Die Erfindung betrifft einen Betondrucker, der die Errichtung dreidimensionaler Bauwerke ermöglicht.

Der dreidimensional arbeitende Betondrucker ermöglicht somit das Erstellen von Bauwerken, wie beispielsweise von

Betonelementen, durch ein Ausbringen von Beton entsprechend einer vorgegebenen Anordnung.

Der Betondrucker besteht aus zwei senkrechten Schienen, an denen ein mit einer zweiten Ant iebseinheit vertikal

verfahrbarer Hubwagen angeordnet ist. Am Hubwagen wiederum sind eine oder mehrere als Fachwerkkonstruktion ausgeführte Längstrave sen angeordnet. An der Längstraver se sind zwei Führungsschienen angeordnet. An den Führungsschienen sind eine oder mehrere als Fachwerkkonstruktion ausgebildete und

rechtwinklig zur Längstraverse orientierte Quer traver sen angeordnet und mit einer zweiten Antriebseinheit verfahrbar. An der Quertraverse ist ein daran verschiebba er Arbeitskopf angeordnet, der mindestens eine Betondruckdüse umfasst. Die Verschiebung des Arbeitskopfes erfolgt durch eine entsprechend angeordnete dritte Antriebseinheit.

Damit wird eine Betondruckerkonstruktion bereitgestellt, die eine Verschiebung des Arbeitskopfes mit den Betondruckdüsen in drei Dimensionen und somit einen räumlichen Betondruck

ermöglicht. Die Bewegungen des Arbeitskopfes zum Ausbringen des Betons erfolgen durch die Verschiebungen der Quer traver se entlang der Längstraverse und des Arbeitskopfes entlang der Quertraverse sowie durch die Höhenänderung mittels Hubwagen.

Betondrucker sind in unte schiedlichen Ausführungen bekannt. So ist aus der DE 10 2011 113 163 AI ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Betonbauteiles, sowie ein nach dem Verfahren hergestelltes Betonbauteil bekannt. Aufgabe der Erfindung ist es, einen Betondrucker

bereitzustellen, der es ermöglicht, komplexe Betonelemente und Bauwerke einschließlich Bewehrung und Ober flächenbearbeitung in kurzer Zeit zu erstellen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit den Merkmalen des

Hauptanspruchs gelöst.

Die Erfindung betrifft einen Betondrucker zur Herstellung von Betonelemente und Bauwerken sowie ein Verfahren, um mittels des Betondruckers ein entsprechendes Betonelement und Bauwerk zu errichten.

Der Betondrucker umfasst zwei senkrecht angeordnete Schienen, an denen ein mit einer ersten Antriebseinheit vertikal verfahrbarer Hubwagen angeordnet ist. Damit kann der Hubwagen mit der ersten Antriebseinheit in der Höhe verändert werden. Der Hubwagen ist wiederum mit einer in Längsrichtung

orientierten Längstraverse verbunden.

An der Längstraverse sind zwei in Längsrichtung orientierte Führungsschienen befestigt, an denen eine rechtwinklig zur Längstraverse orientierte Quertraverse angeordnet ist. Die Quertraverse ist somit mittels einer zweiten Antriebseinheit entsprechend entlang der Führungsschienen verfahrbar . An der Quertraverse ist mindestens ein entlang der Quertraverse verschiebbarer, mindestens eine Betondruckdüse umfassender und durch eine dritte Antriebseinheit verschiebbarer Arbeitskopf angeordnet. Die Betondruckdüse ist dafür vorgesehen, noch nicht abgebundenen Beton auszubringen. Dabei kann die

Konsistenz des Betons zwischen Flüssigbeton und

vergleichsweise standfestem Beton variieren.

Der Betondrucker kann dreidimensionale Formen aus Beton und ggf. Zusatzmaterialien, wie Bewehrungen, erstellen.

Insbesondere ist er durch die Ausführung geeignet,

Betonelemente herzustellen. Die Betondruckdüse zur Betonausbringung kann in drei Dimensionen bewegt werden. Damit ist es möglich, die Betondruckdüse schnell und präzise zu positionieren und somit die Betonausbringung vorzunehmen. Die Positionierung der Druckdüse erfolgt im Zusammenwirken der Antriebseinheiten, die durch eine Ansteuerung mittels einer Steuereinheit realisiert werden. Die Steuereinheit ist

vorzugsweise dazu ausgebildet, entsprechend importierte Daten, wie die Maße und die Konstruktionsdetails des Gebäudes sowie den Ablauf der Herstellung der Bauelemente, zu verarbeiten. Damit kann der Betondrucker entsprechende Bauwerke,

insbesondere Betonelemente, vollautomatisiert oder

teilautomatisiert erstellen.

Der Aufbau und der Abbau des Betondruckers ist aufgrund der modularen Konstruktion weitgehend am Boden und somit ohne große Hilfsmittel in kurzer Zeit möglich. Durch die modulare Konstruktion kann die Größe des Betondruckers an die Größe des zu errichtenden Bauwerkes angepasst werden. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.

Gemäß einer Weiterbildung sind die beiden senkrechten Schienen an einem Verfahrwagen angeordnet, wobei der Verfahrwagen vorzugsweise auf in Längsrichtung horizontal verlegten Gleisen durch eine vierte Antriebseinheit seitlich verfahrbar

angeordnet ist. Die Antriebseinheit dient dazu, den

Verfahrwagen auf dem Gleis entsprechend der Erfordernisse zu verfahren, um an den jeweiligen Arbeitsort zu gelangen. Die Ansteuerung der vierten Antriebseinheit ist durch die

Steuereinheit realisiert, so dass ein überwachtes und

gesteuertes Verfahren des Verfahrwagens möglich wird.

