WO2023110000A1 - Method and production system for automated production of a thin-wall concrete component by means of a spray-concrete method and a shuttering mould - Google Patents

Method and production system for automated production of a thin-wall concrete component by means of a spray-concrete method and a shuttering mould Download PDF

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WO2023110000A1
WO2023110000A1 PCT/DE2022/100802 DE2022100802W WO2023110000A1 WO 2023110000 A1 WO2023110000 A1 WO 2023110000A1 DE 2022100802 W DE2022100802 W DE 2022100802W WO 2023110000 A1 WO2023110000 A1 WO 2023110000A1
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WO
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formwork
concrete
tool
concrete component
spraying
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PCT/DE2022/100802
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Hendrik Lindemann
Roman Gerbers
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AEDITIVE GmbH
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Definitions

  • the invention relates to a method and a production system for the automated production of a thin-walled concrete component using a shotcrete method and a formwork tool for use in such a method and/or in such a production system.
  • Processes for the production of thin-walled concrete components are known in principle.
  • Thin-walled concrete components can be manufactured using known formwork techniques.
  • a formwork is designed and manufactured, then assembled and prepared, for example by oiling.
  • the formwork is then filled with concrete, the concrete is compacted and the formwork is removed. In order to reuse the formwork, the formwork is cleaned.
  • compacting the concrete in thin-walled concrete components is a source of error.
  • thin-walled concrete components can be produced with a formwork table that has concrete basins to be filled with concrete.
  • the concrete is poured into the formwork and then hardened.
  • the process is characterized by a high cycle time.
  • the formwork table is occupied over a long period of time, so that a large number of cost-intensive formwork tables are required to reduce the cycle times.
  • the ratio of the formwork area to the concrete volume used is large. This leads, among other things, to the fact that a high level of manual effort and thus high labor costs are required for providing the formwork for each concrete component.
  • thin-walled concrete components can currently not be functionalized or only to a limited extent, since the concrete components usually have a flat surface. This means that the concrete components are heavier than technically required. Furthermore, the sustainability of such concrete components is negatively influenced by the fact that more concrete is used than is technically necessary.
  • a requirement from the construction industry is to increase the degree of automation.
  • a shortage of skilled workers affects productivity and there is a risk that there will not be enough skilled workers to meet demand in the future.
  • This object is achieved with a method, a production system and a formwork tool according to the features of the independent patent claims. Further advantageous refinements of these aspects are specified in the respective dependent patent claims.
  • the features listed individually in the patent claims and the description can be combined with one another in any technologically meaningful way, with further embodiment variants of the invention being shown.
  • the object is achieved by a method for the automated production of a thin-walled concrete component with a shotcrete method, comprising the steps carried out by a handling system: positioning a frame-shaped formwork tool on a base element, spraying a concrete such that the formwork tool has a peripheral contour of the concrete component defined at least in sections and removal of the formwork tool immediately after the end of spraying in such a way that the peripheral contour of the concrete component is unaffected.
  • the invention is based, inter alia, on the finding that thin-walled concrete components can be produced in an advantageous manner using a shotcrete method and a frame-shaped formwork tool. Thanks to the reusable, frame-shaped formwork tool and the immediate removal of the formwork tool after spraying is complete, rapid, sequential production of thin-walled concrete components is made possible.
  • the invention is also based on the finding that the spraying of the concrete is essential, since the spraying and a targeted setting of an accelerator quantity enable an advantageous distribution and hardening of the concrete without additional distribution steps being necessary.
  • conventional methods of supplying the concrete either the concrete is not sufficiently fluid for distribution or the formwork tool cannot be removed immediately after the spraying is completed because the concrete does not have sufficient strength at that time.
  • the frame-shaped formwork tool, the spraying of the concrete and the removal of the Shuttering tool enables series production of thin-walled concrete components.
  • after removal of the formwork tool it would be positioned in a new position on the base member or on another base member and the process steps would be performed again.
  • the invention is also based on the finding that a thin-walled concrete component can be produced in an advantageous manner in that part of the concrete component is defined by the formwork tool, namely the peripheral contour, and other geometries of the concrete component can be freely defined by spraying the concrete.
  • These geometries can be functional structures, for example ribs to be produced on the upper side to reinforce the concrete component.
  • Such ribs can advantageously be produced with a shotcrete that includes an accelerator, since these would usually run with other methods.
  • Automated production is understood to mean, in particular, production that can take place essentially without manual actions.
  • positioning, spraying and removal are automated using a handling system. This does not rule out that individual steps, such as controlling or correcting the handling system, are carried out manually.
  • a thin-walled concrete component is understood as meaning a concrete component whose thickness is less than the extensions of the concrete component orthogonal to this thickness. Preferably this thickness is less than 50%, less than 30%, less than 15% of the extents orthogonal to the thickness.
  • the handling system preferably includes at least one handling unit, for example a robot.
  • the handling system comprises two or more handling units to carry out the steps.
  • the handling system is arranged and designed to carry out the steps autonomously.
  • the method includes the step of positioning the frame-shaped formwork tool on the base member.
  • positioning means in particular that the formwork tool is arranged on the base element. This can, for example, include or be placing the formwork tool on the base element.
  • the positioning can also include or be arranging the formwork tool in a predetermined position on the base element.
  • the planar extent of the formwork tool is preferably aligned essentially horizontally.
  • a frame-shaped formwork tool is also understood to mean a part-frame-shaped formwork tool since, as will be described below, one side of the formwork tool can be designed to be open.
  • the shuttering tool can be rectangular, for example, so that the peripheral contour of the concrete component is also rectangular.
  • the formwork tool can also define round and/or free-form peripheral contours of the concrete component.
  • the base element can be any base for positioning the formwork tool. It is preferred that the base element is a pallet. In addition, the base element can consist of metal and/or plastic and/or concrete and/or comprise these materials. The top of the base element is preferably oriented essentially horizontally.
  • the method also includes the step of spraying the concrete.
  • the spraying of the concrete takes place in such a way that the formwork tool defines a circumferential contour of the concrete component at least in sections.
  • a peripheral contour is understood to mean, in particular, a contour of the concrete component in horizontal planes.
  • the peripheral contour can be an edge of the concrete component.
  • the formwork tool can act as a border around the concrete component to be produced.
  • a sectional definition of the peripheral contour means that at least one side of the concrete component is defined by the formwork tool.
  • one, two or more sides of the formwork tool can also be open. Provision is made in particular for an upper side of the concrete component to be free of the formwork tool, so that the upper side can be freely defined by spraying the concrete.
  • the definition of the peripheral contour by the formwork tool and the free formation of functional structures, such as ribs on the upper side of the concrete component make it possible to manufacture the concrete component in an automated and moreover efficient manner.
  • the formwork tool is removed immediately after the end of spraying, ie in particular after the concrete component has been sprayed.
  • Immediately after the end of the spraying means in particular that the formwork tool is removed after less than 10 minutes, less than 5 minutes, less than 2 minutes, less than 1 minute after the end of the spraying.
  • immediately after the end of the spraying can mean that there is a period of time between the end of the spraying and the removal of the formwork tool which is less than 25%, less than 10%, less than 5%, less than 1% of a spraying time for the spraying of the concrete.
  • the shuttering tool is removed in a vertical direction.
  • the formwork tool is removed with a removal movement, the removal movement having a vertical movement component. It is also preferred that the formwork tool is removed in such a way that there are no interfering contours in the direction of the lifting vector.
  • peripheral contour of the concrete component is unaffected by the removal of the formwork tool means in particular that the contour is essentially unaffected. This can mean, for example, that the circumferential contour does not experience any component-relevant changes as a result of the removal of the formwork tool. Furthermore, this can mean that by removing the formwork tool essentially no post-processing of the concrete component as such is required, which would not have been necessary by another removal of the formwork tool.
  • the method includes the step of changing the formwork tool, with another formwork tool having a different shape being used, so that another circumferential contour of a concrete component can be produced.
  • the method includes the step: introducing reinforcement. It is particularly preferred that the reinforcement is placed before or during the spraying of the concrete. For example, a bottom layer of the concrete can be sprayed first, on which the reinforcement is arranged and then the concrete component can be sprayed to finish.
  • a further preferred embodiment of the method includes the step: cleaning, in particular automatic cleaning, of the formwork tool in a cleaning station after the formwork tool has been removed.
  • the method comprises the step: automatic application of formwork oil to the formwork tool after the cleaning described above.
  • the method can include the step of changing at least one edge length and repeating the steps of positioning, spraying and removing. A different concrete component can thus be produced with the same formwork tool by enlarging or reducing the formwork tool.
  • a preferred variant of the method is characterized in that it comprises the step of spraying the concrete in such a way that at least one functional structure is formed, with the concrete forming the functional structure having a higher proportion of accelerator than the concrete adjoining the functional structure.
  • the accelerator content describes the proportion of an accelerator in the concrete.
  • An accelerator is a concrete admixture that hardens concrete faster.
  • the functional structure can be a thickening, for example, so that a static requirement for the concrete component is met.
  • a preferred variant of the method is characterized in that the concrete to be sprayed is provided in a flowable state and an accelerator is added.
  • a free-flowing concrete is advantageous in that the frame-shaped formwork tool can be easily filled with it.
  • the accelerator has an advantageous effect in that the concrete filling the formwork tool hardens quickly and, as a result, the formwork tool can advantageously be removed immediately after the spraying has ended.
  • a further advantageous embodiment of the method is characterized in that an accelerator component of the accelerator in the concrete is varied depending on the position.
  • individual sections of the concrete component can be freely formed.
  • the formation of ribs or reinforcements is possible in that a higher proportion of the accelerator is used here and the concrete solidifies quickly in the sprayed position.
  • the formwork tool has at least one open formwork side and the formwork tool is positioned in such a way that the open formwork side is closed by means of a formwork element arranged on the base element.
  • the formwork element can be any element suitable for closing the open formwork side of the formwork tool.
  • the formwork element can be made of metal or wood, for example, or can include these materials. It can be preferred that the formwork element can be arranged or is arranged fixedly on the base element.
  • the formwork element can be designed as a vertical wall. It is also preferred that the base element has a large number of formwork elements, in particular on vertical walls, on which the formwork tool can be arranged with the open formwork side, so that the concrete component can be produced in an advantageous manner.
  • the open side of the formwork tool allows for improved removal of the formwork tool after spraying is complete. Closing the open formwork side also means partial closing.
  • a further preferred embodiment of the method is characterized in that the height of the concrete component is brought about by a varying feed rate.
  • a varying spray layer thickness and a height of the concrete component can also be influenced by the varying feed rate.
  • the object mentioned at the outset is achieved by a production system for the automated production of a thin-walled concrete component using a shotcrete method, comprising a frame-shaped formwork tool, a handling system for positioning the frame-shaped formwork tool and for spraying a concrete, and a control device coupled to the handling system in terms of signals, which is set up to control the handling system in such a way that the formwork tool is positioned on a base element, the concrete is sprayed in such a way that the formwork tool defines a peripheral contour of the concrete component at least in sections, and the formwork tool is removed immediately after the end of spraying in such a way that the peripheral contour of the concrete component is unaffected.
  • a preferred embodiment variant of the production system is characterized in that the formwork tool has an open formwork side and the base element has a formwork element for closing the open formwork side.
  • the formwork element is preferably wall-shaped.
