AT521840B1 - Verfahren zur Herstellung von Betonfertigteilen mit Hilfe einer Gussform - Google Patents

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung von Betonfertigteilen mit Hilfe von Gussformen (6) beschrieben. Um ein Verfahren dahingehend zu verbessern, dass Betonfertigteile trotz wechselnder, komplexer Geometrien zeiteffizient produziert werden können und dabei der anfallende Industrieabfall verringert wird, wird vorgeschlagen, dass eine durch Begrenzungselemente (1) definierte Grundform (2) bis zu einer Formnesthöhe (h), die kleiner als die Höhe des Betonfertigteils ist, mit einer verflüssigten Formmasse (3) verfüllt wird, wonach das Formnest (4) aus der ausgehärteten Formmasse (3) modelliert wird, bevor die Grundform (2) mit dem darin angeordneten Formnest (4) mit Beton (5) ausgefüllt und nach Härtung des Betons (5) das Formnest (4) auf Schmelztemperatur der Formmasse (3) gebracht und abgeschmolzen wird, wobei die Begrenzungselemente (1) aus einer Formmasse (3) gebildet sind und nach Härtung des Betons (5) ebenfalls abgeschmolzen werden.

Description

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Betonfertigteilen mit Hilfe von Gussformen.

[0002] In der US20100117248A1 wird ein Verfahren zum Gießen von Beton oder betonähnlichen Elementen mit Hilfe einer Gussform offenbart, wobei die Gussform aus einem einfach verformbaren beziehungsweise bearbeitbaren Material besteht. Durch entsprechende Bearbeitungsschritte können auch amorphe Gussformen ausgestaltet werden, deren Flexibilität hinsichtlich der Geometrie konventionelle Schalungskonzepte aus Holz oder dergleichen überragen. Aus dem Stand der Technik sind zur Bearbeitung solch amorpher Gussformen Sägen, Fräsen oder ähnliche spanende Verfahren manueller oder automatisierter Natur bekannt. Bei großen zu entfernenden Volumen ist der Bearbeitungsaufwand allerdings recht hoch, weswegen bisher bekannte Verfahren zum Gießen amorpher Strukturen in großindustriellen Prozessen kaum zum Einsatz kommen. Da bei komplexen Gussteilen eine Trennung der Gussform von dem Gussteil meist nur unter Zerstörung der Gussform erfolgen kann, entsteht vor allem bei der Erzeugung von Massengütern eine beträchtliche Menge an Industrieabfall. Darüber hinaus kann nur eine begrenzte Anzahl von unterschiedlichen Gussformen für einen großindustriellen Einsatz auf Lager gehalten werden.

[0003] EP0313048A2 und DE3603527A1 beschreiben ein Verfahren zur Herstellung von Betonfertigteilen mit einer Gussform. Dabei wird eine aus beispielsweise Metall gefertigte Grundform mit einer Formmasse verfüllt, welche nach Aushärtung mit einer Bearbeitungsmaschine modelliert wird. Der modellierte Bereich der Formmasse wird anschließend mit Beton verfüllt, wonach das Betonfertigteil nach Aushärtung aus der Gussform gehoben wird. Analog zu dem aus der US20100117248A1 bekannten Verfahren auf, ergibt sich auch hier der Nachteil, eines erheblichen Bearbeitungsaufwandes bei großen zu entfernenden Volumina.

[0004] JP2001105420A offenbart ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung von Betonfertigteilen mit Hilfe einer Gussform. Hierzu wird eine Grundform mit einer Formmasse verfüllt, wonach die ausgehärtete Formmasse aus der Grundform genommen wird, modelliert und nach erneutem Einsetzen in die Grundform mit Beton befüllt wird. Das Herausnehmen, Bearbeitung und wieder Einfügen der ausgehärteten Formmasse bedingt einen erhöhten Zeitaufwand, sodass ein solches Verfahren für die Produktion von Massengütern unvorteilhaft ist.

[0005] Aus der WO2014127426A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Betonfertigteilen mit Hilfe einer Gussform bekannt, wobei die Gussform mit Hilfe eines 3D-Druckverfahrens hergestellt wird. Zwar können dadurch geometrisch komplexe Gussformen erzeugt werden, allerdings bedingt das 3D-Druckverfahren wiederum einen beträchtlichen Zeitaufwand.