Mittels mehreren Verfahrwagen kann der jeweilige Betondrucker entsprechend der zu erstellenden Betonelemente positioniert werden. So kann der Betondrucker an mehreren Bauelementen auch abwechselnd arbeiten. Entsprechend kann an einem Bauelement gearbeitet werden, während beispielsweise andere Bauelemente aushärten. Auf diese Weise können Arbeitsabläufe bei hoher Maschinenauslastung optimiert werden. Einer Ausgestaltung der Erfindung entsprechend sind die

Längstraverse und/oder die Quertraverse als

Fachwerkkonstruktionen, vorzugsweise als 3 -Gurt oder 4 -Gurt Fachwerkkonstruktionen ausgeführt, wobei die

Fachwerkkonstruktionen vorzugsweise mit Nullstäben aus faserverstärkten Kunststoffen und mit annähernd kugelförmigen Knotenpunkten als Verbindungselementen beispielsweise aus Aluminium ausgeführt sind. Die Verbindung untereinander erfolgt beispielsweise mittels Einstecken und/oder

Verschrauben bzw. mittels eines Baj onett -Verschlusses . Die Konstruktion ermöglicht einen Leichtbau des Betondruckes über große Spannweiten. Somit können auch große Betonelemente und ggf. auch Gebäude erstellt werden. Der Aufbau, der Abbau und der Transport eines Betondruckers an Baustellen ist somit ohne große Hilfsmittel, wie Kräne, möglich. Es lassen sich mittels der Konstruktion räumlich großen Bereiche erreichen und aufwändige Konturen drucken, welche sich auf herkömmliche Weise nicht oder nur mittels aufwändig vorgefertigter

Schalungen realisieren lassen. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sind insbesondere die zweite, dritte und vierte Antriebseinheit als Spindelantrieb oder Zahnriemenantrieb ausgeführt. Spindelantrieb und

Zahnriemenantrieb ermöglichen eine exakte Positionierung und Führung der Betondruckdüse und damit eine präzise

Lageanpassung für die ebenfalls präzise Herstellung der

Bauwerke .

Antriebseinheiten mit Zahnriemenantrieb ermöglichen zudem eine schnelle Positionierung und Führung der Betondruckdüsen und ggf. weiterer Arbeitsaggregate, wie beispielsweise

Bewehrungsgreifer . Einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung entsprechend umfasst der Arbeitskopf mindestens eine Stützbetondüse zur Ausbringung von wasserarmem Stützbeton und mindestens eine Flüssigbetondüse zur Ausbringung von wassergesättigtem

Flüssigbeton. Durch die Möglichkeit, nacheinander oder auch parallel Stützbeton und Flüssigbeton auszubringen, können entsprechend den Erfordernissen der Konstruktion

unterschiedliche Konsistenzen von Beton kombiniert werden. Der Stützbeton eignet sich insbesondere zum Aufbau der

Außenflächen der Wände der zu verfüllenden Bereiche, da er vergleichsweise formstabil ausgebracht werden kann. Der

Flüssigbeton ist insbesondere dazu geeignet, Zwischenräume in Wandaufbauten, wie beispielsweise bei integrierten

Bewehrungen, zu vergießen oder den Wandbau mit Schalungen zu realisieren. Die verschiedenen Betondruckdüsen können dabei am Arbeitskopf nebeneinander, hintereinander oder schräg versetzt angeordnet sein.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sind die

Betondruckdüsen als Mischdüsen und/oder Umschaltdüsen

ausgebildet. Als Umschaltdüsen ausgeführt können den Düsen unterschiedliche Betonmischungen zugeführt werden. Damit kann durch die Zuführung von wasserarmem Beton die entsprechende Düse als Stützbetondüse fungieren oder durch die Zuführung von Flüssigbeton als Flüssigbetondüse arbeiten. Die

Umschaltvorrichtungen können in der Düse oder in den

Zuleitungen zur Düse angeordnet sein.

Ebenso ist eine Ausführung als Mischdüse möglich. Die

Mischdüse ermöglicht es, verschiedene zugeführte

Betonmischungen zu mischen. Ebenso ist eine Zumischung von Wasser und diversen Zuschlagstoffen, um beispielsweise das Abbinden zu beschleunigen, möglich. Damit können die Düsen letztlich universell entsprechend den Anforderungen genutzt werden. Gleichfalls können die Umschaltdüsen revolverkopfartig

ausgeführt sein. Damit ist eine Umschaltung zwischen zwei oder mehreren unterschiedlichen Düsenauslässen, die sich

beispielsweise im Auslassquerschnitt unterscheiden, möglich.

Entsprechend einer Weiterbildung der Erfindung umfasst der Arbeitskopf mindestens eine Schalungsdruckdüse, eine

Glätteinheit, eine Bürsteneinheit, eine Prägewalze, eine

Fräseinheit, eine Schleifeinheit, einen Bewehrungsgreifer, eine Schweißeinheit und/oder eine Absaugeinheit.

Die Schalungsdruckdüse ermöglicht es, vor dem Betondruck eine Schalung beispielsweise aus Kunststoff, zu erstellen. Eine Glätteinheit, wie beispielsweise in Form eines seitlich am Arbeitskopf mitlaufenden Führungsblechs, ermöglicht

beispielsweise ein Glätten der Außenseiten der Wandungen. Die Glätteinheit kann ebenso als bewegliche oder rotierende

Talosche ausgeführt sein und so ein Glätten der

Wandaußenseiten ermöglichen. Eine Bürsteneinheit ermöglicht ein Verstreichen der Wandaußenseiten ggf. mit integrierter Wasser Zuführung . Damit ist auch eine Strukturierung der

Wandoberflächen möglich. Eine weitere Möglichkeit der

Strukturierung der Wandoberflächen besteht darin, mittels einer am Arbeitskopf angeordneten Prägewalze auf die

Wandoberflächen eine Prägestruktur aufzubringen. Eine

Fräseinheit und/oder eine Schleifeinheit ermöglichen sowohl eine Ober flächenbearbeitung der ausgehärteten Wandaußenseiten als auch die Entfernung einer vorher gedruckten Schalung.