  • a further preferred embodiment variant of the production system is characterized in that it comprises a nozzle unit which is arranged and designed to vary the proportion of accelerator in the concrete and the control device being set up to adjust the proportion of accelerator depending on the position. It is preferred that the handling system includes the nozzle unit.
  • a production system designed in this way can improve the distribution of the concrete within the formwork tool and, in addition, functional structures can be used to reduce the weight of the concrete component be introduced by, for example, reducing the feed rate at these positions and increasing the proportion of the accelerator.
  • a preferred development of the production system is characterized in that it comprises a vibration unit which is arranged and designed to induce vibration in the frame-shaped formwork tool in order to reduce adhesion of the concrete to the formwork tool.
  • a vibration unit which is arranged and designed to induce vibration in the frame-shaped formwork tool in order to reduce adhesion of the concrete to the formwork tool.
  • the handling system has a first robot, in particular a first articulated-arm robot, and a second robot, in particular a second articulated-arm robot, and the first robot for spraying the concrete and the second robot for positioning and removing the Formwork tool is arranged and formed.
  • the efficiency of the process can be further increased by using two robots and the systematic separation of spraying and handling activities, namely positioning and removal.
  • the first robot and/or the second robot is/are arranged such that it can be moved on a rail, so that a large base element can also be used.
  • a formwork tool for use in a method according to one of the embodiment variants mentioned above and/or in a production system according to one of the embodiment variants described above, comprising a formwork frame that defines a formwork area in which a concrete component can be sprayed and a handling section coupled to the formwork frame for coupling to a handling system.
  • the formwork frame defines the formwork area.
  • the formwork area can be closed or open on one, two or more sides.
  • the formwork area is designed in particular such that a peripheral contour of the concrete component can be defined with this, in particular can be defined in sections.
  • a preferred variant of the formwork tool is characterized in that the formwork tool has at least one open formwork side.
  • An open formwork side means in particular that a section of the formwork frame is designed to be open.
  • An open formwork side allows for improved formwork tool removal.
  • a further preferred development of the formwork tool is characterized in that the formwork tool has at least one adjustable edge length. Furthermore, it is preferred that the shuttering tool has an actuator, in particular an adjustable cylinder, which is arranged and designed to adjust the edge length. For this purpose, one, two or more components of the formwork frame preferably have a telescopic function.
  • a further preferred variant of the formwork tool is characterized in that a contour element covering the formwork area is arranged on at least one upper edge of the formwork frame.
  • the contour element can be designed, for example, in the form of strips or rods, in particular with an angular cross section.
  • the spraying of the concrete can lead to spattering, particularly at the edge areas of the formwork frame, which reduces the edge quality of the concrete component.
  • the edges of the concrete component can be formed precisely by means of such a contour element.
  • Another preferred variant of the formwork tool is characterized in that it has an adhesion-reducing surface. It is particularly preferred that surfaces of the formwork tool facing the formwork area have the adhesion-reducing surface.
  • the adhesion-reducing surface can be a polished steel surface, for example.
  • the adhesion-reducing surface can be formed by a coating, for example a plastic coating or a lacquer.
  • the adhesion-reducing surface is designed to be particularly durable, so that it can be used for a large number of formwork processes.
  • FIG. 1 a schematic, three-dimensional view of an exemplary embodiment of a production system
  • FIG. 2 a schematic, three-dimensional view of an exemplary embodiment of a base element
  • FIG. 3 a schematic, three-dimensional view of an exemplary embodiment of a formwork tool
  • Figure 4 a schematic view of a method for automated
  • FIG. 5 a schematic view of a preferred embodiment of the method shown in FIG. 4;
  • FIG. 6 a schematic view of a preferred embodiment of the method shown in FIG. 4;
  • FIG. 7 a schematic view of a preferred embodiment of the method shown in FIG.
  • FIG. 1 shows a production system 100 for the automated production of a thin-walled concrete component 114 using a shotcrete method.
  • the production system 100 includes a frame-shaped formwork tool 140 which is used as a template for the concrete components 114 .
  • the manufacturing system 100 includes a handling system 104.
  • the Handling system 104 is adapted for positioning the frame-shaped formwork tool 140 and for spraying the concrete.
  • the handling system 104 includes a first robot 106 and a second robot 108.
  • the robots 106, 108 are arranged on rails 132, 134, so that the robots 106, 108 can be moved in translation.
  • a nozzle unit 136 with which the concrete is sprayed is arranged distally on the first robot 106 .
  • the nozzle unit 136 is designed in particular to vary an accelerator content in the concrete.
  • the second robot 108 is arranged and configured for positioning and removing the formwork tool 140 .
  • the second robot 108 is designed distally in order to interact with an interface 170 of the formwork tool 140 .
  • the base element 112 is arranged between the rails 132 , 134 and thus between the robots 106 , 108 .
  • the base element 112 is plate-shaped and comprises a multiplicity of wall-shaped and vertically positioned formwork elements 116.
  • the base element 112 is arranged in an interchangeable manner.
  • the production system 100 can have a roller system on which the base element can be arranged.
  • the production system 100 also includes a control device 110, which is set up to control the handling system 104 in such a way that the formwork tool 140 is positioned on the base element 112, the concrete is sprayed in such a way that the formwork tool 140 forms a peripheral contour of the concrete component 114 at least in sections defined and the formwork tool 140 is removed immediately after the end of spraying in such a way that the peripheral contour of the concrete component 114 is unaffected.
  • a control device 110 which is set up to control the handling system 104 in such a way that the formwork tool 140 is positioned on the base element 112, the concrete is sprayed in such a way that the formwork tool 140 forms a peripheral contour of the concrete component 114 at least in sections defined and the formwork tool 140 is removed immediately after the end of spraying in such a way that the peripheral contour of the concrete component 114 is unaffected.
  • the base element 112 extends from a first base element end 122 to a second base element end 124. Orthogonally to this, the base element 112 extends from a first base element side 126 to a second base element side 128. These extensions form the planar side of the base element 112.
  • the base member 112 is rectangular.
  • the base element 112 has a total of 13 formwork elements 116 .
  • the formwork elements 116 each have a first formwork side 118, which faces away from the viewer, and a second formwork side 120, which faces the viewer.
  • the formwork tool 140 can be arranged with the open formwork side 156 on the formwork sides 118, 120, so that the formwork elements 116 close the open formwork side 156.
  • the formwork elements 116 are arranged on the top side 130 of the base element.
  • FIG. 3 shows the formwork tool 140.
  • the formwork tool 140 has a formwork frame 142 which defines a formwork area 144.
  • Formwork frame 142 extends from a first end 146 to a second end 148.
  • Formwork frame 142 is formed by a first transverse frame member 150 at first end 146 and a second transverse frame member 152 at second end 148.
  • the transverse frame members 150, 152 are aligned parallel to one another.
  • the first transverse frame member 150 and the second transverse frame member 152 are connected to each other with a longitudinal frame member 154 .
  • the side of the formwork frame 142 opposite the longitudinal frame element 154 is designed as an open formwork side 156 .
  • the open formwork side 156 is formed in particular by providing a bracket unit 158 with a clear height above the formwork area 144 on this side.
  • the bracket assembly 158 is formed by a first spar member 160 adjacent the first end 146, a second spar member 162 adjacent the second end 148, and a support member 164 connecting the spar members 160,162.
  • a handling section 166 which has a handling element 168 .
  • An interface 170 is provided on the handling element 168 with which the formwork tool 140 can be coupled to a handling system 104 and in particular to a second robot 108 .
  • Contour elements 172 , 174 , 176 are provided on the transverse frame elements 150 , 152 and on the longitudinal frame element 154 .
  • the contour elements 172, 174, 176 enable the formation of a defined concrete component edge without spatter and the like occurring.
  • the formwork tool 140 is arranged with the open formwork side 156 on one of the formwork elements 116 shown in FIG.
  • Concrete is then injected into the formwork frame 142, in particular into the formwork area 144, so that the formwork tool defines the peripheral contour of the concrete component 114.
  • the formwork tool 140 is arranged on a formwork element 116 so that all four sides of the formwork frame 142 are closed, a complete peripheral contour of the concrete component can be formed.
  • the formwork tool 140 can be removed immediately.
  • FIG. 4 shows a method for the automated production of a thin-walled concrete component 114 using a shotcrete method with three steps carried out by a handling system 104.
  • the frame-shaped formwork tool 140 is positioned on a base element 112 .
  • concrete is sprayed in such a way that the formwork tool 140 defines a peripheral contour of the concrete component 114 at least in sections. If the formwork tool 140 is designed according to FIG. 3 and a corresponding arrangement of the formwork tool 140 on a formwork element 118, the peripheral contour of the concrete component is completely defined.
  • step 204 the formwork tool 140 is removed immediately after the spraying has ended, so that the peripheral contour of the concrete component 114 is unaffected. Immediately after stopping spraying can mean immediately or also less than 10 minutes, less than 5 minutes, less than 2 minutes, less than 1 minute.
  • FIG. 5 shows a preferred variant of the method shown in FIG.
  • step 210 the frame-shaped formwork tool 140 is positioned and in step 212 the concrete is sprayed as in step 202 .
  • step 214 the amount of accelerator in the concrete is varied and then sprayed again in step 212 with this varied amount of accelerator.
  • the loop between steps 212 and 214 can be repeated any number of times.
  • step 216 as in step 204, the shuttering tool 140 is removed.
  • Steps 212 and 214 are combined in FIG. 6, since the quantity of accelerator is varied in parallel with the spraying of the concrete. Varying the amount of accelerator is also optional in this process variant, since this may not be absolutely necessary depending on the component.
  • Step 222 of spraying is preferably designed such that functional structures are formed, in particular by a varying spray layer thickness that can be generated by a varying feed rate of robot 106 .
  • Functional structures of this type can, for example, be thickened portions that structurally strengthen the component. This avoids the concrete component 114 having a correspondingly high thickness at all component positions, but only at those where this is statically necessary.
  • Formwork element first formwork side second formwork side first base element end second base element end first base element side second base element side
  • longitudinal frame element 156 open formwork side

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Abstract

The invention relates to a method for automated production of a thin-wall concrete component (114) by means of a spray-concrete method, comprising the following steps performed by a handling system (104): positioning a frame-like shuttering mould (140) on a base element (112), spraying concrete such that the shuttering mould (140) defines a peripheral contour of the concrete component (114) at least in part, and removing the shuttering mould (140) immediately after the spraying has ended, so that the peripheral contour of the concrete component (114) is unaffected.

Description

Verfahren und Herstellungssystem zur automatisierten Herstellung eines dünnwandigen Betonbauteils mit einem Spritzbetonverfahren und Schalungswerkzeug Process and production system for the automated production of a thin-walled concrete component using a shotcrete process and formwork tool
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Herstellungssystem zur automatisierten Herstellung eines dünnwandigen Betonbauteils mit einem Spritzbetonverfahren und ein Schalungswerkzeug zur Verwendung in einem solchen Verfahren und/oder in einem solchen Herstellungssystem. Verfahren zur Herstellung von dünnwandigen Betonbauteilen sind grundsätzlich bekannt. Dünnwandige Betonbauteile können mit bekannten Schalungstechniken hergestellt werden. Hierfür wird eine Schalung konstruiert und hergestellt, anschließend montiert und vorbereitet, beispielsweise mittels Einölen. Im Anschluss wird die Schalung mit Beton verfüllt, der Beton wird verdichtet und es wird ausgeschalt. Um die Schalung wiederzuverwenden, wird die Schalung gereinigt. Neben dem hohen Aufwand zur Vorbereitung stellt das Verdichten des Betons bei dünnwandigen Betonbauteilen eine Fehlerquelle dar. The invention relates to a method and a production system for the automated production of a thin-walled concrete component using a shotcrete method and a formwork tool for use in such a method and/or in such a production system. Processes for the production of thin-walled concrete components are known in principle. Thin-walled concrete components can be manufactured using known formwork techniques. For this purpose, a formwork is designed and manufactured, then assembled and prepared, for example by oiling. The formwork is then filled with concrete, the concrete is compacted and the formwork is removed. In order to reuse the formwork, the formwork is cleaned. In addition to the high preparation effort, compacting the concrete in thin-walled concrete components is a source of error.