[0006] Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs geschilderten Art so zu verbessern, dass Betonfertigteile trotz wechselnder, komplexer Geometrien zeiteffizient produziert werden können und dabei der anfallende Industrieabfall verringert wird.

[0007] Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass eine durch Begrenzungselemente definierte Grundform bis zu einer Formnesthöhe, die kleiner als die Höhe des Betonfertigteils ist, mit einer verflüssigten Formmasse verfüllt wird, wonach das Formnest aus der ausgehärteten Formmasse modelliert wird, bevor die Grundform mit dem darin angeordneten Formnest mit Beton ausgefüllt und nach Härtung des Betons das Formnest auf Schmelztemperatur der Formmasse gebracht und abgeschmolzen wird, wobei die Begrenzungselemente aus einer Formmasse gebildet sind und nach Härtung des Betons ebenfalls abgeschmolzen werden. Um den Herstellungsprozess des Betonfertigteils zeitoptimiert auszugestalten, findet die Formgebung der Gussform in wenigstens drei Schritten statt. Zuerst wird auf einem Formgrund, wie zum Beispiel einem Fertigungstisch, durch Begrenzungselemente eine dem Betongussteil entsprechende Grundform eingefasst, wobei das so umfasste Volumen proportional größer als das Volumen des Betongussteils sein muss. Anschließend wird die Grundform mit der verflüssigten Formmasse verfüllt und zwar nur soweit, bis eine definierten Formnesthöhe erreicht ist. Das Verfüllen kann in

besonders einfacher Weise durch Gießen von verflüssigter Formmasse erfolgen, es sind aber auch andere materialauftragende Verfahren möglich. Als Formnesthöhe wird im Sinne der Erfindung die Höhe jenes Volumens verstanden, in das ausgehend von einem sich bis zu den Begrenzungselementen erstreckenden Sockel ein oder mehrere Vorsprünge des zu gießenden Betonfertigteils ragen. In einem weiteren Schritt kann der die Grundform bis zur Formnesthöhe ausfüllende, ausgehärtete Formkörper modelliert werden, wobei entweder ein Materialabtrag, beispielsweise durch automatisiertes Fräsen, als auch Materialauftrag, beispielsweise durch additives Auftragen von Formmasse erfolgen kann. Damit ergibt sich der wesentliche Vorteil, dass die zeitintensiven Modellierungsprozesse auf ein möglichst geringes Bearbeitungsvolumen reduziert werden können, was die gesamte Bearbeitungsdauer deutlich verringert. Nach Abschluss dieses Schrittes wird die Grundform mit dem darin angeordneten Formnest mit einer Betonmasse ausgegossen, wonach diese aushärtet. Um schließlich das Betonfertigteil aus der Grundform zu I6sen, wird das Formnest auf Schmelztemperatur gebracht, also auf eine Temperatur, die höher als der Schmelzpunkt der eingesetzten Formmasse liegt. Die auf diese Weise verflüssigte Formmasse kann dann abfließen und für ein neues Formnest wiederverwendet werden, indem dieses beispielsweise in eine neue Grundform gegossen wird. Als Formmasse können verschiedene niedrig schmelzende Materialien, wie zum Beispiel Wachs, Polymere, vor allem Thermoplaste oder andere für den Fachmann in naheliegender Weise einsetzbare Materialien eingesetzt werden, wobei die jeweilige Schmelztemperatur der Formmasse höher als die beim Härtungsprozess entstehende Maximaltemperatur sein muss.

[0008] Um nicht nur das Formnest, sondern die gesamte Gussform rückstandslos abtrennen und wiederverwerten zu können, wird vorgeschlagen, dass die Begrenzungselemente aus einer Formmasse gebildet sind und nach Härtung des Betons ebenfalls abgeschmolzen werden. Die für die Begrenzungselemente verwendete Formmasse kann der für das Formnest verwendeten Formmasse ident sein, oder sich hinsichtlich chemischer oder physikalischer Eigenschaften vom Formnest unterscheiden. Um ein Anschmelzen der Begrenzungselemente beim Gießverfahren des Formnestes zu verhindern, kann es beispielsweise gewünscht sein, dass die Schmelztemperatur der Begrenzungselemente über der Schmelztemperatur des Formnestes liegt. Hinzu kommt der Vorteil, dass durch die Verwendung der Formmasse als Begrenzungselemente eine höhere Flexibilität bei der Ausgestaltung der gesamten Gussform erreicht werden kann. So können sowohl das Formnest als auch die Begrenzungselemente durch idente Trenn- oder Umformverfahren bzw. mittels identer additiver Verfahren modelliert werden.