Mittels eines Bewehrungsgreifers kann der Arbeitskopf

Bewehrungsstäbe greifen und entsprechend in der zu

erstellenden Wand positionieren. Eine Schweißeinheit

ermöglicht das Verschweißen der Bewehrungsstäbe und damit die Herstellung eines entsprechenden Bewehrungskorbs. Die

Absaugeinheit ermöglicht einen sauberen Betrieb, der

übermäßige Staubemissionen verhindert. Zudem ist es möglich, abgetragenen, überschüssigen Beton wieder in den

Druckkreislauf zurückzubringen und weiter zu verwenden. Die einzelnen Aggregate können dabei einer vorteilhaften

Ausgestaltung entsprechend einzeln oder miteinander kombiniert auch an unterschiedlichen Arbeitsköpfen angeordnet sein. So ist es beispielsweise möglich, mit einem Arbeitskopf Beton auszubringen und mit einem anderen Bewehrungsstäbe zu

platzieren bzw. zu verschweißen. Ebenso kann ein

entsprechender Arbeitskopf zur Ober flächenbearbeitung mit entsprechenden Aggregaten versehen sein. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung umfasst der

Betondrucker eine vorzugsweise auf dem Verfahrwagen

angeordnete Ablängeinheit und eine Biegeeinheit. Weiterhin umfasst der Betondrucker eine Transporteinheit für die

Bewehrungsstäbe, um diese in den Arbeitsbereich des

Bewehrungsgreifers zu bewegen. Mit der Ablängeinheit kann das als Stäbe oder von einer Rolle bereitgestellte

Bewehrungsmaterial auf die jeweils erforderliche Länge

abgelängt werden. Die Biegeeinheit ermöglicht es, die

Bewehrungsstäbe entsprechend der Erfordernisse zu biegen.

Danach werden die Bewehrungsstäbe von einer Transporteinheit insbesondere vertikal bewegt. Nachfolgend werden diese dann vom Bewehrungsgreifer übernommen und in der entsprechenden Endposition platziert. Durch die Anordnung auf dem

Verfahrwagen werden die zur Bewehrungsstabherstellung

vorgesehenen Aggregate zum Einsatzort mitbewegt.

Einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung entsprechend umfasst der Betondrucker, vorzugsweise auf dem Verfahrwagen, mindestens eine Betonpumpe und/oder eine Betonmischeinheit und/oder mindestens einen Vor ratsbehälter für Beton und/oder Betonzuschlagstoffe. Durch die Betonpumpe, die

Betonmischeinheit und die Vor ratsbehälter ist die

Bereitstellung bzw. Anmischung des Betons in den Betondrucker integriert. Die Materialbereitstellung bzw. die

Betonaufbereitung erfolgt dabei am Boden und ist somit gut für entsprechende Liefer fahr zeuge erreichbar . Zugleich wird durch das Gewicht des Betons bzw. der Betonausgangsstoffe die Standsicherheit des Betondruckers erhöht. Die Versorgung der Betondruckdüsen erfolgt über entsprechende Schläuche, die eine flexible Versorgung der Druckdüsen mit dem Material

ermöglichen. Durch die Anordnung auf dem Verfahrwagen werden die zur Betonbereitung vorgesehenen Aggregate entsprechend an den Einsatzort mitbewegt.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist der Arbeitskopf in einer Arbeitskopfaufnähme um mindestens eine senkrechte Achse drehbar gelagert. Mit dieser Ausführung ist es möglich, die unterschiedlichen Betondruckdüsen und/oder Schalungsdruckdüsen eines Arbeitskopfes jeweils entsprechend der Ausrichtung der zu erstellenden Wand zu positionieren, anzuordnen und/oder auszurichten. Durch diese Ausführung kann der Betondrucker sehr flexibel auf unterschiedliche Anforderungen reagieren. Damit können ggf. verschiedene Düsen auch parallel betrieben und somit die Zeit zur Errichtung der Bauwerke reduziert werden . Entsprechend ist es auch möglich, neben den Betondruckdüsen bei Bedarf auch eine Glätteinheit, eine Bürsteneinheit, eine Prägewalze, eine Fräseinheit und oder eine Schleifeinheit schnell in die entsprechende Arbeitsposition und Ausrichtung zu bewegen.

Durch die drehbare Lagerung kann der Arbeitskopf

unterschiedlich ausgerichtet werden, so dass sowohl eine

Bearbeitung von oben als auch von verschiedenen Seiten aus möglich ist .

Entsprechend einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind der Arbeitskopf oder Aggregate des Arbeitskopfs als Mehrfachachsroboter ausgebildet. Der Mehrfachachsroboter ist bevorzugt als 5 -Achs -Roboter oder als 6 -Achs -Roboter

ausgeführt. Mehrfachachsroboter ermöglichen eine vielfältige Positionierung des mit den Druckdüsen und den anderen

Aggregaten versehenen Arbeitskopfes. Die nahezu freie Positionierung bezieht sich sowohl auf die Endposition der Druckdüsen bzw. der anderen Aggregate als auch auf deren

Ausrichtung. Damit kann Beton beispielsweise auch seitlich als Spritzputz auf die Wand aufgebracht werden. Auch der

Schweißroboter ist hinsichtlich der Positionierung und

Ausrichtung der Schweißelektrode frei, so dass ein seitliches Verschweißen der Bewehrungsstäbe möglich ist. Insbesondere sind die Mehrfachachsroboter dafür geeignet, den

Bewehrungsgreifer zu führen. Damit ist es möglich,

Bewehrungsstäbe von allen Seiten in der zu errichtenden Wand in unterschiedlichen Lagen zu positionieren.