Darüber hinaus können dünnwandige Betonbauteile mit einem Schalungstisch hergestellt werden, der mit Beton zu befüllende Betonbecken aufweist. Der Beton wird in die Schalung gegossen und anschließend ausgehärtet. Das Verfahren zeichnet sich jedoch durch eine hohe Taktzeit aus. Ferner wird der Schalungstisch über eine lange Zeitspanne belegt, sodass zur Reduktion der Taktzeiten eine Vielzahl an kostenintensiven Schalungstischen erforderlich ist. In addition, thin-walled concrete components can be produced with a formwork table that has concrete basins to be filled with concrete. The concrete is poured into the formwork and then hardened. However, the process is characterized by a high cycle time. Furthermore, the formwork table is occupied over a long period of time, so that a large number of cost-intensive formwork tables are required to reduce the cycle times.
Insbesondere bei dünnwandigen Betonbauteilen ist das Verhältnis aus der Schalungsfläche gegenüber dem eingesetzten Betonvolumen groß. Dies führt unter anderem dazu, dass je Betonbauteil ein hoher manueller Aufwand und somit hohe Lohnkosten zur Bereitstellung der Schalung erforderlich sind. In the case of thin-walled concrete components in particular, the ratio of the formwork area to the concrete volume used is large. This leads, among other things, to the fact that a high level of manual effort and thus high labor costs are required for providing the formwork for each concrete component.
Darüber hinaus können dünnwandige Betonbauteile derzeit nicht oder lediglich eingeschränkt funktionalisiert werden, da die Betonbauteile in der Regel eine ebene Oberfläche aufweisen. Dies führt dazu, dass die Betonbauteile ein höheres Gewicht aufweisen als es technisch erforderlich ist. Ferner wird die Nachhaltigkeit derartiger Betonbauteile dadurch negativ beeinflusst, dass mehr Beton eingesetzt wird als es technisch erforderlich ist. In addition, thin-walled concrete components can currently not be functionalized or only to a limited extent, since the concrete components usually have a flat surface. This means that the concrete components are heavier than technically required. Furthermore, the sustainability of such concrete components is negatively influenced by the fact that more concrete is used than is technically necessary.
Die US 8,801 ,415 B2, EP 2 886 277 B1 , WO 2019/121316 A1 , AT 17186 U1 , DE 10 2019 133 755 A1 , DE 10 2019 204 259 A1 und AT 385 550 B offenbaren Betonbauteile und Verfahren zur Herstellung von Betonbauteilen. US Pat. No. 8,801,415 B2, EP 2 886 277 B1, WO 2019/121316 A1, AT 17186 U1, DE 10 2019 133 755 A1, DE 10 2019 204 259 A1 and AT 385 550 B disclose concrete components and methods for producing concrete components in.
Eine Anforderung aus der Bauindustrie ist die Erhöhung des Automatisierungsgrads. Insbesondere durch einen Fachkräftemangel wird die Produktivität beeinträchtigt und es besteht das Risiko, dass in Zukunft nicht ausreichend viele Fachkräfte zur Bedienung des Bedarfes vorhanden sind. A requirement from the construction industry is to increase the degree of automation. In particular, a shortage of skilled workers affects productivity and there is a risk that there will not be enough skilled workers to meet demand in the future.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und ein Herstellungssystem zur automatisierten Herstellung eines dünnwandigen Betonbauteils mit einem Spritzbetonverfahren und ein Schalungswerkzeug zur Verwendung in einem solchen Verfahren und/oder in einem solchen Herstellungssystem bereitzustellen, die einen oder mehrere der genannten Nachteile vermindern oder beseitigen. Es ist insbesondere eine Aufgabe der Erfindung, eine Lösung bereitzustellen, die eine automatisierte Herstellung von dünnwandigen Betonbauteilen ermöglicht. Ferner ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Lösung bereitzustellen, die eine nachhaltigere Herstellung von Betonbauteilen ermöglicht. Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren, einem Herstellungssystem und einem Schalungswerkzeug nach den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Aspekte sind in den jeweiligen abhängigen Patentansprüchen angegeben. Die in den Patentansprüchen und der Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale sind in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden. It is therefore an object of the invention to provide a method and a production system for the automated production of a thin-walled concrete component using a shotcrete method and a formwork tool for use in such a method and/or in such a production system, which reduce or eliminate one or more of the disadvantages mentioned . In particular, it is an object of the invention to provide a solution that enables automated production of thin-walled concrete components. Furthermore, it is an object of the invention to provide a solution that enables more sustainable production of concrete components. This object is achieved with a method, a production system and a formwork tool according to the features of the independent patent claims. Further advantageous refinements of these aspects are specified in the respective dependent patent claims. The features listed individually in the patent claims and the description can be combined with one another in any technologically meaningful way, with further embodiment variants of the invention being shown.
Gemäß einem ersten Aspekt wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur automatisierten Herstellung eines dünnwandigen Betonbauteils mit einem Spritzbetonverfahren, umfassend die von einem Handhabungssystem ausgeführten Schritte: Positionieren eines rahmenförmigen Schalungswerkzeugs an einem Basiselement, Spritzen eines Betons derart, dass das Schalungswerkzeug eine umfangsseitige Kontur des Betonbauteils zumindest abschnittsweise definiert und Entfernen des Schalungswerkzeugs unmittelbar nach Beendigung des Spritzens derart, dass die umfangsseitige Kontur des Betonbauteils unbeeinflusst ist. According to a first aspect, the object is achieved by a method for the automated production of a thin-walled concrete component with a shotcrete method, comprising the steps carried out by a handling system: positioning a frame-shaped formwork tool on a base element, spraying a concrete such that the formwork tool has a peripheral contour of the concrete component defined at least in sections and removal of the formwork tool immediately after the end of spraying in such a way that the peripheral contour of the concrete component is unaffected.
Der Erfindung liegt unter anderem die Erkenntnis zugrunde, dass dünnwandige Betonbauteile in vorteilhafter Weise mit einem Spritzbetonverfahren und einem rahmenförmigen Schalungswerkzeug herstellbar sind. Durch das wiederverwendbare, rahmenförmige Schalungswerkzeug und der unmittelbaren Entfernung des Schalungswerkzeugs nach Beendigung des Spritzens wird eine schnelle, sequenzielle Herstellung von dünnwandigen Betonbauteilen ermöglicht. The invention is based, inter alia, on the finding that thin-walled concrete components can be produced in an advantageous manner using a shotcrete method and a frame-shaped formwork tool. Thanks to the reusable, frame-shaped formwork tool and the immediate removal of the formwork tool after spraying is complete, rapid, sequential production of thin-walled concrete components is made possible.
Der Erfindung liegt ferner die Erkenntnis zugrunde, dass das Spritzen des Betons wesentlich ist, da das Spritzen und eine gezielte Einstellung einer Beschleunigermenge eine vorteilhafte Verteilung und Verfestigung des Betons ermöglicht, ohne dass zusätzliche Verteilschritte erforderlich sind. Bei konventionellen Verfahren zur Bereitstellung des Betons ist der Beton entweder nicht ausreichend fließfähig zur Verteilung oder das Schalungswerkzeug kann nicht unmittelbar nach Beendigung des Spritzens entfernt werden, da zu diesem Zeitpunkt der Beton keine ausreichende Festigkeit aufweist. The invention is also based on the finding that the spraying of the concrete is essential, since the spraying and a targeted setting of an accelerator quantity enable an advantageous distribution and hardening of the concrete without additional distribution steps being necessary. With conventional methods of supplying the concrete, either the concrete is not sufficiently fluid for distribution or the formwork tool cannot be removed immediately after the spraying is completed because the concrete does not have sufficient strength at that time.
Durch das rahmenförmige Schalungswerkzeug, das Spritzen des Betons sowie die unmittelbar nach Beendigung des Spritzens erfolgende Entfernung des Schalungswerkzeugs wird eine Serienfertigung von dünnwandigen Betonbauteilen ermöglicht. In industriellen Anwendungen würde nach dem Entfernen des Schalungswerkzeugs dieses in einer neuen Position an dem Basiselement oder an einem weiteren Basiselement positioniert werden und die Verfahrensschritte würden erneut durchgeführt werden. The frame-shaped formwork tool, the spraying of the concrete and the removal of the Shuttering tool enables series production of thin-walled concrete components. In industrial applications, after removal of the formwork tool, it would be positioned in a new position on the base member or on another base member and the process steps would be performed again.
Der Erfindung liegt außerdem die Erkenntnis zugrunde, dass ein dünnwandiges Betonbauteil in vorteilhafter Weise dadurch herstellbar ist, dass ein Teil des Betonbauteils durch das Schalungswerkzeug definiert wird, nämlich die umfangsseitige Kontur, und weitere Geometrien des Betonbauteils frei durch das Spritzen des Betons definierbar sind. Diese Geometrien können Funktionsstrukturen, beispielsweise auf der Oberseite herzustellende Rippen zur Verstärkung des Betonbauteils, sein. Derartige Rippen sind in vorteilhafter Weise mit einem Spritzbeton, der einen Beschleuniger umfasst, herstellbar, da diese mit anderen Verfahren üblicherweise verlaufen würden. The invention is also based on the finding that a thin-walled concrete component can be produced in an advantageous manner in that part of the concrete component is defined by the formwork tool, namely the peripheral contour, and other geometries of the concrete component can be freely defined by spraying the concrete. These geometries can be functional structures, for example ribs to be produced on the upper side to reinforce the concrete component. Such ribs can advantageously be produced with a shotcrete that includes an accelerator, since these would usually run with other methods.
Unter einer automatisierten Herstellung wird insbesondere eine solche Herstellung verstanden, die im Wesentlichen ohne manuelle Handlungen erfolgen kann. Insbesondere erfolgt das Positionieren, das Spritzen und das Entfernen automatisiert mit einem Handhabungssystem. Dies schließt nicht aus, dass einzelne Schritte, beispielsweise das Steuern oder ein Korrigieren des Handhabungssystems, manuell ausgeführt werden. Automated production is understood to mean, in particular, production that can take place essentially without manual actions. In particular, positioning, spraying and removal are automated using a handling system. This does not rule out that individual steps, such as controlling or correcting the handling system, are carried out manually.
Unter einem dünnwandigen Betonbauteil wird ein Betonbauteil verstanden, dessen Dicke geringer ist als die Erstreckungen des Betonbauteils orthogonal zu dieser Dicke. Vorzugsweise beträgt diese Dicke weniger als 50 %, weniger als 30 %, weniger als 15 % der Erstreckungen orthogonal zu der Dicke. A thin-walled concrete component is understood as meaning a concrete component whose thickness is less than the extensions of the concrete component orthogonal to this thickness. Preferably this thickness is less than 50%, less than 30%, less than 15% of the extents orthogonal to the thickness.