[0009] Um den Härtungsprozess des Betons gezielt steuern und so die Eigenschaften des Betonfertigteils beeinflussen zu können, wird vorgeschlagen, dass die Aushärtung in einer Härtekammer durchgeführt wird, wobei die Härtetemperatur unter der Schmelztemperatur der Formmasse liegt. Die Wärmeübertragung von der Härtekammer an den Beton kann dabei sowohl durch Wärmestrahlung und Konvektion externer Heizelemente erfolgen, als auch durch direkten Kontakt induktiver Heizelemente. Die dafür eingesetzten Temperatureinstellungen müssen dabei so ausgewählt werden, dass ein vorzeitiges Abschmelzen der Gussform vermieden wird. Wird in der Härtekammer ein Temperaturniveau erzeugt, das nur knapp unterhalb der Schmelztemperatur der Formmasse ist, muss nach ausreichender Aushärtezeit in Folge der exothermen Kristallisationsreaktion des Betons nur wenig zusätzliche Energie für ein vollständiges Abschmelzen der aus der Formmasse bestehenden Gussform aufgebracht werden, was ein energieeffizientes Recyclen ermöglicht. Hierzu können in einer besonders praktischen Ausführung der Härtekammer Auffangbecken für die abschmelzende Formmasse angeordnet sein.

[0010] Sind Fertigbetonteile besonders groß dimensioniert, so ergeben sich große Massen für die eingesetzten Schalungsvorrichtungen. Um diese dennoch exakt und ergonomisch ausrichten zu können, wird eine Schalungsvorrichtung zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens vorgeschlagen, die ein Begrenzungselement aus einer ausgehärteten Formmasse aufweist, in das ein Anker mit einem nach außen ragenden Angriffspunkt eingegossen ist. So können die Schalungsvorrichtungen mit Hilfe von Lasthebevorrichtungen manö6vriert und ausgerichtet werden. Um die Stabilität der Begrenzungselemente und damit der Schalungsvorrichtungen insgesamt zu erhöhen, können die Ankerflunken als Bewehrungen ausgebildet sein.

[0011] Aufwändige Schalungsvorrichtungen weisen in der Regel eine Vielzahl an Begrenzungselementen auf, die formschlüssig miteinander und mit dem Formgrund, beispielsweise über Schraubsysteme verbunden werden müssen. Nachteilig ist daran allerdings, dass dabei die Begrenzungselemente und der Formgrund durch die Schraubverbindungselemente bereits vorgeschädigt werden, sodass ein Nachjustieren der Verbindung und somit der Grundformgeometrie nur begrenzt möglich ist.

[0012] Um daher ein problemloses Verbinden und Nachjustieren der Grundformgeometrie zu ermöglichen, empfiehlt es sich, in einer vorteilhaften Ausführungsform einen an das Begrenzungselement angeschlossenen Träger, der mit einem Magneten zur Positionierung der Schalungsvorrichtung auf einem Formgrund lösbar verbunden ist, einzusetzen. Dadurch wird bei beispielsweise zumindest teilweise ferromagnetischem Formgrund auf einfache Weise eine vom Formenbauer vorgegebene Anordnung der Schalungsvorrichtung auf dem Formgrund, sowie ein einfaches Nachjustieren der dabei gebildeten Grundformgeometrie ermöglicht. Besonders günstige Bedingungen ergeben sich beispielsweise, wenn der Magnet als Elektromagnet ausgeführt ist. Wird ein Begrenzungselement irrtümlich an einer falschen Position angeordnet, so kann durch Abschalten des Elektromagneten der Kraftschluss aufgehoben werden, was zu einem leichten Lösen des besagten Elements führt und ein einfaches Nachjustieren der dabei gebildeten Grundformgeometrie ermöglicht.