Einer Weiterbildung des Betondruckers entsprechend sind die Betondruckdüsen mit ein, zwei oder mehr einzeln und/oder gruppiert ansteuerbaren Düsenanschlüssen versehen. Durch die unterschiedlichen Düsenanschlüsse kann den Betondruckdüsen beispielsweise Beton mit unterschiedlicher Feuchte und

unterschiedlicher Variation von Zuschlagstoffen zugeführt werden. Damit können die Betondruckdüsen entsprechend der Ansteuerung der Düsenanschlüsse und damit der Variation der Betonzuführung beispielsweise sowohl als Stützbetondüsen als auch als Flüssigbetondüsen fungieren. Weiterhin können die Düsen auch als Mischdüsen ausgeführt werden, so dass die

Betonzusammensetzung durch die veränderliche Ansteuerung der unterschiedlichen Düsenanschlüsse variiert werden kann. Somit ist es beispielsweise möglich, aus den jeweiligen

Betondruckdüsen unterschiedliche Betonmischungen auszubringen, die über die unterschiedlichen Düsenanschlüsse zugeführt werden. Neben den Betonmischungen können über die

Düsenanschlüsse auch Wasser und Zusatzstoffe, wie

beispielsweise Schnellhärter, zugeführt werden. Damit kann auch eine Vermischung der Betonmischungen oder einzelner

Zusatzstoffe in der jeweiligen Düse erfolgen. Einer Ausgestaltung der Erfindung entsprechend sind die

Schalungsdüsen zumindest horizontal am Arbeitskopf angeordnet Damit ist es mittels der Schalungsdüsen möglich, die Schalung auch von der Seite her aufzubauen. Auf diese Weise kann beispielsweise die Schalung bei vorher errichtetem

Bewehrungskorb an diesem seitlich angebracht werden.

Weiterhin wird die Erfindungsaufgabe durch die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung von Bauelementen mittels eines Betondruckers gelöst. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass zunächst aus einer Stützbetondüse Stützbeton gegossen/ausgebracht wird, nachfolgend optional Bewehrungsstäbe eingelegt werden und nachfolgend die Zwischenräume zwischen den

Stützbetonabschnitten und ggf . den Bewehrungsstäben mit

Flüssigbeton aus der Flüssigbetondüse vergossen werden. Damit sieht das Verfahren die Herstellung kompletter Betonwände einschließlich Bewehrung vor . Aus Stützbeton werden

Außenkonturen aber auch Innenkonturen des Bauelementes erstellt. Diese bilden somit die Form für das Verfüllen mit Flüssigbeton. Optional können entsprechend gefertigte

Bewehrungsstäbe vor dem Vergießen eingebracht werden.

Einer Weiterbildung des Verfahrens entsprechend werden

zusätzlich Halteelemente gedruckt bzw. vorgefertigte

Halteelemente durch den Bewehrungsgreifer des Betondruckers eingebracht und platziert. Dabei können die Halteelemente aus Stützbeton oder aus anderen Materialien erstellt werden bzw. erstellt worden sein. Die Halteelemente dienen als Auflage für die Bewehrungsstäbe. In die Halteelemente können Vertiefungen eingebracht sein, die eine Lagefixierung der Bewehrungsstäbe ermöglichen. Ebenfalls können die Halteelemente mit einer vertikalen Sackbohrung versehen sein. Die Sackbohrung

ermöglicht es, senkrechte Bewehrungsstäbe einzustecken. Einer Weiterbildung der Erfindung entsprechend wird die

Abfolge der Herstellung der Außenkontur bzw. der Innenkontur, der Herstellung oder Platzierung der Halteelemente und die Anordnung von Bewehrungsstäben sowie das Ausbringen von

Flüssigbeton schichtweise wiederholt.

Durch den schichtweisen Aufbau kann nach dem jeweiligen

Aushärten oder Teilaushärten und entsprechend erlangter

Tragfähigkeit des Unterbaus die nächste Schicht aufgebaut werden .

Ein alternatives Verfahren zur Herstellung eines Bauwerkes mit einem Betondrucker realisiert, dass um einen Korb aus

Bewehrungsstäben durch eine Stützbetondüse Stützbeton

ausgebracht wird und nachfolgend die Zwischenräume zwischen den Stützbetonabschnitten mit Flüssigbeton aus der

Flüssigbetondüse vergossen werden. Damit fungiert der

Stützbeton als Schalung, in die der Flüssigbeton ausgebracht wird. Das Ausbringen des Flüssigbetons kann dabei sowohl parallel zur Ausbringung des Stützbetons als auch nach

Aushärten des Stützbetons erfolgen. Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens werden die

Bewehrungsstäbe in der Ablängeinheit auf die erforderliche Länge geschnitten, in der Biegeeinheit in die vorgegebene Form gebogen, mit der Transporteinheit und/oder dem

Bewehrungsgreifer in die erforderliche Position im Bauwerk bewegt .

Die Weiterbildung des Verfahrens umfasst weiterhin das

Verschweißen der als Bewehrungsstahl ausgeführten

Bewehrungsstäbe mittels der Schweißeinheit. Somit ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren auch die komplette Herstellung auch großer und komplexer Bewehrungskörbe durch das

Verschweißen der Bewehrungsstahlstäbe.

Eine Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass mittels der Schalungsdüse eine Schalung für den Stützbeton und/oder

Flüssigbeton erstellt wird. Die Schalung kann vorzugsweise aus Kunststoff und/oder mit Druckbeton erstellt werden. Dabei kann die Schalung mit den Bewehrungskörben verbunden werden.

Hierbei muss allerdings bei Bewehrungsstahl dafür gesorgt werden, dass eine entsprechende Betonüberdeckung realisiert wird, um einer Korrosion des Bewehrungsstahls vorzubeugen. Die Schalung kann dabei im Falle des Kunststoffes auch als

netzartige Stützstruktur zur Stabilisierung des festeren

Stützbetons realisiert werden.

Entsprechend einer Weiterbildung der Erfindung werden die erstellten Wandoberflächen mittels Glätteinheit,

Bürsteneinheit, Prägewalze, Fräseinheit und/oder

Schleifeinheit einer Oberflächenbehandlung der äußeren

Betonschicht durch Glätten bzw. Verstreichen, Bürsten, Prägen, Fräsen und/oder Schleifen unterzogen. Die

Ober flächenbearbeitung kann dabei parallel zur Ausbringung des Betons oder im Anschluss daran erfolgen. Die

Ober flächenbearbeitung erfolgt beim Fräsen und/oder Schleifen während und/oder nach dem Aushärten des Betons. Entsprechend ist auch eine Entfernung der Schalung nach dem Aushärten des Betons möglich. Damit umfasst das erfindungsgemäße Verfahren alle Schritte, die zur kompletten Herstellung entsprechender Bauelemente/Bauwerke notwendig bzw. zweckmäßig sind.

Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Perspektivansicht eines Betondruckers,

Fig. 2 eine Perspektivansicht des Hubwagens,

Fig. 3 eine Perspektivansicht der Längstraverse und

Quertraverse mit Arbeitskopf,

Fig. 4 eine Perspektivansicht des Arbeitskopfes mit

Betondruckdüsen und Bewehrungsgreifer,

Fig. 5 Aufbau eines Betonelements mit Stützbeton,

Fig. 6 schichtweiser Aufbau eines Betonelementes,

Fig. 7 Aufbau eines Bewehrungskorbes mit optionalem

Schalungsdruck,

Fig. 8 eine Betondruckdüse mit einem Düsenanschluss , Fig. 9 eine Betondruckdüse mit zwei Düsenanschlüssen,

Fig. 10 eine Betondruckdüse mit zwei extern zusammengeführten

Düsenanschlüssen,

Fig. 11 eine revolverkopfförmige Betondruckdüsenanordnung, Fig. 12 einen Druckkopf mit drei nebeneinander angeordneten Betondruckdüsen,

Fig. 13 einen Druckkopf mit drei ringförmig angeordneten

Betondruckdüsen,

Fig. 14 eine Stützbetondüse mit einer Talosche,

Fig. 15 eine Stützbetondüse mit einer rotierenden Talosche,

Fig. 16 eine Stützbetondüse mit einer Bürsteneinheit,

Fig. 17 eine Stützbetondüse mit Prägewalze

Fig. 18 eine Anordnung von Bewehrungsstäben und

Fig. 19 eine Anordnung von Bewehrungsstäben mit

Halteelementen .

Die Figuren 1 bis 3 zeigen einen Betondrucker in

Perspektivansicht. Die Figur 1 zeigt eine perspektivische Gesamtansicht des Betondruckers. In Figur 2 ist dabei der Hubwagen 6 genauer dargestellt. Figur 3 zeigt die

Längstraverse 7 und die Quertraverse 9 mit einem Arbeitskopf 13 in einer vergrößerten Darstellung.

Der dargestellte Betondrucker ist auf einem Verfahrwagen 2 in X-Richtung durch Antrieb mittels einer vierten Antriebseinheit 4 entlang eines Gleises 1 verschiebbar . Am Verfahrwagen 2 ist auf den senkrecht am Verfahrwagen 2 befestigten Schienen 3 ein Hubwagen 6 angeordnet. Der Hubwagen 6 ist durch eine erste Antriebseinheit 5 entlang der senkrechten Schienen 3 in der Höhe Z veränderbar .

Am Hubwagen 6 ist eine Längstraverse 7 angeordnet. Die

Längstraverse 7 erstreckt sich parallel zu den Gleisen 1 in Richtung. An der Längstraverse 7 sind zwei Führungsschienen - eine oben und eine unten - in X-Richtung befestigt. Die Quertraverse 9 ist entlang dieser Führungsschienen 8 verschiebbar . Dazu ist zum Antrieb eine zweite Antriebseinheit 10, die mit einem Zahnriemen 17 zusammenwirkt, vorgesehen. Entlang der in Y-Richtung orientierten Quertraverse 9 ist der Arbeitskopf 13 mit einer dritten Antriebseinheit 12 und einer Führung verschiebbar .

Die Antriebseinheiten sind Elektromotoren, die mit einem

Zahnriemenantrieb 17 oder einem Spindelantrieb 16

zusammenwirken. Der Spindelantrieb 16 kann große Kräfte aufnehmen und eignet sich dafür besonders für den Hubwagen 6. Der Zahnriemenantrieb 17 ermöglicht die Ausführung schneller Bewegungen. Durch die Konstruktion mit Hubwagen 6,

Längstraverse 7 und Quertraverse 9 sowie die Antriebseinheiten 4, 5, 10, 12 ist eine freie Positionierung des Arbeitskopfes 13 im Raum möglich.

Die Verschiebung des Betondruckers zu den einzelnen

Einsatzorten wird durch die Anordnung auf einem von Gleis 1 geführten Verfahrwagen 2 mit der vierten Antriebseinheit 4 möglich. Die Gleise 1 können beispielsweise auch ringförmig verlegt sein. Ebenso kann der Betondrucker als

gleisunabhängiges Fahrzeug ausgebildet sein, das zu den entsprechenden Arbeitsorten in einer Halle oder auf einer Baustelle selbsttätig fährt oder gefahren werden kann, dort Stützvorrichtungen ausfährt und sich einmisst, um nachfolgend den Druckvorgang zu realisieren. Auf dem Verfahrwagen 2 sind eine Ablängeinheit 28, eine Biegeeinheit 29 und eine

Transporteinheit 30 angeordnet. Damit können Bewehrungsstäbe 31 entsprechend gefertigt und durch die Transporteinheit 30 in den Arbeitsbereich des Bewehrungsgreifers 27 bewegt werden.

Die Figur 4 zeigt eine Perspektivansicht des Arbeitskopfes 13 mit Betondruckdüsen IIa, IIb. Der Arbeitskopf 13 ist durch eine Arbeitskopfaufnähme 35 aufgenommen, die in der

Quertraverse (nicht dargestellt) geführt ist. Der Arbeitskopf 13 besteht hier aus einem Druckkopf 46 mit zwei seitlich angeordneten Stützbetondüsen IIa, über die Stützbeton (nicht dargestellt) ausgebracht und einer Flüssigbetondüse IIb, durch die Flüssigbeton (nicht dargestellt) ausgebracht wird. Ebenso kann auch eine Schalungsdruckdüse 20 am Druckkopf 46

angeordnet sein, durch die eine Schalung aus Thermoplast erstellt werden kann. Der Druckkopf 46 ist durch eine

motorische angetriebene Dreheinheit 45 mit der um 360 Grad drehbar ausgeführt. Die Dreheinheit 45 ermöglicht eine Drehung um eine senkrechte Achse 43 um beispielsweise 360 Grad. Damit ist eine sehr flexible Positionierung der Betondruckdüsen IIa, IIb und der Ausrichtung zueinander realisierbar . Weiterhin ist hier am Druckkopf 46 eine Fräseinheit 24 angeordnet, die eine seitliche Ober flächenbearbeitung ermöglicht.

Die Betondruckdüsen IIa, IIb sind mit Düsenanschlüssen 36 versehen, durch die über Schläuche (nicht dargestellt) der

Beton zugeführt wird. Bei mehreren Düsenanschlüssen 36 können ggf. Wasser und/oder andere Zuschlagstoffe zugeführt werden. Der Schalungsdruckdüse 20 wird entsprechend thermisch

erweichbarer Kunststoff zugeführt. Dazu ist die

Schalungsdruckdüse 20 mit einer Kühl- und/oder Heizvorrichtung ausgerüstet .

Der Arbeitskopf 13 umfasst zudem einen Greifer 27, der durch einen Mehrfachachsroboter 44 geführt wird. Damit sind

vielfältige Bewegungen zur Aufnahme, Ausrichtung und

Positionierung von Bewehrungsstäben 31 ausführbar. Mit dem Greifer 27 können auch Schalungselemente einschließlich zugehöriger Stützen sowie Halteelemente, die zur Auflage der Bewehrungsstäbe 31 dienen, entsprechend positioniert werden.

Alternativ kann der Mehrfachachsroboter 44 mit dem Greifer 27 an einem separaten Arbeitskopf 13 angeordnet sein. Damit werden die Bewegungen zum Drucken und zur Platzierung der Bewehrungsstäbe 31 unabhängiger voneinander. So wie der Greifer 27 kann auch ein Schweißroboter mittels Mehrfachachsroboter 44 an einem Arbeitskopf 13 angeordnet sein . Prinzipiell ist vorgesehen, dass alle Aggregate unabhängig voneinander betrieben werden können. Damit ist es möglich, dass sowohl nur einzelne Aggregate, wie beispielsweise nur die Stützbetondüse arbeitet, als auch mehrere Aggregate, wie

Greifer, Schweißroboter und/oder Glätteinheit (alle nicht dargestellt) parallel aktiviert sind.

Die Figur 5 zeigt den Aufbau eines Betonelements mit

Strukturen aus Stützbeton 18. Der Stützbeton 18 wird

lagenweise übereinander aufgebracht. Durch den Stützbeton 18 werden Zwischenräume 47 umschlossen. Durch den

Bewehrungsgreifer 27 werden Bewehrungsstäbe 31 in die

Zwischenräume 47 eingesetzt. Nachfolgend werden die

Zwischenräume 47 mit Flüssigbeton 19 aus einer

Flüssigbetondüse (nicht dargestellt) verfüllt.

In Figur 6 ist dargestellt, wie mittels des Betondruckers ein schichtweiser Aufbau eines Betonelements realisiert werden kann. Dazu wird zunächst durch die Stützbetondüse (nicht dargestellt) Stützbeton 18 ausgebracht, um eine Außenkontur 18 sowie eine Innenkontur 18 zu erstellen. Gleichfalls werden durch die Stützbetondüse Halteelemente 42 aus Stützbeton 18 erstellt. Die Halteelemente 42 dienen zur Auflage von

Bewehrungsstäben 31. Durch die entsprechende Anordnung von Halteelemente 42 können nachfolgend die Bewehrungsstäbe 31 entsprechend des Bewehrungsplanes in das Betonelement

eingebracht werden. Anschließend kann mit Flüssigbeton (nicht dargestellt) verfüllt werden. Im folgenden Schritt werden die Außenkonturen 18, die Innenkontur 18 und die Halteelemente 42 in der Höhe weiter aufgebaut, so dass die nächste Lage von Bewehrungsstäben 31 eingebracht werden kann. Es schließt sich wieder die Verfüllung mit Flüssigbeton an. Auf diese Weise können Betonelemente mit Bewehrung schichtweise aufgebaut werden. Die Verfüllung mit Flüssigbeton kann wahlweise auch zum Ende des Prozesses erfolgen. Senkrecht einzubringende Bewehrungsstäbe (nicht dargestellt) können in Halteelemente 42 mit senkrechter Sackbohrung eingesteckt werden.

Die Figur 7 zeigt den Aufbau eines Bewehrungskorbes mit optionalem Schalungsdruck. Der Aufbau des Bewehrungskorbes 31 aus Bewehrungsstäben 31 wird mit einem an einer Dreheinheit 45 befestigten Arbeitskopf 13 realisiert. Am Arbeitskopf 13 ist ein Bewehrungsgreifer 27, der von einem Mehrfachachsroboter 44 zur Platzierung der Bewehrungsstäbe 31 geführt wird,

angeordnet. An einem anderen Mehrfachachsroboter 44 ist eine Schweißeinheit 26 angeordnet. Die Schweißeinheit 26 dient dazu, die Bewehrungsstäbe 31 miteinander zu verschweißen.

Alternativ kann auch eine Binde- oder Klammervorrichtung angeordnet sein, um die Bewehrungsstäbe 31 miteinander zu verbinden. Durch die Mehrfachachsroboter 44 sind die

Schweißeinheit 26 und der Bewehrungsgreifer 27 unabhängig voneinander führbar .

Am Arbeitskopf 13 ist weiterhin eine Schalungsdruckdüse 20 angeordnet. Die Schalungsdruckdüse 20 ist dafür vorgesehen, eine Schalung (nicht dargestellt) zu drucken, die den Beton hält. Die Schalung kann beispielsweise als Wand aus

Thermoplast aufgebaut werden. Ebenso kann eine netzartige Schalung auf den Bewehrungskorb 31 aufgedruckt werden.

Zusätzlich können Fäden aus Plastik zur Verbindung der

beiderseitigen Schalungswände durch die Schalungsdruckdüse 20 entsprechend angeordnet werden. Als Schalungsmaterial wird vorzugsweise Thermoplast verwendet. Dazu ist die

Schalungsdruckdüse 20 mit einer Kühl- und/oder Heizeinrichtung versehen. Durch die Betondruckdüse IIa, IIb wird der Beton zwischen die Bewehrungsstäbe 31 und ggf. die Schalungsnetze eingebracht .

Anstelle von Bewehrungsstäben 31 aus Stahl können

Bewehrungsstäbe 31 aus anderen Metallen oder aus Kunststoffen oder ähnlichen Materialien wie Kohlefasern verwendet werden. Ebenso ist eine Ausführung der Bauwerke als Textilbeton möglich. Die Bewehrungsgreifer 27 und andere Aggregate sind dann so ausgeführt, um die Fäden oder Gewebe bzw. Gewirke entsprechend der Erfordernisse positionieren zu können. Eine Bewehrung mit Kunststofffäden oder Kohlefaser fäden kann beispielsweise so ausgeführt sein, dass auf den noch flüssigen thermoplastischen Kunststoff Sandkörner aufgebracht werden. Gleiches kann entsprechend auch mit den Kohlefaser fäden mittels Haftmitteln erfolgen. Damit wird die Oberfläche der jeweiligen Fäden rauer, so dass mittels der in oder auf den Kunststoff bzw. Fasern und den Beton eingebetteten Sandkörner Zugkräfte besser aufgenommen werden können. Die Ausbringung der Kunststofffäden bzw. der Kohlefaser fäden zur Bewehrung kann entsprechend analog mit der Schalungsdruckdüse 20 er folgen .

In Figur 8 ist eine Betondruckdüse 11 mit einem seitlich angeordneten Düsenanschluss 36 dargestellt. Die

Düsenanschlüsse sind beispielsweise durch Schnellkupplungen mit Schläuchen verbunden. Durch die Schläuche wird der Beton mittels Betonpumpe 32 aus der Betonmischeinheit 33 zu den Betondruckdüsen 11 transportiert. Die Figur 9 zeigt eine Betondruckdüse 11 mit zwei

Düsenanschlüssen 36. Durch düseninterne Umschaltung kann die Betondruckdüse 11 somit sowohl als Stützbetondüse IIa wie auch als Flüssigbetondüse IIb fungieren. Durch eine Vermischung in der Betondruckdüse 11 können dem Beton beispielsweise

Zusatzstoffe zum schnelleren Aushärten oder Wasser zur

Einstellung der Betonfeuchtigkeit zugemischt werden.

In Figur 10 ist eine Betondruckdüse 11 mit zwei extern

zusammengeführten Düsenanschlüssen 36 dargestellt. Auf diese Weise kann eine Betondruckdüse 11 mit einem Düsenanschluss 36 mit zwei extern zusammengeführten Düsenanschlüssen 36 auf einen bivalenten Betrieb umgerüstet werden. In den Düsenanschlüssen 36 können entsprechende Dosiereinrichtungen zur gesteuerten Beton-, Wasser- oder ZusatzstoffZuführung vorhanden sein. Ebenso kann ein entsprechendes Mischmodul zur Vermischung der Materialien in der Betondruckdüse 11 oder an der Betondruckdüse 11 angeordnet sein.

Die Figur 11 zeigt einen revolverkopfförmig ausgeführten

Druckkopf 46 mit Betondruckdüsen IIa, IIb und entsprechenden Düsenanschlüssen 36 sowie einem Fräskopf 24. Durch die

Verdrehung des Revolver - Druckkopfes 46 können die

Flüssigbetondüse IIb, die Stützbetondüse IIa oder der Fräskopf 24 entsprechend der jeweiligen Erfordernisse bedarfsgerecht positioniert werden. In Figur 12 ist ein Druckkopf 46 mit drei nebeneinander angeordneten Betondruckdüsen 11, IIa, IIb und entsprechenden Düsenanschlüssen 36 dargestellt. Die Anordnung ermöglicht durch entsprechende Positionierung insbesondere den

gleichzeitigen Betrieb von Stützbetondüsen IIa und

Flüssigbetondüsen IIb. Damit kann der Aufbau der

Betonfertigteile im Parallelbetrieb der Betondruckdüsen IIa, IIb schneller erfolgen. Die Anordnung der Betondruckdüsen IIa, IIb kann dabei parallel, quer oder schräg zur Ausrichtung der Quertraverse 9 ausgeführt sein. Durch eine in Figur 4 gezeigte Dreheinheit 45 kann die Ausrichtung der Betondruckdüsen IIa, IIb zueinander entsprechend der Erfordernisse verändert werden .

Letztlich können die Betondruckdüsen IIa, IIb beliebig, wie beispielsweise in Figur 13 dargestellt, auch ringförmig angeordnet sein.

Figur 14 zeigt eine Stützbetondüse IIa, an der mittels einer Halterung 48 eine als Talosche 21 ausgeführte Glätteinheit 21 befestigt ist. Die Talosche 21 ist dazu vorgesehen, die äußere Betonschicht 18 des ausgebrachten Beton 18 zu verstreichen und damit die Oberfläche des erstellten Stützbetons 18 unmittelbar nach dem Ausbringen des Betons 18 zu glätten. Die Talosche 21 kann auch, wie in Figur 15 dargestellt, als rotierende

Talosche 21 ausgeführt sein. Anstelle der Talosche 21 kann auch eine in Figur 16 gezeigte Bürsteneinheit 22 oder eine in Figur 17 dargestellte

Prägewalze 23 zur Ober flächenbearbeitung der äußeren

Betonschicht 18 des erstellten Bauelementes angeordnet sein. Damit kann die Ober flächenbearbeitung der äußeren Betonschicht 18 im feuchten Zustand unmittelbar nach dem Ausbringen des Stützbetons 18 erfolgen.

Die Figur 18 zeigt eine beispielhafte Anordnung von

Bewehrungsstäben 31 in einer Ansicht von oben. Die drei sich kreuzenden Bewehrungsstäbe 31 können somit einen in der Mitte angeordneten senkrechten Bewehrungsstab 31 (als Kreis

dargestellt) halten. Die sich kreuzenden Bewehrungsstäbe 31 sind an den Enden beispielsweise in Stützbeton (nicht

dargestellt) eingebettet. Alternativ können die haltenden Bewehrungsstäbe 31 auch gebogen oder abgewinkelt sein.

In Figur 19 ist eine Anordnung zur Halterung eines senkrechten Bewehrungsstabes 31 durch zwei Halteelemente 42 dargestellt. Die Halteelemente 42 sind hier scheibenförmig ausgeführt und in der Mitte mit einer Öffnung versehen, durch die der zu haltende senkrechte Bewehrungsstab 31 gesteckt ist. Die

Scheiben der Halteelemente 42 sind durchbrochen, so dass durch die Halteelemente 42 der Flüssigbeton (Pfeile) fließen kann. Die Flügel der Halteelemente 42 sind beispielsweise in

Stützbeton (nicht dargestellt) eingebettet.

Zur Halterung senkrechter Bewehrungsstäbe 31 können auch

Lochbänder (nicht dargestellt) verwendet werden, wobei durch die Öffnungen der Lochbänder die senkrechten Bewehrungsstäbe 31 nach Bedarf gesteckt werden können. Die Lochbänder sind wiederum in Stützbeton (nicht dargestellt) eingebettet. Die Platzierung der Halteelemente 42, der Lochbänder und der Bewehrungsstäbe 31 erfolgt vorzugsweise mit dem

Bewehrungsgreifer 27 des Betondruckers.

Der durch die Glätteinheit 21, Bürsteneinheit 22, Prägewalze 23, Fräseinheit 24 und/oder Schleifeinheit 25 abgetragene, noch nicht völlig abgebundene Beton 18, 19 kann durch eine Absaugeinheit 49 z. B. der Betonmischeinheit 33 wieder

zugeführt und damit beim Her stellungsprozess des Betons 18, 19 in einer Art Recycling genutzt werden.

Die Absaugeinheit 49 dient zudem zum Absaugen des Schleif - oder Frässtaubes sowie weiteren Abrieben, die durch die

Benutzung der Fräseinheit 24 sowie der Schleifeinheit 25 entstehen .

Zusammenstellung der Bezugszeichen

1 - Gleis

2 - Verfahrwagen

3 - senkrechte Schiene

4 - vierte Antriebseinheit

5 - erste Antriebseinheit

6 - Hubwagen

7 - Längstraverse

8 - Führungsschiene

9 - Quertraverse

10 - zweite Antriebseinheit

11 - Betondruckdüse

IIa - Stützbetondüse

IIb - Flüssigbetondüse

12 - dritte Antriebseinheit

13 - Arbeitskopf

14 - Nullstab

15 - Knotenpunkt

16 - Spindelantrieb

17 - Zahnriemenantrieb, Zahnriemen

18 - Stützbeton, äußere Betonschicht, Außenkontur, Innenkontur

19 - Flüssigbeton

20 - Schalungsdruckdüse

21 - Glätteinheit, Talosche

22 - Bürsteneinheit

23 - Prägewalze

24 - Fräseinheit, Fräskopf

25 - Schleifeinheit

26 - Schweißeinheit, Schweißroboter

27 - Bewehrungsgreifer, Greifer

28 - Ablängeinheit

29 - Biegeeinheit

30 - Transporteinheit

31 - Bewehrungsstab, Bewehrungsstahl, Bewehrungskorb

32 - Betonpumpe

33 - Betonmischeinheit 34 ^■ - Vor ratsbehälter

35 ^■ - Arbeitskopfaufnähme

36 ^■ - Düsenanschluss

41 ^■ - Steuereinheit

42 ^■ - Halteelemente

43 ^■ - senkrechte Achse

44 ^■ - Mehrfachachsroboter

45 ^■ - Dreheinheit

46 - - Druckkopf, Revolver - Druckkopf

47 ^■ - Zwischenraum

48 ^■ - Halterung

X - Längsrichtung, längs

Y - Querrichtung, quer

Z - Vertikalrichtung, vertikal, Höhenänderung