Das Handhabungssystem umfasst vorzugsweise mindestens eine Handhabungseinheit, beispielsweise einen Roboter. Vorzugsweise umfasst das Handhabungssystem zwei oder mehr Handhabungseinheiten, um die Schritte auszuführen. Das Handhabungssystem ist insbesondere angeordnet und ausgebildet, um die Schritte autonom auszuführen. The handling system preferably includes at least one handling unit, for example a robot. Preferably the handling system comprises two or more handling units to carry out the steps. In particular, the handling system is arranged and designed to carry out the steps autonomously.
Das Verfahren umfasst den Schritt des Positionierens des rahmenförmigen Schalungswerkzeugs auf dem Basiselement. Positionieren bedeutet insbesondere, dass das Schalungswerkzeug an dem Basiselement angeordnet wird. Dies kann beispielsweise ein Ablegen des Schalungswerkzeugs auf dem Basiselement umfassen oder sein. Das Positionieren kann auch ein Anordnen des Schalungswerkzeugs in einer vorbestimmten Position an dem Basiselement umfassen oder sein. Die flächige Erstreckung des Schalungswerkzeugs wird vorzugsweise im Wesentlichen horizontal ausgerichtet. The method includes the step of positioning the frame-shaped formwork tool on the base member. positioning means in particular that the formwork tool is arranged on the base element. This can, for example, include or be placing the formwork tool on the base element. The positioning can also include or be arranging the formwork tool in a predetermined position on the base element. The planar extent of the formwork tool is preferably aligned essentially horizontally.
Unter einem rahmenförmigen Schalungswerkzeug wird auch ein teilrahmenförmiges Schalungswerkzeug verstanden, da, wie im weiteren Verlauf beschrieben wird, eine Seite des Schalungswerkzeugs offen ausgebildet sein kann. A frame-shaped formwork tool is also understood to mean a part-frame-shaped formwork tool since, as will be described below, one side of the formwork tool can be designed to be open.
Das Schalungswerkzeug kann beispielsweise rechteckig ausgebildet sein, sodass die umfangsseitige Kontur des Betonbauteils ebenfalls rechteckig ausgebildet ist. Darüber hinaus kann das Schalungswerkzeug auch runde und/oder freiformförmige umfangsseitige Konturen des Betonbauteils definieren. The shuttering tool can be rectangular, for example, so that the peripheral contour of the concrete component is also rectangular. In addition, the formwork tool can also define round and/or free-form peripheral contours of the concrete component.
Das Basiselement kann jeglicher Untergrund zur Positionierung des Schalungswerkzeugs sein. Es ist bevorzugt, dass das Basiselement eine Palette ist. Darüber hinaus kann das Basiselement aus Metall und/oder Kunststoff und/oder Beton bestehen und/oder diese Materialien umfassen. Die Oberseite des Basiselements ist vorzugsweise im Wesentlichen horizontal ausgerichtet. The base element can be any base for positioning the formwork tool. It is preferred that the base element is a pallet. In addition, the base element can consist of metal and/or plastic and/or concrete and/or comprise these materials. The top of the base element is preferably oriented essentially horizontally.
Ferner umfasst das Verfahren den Schritt des Spritzens des Betons. Das Spritzen des Betons erfolgt derart, dass das Schalungswerkzeug eine umfangsseitige Kontur des Betonbauteils zumindest abschnittsweise definiert. Unter einer umfangsseitigen Kontur wird insbesondere eine Kontur des Betonbauteils in horizontalen Ebenen verstanden. Die umfangsseitige Kontur kann ein Rand des Betonbauteils sein. Während des Verfahrens kann das Schalungswerkzeug als Umrandung des herzustellenden Betonbauteils wirken. The method also includes the step of spraying the concrete. The spraying of the concrete takes place in such a way that the formwork tool defines a circumferential contour of the concrete component at least in sections. A peripheral contour is understood to mean, in particular, a contour of the concrete component in horizontal planes. The peripheral contour can be an edge of the concrete component. During the process, the formwork tool can act as a border around the concrete component to be produced.
Unter einer abschnittsweisen Definition der umfangsseitigen Kontur ist zu verstehen, dass mindestens eine Seite des Betonbauteils durch das Schalungswerkzeug definiert wird. Beispielsweise können auch ein, zwei oder mehrere Seiten des Schalungswerkzeugs offen sein. Es ist insbesondere vorgesehen, dass eine Oberseite des Betonbauteils frei von dem Schalungswerkzeug ist, sodass die Oberseite frei durch das Spritzen des Betons definierbar ist. Insbesondere durch die Definition der umfangsseitigen Kontur durch das Schalungswerkzeug und der freien Ausbildung von Funktionsstrukturen, beispielsweise Rippen an der Oberseite des Betonbauteils, ist eine automatisierte und darüber hinaus effiziente Herstellung des Betonbauteils möglich. A sectional definition of the peripheral contour means that at least one side of the concrete component is defined by the formwork tool. For example, one, two or more sides of the formwork tool can also be open. Provision is made in particular for an upper side of the concrete component to be free of the formwork tool, so that the upper side can be freely defined by spraying the concrete. In particular, the definition of the peripheral contour by the formwork tool and the free formation of functional structures, such as ribs on the upper side of the concrete component, make it possible to manufacture the concrete component in an automated and moreover efficient manner.
Unmittelbar nach Beendigung des Spritzens, also insbesondere nachdem das Betonbauteil gespritzt wurde, wird das Schalungswerkzeug entfernt. Unmittelbar nach Beendigung des Spritzens bedeutet insbesondere, dass das Schalungswerkzeug nach weniger als 10 Minuten, weniger als 5 Minuten, weniger als 2 Minuten, weniger als 1 Minute nach Beendigung des Spritzens entfernt wird. Darüber hinaus kann unmittelbar nach Beendigung des Spritzens bedeuten, dass zwischen der Beendigung des Spritzens und dem Entfernen des Schalungswerkzeugs eine Zeitspanne liegt, die weniger als 25 %, weniger als 10 %, weniger als 5 %, weniger als 1 % einer Spritzzeit für das Spritzen des Betons beträgt. The formwork tool is removed immediately after the end of spraying, ie in particular after the concrete component has been sprayed. Immediately after the end of the spraying means in particular that the formwork tool is removed after less than 10 minutes, less than 5 minutes, less than 2 minutes, less than 1 minute after the end of the spraying. In addition, immediately after the end of the spraying can mean that there is a period of time between the end of the spraying and the removal of the formwork tool which is less than 25%, less than 10%, less than 5%, less than 1% of a spraying time for the spraying of the concrete.
Es ist bevorzugt, dass das Schalungswerkzeug in einer vertikalen Richtung entfernt wird. Darüber hinaus ist es bevorzugt, dass das Schalungswerkzeug mit einer Entfernbewegung entfernt wird, wobei die Entfernbewegung einen vertikalen Bewegungsanteil aufweist. Es ist ferner bevorzugt, dass das Schalungswerkzeug derart entfernt wird, dass in Richtung des Abhebevektors keine Störkontur vorhanden ist. It is preferred that the shuttering tool is removed in a vertical direction. In addition, it is preferred that the formwork tool is removed with a removal movement, the removal movement having a vertical movement component. It is also preferred that the formwork tool is removed in such a way that there are no interfering contours in the direction of the lifting vector.
Dass die umfangsseitige Kontur des Betonbauteils unbeeinflusst von dem Entfernen des Schalungswerkzeugs ist, bedeutet insbesondere, dass die Kontur im Wesentlichen unbeeinflusst ist. Dies kann beispielsweise bedeuten, dass die umfangsseitige Kontur durch das Entfernen des Schalungswerkzeugs keine bauteilrelevante Veränderung erfährt. Ferner kann dies bedeutet, dass durch das Entfernen des Schalungswerkzeugs im Wesentlichen keine Nachbearbeitung des Betonbauteils als solche erforderlich ist, die durch eine andere Entfernung des Schalungswerkzeugs nicht erforderlich geworden wäre. The fact that the peripheral contour of the concrete component is unaffected by the removal of the formwork tool means in particular that the contour is essentially unaffected. This can mean, for example, that the circumferential contour does not experience any component-relevant changes as a result of the removal of the formwork tool. Furthermore, this can mean that by removing the formwork tool essentially no post-processing of the concrete component as such is required, which would not have been necessary by another removal of the formwork tool.
Es ist bevorzugt, dass das Verfahren den Schritt umfasst: Wechsel des Schalungswerkzeugs, wobei ein weiteres Schalungswerkzeug mit einer anderen Form eingesetzt wird, sodass eine weitere umfangsseitige Kontur eines Betonbauteils herstellbar ist. Darüber hinaus ist es bevorzugt, dass das Verfahren den Schritt umfasst: Einbringen von Bewehrung. Es ist insbesondere bevorzugt, dass die Bewehrung vor oder während des Spritzens des Betons eingebracht wird. Beispielsweise kann zunächst eine unterste Schicht des Betons gespritzt werden, auf der die Bewehrung angeordnet wird und anschließend das Betonbauteil fertig gespritzt werden. It is preferred that the method includes the step of changing the formwork tool, with another formwork tool having a different shape being used, so that another circumferential contour of a concrete component can be produced. In addition, it is preferred that the method includes the step: introducing reinforcement. It is particularly preferred that the reinforcement is placed before or during the spraying of the concrete. For example, a bottom layer of the concrete can be sprayed first, on which the reinforcement is arranged and then the concrete component can be sprayed to finish.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsvariante des Verfahrens umfasst den Schritt: Reinigen, insbesondere automatisches Reinigen, des Schalungswerkzeugs in einer Reinigungsstation, nachdem das Schalungswerkzeug entfernt wurde. Es ist darüber hinaus bevorzugt, dass das Verfahren den Schritt umfasst: automatischer Auftrag von Schalungsöl auf das Schalungswerkzeug nach der im Vorherigen beschriebenen Reinigung. Darüber hinaus kann das Verfahren den Schritt umfassen: Verändern mindestens einer Kantenlänge und Wiederholen der Schritte des Positionierens, des Spritzens und des Entfernens. Somit kann mit dem gleichen Schalungswerkzeug ein unterschiedliches Betonbauteil hergestellt werden, indem das Schalungswerkzeug vergrößert oder verkleinert wird. A further preferred embodiment of the method includes the step: cleaning, in particular automatic cleaning, of the formwork tool in a cleaning station after the formwork tool has been removed. In addition, it is preferred that the method comprises the step: automatic application of formwork oil to the formwork tool after the cleaning described above. In addition, the method can include the step of changing at least one edge length and repeating the steps of positioning, spraying and removing. A different concrete component can thus be produced with the same formwork tool by enlarging or reducing the formwork tool.