[0013] Der Anschluss des Magneten an den Träger kann durch für den Fachmann naheliegende Befestigungsmechanismen erfolgen. Beispielsweise können Magnete über eine Nut-Feder-Verbindung an dem auf dem Begrenzungselement befestigten Träger fixiert werden. Um ein unbeabsichtigtes Trennen der lösbaren Verbindung zwischen dem Träger und dem Magneten zu verhindern, erweist es sich als besonders günstig, wenn die Nut schräg nach unten in Richtung Formgrund ausgebildet ist, sodass ein Lösen der Nut-Feder-Verbindung nur durch Anheben des Magneten möglich ist. Die Befestigung des Trägers selbst am Begrenzungselement kann dabei durch von dem Träger ausgebildete Dornenfortsätze, die in das Begrenzungselement ragen, oder über einen Bügel, der das Begrenzungselement zumindest teilweise umgreift, erfolgen, wobei grundsätzlich auch andere für den Fachmann bekannte Umsetzungen denkbar sind.

[0014] Um den Assemblierungsaufwand bei der Anbringung des Magneten möglichst gering zu halten, kann der Magnet in das Begrenzungselement eingegossen sein. Dies hat den Vorteil, dass weniger Bauteile für die Schalungsvorrichtung benötigt werden, die nach dem Abschmelzen der Begrenzungselemente eingesammelt und gereinigt werden müssen. Zudem kann bei geeigneter Ausrichtung der Magnetpole ein falsches Anordnen der Begrenzungselemente in Folge des Auftretens einer abstoßenden Kraft verhindert werden, während bei korrekter Zuordnung ein geführter Zusammenschluss induziert wird.

[0015] In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zeigen

[0016] Fig. 1 einen schematischen Schnitt einer dem erfindungsgemäßen Verfahren zugrundeliegenden Gussform,

[0017] Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung mit modelliertem Formnest im gefüllten Zustand und

[0018] Fig. 3 eine Draufsicht auf eine durch erfindungsgemäße Begrenzungselemente gebildete Grundform.

[0019] Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine durch Begrenzungselementen 1 definierte Grundform 2 bis zu einer Formnesthöhe h mit einer verflüssigten Formmasse 3 verfüllt, wie dies in Fig. 1 zu erkennen ist.

[0020] Durch den nur begrenzten Auftrag der Formmasse 3 wird das zu modellierende Bearbeitungsvolumen kleingehalten und daher können die zur Ausgestaltung des in Fig. 2 gezeigten Formnests 4 eingesetzten Modellierungsverfahren zeitschonend durchgeführt werden. Die Modellierung kann dabei in einem Trenn- oder Umformverfahren oder gemäß einigen Ausführungsvarianten auch mittels eines additiven Verfahrens geschehen. Nach Beendigung dieses Prozess-

schrittes wird die Grundform 2 mit dem darin angeordneten Formnest 4 mit einer Betonmasse 5 ausgegossen, wonach die Betonmasse 5 aushärtet. Dabei bildet die Grundform 2 gemeinsam mit dem Formnest 4 die Gussform 6. Das Formnest 4 kann aufgrund der niedrigen Schmelztemperatur der eingesetzten Formmasse 3 energieschonend abgeschmolzen werden, was ein einfaches Lösen des Betonfertigteils von der Gussform 6 und ein Wiederverwerten der Formmasse 3 für ein neues Formnest 4 ermöglicht. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens können Wachse, Polymere, vor allem Thermoplaste, oder andere für den Fachmann in naheliegender Weise einsetzbare Materialien als Formmasse 3 dienen.

[0021] Wie in den Fig. 1 und Fig. 2 zu sehen ist, können auch die die Grundform 2 bildenden Begrenzungselemente 1 aus einer Formmasse 3 gebildet sein, wodurch eine Wiederverwertung der kompletten Gussform 6 gewährleistet wird. So können nach Aushärtung des Betonfertigteils sowohl die Begrenzungselemente 1 als auch das auf Schmelztemperatur gebrachte Formnest 4 abfließen und die geschmolzene Formmasse 3 gesammelt werden. Neben einer vollständigen Wiederverwertung der Gussform 6 ergibt sich zusätzlich der Vorteil einer besonders flexiblen Gestaltbarkeit der Randbereiche 7 der Gussform 6. So können die Randbereiche 7 ident zum Formnest 4 modelliert werden, wenn eine etwaige Modellierungsvorrichtung oder zumindest deren Werkzeugkopf beweglich ausgeführt ist.

