte obere Seite des unteren Beweh rungselements 4 eingebracht, bevor das obere Bewehrungselement 5 unter Druck auf das un tere Bewehrungselement 4 gebracht wird.
Bei der Ausführungsform gemäß Figur 9 wird der Klebstoff in den Spalt zwischen dem spitz zulaufenden unteren Ende des oberen Bewehrungselements 5 und dem komplementär hierzu ausgebildeten spitz zulaufenden oberen Ende des unteren Bewehrungselements 4 eingebracht.
Bei der Ausführungsform gemäß Figur 10 findet eine Überlappung des oberen Bewehrungselements 5 mit dem unteren Bewehrungselement 4 statt, wobei sich die Seitenflä chen überlappen und in den Überlappungsbereich ein Klebstoff eingebracht wird.
Auch alle Varianten gemäß Figuren 8 -10 dienen nicht nur der Klebeverbindung. Bei diesen Varianten kann auch eine Schweißverbindung der benachbarten Bewehrungselemente 4 bzw.
5 erfolgen.
Zwei weitere Verbindungsmöglichkeiten sind in den Figuren 11 und 12 dargestellt. Hierbei findet eine Verschraubung statt. Bei der Ausführungsform gemäß Figur 11 weist das obere Ende des unteren Bewehrungselements 4 eine integrierte Schraubenmutter mit einem
Innengewinde auf, während der untere Bereich des oberen Bewehrungselements 5 ein Außen gewinde aufweist, welches in diese integrierte Schraubenmutter des unteren Bewehrungsele ments 4 eingedreht werden kann. D Bei W uOei 20 rt1u9/s2i0u2n1i5u6iigs fform gemäß r Figur 1120 weisen sowoh1l d ,er obere D BePiCeTic/nEP u2e0s19 u/0iu60e2ie4n9 D Be- wehrungselements 4 als auch der untere Bereich des oberen Bewehrungselements 5 Außenge- winde auf und es wird eine Überwurfmutter mit einem Innengewinde verwendet, in welches die beiden Außengewinden der Bewehrungselemente 4-5 zur Herstellung einer
sicheren Verbindung eingedreht werden.
Anstelle der Verbindung benachbarter Bewehrungselemente 4 durch Verschweißen kann auch eine Verbindung durch Verschrauben oder durch Verkleben erfolgen. Bei einer Schraubverbin dung können die Enden der Bewehrungselemente 4 mit jeweils einem Außengewinde versehen sein, wobei eine gemeinsame Überwurfmutter die beiden Enden miteinander verbindet. Auch kann ein Ende eines Bewehrungselements 4 ein Innengewinde enthalten, während das benach barte Bewehrungselement 4 ein hierzu passendes Außengewinde aufweist. Falls die benachbar ten Bewehrungselemente 4 miteinander verklebt werden, empfiehlt es sich, eine großflächige Abschlussfläche vorzusehen, so dass eine gute Klebeverbindung möglich wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren und das damit erstellte Bauteil haben den Vorteil einer we sentlich innigeren Verbindung der Bewehrungselemente 4 und einer wesentlich festeren Be wehrung, da durch die Stränge 5 aus einzelnen Bewehrungselementen 4 eine ähnliche Wirkung erzielt werden kann, wie beim klassischen Betonguss durch Verwendung einer Stahlmatte. Durch die erfindungsgemäße Bildung von Strängen 5 aus einzelnen Bewehrungselementen 4 wird es möglich, auch im 3D-Druck, wo eine durchgängige Stahlmatte nicht eingesetzt werden kann, die gleichen oder ähnliche Festigkeitswerte zu erzielen wie bei der Verwendung durchge hender Baustahlmatten im Betongussverfahren.
Im erfindungsgemäßen Verfahren können in einer vorteilhaften Weiterbildung zusätzliche Be- wehrungselemente 10 während oder nach dem Drucken eingesetzt werden. Diese können insbe- sondere als Draht, Stab, Seil, Kette oder Roving ausgebildet sein. Das erfindungsgemäße Ver fahren und die zusätzlichen ausgebildeten Bewehrungselemente 10 wie Draht, Stab, Seil, Kette oder Roving, haben den Vorteil, dass die Zug- und Druckfestigkeit des gebildeten Bauteils er höht wird. Insbesondere in Druckrichtung werden hierdurch die Festigkeiten erhöht. Die zusätz lichen Bewehrungselemente 10 wie Draht, Stab, Seil, Kette oder Roving können während oder nach dem Drucken in das extrudierte aushärtbare Material, insbesondere in eine Druckrichtung 11, eingebracht werden. Wie in Figur 13 ersichtlich, kann der Druckkopf 6 zusätzliche Mittel umfassen, über die das zusätzliche Bewehrungselement 10 während des Drückens mit einge bracht wird. So können beispielweise Drähte, Seile, Ketten oder Rovings von einer Spule 6a abgWQ.20 T ^2(>2_1 J j c gleichzeitig mit dem Druckkopf 6 in DruckrichtiPCT/EP2019/060249 Stäbe können in an und für sich bekannter Weise unterstützt durch den Druckkopf 6 oder hiervon un abhängig zugeführt, beispielsweise aufgelegt oder eingesteckt werden (nicht abgebildet). Alter nativ hierzu kann ein zusätzliches Mittel gemäß Figur 2 zur Verfügung gestellt werden, über das die zusätzlichen Bewehrungsmittel 10 auf den gebildeten Lagen 2, 3 auf - oder eingelegt wer den. Alternativ zum Stab kann ein flexibles Element Seil, Kette, Rovings aufgelegt oder einge steckt werden
In einer weiteren, als günstig angesehene Ausführungsform können zusätzliche Fasern, insbe sondere Polymerfasem, Glasfasern oder Carbonfasem in das extrudierte aushärtbare Material beigemischt werden. Hierdurch wird die Festigkeit weiter erhöht.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Bauteils (1) aus einem aushärtbaren Material, wobei in sich periodisch wiederholenden Schritten eine neue Lage (2) des Materials in einem 3D- Druckverfahren auf eine darunter liegende Lage (3) mit unteren Bewehrungselemente (4) gedruckt wird, welche über die Oberseite dieser neuen Lage
(2) hervorstehen, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Drucken jeder Lage (3) obere Bewehrungselemente (5) in Verlängerung der unteren Bewehrungselemente (4) mit diesen verbunden werden, welche die unteren Bewehrungselemente der darauf folgenden Lage bilden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das aushärtbare Material Beton ist.
3. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewehrungselemente (4, 5) aus einem starren Material, insbesondere Stahl oder Kunststoff, bestehen.
4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung übereinanderliegender Bewehrungselemente (4, 5) eine
Schweißverbindung oder eine Schraubverbindung oder eine Klebeverbindung ist.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewehrungselemente (4, 5) senkrecht zu den Lagen (2, 3) verlaufen.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewehrungselemente (4, 5) in einem Winkel zwischen 90° und 45° zu den Lagen (2, 3) verlaufen.
7. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewehrungselemente (4, 5) stabförmig sind.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein zusätzliches Bewehrungselement (10) in eine Druckrichtung (11) verlaufend in die Lagen (2, 3) eingebracht wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das zusätzliche
Bewehrungselement (10) als Draht, Stab (lOa), Seil, Kette oder Roving ausgebildet ist, wobei das zusätzliche Bewehrungselement (10) vor, während oder nach dem Drucken jeder Lage (3) eingebracht, insbesondere eingelegt oder aufgelegt wird.
10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das aushärtbare Material mit Fasern insbesondere Stahlfasem, Polymerfasem, Glasfasern oder Carbonfasem versetzt ist.
11. Bauteil (1) aus einem ausgehärteten Material, welches eine Vielzahl von in einem 3D- Druckverfahren hergestellte Lagen (2, 3) sowie diese verbindende Bewehrungselemente (4, 5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewehrungselemente (4, 5) einen durch alle Lagen (2, 3) des Bauteils (1) verlaufenden Strang bilden und miteinander verbunden sind.
12. Bauteil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das ausgehärtete Material Beton ist.
13. Bauteil nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewehrungselemente (4, 5) aus einem starren Material, insbesondere Stahl oder Kunststoff, bestehen.
14. Bauteil nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Stränge senkrecht und/oder horizontal zu den Lagen (2, 3) verlaufen.
15. Bauteil nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Stränge in einem Winkel zwischen 90° und 45° zu den Lagen (2, 3) verlaufen.
16. Bauteil nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewehrungselemente (4, 5) stabförmig oder als Draht, Stab, Seil, Kette oder Roving ausgebildet sind.
17. Bauteil nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das aushärtbare Material mit Fasern insbesondere Stahlfasem, Polymerfasem, Glasfasern oder Carbonfasem versetzt ist.
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