Eine bevorzugte Ausführungsvariante des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass dieses den Schritt umfasst: Spritzen des Betons derart, dass mindestens eine Funktionsstruktur ausgebildet wird, wobei der die Funktionsstruktur ausbildende Beton einen höheren Beschleunigeranteil aufweist als der an die Funktionsstruktur angrenzende Beton. Der Beschleunigeranteil beschreibt an Anteil eines Beschleunigers im Beton. Ein Beschleuniger ist ein Betonzusatzmittel, das den Beton schneller verfestigt. Die Funktionsstruktur kann beispielsweise eine Aufdickung sein, sodass eine statische Anforderung an das Betonbauteil erfüllt wird. A preferred variant of the method is characterized in that it comprises the step of spraying the concrete in such a way that at least one functional structure is formed, with the concrete forming the functional structure having a higher proportion of accelerator than the concrete adjoining the functional structure. The accelerator content describes the proportion of an accelerator in the concrete. An accelerator is a concrete admixture that hardens concrete faster. The functional structure can be a thickening, for example, so that a static requirement for the concrete component is met.
Eine bevorzugte Ausführungsvariante des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass der zu spritzende Beton fließfähig und mit einem Beschleuniger zugesetzt, bereitgestellt wird. A preferred variant of the method is characterized in that the concrete to be sprayed is provided in a flowable state and an accelerator is added.
Ein fließfähiger Beton ist dahingehend vorteilhaft, dass mit diesem das rahmenförmige Schalungswerkzeug gut ausfüllbar ist. Der Beschleuniger wirkt sich dahingehend vorteilhaft aus, dass der das Schalungswerkzeug ausfüllende Beton zügig verfestigt und infolgedessen das Entfernen des Schalungswerkzeugs unmittelbar nach Beendigung des Spritzens in vorteilhafter weise möglich ist. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass ein Beschleunigeranteil des Beschleunigers in dem Beton positionsabhängig variiert wird. A free-flowing concrete is advantageous in that the frame-shaped formwork tool can be easily filled with it. The accelerator has an advantageous effect in that the concrete filling the formwork tool hardens quickly and, as a result, the formwork tool can advantageously be removed immediately after the spraying has ended. A further advantageous embodiment of the method is characterized in that an accelerator component of the accelerator in the concrete is varied depending on the position.
Somit können einzelne Abschnitte des Betonbauteils freigeformt werden. Insbesondere ist das Ausbilden von Rippen oder von Verstärkungen möglich, indem hier ein höherer Anteil des Beschleunigers eingesetzt wird und der Beton in der gespritzten Position zügig erstarrt. Thus, individual sections of the concrete component can be freely formed. In particular, the formation of ribs or reinforcements is possible in that a higher proportion of the accelerator is used here and the concrete solidifies quickly in the sprayed position.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Schalungswerkzeug mindestens eine offene Schalungsseite aufweist und das Schalungswerkzeug derart positioniert wird, dass die offene Schalungsseite mittels eines an dem Basiselement angeordneten Schalungselements geschlossen wird. In a further preferred variant of the method, it is provided that the formwork tool has at least one open formwork side and the formwork tool is positioned in such a way that the open formwork side is closed by means of a formwork element arranged on the base element.
Das Schalungselement kann jegliches Element sein, das zum Schließen der offenen Schalungsseite des Schalungswerkzeugs geeignet ist. Das Schalungselement kann beispielsweise aus Metall oder aus Holz bestehen oder diese Materialien umfassen. Es kann bevorzugt sein, dass das Schalungselement fest an dem Basiselement anordenbar oder angeordnet ist. Beispielsweise kann das Schalungselement als eine vertikale Wand ausgebildet sein. Es ist ferner bevorzugt, dass das Basiselement eine Vielzahl an Schalungselementen, insbesondere an vertikalen Wänden, aufweist, an denen das Schalungswerkzeug mit der offenen Schalungsseite anordenbar ist, sodass in vorteilhafter Weise das Betonbauteil herstellbar ist. Die offene Seite des Schalungswerkzeugs ermöglicht ein verbessertes Entfernen des Schalungswerkzeugs nach Beendigung des Spritzens. Ein Schließen der offenen Schalungsseite bedeutet auch ein teilweises Schließen. The formwork element can be any element suitable for closing the open formwork side of the formwork tool. The formwork element can be made of metal or wood, for example, or can include these materials. It can be preferred that the formwork element can be arranged or is arranged fixedly on the base element. For example, the formwork element can be designed as a vertical wall. It is also preferred that the base element has a large number of formwork elements, in particular on vertical walls, on which the formwork tool can be arranged with the open formwork side, so that the concrete component can be produced in an advantageous manner. The open side of the formwork tool allows for improved removal of the formwork tool after spraying is complete. Closing the open formwork side also means partial closing.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsvariante des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass eine Höhe des Betonbauteils durch eine variierende Vorschubgeschwindigkeit bewirkt wird. Durch die Beimischung des Beschleunigers kann durch die variierende Vorschubgeschwindigkeit auch eine variierende Spritzschichtdicke und eine Höhe des Betonbauteils beeinflusst werden. Gemäß einem weiteren Aspekt wird die eingangs genannte Aufgabe gelöst durch ein Herstellungssystem zur automatisierten Herstellung eines dünnwandigen Betonbauteils mit einem Spritzbetonverfahren, umfassend ein rahmenförmiges Schalungswerkzeug, ein Handhabungssystem zum Positionieren des rahmenförmigen Schalungswerkzeugs und zum Spritzen eines Betons, und eine mit dem Handhabungssystem signaltechnisch gekoppelte Steuerungsvorrichtung, die eingerichtet ist, das Handhabungssystem derart zu steuern, dass das Schalungswerkzeug an einem Basiselement positioniert wird, der Beton derart gespritzt wird, dass das Schalungswerkzeug eine umfangsseitige Kontur des Betonbauteils zumindest abschnittsweise definiert und das Schalungswerkzeug unmittelbar nach Beendigung des Spritzens derart entfernt wird, dass die umfangsseitige Kontur des Betonbauteils unbeeinflusst ist. A further preferred embodiment of the method is characterized in that the height of the concrete component is brought about by a varying feed rate. By adding the accelerator, a varying spray layer thickness and a height of the concrete component can also be influenced by the varying feed rate. According to a further aspect, the object mentioned at the outset is achieved by a production system for the automated production of a thin-walled concrete component using a shotcrete method, comprising a frame-shaped formwork tool, a handling system for positioning the frame-shaped formwork tool and for spraying a concrete, and a control device coupled to the handling system in terms of signals, which is set up to control the handling system in such a way that the formwork tool is positioned on a base element, the concrete is sprayed in such a way that the formwork tool defines a peripheral contour of the concrete component at least in sections, and the formwork tool is removed immediately after the end of spraying in such a way that the peripheral contour of the concrete component is unaffected.
Die im Vorherigen beschriebenen Merkmale der Komponenten des Herstellungssystems, insbesondere des rahmenförmigen Schalungswerkzeugs und des Handhabungssystems, in Bezug auf das Verfahren, gelten in Bezug auf das Herstellungssystem analog. The features of the components of the manufacturing system described above, in particular the frame-shaped formwork tool and the handling system, with regard to the method apply analogously with regard to the manufacturing system.
Eine bevorzugte Ausführungsvariante des Herstellungssystems zeichnet sich dadurch aus, dass das Schalungswerkzeug eine offene Schalungsseite und das Basiselement ein Schalungselement zum Schließen der offenen Schalungsseite aufweist. Das Schalungselement ist vorzugsweise wandförmig ausgebildet. Der Vorteil eines derartigen Herstellungssystems besteht insbesondere in einer verbesserten Entfernbarkeit des Schalungswerkzeugs, nachdem das Bauteil gespritzt wurde. A preferred embodiment variant of the production system is characterized in that the formwork tool has an open formwork side and the base element has a formwork element for closing the open formwork side. The formwork element is preferably wall-shaped. The advantage of such a production system consists in particular in an improved removability of the formwork tool after the component has been injected.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsvariante des Herstellungssystems zeichnet sich dadurch aus, dass dieses eine Düseneinheit umfasst, die angeordnet und ausgebildet ist, einen Beschleunigeranteil in dem Beton zu variieren und wobei die Steuerungsvorrichtung eingerichtet ist, den Beschleunigeranteil positionsabhängig einzustellen. Es ist bevorzugt, dass das Handhabungssystem die Düseneinheit umfasst. A further preferred embodiment variant of the production system is characterized in that it comprises a nozzle unit which is arranged and designed to vary the proportion of accelerator in the concrete and the control device being set up to adjust the proportion of accelerator depending on the position. It is preferred that the handling system includes the nozzle unit.
Durch ein derartig ausgebildetes Herstellungssystem kann die Verteilung des Betons innerhalb des Schalungswerkzeugs verbessert werden und darüber hinaus können Funktionsstrukturen zur Verringerung des Gewichts des Betonbauteils eingebracht werden, indem an diesen Positionen beispielsweise die Vorschubgeschwindigkeit verringert und der Beschleunigeranteil erhöht wird. A production system designed in this way can improve the distribution of the concrete within the formwork tool and, in addition, functional structures can be used to reduce the weight of the concrete component be introduced by, for example, reducing the feed rate at these positions and increasing the proportion of the accelerator.
Eine bevorzugte Fortbildung des Herstellungssystems zeichnet sich dadurch aus, dass dieses eine Vibrationseinheit umfasst, die angeordnet und ausgebildet ist, eine Vibration in das rahmenförmige Schalungswerkzeug zu induzieren, um eine Anhaftung des Betons an dem Schalungswerkzeug zu reduzieren. Mit einer solchen Vibrationseinheit kann das Entfernen des Schalungswerkzeugs von dem Betonbauteil vereinfacht werden, insbesondere damit die umfangsseitige Kontur des Betonbauteils unbeeinflusst ist. Darüber hinaus kann die Vibrationseinheit zur Reinigung des Schalungswerkzeugs verwendet werden. A preferred development of the production system is characterized in that it comprises a vibration unit which is arranged and designed to induce vibration in the frame-shaped formwork tool in order to reduce adhesion of the concrete to the formwork tool. With such a vibration unit, the removal of the formwork tool from the concrete component can be simplified, in particular so that the peripheral contour of the concrete component is unaffected. In addition, the vibration unit can be used to clean the formwork tool.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante des Herstellungssystems ist ferner vorgesehen, dass das Handhabungssystem einen ersten Roboter, insbesondere einen ersten Knickarmroboter, und einen zweiten Roboter, insbesondere einen zweiten Knickarmroboter, aufweist und der erste Roboter zum Spritzen des Betons und der zweite Roboter zum Positionieren und Entfernen des Schalungswerkzeugs angeordnet und ausgebildet ist. Durch die Verwendung von zwei Robotern und die systemische Trennung des Spritzens und der Handhabungstätigkeiten, nämlich des Positionierens und des Entfernens, kann die Effizienz des Verfahrens weiter gesteigert werden. Es ist bevorzugt, dass der erste Roboter und/oder der zweite Roboter auf einer Schiene verfahrbar angeordnet ist beziehungsweise sind, sodass auch ein großes Basiselement verwendbar ist. In a preferred embodiment variant of the production system, it is also provided that the handling system has a first robot, in particular a first articulated-arm robot, and a second robot, in particular a second articulated-arm robot, and the first robot for spraying the concrete and the second robot for positioning and removing the Formwork tool is arranged and formed. The efficiency of the process can be further increased by using two robots and the systematic separation of spraying and handling activities, namely positioning and removal. It is preferred that the first robot and/or the second robot is/are arranged such that it can be moved on a rail, so that a large base element can also be used.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird die eingangs genannte Aufgabe gelöst durch ein Schalungswerkzeug zur Verwendung in einem Verfahren nach einer der im Vorherigen genannten Ausführungsvarianten und/oder in einem Herstellungssystem nach einer der im Vorherigen beschriebenen Ausführungsvarianten, umfassend einen Schalungsrahmen, der einen Schalungsbereich definiert, in dem ein Betonbauteil spritzbar ist und ein mit dem Schalungsrahmen gekoppelter Handhabungsabschnitt zur Kopplung mit einem Handhabungssystem. According to a further aspect, the object mentioned at the outset is achieved by a formwork tool for use in a method according to one of the embodiment variants mentioned above and/or in a production system according to one of the embodiment variants described above, comprising a formwork frame that defines a formwork area in which a concrete component can be sprayed and a handling section coupled to the formwork frame for coupling to a handling system.
Der Schalungsrahmen definiert den Schalungsbereich. Der Schalungsbereich kann geschlossen oder an einer, zwei oder mehreren Seiten offen ausgebildet sein. Der Schalungsbereich ist insbesondere derart ausgebildet, dass eine umfangsseitige Kontur des Betonbauteils mit dieser definierbar, insbesondere abschnittsweise definierbar, ist. The formwork frame defines the formwork area. The formwork area can be closed or open on one, two or more sides. The formwork area is designed in particular such that a peripheral contour of the concrete component can be defined with this, in particular can be defined in sections.
Eine bevorzugte Ausführungsvariante des Schalungswerkzeugs zeichnet sich dadurch aus, dass das Schalungswerkzeug mindestens eine offene Schalungsseite aufweist. Eine offene Schalungsseite bedeutet insbesondere, dass ein Abschnitt des Schalungsrahmens offen ausgebildet ist. Eine offene Schalungsseite ermöglicht ein verbessertes Entfernen des Schalungswerkzeugs. A preferred variant of the formwork tool is characterized in that the formwork tool has at least one open formwork side. An open formwork side means in particular that a section of the formwork frame is designed to be open. An open formwork side allows for improved formwork tool removal.
Eine weitere bevorzugte Fortbildung des Schalungswerkzeugs zeichnet sich dadurch aus, dass das Schalungswerkzeug mindestens eine einstellbare Kantenlänge aufweist. Ferner ist es bevorzugt, dass das Schalungswerkzeug eine Aktorik, insbesondere einen einstellbaren Zylinder, aufweist, die angeordnet und ausgebildet ist, um die Kantenlänge einzustellen. Hierfür weisen ein, zwei oder mehrere Komponenten des Schalungsrahmens vorzugsweise eine Teleskopfunktion auf. A further preferred development of the formwork tool is characterized in that the formwork tool has at least one adjustable edge length. Furthermore, it is preferred that the shuttering tool has an actuator, in particular an adjustable cylinder, which is arranged and designed to adjust the edge length. For this purpose, one, two or more components of the formwork frame preferably have a telescopic function.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsvariante des Schalungswerkzeugs zeichnet sich dadurch aus, dass an zumindest einer oberen Kante des Schalungsrahmens ein den Schalungsbereich überdeckendes Konturelement angeordnet ist. Das Konturelement kann beispielsweise streifenförmig oder stangenförmig insbesondere mit einem eckigen Querschnitt ausgebildet sein. Durch das Spritzen des Betons kann es insbesondere an den Randbereichen des Schalungsrahmens zu Spratzern kommen, die die Kantenqualität des Betonbauteils reduzieren. Mittels eines derartigen Konturelements können die Kanten des Betonbauteils präzise ausgebildet werden. A further preferred variant of the formwork tool is characterized in that a contour element covering the formwork area is arranged on at least one upper edge of the formwork frame. The contour element can be designed, for example, in the form of strips or rods, in particular with an angular cross section. The spraying of the concrete can lead to spattering, particularly at the edge areas of the formwork frame, which reduces the edge quality of the concrete component. The edges of the concrete component can be formed precisely by means of such a contour element.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsvariante des Schalungswerkzeugs zeichnet sich dadurch aus, dass dieses eine haftreduzierende Oberfläche aufweist. Es ist insbesondere bevorzugt, dass dem Schalbereich zugewandte Flächen des Schalungswerkzeugs die haftreduzierende Oberfläche aufweisen. Die haftreduzierende Oberfläche kann beispielsweise eine polierte Stahloberfläche sein. Ferner kann die haftreduzierende Oberfläche durch eine Beschichtung, beispielsweise eine Kunststoffbeschichtung oder einen Lack ausgebildet werden. Die haftreduzierende Oberfläche ist insbesondere langlebig ausgebildet, sodass diese für eine Vielzahl an Schalungsvorgängen verwendbar ist. Für weitere Vorteile, Ausführungsvarianten und Ausführungsdetails der einzelnen Aspekte und ihrer möglichen Fortbildungen, wird auch auf die erfolgte Beschreibung zu den weiteren Aspekten, den entsprechenden Merkmalen und Fortbildungen verwiesen. Another preferred variant of the formwork tool is characterized in that it has an adhesion-reducing surface. It is particularly preferred that surfaces of the formwork tool facing the formwork area have the adhesion-reducing surface. The adhesion-reducing surface can be a polished steel surface, for example. Furthermore, the adhesion-reducing surface can be formed by a coating, for example a plastic coating or a lacquer. The adhesion-reducing surface is designed to be particularly durable, so that it can be used for a large number of formwork processes. For further advantages, design variants and design details of the individual aspects and their possible developments, reference is also made to the description given for the further aspects, the corresponding features and developments.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden exemplarisch anhand der beiliegenden Figuren erläutert. Es zeigen: Preferred exemplary embodiments are explained by way of example with reference to the enclosed figures. Show it:
Figur 1 : eine schematische, dreidimensionale Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform eines Herstellungssystems; FIG. 1: a schematic, three-dimensional view of an exemplary embodiment of a production system;
Figur 2: eine schematische, dreidimensionale Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform eines Basiselements; FIG. 2: a schematic, three-dimensional view of an exemplary embodiment of a base element;
Figur 3: eine schematische, dreidimensionale Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform eines Schalungswerkzeugs; FIG. 3: a schematic, three-dimensional view of an exemplary embodiment of a formwork tool;
Figur 4: eine schematische Ansicht eines Verfahrens zur automatisiertenFigure 4: a schematic view of a method for automated
Herstellung eines dünnwandigen Betonbauteils mit einem Spritzbetonverfahren; Manufacture of a thin-walled concrete component using a shotcrete method;
Figur 5: eine schematische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform des in Figur 4 gezeigten Verfahrens; FIG. 5: a schematic view of a preferred embodiment of the method shown in FIG. 4;
Figur 6: eine schematische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform des in Figur 4 gezeigten Verfahrens; und FIG. 6: a schematic view of a preferred embodiment of the method shown in FIG. 4; and
Figur 7: eine schematische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform des in Figur 4 gezeigten Verfahrens. FIG. 7: a schematic view of a preferred embodiment of the method shown in FIG.
In den Figuren sind gleiche oder im Wesentlichen funktionsgleiche beziehungsweise -ähnliche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. In the figures, identical or essentially functionally identical or similar elements are denoted by the same reference symbols.
Figur 1 zeigt ein Herstellungssystem 100 zur automatisierten Herstellung eines dünnwandigen Betonbauteils 114 mit einem Spritzbetonverfahren. Das Herstellungssystem 100 umfasst ein rahmenförmiges Schalungswerkzeug 140, das als Schablone für die Betonbauteile 114 verwendet wird. Darüber hinaus umfasst das Herstellungssystem 100 ein Handhabungssystem 104. Das Handhabungssystem 104 ist zum Positionieren des rahmenförmigen Schalungswerkzeugs 140 und zum Spritzen des Betons ausgebildet. Hierfür umfasst das Handhabungssystem 104 einen ersten Roboter 106 und einen zweiten Roboter 108. Die Roboter 106, 108 sind auf Schienen 132, 134 angeordnet, sodass die Roboter 106, 108 translatorisch bewegbar sind. FIG. 1 shows a production system 100 for the automated production of a thin-walled concrete component 114 using a shotcrete method. The production system 100 includes a frame-shaped formwork tool 140 which is used as a template for the concrete components 114 . In addition, the manufacturing system 100 includes a handling system 104. The Handling system 104 is adapted for positioning the frame-shaped formwork tool 140 and for spraying the concrete. For this purpose, the handling system 104 includes a first robot 106 and a second robot 108. The robots 106, 108 are arranged on rails 132, 134, so that the robots 106, 108 can be moved in translation.
An dem ersten Roboter 106 ist distal eine Düseneinheit 136 angeordnet, mit der der Beton gespritzt wird. Die Düseneinheit 136 ist insbesondere ausgebildet, um einen Beschleunigeranteil in dem Beton zu variieren. Der zweite Roboter 108 ist zum Positionieren und Entfernen des Schalungswerkzeugs 140 angeordnet und ausgebildet. Hierfür ist der zweite Roboter 108 distal ausgebildet, um mit einer Schnittstelle 170 des Schalungswerkzeugs 140 zusammenzuwirken. A nozzle unit 136 with which the concrete is sprayed is arranged distally on the first robot 106 . The nozzle unit 136 is designed in particular to vary an accelerator content in the concrete. The second robot 108 is arranged and configured for positioning and removing the formwork tool 140 . For this purpose, the second robot 108 is designed distally in order to interact with an interface 170 of the formwork tool 140 .
Zwischen den Schienen 132, 134 und somit zwischen den Robotern 106, 108 ist das Basiselement 112 angeordnet. Das Basiselement 112 ist plattenförmig ausgebildet und umfasst eine Vielzahl an wandförmigen und vertikal aufgestellten Schalungselementen 116. Das Basiselement 112 ist austauschbar angeordnet. Beispielsweise kann das Herstellungssystem 100 ein Rollensystem aufweisen, auf dem das Basiselement anordenbar ist. The base element 112 is arranged between the rails 132 , 134 and thus between the robots 106 , 108 . The base element 112 is plate-shaped and comprises a multiplicity of wall-shaped and vertically positioned formwork elements 116. The base element 112 is arranged in an interchangeable manner. For example, the production system 100 can have a roller system on which the base element can be arranged.
Das Herstellungssystem 100 umfasst darüber hinaus eine Steuerungsvorrichtung 110, die eingerichtet ist, das Handhabungssystem 104 derart zu steuern, dass das Schalungswerkzeug 140 an dem Basiselement 112 positioniert wird, der Beton derart gespritzt wird, dass das Schalungswerkzeug 140 eine umfangsseitige Kontur des Betonbauteils 114 zumindest abschnittsweise definiert und das Schalungswerkzeug 140 unmittelbar nach Beendigung des Spritzens derart entfernt wird, dass die umfangsseitige Kontur des Betonbauteils 114 unbeeinflusst ist. The production system 100 also includes a control device 110, which is set up to control the handling system 104 in such a way that the formwork tool 140 is positioned on the base element 112, the concrete is sprayed in such a way that the formwork tool 140 forms a peripheral contour of the concrete component 114 at least in sections defined and the formwork tool 140 is removed immediately after the end of spraying in such a way that the peripheral contour of the concrete component 114 is unaffected.
In Figur 2 sind Details des Basiselements 112 gezeigt. Das Basiselement 112 erstreckt sich von einem ersten Basiselementende 122 zu einem zweiten Basiselementende 124. Orthogonal hierzu erstreckt sich das Basiselement 112 von einer ersten Basiselementseite 126 zu einer zweiten Basiselementseite 128. Diese Erstreckungen bilden die flächige Seite des Basiselements 112 aus. Das Basiselement 112 ist rechteckig ausgebildet. Das Basiselement 112 weist insgesamt 13 Schalungselemente 116 auf. Die Schalungselemente 116 weisen jeweils eine erste Schalungsseite 118, die dem Betrachter abgewandt ist, und eine zweite Schalungsseite 120, die dem Betrachter zugewandt ist, auf. An den Schalungsseiten 118, 120 kann das Schalungswerkzeug 140 mit der offenen Schalungsseite 156 angeordnet werden, sodass die Schalungselemente 116 die offene Schalungsseite 156 schließen. Die Schalungselemente 116 sind auf der Basiselementoberseite 130 angeordnet. Details of the base element 112 are shown in FIG. The base element 112 extends from a first base element end 122 to a second base element end 124. Orthogonally to this, the base element 112 extends from a first base element side 126 to a second base element side 128. These extensions form the planar side of the base element 112. The base member 112 is rectangular. The base element 112 has a total of 13 formwork elements 116 . The formwork elements 116 each have a first formwork side 118, which faces away from the viewer, and a second formwork side 120, which faces the viewer. The formwork tool 140 can be arranged with the open formwork side 156 on the formwork sides 118, 120, so that the formwork elements 116 close the open formwork side 156. The formwork elements 116 are arranged on the top side 130 of the base element.
Figur 3 zeigt das Schalungswerkzeug 140. Das Schalungswerkzeug 140 weist einen Schalungsrahmen 142 auf, der einen Schalungsbereich 144 definiert. Der Schalungsrahmen 142 erstreckt sich von einem ersten Ende 146 zu einem zweiten Ende 148. Am ersten Ende 146 wird der Schalungsrahmen 142 durch ein erstes Querrahmenelement 150 und am zweiten Ende 148 durch ein zweites Querrahmenelement 152 ausgebildet. Die Querrahmenelemente 150, 152 sind parallel zueinander ausgerichtet. FIG. 3 shows the formwork tool 140. The formwork tool 140 has a formwork frame 142 which defines a formwork area 144. Formwork frame 142 extends from a first end 146 to a second end 148. Formwork frame 142 is formed by a first transverse frame member 150 at first end 146 and a second transverse frame member 152 at second end 148. The transverse frame members 150, 152 are aligned parallel to one another.
Das erste Querrahmenelement 150 und das zweite Querrahmenelement 152 werden mit einem Längsrahmenelement 154 miteinander verbunden. Die dem Längsrahmenelement 154 gegenüberliegende Seite des Schalungsrahmens 142 ist als offene Schalungsseite 156 ausgebildet. The first transverse frame member 150 and the second transverse frame member 152 are connected to each other with a longitudinal frame member 154 . The side of the formwork frame 142 opposite the longitudinal frame element 154 is designed as an open formwork side 156 .
Die offene Schalungsseite 156 wird insbesondere dadurch ausgebildet, dass auf dieser Seite eine Bügeleinheit 158 mit einer lichten Höhe über dem Schalungsbereich 144 vorgesehen ist. Die Bügeleinheit 158 wird durch ein erstes Sparrenelement 160, benachbart zum ersten Ende 146, ein zweites Sparrenelement 162, benachbart zum zweiten Ende 148, sowie ein die Sparrenelemente 160, 162 verbindendes Trägerelement 164 ausgebildet. The open formwork side 156 is formed in particular by providing a bracket unit 158 with a clear height above the formwork area 144 on this side. The bracket assembly 158 is formed by a first spar member 160 adjacent the first end 146, a second spar member 162 adjacent the second end 148, and a support member 164 connecting the spar members 160,162.
An dem Trägerelement 164 ist ferner ein Handhabungsabschnitt 166 vorgesehen, der ein Handhabungselement 168 aufweist. An dem Handhabungselement 168 ist eine Schnittstelle 170 vorgesehen, mit der das Schalungswerkzeug 140 mit einem Handhabungssystem 104 und insbesondere mit einem zweiten Roboter 108 koppelbar ist. An den Querrahmenelementen 150, 152 und an dem Längsrahmenelement 154 sind jeweils Konturelemente 172, 174, 176 vorgesehen. Die Konturelemente 172, 174, 176 ermöglichen die Ausbildung einer definierten Betonbauteilkante, ohne dass Spratzer und ähnliches auftreten. lm bestimmungsgemäßen Betrieb wird das Schalungswerkzeug 140 mit der offenen Schalungsseite 156 an eines der in Figur 2 gezeigten Schalungselemente 116 angeordnet, sodass das Schalungselement 116 die offene Schalungsseite 156 schließt. Im Anschluss wird Beton in den Schalungsrahmen 142, insbesondere in den Schalungsbereich 144 gespritzt, sodass das Schalungswerkzeug die umfangsseitige Kontur des Betonbauteils 114 definiert. Bei der Anordnung des Schalungswerkzeugs 140 an einem Schalungselement 116, sodass alle vier Seiten des Schalungsrahmens 142 geschlossen sind, wird eine vollständige umfangsseitige Kontur des Betonbauteils ausbildbar. Nachdem das Betonbauteil 114 vollständig gespritzt wurde, kann das Schalungswerkzeug 140 unmittelbar entfernt werden. Also provided on the carrier element 164 is a handling section 166 which has a handling element 168 . An interface 170 is provided on the handling element 168 with which the formwork tool 140 can be coupled to a handling system 104 and in particular to a second robot 108 . Contour elements 172 , 174 , 176 are provided on the transverse frame elements 150 , 152 and on the longitudinal frame element 154 . The contour elements 172, 174, 176 enable the formation of a defined concrete component edge without spatter and the like occurring. In normal operation, the formwork tool 140 is arranged with the open formwork side 156 on one of the formwork elements 116 shown in FIG. Concrete is then injected into the formwork frame 142, in particular into the formwork area 144, so that the formwork tool defines the peripheral contour of the concrete component 114. When the formwork tool 140 is arranged on a formwork element 116 so that all four sides of the formwork frame 142 are closed, a complete peripheral contour of the concrete component can be formed. After the concrete component 114 has been completely sprayed, the formwork tool 140 can be removed immediately.
Figur 4 zeigt ein Verfahren zur automatisierten Herstellung eines dünnwandigen Betonbauteils 114 mit einem Spritzbetonverfahren mit drei von einem Handhabungssystem 104 durchgeführten Schritten. In Schritt 200 wird das rahmenförmige Schalungswerkzeug 140 an einem Basiselement 112 positioniert. Im Anschluss wird in Schritt 202 Beton derart gespritzt, dass das Schalungswerkzeug 140 eine umfangsseitige Kontur des Betonbauteils 114 zumindest abschnittsweise definiert. Im Falle der Ausbildung des Schalungswerkzeugs 140 gemäß der Figur 3 und einer entsprechenden Anordnung des Schalungswerkzeugs 140 an einem Schalungselement 118 wird die umfangsseitige Kontur des Betonbauteils vollständig definiert. FIG. 4 shows a method for the automated production of a thin-walled concrete component 114 using a shotcrete method with three steps carried out by a handling system 104. In step 200 the frame-shaped formwork tool 140 is positioned on a base element 112 . Subsequently, in step 202, concrete is sprayed in such a way that the formwork tool 140 defines a peripheral contour of the concrete component 114 at least in sections. If the formwork tool 140 is designed according to FIG. 3 and a corresponding arrangement of the formwork tool 140 on a formwork element 118, the peripheral contour of the concrete component is completely defined.
In Schritt 204 wird das Schalungswerkzeug 140 unmittelbar nach Beendigung des Spritzens entfernt, sodass die umfangsseitige Kontur des Betonbauteils 114 unbeeinflusst ist. Unmittelbar nach Beendigung des Spritzens kann sofort oder auch weniger als 10 Minuten, weniger als 5 Minuten, weniger als 2 Minuten, weniger als 1 Minute bedeuten. In step 204, the formwork tool 140 is removed immediately after the spraying has ended, so that the peripheral contour of the concrete component 114 is unaffected. Immediately after stopping spraying can mean immediately or also less than 10 minutes, less than 5 minutes, less than 2 minutes, less than 1 minute.
In Figur 5 wird eine bevorzugte Ausführungsvariante des in Figur 4 gezeigten Verfahrens gezeigt. In Schritt 210 wird das rahmenförmige Schalungswerkzeug 140 positioniert und in Schritt 212 wird der Beton wie in Schritt 202 gespritzt. In Schritt 214 wird die Beschleunigermenge in dem Beton variiert und anschließend mit dieser variierten Beschleunigermenge abermals in Schritt 212 gespritzt. Die Schleife zwischen den Schritten 212 und 214 kann beliebig oft wiederholt werden. In Schritt 216 wird dann, wie in Schritt 204, das Schalungswerkzeug 140 entfernt. FIG. 5 shows a preferred variant of the method shown in FIG. In step 210 the frame-shaped formwork tool 140 is positioned and in step 212 the concrete is sprayed as in step 202 . In step 214 the amount of accelerator in the concrete is varied and then sprayed again in step 212 with this varied amount of accelerator. The The loop between steps 212 and 214 can be repeated any number of times. Then, in step 216, as in step 204, the shuttering tool 140 is removed.
In Figur 6 sind die Schritte 212 und 214 zusammengefasst, da die Beschleunigermenge prozessparallel mit dem Spritzen des Betons variiert wird. Die Variation der Beschleunigermenge ist auch in dieser Verfahrensvariante optional, da diese in Abhängigkeit des Bauteils gegebenenfalls nicht zwingend erforderlich ist. Steps 212 and 214 are combined in FIG. 6, since the quantity of accelerator is varied in parallel with the spraying of the concrete. Varying the amount of accelerator is also optional in this process variant, since this may not be absolutely necessary depending on the component.
In der Figur 7 ist ein bevorzugtes Verfahren gezeigt, wobei die Schritte 220 und 224 analog zu den Schritten 200 und 204 ausgebildet sind. Der Schritt 222 des Spritzens ist dahingehend bevorzugt ausgebildet, dass Funktionsstrukturen ausgebildet werden, insbesondere durch eine variierende Spritzschichtdicke, die durch eine variierende Vorschubgeschwindigkeit des Roboters 106 erzeugbar ist. Derartige Funktionsstrukturen können beispielsweise Aufdickungen sein, die das Bauteil strukturell stärken. Hiermit wird vermieden, dass das Betonbauteil 114 an allen Bauteilpositionen eine entsprechend hohe Dicke aufweist, sondern lediglich an denen, an denen dies statisch erforderlich ist. A preferred method is shown in FIG. Step 222 of spraying is preferably designed such that functional structures are formed, in particular by a varying spray layer thickness that can be generated by a varying feed rate of robot 106 . Functional structures of this type can, for example, be thickened portions that structurally strengthen the component. This avoids the concrete component 114 having a correspondingly high thickness at all component positions, but only at those where this is statically necessary.
Mit dem im Vorherigen beschriebenen Verfahren, dem Herstellungssystem 100 sowie dem Schalungswerkzeug 140, ist eine effiziente und zugleich nachhaltige Herstellung von Betonbauteilen 114 möglich. Durch die Verwendung eines rahmenförmigen Schalungswerkzeugs 140 im Spritzbetonverfahren und der umgehenden Entfernung des Schalungswerkzeugs 140 nach dem Spritzen, wird in effizienter Weise ein dünnes Betonbauteil 114 herstellbar. With the method described above, the production system 100 and the formwork tool 140, an efficient and at the same time sustainable production of concrete components 114 is possible. Through the use of a frame-shaped formwork tool 140 in the shotcreting process and the immediate removal of the formwork tool 140 after spraying, a thin concrete component 114 can be produced in an efficient manner.
Durch die Eigenheiten des Spritzbetonverfahrens, insbesondere der Möglichkeit, die Verfestigungszeit gezielt einzustellen, wird dieser Ablauf ermöglicht. Derart erzeugbare Betonbauteile 114 sind darüber hinaus nachhaltig, da diese ein vermindertes Betonvolumen erfordern, da freigeformte Betonbauteilstrukturen, wie beispielsweise Verdickungen, als statische Elemente einsetzbar sind. BEZUGSZEICHENThis process is made possible by the peculiarities of the shotcrete process, in particular the possibility of setting the hardening time in a targeted manner. Concrete components 114 that can be produced in this way are also sustainable, since they require a reduced concrete volume, since free-form concrete component structures, such as thickenings, can be used as static elements. REFERENCE MARKS
Herstellungssystemcrafting system
Handhabungssystem erster Roboter zweiter RoboterHandling system first robot second robot
Steuerungsvorrichtungcontrol device
Basiselement base element
Betonbauteilconcrete component
Schalungselement erste Schalungsseite zweite Schalungsseite erstes Basiselementende zweites Basiselementende erste Basiselementseite zweite BasiselementseiteFormwork element first formwork side second formwork side first base element end second base element end first base element side second base element side
Basiselementoberseite erste Schiene zweite Schiene Base element top first rail second rail
Düseneinheitnozzle unit
Vibrationseinheitvibration unit
Schalungswerkzeugformwork tool
Schalungsrahmenformwork frame
Schalungsbereich erstes Ende 148 zweites Ende Formwork area first end 148 second end
150 erstes Querrahmenelement150 first transverse frame member
152 zweites Querrahmenelement152 second transverse frame member
154 Längsrahmenelement 156 offene Schalungsseite 154 longitudinal frame element 156 open formwork side
158 Bügeleinheit 158 ironing unit
160 erstes Sparrenelement160 first rafter element
162 zweites Sparrenelement162 second rafter element
164 Trägerelement 166 Handhabungsabschnitt164 carrier element 166 handling section
168 Handhabungselement 168 handling element
170 Schnittstelle 170 interface
172 erstes Konturelement 172 first contour element
174 zweites Konturelement 176 drittes Konturelement 174 second contour element 176 third contour element

Claims

ANSPRÜCHE EXPECTATIONS
1. Verfahren zur automatisierten Herstellung eines dünnwandigen Betonbauteils (114) mit einem Spritzbetonverfahren, umfassend die von einem Handhabungssystem (104) ausgeführten Schritte: 1. A method for the automated manufacture of a thin-walled concrete component (114) using a shotcrete method, comprising the steps carried out by a handling system (104):
Positionieren eines rahmenförmigen Schalungswerkzeugs (140) an einem Basiselement (112), positioning a frame-shaped formwork tool (140) on a base element (112),
Spritzen eines Betons derart, dass das Schalungswerkzeug (140) eine umfangsseitige Kontur des Betonbauteils (114) zumindest abschnittsweise definiert, und Spraying a concrete in such a way that the shuttering tool (140) defines a peripheral contour of the concrete component (114) at least in sections, and
Entfernen des Schalungswerkzeugs (140) unmittelbar nach Beendigung des Spritzens derart, dass die umfangsseitige Kontur des Betonbauteils (114) unbeeinflusst ist. Removing the formwork tool (140) immediately after the end of spraying in such a way that the peripheral contour of the concrete component (114) is unaffected.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , umfassend den Schritt: 2. The method according to claim 1, comprising the step:
Spritzen des Betons derart, dass mindestens eine Funktionsstruktur ausgebildet wird, wobei der die Funktionsstruktur ausbildende Beton einen höheren Beschleunigeranteil aufweist als der an die Funktionsstruktur angrenzende Beton. Spraying the concrete in such a way that at least one functional structure is formed, the concrete forming the functional structure having a higher proportion of accelerator than the concrete adjoining the functional structure.
3. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der zu spritzende Beton fließfähig und mit einem Beschleuniger zugesetzt bereitgestellt wird. 3. The method according to any one of the preceding claims, wherein the concrete to be sprayed is provided flowable and added with an accelerator.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei ein Beschleunigeranteil des Beschleunigers in dem Beton positionsabhängig variiert wird. 4. The method according to any one of the preceding claims, wherein an accelerator portion of the accelerator in the concrete is varied depending on the position.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Schalungswerkzeug (140) mindestens eine offene Schalungsseite (156) aufweist und das Schalungswerkzeug (140) derart positioniert wird, dass die offene Schalungsseite (156) mittels eines an dem Basiselement (112) angeordneten Schalungselements (116) geschlossen wird. 5. The method according to any one of the preceding claims, wherein the formwork tool (140) has at least one open formwork side (156) and the formwork tool (140) is positioned in such a way that the open formwork side (156) is arranged by means of a formwork element on the base element (112). (116) is closed.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei eine Höhe des Betonbauteils (114) durch eine variierende Vorschubgeschwindigkeit bewirkt wird. 6. The method according to any one of the preceding claims, wherein a height of the concrete component (114) is effected by a varying feed rate.
7. Herstellungssystem (100) zur automatisierten Herstellung eines dünnwandigen Betonbauteils (114) mit einem Spritzbetonverfahren, umfassend ein rahmenförmiges Schalungswerkzeug (140), ein Handhabungssystem (104) zum Positionieren des rahmenförmigen Schalungswerkzeugs (140) und zum Spritzen eines Betons, und eine mit dem Handhabungssystem (104) signaltechnisch gekoppelte Steuerungsvorrichtung (110), die eingerichtet ist, das7. Production system (100) for the automated production of a thin-walled concrete component (114) with a shotcrete method, comprising a frame-shaped formwork tool (140), a handling system (104) for positioning the frame-shaped formwork tool (140) and for spraying a concrete, and one with the Handling system (104) signal-coupled control device (110), which is set up to
Handhabungssystem (104) derart zu steuern, dass dasto control the handling system (104) in such a way that
Schalungswerkzeug (140) an einem Basiselement (112) positioniert wird, der Beton derart gespritzt wird, dass das Schalungswerkzeug (140) eine umfangsseitige Kontur des Betonbauteils (114) zumindest abschnittsweise definiert und das Schalungswerkzeug (140) unmittelbar nach Beendigung des Spritzens derart entfernt wird, dass die umfangsseitige Kontur des Betonbauteils (114) unbeeinflusst ist. formwork tool (140) is positioned on a base element (112), the concrete is sprayed in such a way that the formwork tool (140) defines a circumferential contour of the concrete component (114) at least in sections, and the formwork tool (140) is removed in this way immediately after spraying is complete that the peripheral contour of the concrete component (114) is unaffected.
8. Herstellungssystem (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Schalungswerkzeug (140) eine offene Schalungsseite (156) aufweist, und das Basiselement (112) ein Schalungselement (116) zum Schließen der offenen Schalungsseite (156) aufweist. 8. Manufacturing system (100) according to any one of the preceding claims, wherein the formwork tool (140) has an open formwork side (156), and the base element (112) has a formwork element (116) for closing the open formwork side (156).
9. Herstellungssystem (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, umfassend eine Düseneinheit (136), die angeordnet und ausgebildet ist, einen Beschleunigeranteil in dem Beton zu variieren, und 9. Production system (100) according to any one of the preceding claims, comprising a nozzle unit (136) arranged and adapted to vary an accelerator content in the concrete, and
- wobei die Steuerungsvorrichtung (110) eingerichtet ist, den Beschleunigeranteil positionsabhängig einzustellen. - Wherein the control device (110) is set up to adjust the accelerator portion depending on the position.
10. Herstellungssystem (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, umfassend eine Vibrationseinheit (138), die angeordnet und ausgebildet ist, eine Vibration in das rahmenförmige Schalungswerkzeug (140) zu induzieren, um eine Anhaftung des Betons an dem Schalungswerkzeug (140) zu reduzieren. 10. Production system (100) according to any one of the preceding claims, comprising a vibration unit (138) which is arranged and configured to induce vibration in the frame-shaped formwork tool (140) in order to reduce adhesion of the concrete to the formwork tool (140). .
11. Herstellungssystem (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Handhabungssystem (104) einen ersten Roboter (106), insbesondere einen ersten Knickarmroboter, und einen zweiten Roboter (108), insbesondere einen zweiten Knickarmroboter, aufweist, und der erste Roboter (106) zum Spritzen des Betons und der zweite Roboter (108) zum Positionieren und Entfernen des Schalungswerkzeugs (140) angeordnet und ausgebildet ist. 11. Production system (100) according to one of the preceding claims, wherein the handling system (104) has a first robot (106), in particular a first articulated robot, and a second robot (108), in particular a second articulated robot, and the first robot ( 106) for spraying the concrete and the second robot (108) for positioning and removing the formwork tool (140) is arranged and designed.
12. Schalungswerkzeug (140) zur Verwendung in einem Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche und/oder in einem Herstellungssystem (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, umfassend einen Schalungsrahmen (142), der einen Schalungsbereich (144) definiert, in dem ein Betonbauteil (114) spritzbar ist, und einen mit dem Schalungsrahmen (142) gekoppelten Handhabungsabschnitt (166) zur Kopplung mit einem Handhabungssystem. 12. formwork tool (140) for use in a method according to any one of the preceding claims and / or in a production system (100) according to any one of the preceding claims, comprising a formwork frame (142) which defines a formwork area (144) in which a concrete component (114) can be sprayed, and a handling section (166) coupled to the formwork frame (142) for coupling to a handling system.
13. Schalungswerkzeug (140) nach dem vorherigen Anspruch, wobei das Schalungswerkzeug (140) mindestens eine offene Schalungsseite (156) aufweist. 13. formwork tool (140) according to the preceding claim, wherein the formwork tool (140) has at least one open formwork side (156).
14. Schalungswerkzeug (140) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Schalungswerkzeug (140) mindestens eine einstellbare Kantenlänge aufweist, und - 22 - vorzugsweise das Schalungswerkzeug (140) eine Aktorik, insbesondere einen einstellbaren Zylinder, aufweist, die angeordnet und ausgebildet ist, um die Kantenlänge einzustellen. 14. formwork tool (140) according to any one of the preceding claims, wherein the formwork tool (140) has at least one adjustable edge length, and - 22 - the shuttering tool (140) preferably has an actuator, in particular an adjustable cylinder, which is arranged and designed to adjust the edge length.
15. Schalungswerkzeug (140) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei an zumindest einer oberen Kante des Schalungsrahmens ein den Schalungsbereich (144) überdeckendes Konturelement (172, 174, 176) angeordnet ist. 15. Formwork tool (140) according to any one of the preceding claims, wherein a contour element (172, 174, 176) covering the formwork area (144) is arranged on at least one upper edge of the formwork frame.
16. Schalungswerkzeug (140) nach einem der vorherigen Ansprüche, umfassend eine haftreduzierende Oberfläche aufweist. 16. formwork tool (140) according to any one of the preceding claims, comprising an adhesion-reducing surface.
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