[0022] Für ein Justieren besonders schwerer Begrenzungselemente 1 mit Hilfe von Lasthebevorrichtungen können Anker 8 mit einem aus den Begrenzungselementen 1 herausragenden Angriffspunkt 9 in selbige eingegossen werden. In einer besonders vorteilhaften Ausführung können dabei die Ankerflunken 10 im Sinne einer Bewehrung ausgeführt werden, wodurch den Begrenzungselementen 1 eine höhere Stabilität gegeben wird.

[0023] In einer praktischen Ausgestaltung der Gussform 6 können, wie den Fig. 1 und 2 zu entnehmen ist, an die Begrenzungselemente 1 mit einem Magneten 11 verbundene Träger 14 zur Fixierung der Begrenzungselemente 1 mit dem Formgrund 12 angeordnet sein. Der zumindest teilweise ferromagnetische Formgrund 12 kann beispielsweise durch einen Fertigungstisch gebildet sein. Die Befestigung zwischen dem Magneten 11 und dem Träger 14 kann dabei über eine lösbare Nut-Feder-Verbindung erfolgen, wobei es besonders vorteilhaft ist, wenn die Nut schräg nach unten in Richtung Formgrund 12 ausgebildet ist, sodass ein Lösen der Nut-Feder-Verbindung nur durch Anheben des Magneten 11 möglich ist. Wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt, kann der Träger 14 Dornenfortsätze ausbilden, die in das Begrenzungselement 11 ragen, wobei natürlich auch andere für den Fachmann bekannte Umsetzungen zur Befestigung des Trägers 14 an das Begrenzungselemente 1 möglich sind.

[0024] In einer alternativen Ausgestaltungsform können Magnete 11 in die Begrenzungselemente 1 eingegossen sein, wodurch sowohl ein Kraftschluss der Begrenzungselemente 1 untereinander, als auch mit dem zumindest teilweise ferromagnetischen Formgrund 12 erreicht werden kann. Zudem kommt der Vorteil, dass bei richtiger Polung der Magnete 11 ein falsches Zusammenfügen der Begrenzungselemente 1 verhindert wird.

[0025] Sind die Magnete 11 als Elektromagnete ausgeführt, kann zudem bei falscher Ausrichtung auf dem Formgrund 12 durch Abschalten der Elektromagnete 11 ein Kraftschluss zwischen dem Formgrund 12 und den Begrenzungselementen 1 aufgehoben werden, wodurch ein problemloses Nachjustieren begünstigt wird.

[0026] In Fig. 3 ist eine Draufsicht auf eine durch erfindungsgemäße Begrenzungselemente 1 gebildete Grundform 2 dargestellt. Alternativ oder zusätzlich zu den Magneten 11 können zur Verbindung der Begrenzungselemente 1 Winkelbeschläge 13 vorgesehen sein.

Claims (5)

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Betonfertigteilen mit Hilfe einer Gussform (6), dadurch gekennzeichnet, dass eine durch Begrenzungselemente (1) definierte Grundform (2) bis zu einer Formnesthöhe (h), die kleiner als die Höhe des Betonfertigteils ist, mit einer verflüssigten Formmasse (3) verfüllt wird, wonach das Formnest (4) aus der ausgehärteten Formmasse (3) modelliert wird, bevor die Grundform (2) mit dem darin angeordneten Formnest (4) mit Beton (5) ausgefüllt und nach Härtung des Betons (5) das Formnest (4) auf Schmelztemperatur der Formmasse (3) gebracht und abgeschmolzen wird, wobei die Begrenzungselemente (1) aus einer Formmasse (3) gebildet sind und nach Härtung des Betons (5) ebenfalls abgeschmolzen werden.

2, Verfahren zur Herstellung von Betonfertigteilen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aushärtung in einer Härtekammer durchgeführt wird, wobei die Härtetemperatur unter der Schmelztemperatur der Formmasse (3) liegt.

3. Schalungsvorrichtung zur Durchführung eines Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Begrenzungselement (1) aus einer ausgehärteten Formmasse (3), in das ein Anker (8) mit einem nach außen ragenden Angriffspunkt (9) eingegossen ist.

4. Schalungsvorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen an das Begrenzungselement (1) angeschlossenen Träger, der mit einem Magneten (11) zur Positionierung der Schalungsvorrichtung auf einem Formgrund (12) lösbar verbunden ist.

5. Schalungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet (11) in das Begrenzungselement (1) eingegossen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen