Die Erfindung betrifft eine Düsenvorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Bauteils aus einem Material, insbesondere eines Spritzbetonbauteils aus Beton, ein Materialauftragsystem, ein Fertigungssystem sowie ein Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Bauteils aus einem Material, insbesondere eines Spritzbetonbauteils aus Beton.

Düsenvorrichtungen zum Herstellen eines dreidimensionalen Bauteils sind grundsätzlich bekannt. Mit Düsenvorrichtungen werden Materialien verdüst auf einen Untergrund oder auf Materialschichten aufgetragen. Die Herstellung von Bauteilen mit verdüstern Material wird üblicherweise für Anwendungen eingesetzt, bei denen lediglich geringe Anforderungen an die Form- und/oder Positionsgenauigkeit gestellt werden.

Beispielsweise werden Böschungen mit Spritzbeton versehen, um diese gegen Abrutschen zu sichern. Darüber hinaus werden regelmäßig Tunnelportale mit Spritzbeton ausgebildet. Diese Anwendungen haben jedoch gemein, dass im Wesentlichen keine geometrisch definierten Bauteile oder Strukturen geschaffen werden, an die hohe Genauigkeitsanforderungen gestellt werden.

Darüber hinaus sind bekannte Verfahren zum Verdüsen eines Materials in der Regel dadurch gekennzeichnet, dass diese einen hohen manuellen Aufwand erfordern. Je definierter die mit dem Verfahren herzustellende Geometrie ausgebildet werden soll, desto präziser ist das Material aufzutragen. Dieser präzise Auftrag des Materials erfordert eine kontinuierliche Regelung der Auftragsgeometrie sowie eine kontinuierliche Überwachung der Qualität des aufgetragenen Materials. Darüber hinaus führt der präzise Auftrag, einhergehend mit Prozessunterbrechungen und mit einer entsprechend ausgebildeten Düsenvorrichtung regelmäßig dazu, dass die Düsenvorrichtung verstopft und manuell gereinigt werden muss. Eine automatisierte Herstellung von Bauteilen ohne manuelle Eingriffe ist mit derartigen Düsenvorrichtungen derzeit nicht möglich.

Üblicherweise ist es nicht zulässig, dass ein Spritzbetonprozess während der Herstellung einer Struktur unterbrochen wird, da dies die Qualität des Bauteils in unzulässiger Weise verringert. Darüber hinaus ist es ein Nachteil der vorbekannten Lösungen, dass ein Beschleuniger lediglich ungleichmäßig in den Beton gemischt wird und daher höher dosiert werden muss als theoretisch notwendig. Dies führt zu höheren Bauteilkosten, steigert die Wahrscheinlichkeit für ein Verstopfen der Düsenvorrichtungen und kann im ungünstigsten Fall die Langzeitfestigkeit des Bauteils beeinflussen. Darüber hinaus ist es ein Nachteil der bisher eingesetzten Systeme, dass deren Mischwerke oder Verdüsungseinrichtungen einen hohen zusätzlichen Reinigungsaufwand erfordern und darüber hinaus bereits bei kurzen Stillständen die Gefahr besteht, dass aufgrund des Vorhandenseins von Beschleuniger und Betonmischwerk eine unerwünschte Aushärtung erfolgt.

Bei Verdüsungseinrichtungen besteht weiterhin der Nachteil, dass diese allein aufgrund der hohen Viskosität und der Partikelgrößen der eingesetzten Beschleuniger verstopfen. Darüber hinaus wird im Stand der Technik ein System verwendet, das eine Vielzahl unterschiedlicher Düsenspitzen mit unterschiedlicher Geometrie aufweist, um somit unterschiedliche Auftragsgeometrien zu ermöglichen. Dies reduziert jedoch die Flexibilität und insbesondere die Bewegungsfreiheit des Systems. Ein weiterer Nachteil bekannter Systeme ist, dass die Zuführung der gesamten Druckluft über einen einzelnen Massenstromregler erfolgt, so dass sich bei einem Zusetzen einer der Zerstäuberstufen die Mengenverhältnisse der Druckluft der Zerstäuberstufen derart verändern, dass ein Verstopfen der Düse begünstigt wird.

Die geringe Automatisierbarkeit des Verfahrens geht mit Veränderungen der Bauindustrie einher. Durch einen verstärkten Fachkräftemangel in der Bauindustrie ist von einem Rückgang der Produktivitätsmengen vor dem Hintergrund stagnierender Produktivität auszugehen. Bislang wurden in der Bauindustrie lediglich einfache Tätigkeiten automatisiert. Im Betonbau betrifft dies beispielsweise die Produktion einfacher standardisierter Bauteile, wie zum Beispiel Stützen oder Wände, die in Palettenumlaufanlagen produziert werden. Nicht standardisierte Bauteile mit individuellen Abmessungen erfordern zur Produktion hingegen einen hohen manuellen Aufwand zur Herstellung der notwendigen Schalung. Ferner sind die Anforderungen aus einschlägigen Normen bei der Herstellung von Bauteilen, insbesondere von Betonbauteilen, zu berücksichtigen. Neben der hohen zu fertigenden Bauteilqualität für die Bauindustrie ist zusätzlich zu berücksichtigen, dass in der Branche ein hoher Kostendruck herrscht.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Düsenvorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Bauteils aus einem Material, insbesondere eines Spritzbetonbauteils aus Beton, ein Materialauftragsystem, ein Fertigungssystem und ein Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Bauteils aus einem Material, insbesondere eines Spritzbetonbauteils aus Beton, bereitzustellen, die einen oder mehrere der genannten Nachteile vermindern oder beseitigen. Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Lösung bereitzustellen, die eine Automatisierbarkeit eines Spritzbetonverfahrens ermöglicht.

Gemäß einem ersten Aspekt wird die eingangs genannte Aufgabe gelöst durch eine Düsenvorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Bauteils aus einem Material, insbesondere eines Spritzbetonbauteils aus Beton, umfassend eine Düseneinheit mit einer Materialführung, die einen Materialeinlass zum Einleiten eines Materials, insbesondere eines Betons, aufweist, und ein mit dem Materialeinlass fluidisch gekoppeltes Düsenelement zum Aufträgen des Materials, insbesondere des Betons, das an der Düseneinheit angeordnet ist.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass das automatisierte Herstellen eines dreidimensionalen Bauteils aus einem Material, insbesondere eines Spritzbetonbauteils aus Beton, lediglich dann möglich ist, wenn ein stabiler Prozess eingerichtet ist und wenn Verstopfungen des Systems, sogenannte Düsenstopfer, vermieden werden. Die Düsenvorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Bauteils aus einem Material ermöglicht die Einrichtung eines solchen Prozesses und die Vermeidung von Düsenstopfern unter anderem dadurch, dass das Düsenelement in vordefinierten Zeitabständen und/oder nach Erkennen eines Düsenstopfers gereinigt werden kann und/oder austauschbar ist.

Die Düsenvorrichtung ist zum Herstellen eines dreidimensionalen Bauteils aus einem Material ausgebildet. Das Material kann aus einem Bestandteil oder aus zwei oder mehr Bestandteilen bestehen oder diese umfassen. Darüber hinaus kann die Düsenvorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Bauteils aus zwei oder mehr Materialien ausgebildet sein. Die Düsenvorrichtung ist insbesondere zur Ausführung eines Spritzbetonprozesses bzw. -verfahrens ausgebildet. Insbesondere ermöglicht die zweiteilige Düsenvorrichtung mit der Düseneinheit und dem Düsenelement den Ausgleich von schwankender Betonkonsistenz. Darüber hinaus wird eine mehrstufige Betonverdüsung mit separaten Massenstromreglern für die Druckluft und vorgeschalteter Verdüsung bzw. Vernebelung des Beschleunigers, um ein gleichmäßiges Untermischen des Beschleunigers in den Beton zu gewährleisten, wie es im Folgenden noch näher erläutert wird, ermöglicht. Darüber hinaus kann eine aktive Temperierung der Betontemperatur durch Zugabe temperierter Druckluft erfolgen, um Temperaturschwankungen ausgleichen zu können.

Außerdem ermöglicht die Düsenvorrichtung den Einsatz hochfrequenter Schwingungen in der Düseneinheit und/oder in dem Düsenelement, um das Sprühverhalten zu verbessern. Ferner wird eine Geometriekorrektur der aufgetragenen Materialschicht auf Basis von robusten Sensordaten ermöglicht.

Die Düseneinheit weist die Materialführung mit dem Materialeinlass auf. Die Materialführung kann beispielsweise eine Leitung, ein Rohr und/oder ein Betonschlauch sein. Die Materialführung ist vorzugsweise angeordnet und ausgebildet, um Beton zu transportieren, zu fördern und/oder zu leiten. Der Materialeinlass ist insbesondere derart angeordnet und ausgebildet, dass mittels diesem die Materialführung mit einem Material, insbesondere Beton, befüllbar ist.

Darüber hinaus umfasst die Düsenvorrichtung das Düsenelement. Das Düsenelement ist fluidisch mit dem Materialeinlass gekoppelt. Fluidisch gekoppelt bedeutet insbesondere, dass ein Fluid von dem Materialeinlass zu dem Düsenelement gelangen kann, insbesondere ohne wesentliche Verluste. Die fluidische Kopplung kann beispielsweise mittels Schläuchen, Leitungen und/oder Rohren erfolgen. Insbesondere ist das Düsenelement mittels der Materialführung fluidisch mit dem Materialeinlass gekoppelt. Das Düsenelement weist vorzugsweise ein Materialeingangsende und ein dem Materialeingangsende gegenüberliegend angeordnetes Spritzende auf. Das Spritzende ist das distale Ende der Düsenvorrichtung. Das Materialeingangsende des Düsenelements ist vorzugsweise derart eingerichtet, dass das Material in das Düsenelement gelangen kann. Das Düsenelement ist ferner vorzugsweise derart eingerichtet, dass das Material vom Materialeingangsende hin zum Spritzende verbringbar ist. Das Spritzende des Düsenelements ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass dieses einen Spritzbetonprozess ermöglicht. Das Düsenelement ist vorzugsweise austauschbar an der Düseneinheit angeordnet. Das Düsenelement kann beispielsweise aus einem elastischen Material, insbesondere aus einem elastischen Kunststoff, ausgebildet sein. Angrenzend an das Spritzende weist das Düsenelement vorzugsweise einen Spritzabschnitt auf, der insbesondere einen runden Querschnitt aufweisen kann. Ferner kann das Düsenelement und/oder der Spritzabschnitt als Löffeldüse, Zungendüse, Flachstrahldüse und/oder als Schlitzdüse ausgebildet sein.

Darüber hinaus ist das Düsenelement insbesondere angeordnet und ausgebildet, um das Material aufzutragen, insbesondere auf einer Bauteilunterlage und/oder auf einer Materialschicht. Das Aufträgen des Materials ist insbesondere ein Spritzen des Materials.

Eine bevorzugte Ausführungsvariante der Düsenvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass diese eine Düsenelementschnittstelle umfasst, die angeordnet und ausgebildet ist, eine Verbindung der Düseneinheit mit dem Düsenelement auszubilden. Die Verbindung kann beispielsweise form- und/oder kraftschlüssig ausgebildet sein. Die Verbindung ist vorzugsweise eine mechanische Verbindung zum Ausbilden der fluidischen Kopplung. Die Düsenelementschnittstelle kann eine Zentrier- und/oder Verriegelungseinheit aufweisen. Es ist darüber hinaus bevorzugt, dass die Düsenelementschnittstelle zum automatischen Ein- und/oder Auswechseln des Düsenelements an der Düseneinheit ausgebildet ist.

Die Düsenelementschnittstelle ist ferner vorzugsweise derart angeordnet und ausgebildet, dass das Material und vorzugsweise weitere Stoffe von der Düseneinheit zu dem Düsenelement gelangen können. Darüber hinaus ist es bevorzugt, dass die Düsenelementschnittstelle eine Materialschnittstelle, eine erste Druckluftschnittstelle, eine zweite Druckluftschnittstelle und/oder eine Beschleunigerschnittstelle aufweist.

Die Materialschnittstelle ist vorzugsweise derart angeordnet und ausgebildet, dass das Material von der Düseneinheit zum Düsenelement gelangt. Die erste Druckluftschnittstelle ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass Druckluft mit einem ersten Druck von der Düseneinheit zu dem Düsenelement gelangen kann. Die zweite Druckluftschnittstelle ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass Druckluft mit einem zweiten Druck, der vorzugsweise verschieden von dem ersten Druck ist, von der Düseneinheit zu dem Düsenelement gelangen kann. Die Beschleunigerschnittstelle ist vorzugsweise derart angeordnet und ausgebildet, dass ein Beschleuniger von der Düseneinheit zu dem Düsenelement gelangt. Eine oder beide der Druckluftschnittstellen kann bzw. können auch mit der Beschleunigerschnittstelle in einer Sammelschnittstelle ausgebildet sein. Insbesondere ist es bevorzugt, dass der Beschleuniger stromaufwärts von der Düsenelementschnittstelle mit Druckluft gemischt wird, sodass eine Verdüsung des Beschleunigers in der Düseneinheit erfolgt. Eine weitere bevorzugte Ausführungsvariante der Düsenvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass diese eine Reinigungseinheit umfasst, die eingerichtet ist, um die Düseneinheit und/oder das Düsenelement zu reinigen, insbesondere mit einem druckbeaufschlagten Fluid, vorzugsweise Wasser und/oder Luft, und/oder einem Reinigungselement, insbesondere einem Reinigungsmolch oder einem Reinigungsball. Darüber hinaus kann die Reinigungseinheit eingerichtet sein, um mit der Düsenvorrichtung gekoppelte Leitungen und/oder Versorgungseinheiten zu reinigen.

Die Reinigungseinheit ist vorzugsweise eingerichtet, ein Fluid in druckluftführende Leitungen einzubringen, um das druckbeaufschlagte Fluid zu erzeugen. Die Düsenvorrichtung und die Reinigungseinheit sind insbesondere derart angeordnet und ausgebildet, dass das druckbeaufschlagte Fluid der Materialführung zugeführt wird. Das Reinigungselement ist insbesondere zur Reinigung, insbesondere zur mechanischen Reinigung, der Materialführung ausgebildet.

Das Reinigungselement ist vorzugsweise mit einem Fluid in die Materialführung einführbar. Es ist insbesondere bevorzugt, das nach dem Einführen des Reinigungselements in die Materialführung, die Materialführung mit einem Fluid, insbesondere Druckluft, ausgeblasen wird.

Es ist darüber hinaus bevorzugt, dass die Materialführung und/oder weitere Schläuche und/oder Leitungen Drucksensoren aufweisen, die eingerichtet sind, um Soll- mit Ist- Drücken zu vergleichen. Es ist daher bevorzugt, dass die im Folgenden noch näher erläuterte Steuerungsvorrichtung eingerichtet ist, dass diese Drucksignale der Drucksensoren empfängt und die Ist-Drücke mit Soll-Drücken vergleicht und bei einem Überschreiten einer vordefinierten Differenz zwischen Soll- und Ist-Druck ein eine Verstopfung charakterisierendes Verstopfungssignal erzeugt. Das Verstopfungssignal kann beispielsweise von der Reinigungseinheit empfangen werden und bewirkt vorzugsweise eine Auslösung eines Reinigungsvorgangs. Es ist darüber hinaus bevorzugt, dass die Düsenvorrichtung Volumen- und/oder Massestromsensoren aufweist, wobei die Steuerungsvorrichtung eingerichtet ist, Sollwerte eines Volumen- und/oder Massestroms mit Istwerten des Volumen- und/oder Massestroms zu vergleichen. Darüber hinaus ist es bevorzugt, dass die Düsenvorrichtung Füllstandssensoren zur Überwachung des Füllstands insbesondere innerhalb der Materialführung aufweisen. Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Düsenvorrichtung eingerichtet ist, um einen Reinigungszustand zu überwachen. Die Düsenvorrichtung weist vorzugsweise Zustandssensoren zur Überwachung des Reinigungszustands auf. ln einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der Düsenvorrichtung ist vorgesehen, dass diese eine Ausblaseinheit zum Reinigen der Düsenvorrichtung umfasst. Die Ausblaseinheit und die Düseneinheit sind vorzugsweise eingerichtet, das nicht von der Düseneinheit und/oder dem Düsenelement verwendbare Materialkomponenten von der Ausblaseinheit entsorgt werden. Nicht von der Düseneinheit und/oder dem Düsenelement verwendbare Materialkomponenten sind insbesondere grobe Materialkomponenten, die nicht durch das Düsenelement hindurchführbar sind. Die Ausblaseinheit weist vorzugsweise eine Ausblasöffnung auf. Die Ausblaseinheit kann beispielsweise ein Ausblasventil sein oder dieses umfassen, das ferner vorzugsweise quetschventilbasiert ausgebildet ist.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der Düsenvorrichtung ist vorgesehen, dass diese eine innerhalb der Materialführung wirkende Materialflusssteuereinheit zum Steuern eines Materialflusses des Materials umfasst. Die Materialflusssteuereinheit kann beispielsweise als ein Quetschventil ausgebildet sein. Die Materialflusssteuereinheit ist insbesondere angeordnet und ausgebildet, um den Materialfluss, insbesondere den Betonfluss, zu steuern, vorzugsweise einzuleiten und/oder zu unterbrechen. Durch die Integration einer Materialflusssteuereinheit in die Düsenvorrichtung wird der Materialfluss mit einer geringen Beabstandung zum Düsenelement gesteuert, insbesondere eingeleitet und/oder unterbrochen. Im Gegensatz zu bekannten Steuereinheiten in der Nähe einer Betonbereitstellungseinheit kann somit ein präziseres Starten und Stoppen des Materialflusses ermöglicht werden.

Darüber hinaus ist es bevorzugt, dass die Düsenvorrichtung einen innerhalb der Materialführung angeordneten Materialdrucksensor, insbesondere einen Betondrucksensor, aufweist. Der Materialdrucksensor ist zur Überwachung von Soll- und Ist-Drücken des Materials, insbesondere des Betons, angeordnet und ausgebildet, um vorzugsweise eine Düsenverschleißerkennung und/oder eine Verstopfungserkennung einzurichten.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der Düsenvorrichtung ist vorgesehen, dass diese eine Sensorikeinheit zur Geometriekorrektur umfasst. Die Sensorikeinheit kann beispielsweise mindestens ein Radarmodul umfassen oder als ein Radarmodul ausgebildet sein. Es ist insbesondere bevorzugt, dass die Sensorikeinheit zwei oder mehr Radarmodule aufweist. Das Radarmodul ist vorzugsweise eingerichtet, eine Beabstandung zwischen der Düsenvorrichtung und einer mit der Düsenvorrichtung aufgetragenen Materialschicht zu detektieren. Ein Radarmodul kann zur Detektion der Beabstandung zwischen der Düsenvorrichtung und der Materialschicht in vorteilhafter Weise eingesetzt werden, da ein Radarmodul keine freie Sicht zwischen Radarmodul und Materialschicht erfordert, wie es laser- oder kamerabasierte Systeme erfordern, beispielsweise solche, die auf Basis einer Triangulation oder des Time-of-Flight Prinzips funktionieren. Die Beabstandung betrifft vorzugsweise die Beabstandung zwischen dem Düsenelement, insbesondere einem Spritzende des Düsenelements, und einer Materialschicht.

Darüber hinaus ist es bevorzugt, dass die Sensorikeinheit mindestens eine Lasermesseinheit aufweist, die eingerichtet, eine Beabstandung zwischen der Düsenvorrichtung und einer mit der Düsenvorrichtung aufgetragenen Materialschicht zu detektieren. Es ist insbesondere bevorzugt, dass die Sensorikeinheit zwei oder mehr Lasermesseinheiten aufweist.

Darüber hinaus ist es bevorzugt, dass die Sensorikeinheit mindestens ein Profilsensormodul zur Erfassung von Abmessungen einer mit der Düseneinheit aufgetragenen Materialschicht umfasst oder als ein Profilsensormodul zur Erfassung von Abmessungen einer mit der Düseneinheit aufgetragenen Materialschicht ausgebildet ist. Es ist insbesondere bevorzugt, dass die Sensorikeinheit zwei oder mehr Profilsensormodule aufweist. Vorzugsweise umfasst die Düseneinheit die Sensorikeinheit, insbesondere das Radarmodul und/oder das Profilsensormodul, sodass diese nicht mit dem Düsenelement ausgetauscht wird. Ferner vorzugsweise wird bei der Bestimmung der Beabstandung und/oder der Abmessungen eine Längserstreckung des Düsenelements berücksichtigt.

Es ist insbesondere bevorzugt, dass ein mit der Düsenvorrichtung ausgestattetes Fertigungssystem ein Steuerungssystem umfasst, das eingerichtet ist, eine Materialschichthöhe durch Anpassen eines Düsenvorschubs bzw. einer Robotergeschwindigkeit und/oder eines Materialvolumenstroms zu steuern und/oder zu regeln, wobei insbesondere die von der Sensorikeinheit ermittelte Beabstandung zwischen der Düsenvorrichtung und der Materialschicht berücksichtigt wird. Der Materialvolumenstrom kann beispielsweise durch eine Anpassung einer Pumpleistung, insbesondere einer Betonpumpe, gesteuert bzw. geregelt werden. Alternativ oder ergänzend kann das Steuerungssystem auch Teil der Düsenvorrichtung und/oder des Materialauftragsystems sein. Es ist insbesondere bevorzugt, dass das Steuerungssystem die im Folgenden beschriebene Steuerungsvorrichtung umfasst.

Darüber hinaus ist es bevorzugt, dass das Steuerungssystem eingerichtet ist, um den Düsenvorschub in Abhängigkeit der durch die Sensorikeinheit erfassten Auftragshöhe der Materialschicht zur Kompensation von Ungenauigkeiten zwischen einer CAD- Bahnplanung und dem realen Auftragsprozess oder zur Kompensation von Ungenauigkeiten der Materialzuführung anzupassen.

Darüber hinaus kann es bevorzugt sein, dass das Steuerungssystem eingerichtet ist, um die Düsenposition in Abhängigkeit der durch die Sensorikeinheit erfassten Abmessung der Materialschicht anzupassen. Darüber hinaus kann das Steuerungssystem eingerichtet sein, um die Düsenposition in Abhängigkeit der durch die Sensorikeinheit erfassten Beabstandung von zwei nebeneinander liegenden Materialschichten anzupassen, um insbesondere Fehler bei einem flächigen Auftrag auszugleichen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der Düsenvorrichtung ist vorgesehen, dass diese eine Schwingungseinheit zur Einleitung von Schwingungen umfasst, die vorzugsweise eingerichtet ist, die Schwingungen in die Düseneinheit und/oder Düsenvorrichtung einzuleiten. Die Schwingungseinheit ist insbesondere zur Einleitung hochfrequenter Schwingungen ausgebildet. Die Schwingungseinheit kann beispielsweise Ultraschall emittieren und ist eine Ultraschalleinheit. Der Erfindung liegt unter anderem die Erkenntnis zugrunde, dass mit der Einleitung von Schwingungen, insbesondere von Ultraschallschwingungen, in das Düsenelement die Auftragsqualität, insbesondere die Sprühqualität, verbessert und somit ein homogenerer Materialauftrag ermöglicht und das Risiko eines Düsenstopfers reduziert wird.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der Düsenvorrichtung ist vorgesehen, dass diese eine Steuerungsvorrichtung umfasst. Die Steuerungsvorrichtung ist vorzugsweise angeordnet und ausgebildet, um ein einen Abstand zwischen dem Düsenelement und einer erzeugten Materialschicht charakterisierendes Abstandssignal von der Sensorikeinheit zu empfangen, und/oder ein eine Abmessung einer erzeugten Materialschicht charakterisierendes Größensignal von der Sensorikeinheit zu empfangen, und auf Grundlage des Abstandssignals und/oder des Größensignals ein Steuersignal zur Steuerung einer die Düsenvorrichtung führende Handhabungseinheit zu erzeugen.

Das Steuersignal ist insbesondere eingerichtet, um die Handhabungseinheit derart zu steuern, dass ein Vorschub des Düsenelements angepasst wird. Darüber hinaus kann das Steuersignal alternativ oder ergänzend die die Düsenvorrichtung führende Handhabungseinheit derart steuern, dass ein Abstand zwischen der Düsenvorrichtung, insbesondere des Düsenelements, und der zu erzeugenden bzw. der erzeugten Materialschicht angepasst wird.

Darüber hinaus kann es bevorzugt sein, dass die Steuerungsvorrichtung angeordnet und ausgebildet ist, um ein eine Materialkonsistenz des Materials charakterisierendes Konsistenzsignal zu empfangen und ein Konsistenzkorrektursignal zu erzeugen und zu senden. Mit dem Konsistenzkorrektursignal kann beispielsweise eine im Folgenden noch näher erläuterte Temperiereinheit gesteuert werden, da die Materialkonsistenz über die Temperatur der hinzugefügten Druckluft steuerbar ist.

Die Düsenvorrichtung umfasst vorzugsweise einen Konsistenzsensor. Der Konsistenzsensor kann beispielsweise als Viskositätssensor ausgebildet sein, um eine Viskosität des Materials zu detektieren und auf dieser Grundlage das Konsistenzsignal zu erzeugen. Die Viskosität als ein Merkmal der Konsistenz kann in vorteilhafterweise für die Ermittlung einer Konsistenz verwendet werden.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsvariante der Düsenvorrichtung sieht vor, dass die Steuerungsvorrichtung angeordnet und ausgebildet ist, um ein eine Verstopfung charakterisierendes Verstopfungssignal zu empfangen oder eine Verstopfung zu detektieren und mit einem Reinigungssignal eine Reinigung zu veranlassen, insbesondere mittels der Reinigungseinheit, und/oder ein Austauschsignal zu erzeugen, das eine Handhabungseinheit veranlasst, das Düsenelement auszutauschen. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass die Steuerungsvorrichtung angeordnet und ausgebildet ist, um eine massestromgeregelte unabhängige Druckluftzufuhr zu den im Folgenden noch näher erläuterten Materialverdüsungseinheiten zu steuern. Dadurch können konstante Strömungsverhältnisse in dem Düsenelement und infolgedessen eine konstante Auftrags- insbesondere Sprühqualität ermöglicht werden. Darüber hinaus kann dies auch bei teilweise verstopfter Verdüsung ermöglicht werden. Ergänzend oder alternativ kann die unabhängige Druckluftzufuhr auch volumenstromgeregelt sein.

Darüber hinaus kann die Steuerungsvorrichtung angeordnet und ausgebildet sein, einen Materialauftrag durch Ansteuerung der Materialflusssteuereinheit einzuleiten und/oder zu beendigen.

Darüber hinaus ist es bevorzugt, dass die Steuerungsvorrichtung angeordnet und ausgebildet ist, ein Verschleißsignal zu empfangen und/oder zu erzeugen und auf Grundlage des Verschleißsignals ein Austauschsignal zu erzeugen, das eine Handhabungseinheit veranlasst, das Düsenelement auszutauschen. Das Verschleißsignal kann beispielsweise auf Grundlage eines Vergleichs von Soll-Drücken zu Ist-Drücken erzeugt werden. Die Steuerungsvorrichtung kann angeordnet und ausgebildet sein, das Verschleißsignal auf Grundlage eines Vergleichs von Soll-Drücken zu Ist-Drücken zu erzeugen. Darüber hinaus ist es bevorzugt, dass die Steuerungsvorrichtung angeordnet und ausgebildet ist, eine Verstopfung präventiv zu detektieren und mit einem Reinigungssignal eine Reinigung zu veranlassen, insbesondere mittels der Reinigungseinheit, und/oder ein Austauschsignal zu erzeugen, das eine Handhabungseinheit veranlasst, das Düsenelement auszutauschen. Die Steuerungsvorrichtung kann eingerichtet sein, um bei konstantem Druckluftvolumenstrom einen Druck der Druckluft zu erfassen und bei Überschreiten eines Druckluftschwellwertes eine Verstopfung präventiv zu detektieren.

Darüber hinaus ist es bevorzugt, dass die Steuerungsvorrichtung angeordnet und ausgebildet ist, eine volumenstromgeregelte Beschleunigerzufuhr zu steuern, um Änderungen einer dosierten Beschleunigermenge durch Verschleiß an Pumpen oder schwankende Druckverhältnisse zu kompensieren. Darüber hinaus ist es bevorzugt, dass die Steuerungsvorrichtung eine Beschleunigerzugabemenge in Abhängigkeit einer dosierten Zementmenge des Betons steuert, um ein definiertes Verhältnis von Zementmenge zu Beschleunigermenge zu erzielen. Außerdem kann die Steuerungsvorrichtung angeordnet und ausgebildet sein, um das Verhältnis von Zementmenge zu Beschleunigermenge im Auftragsprozess in Abhängigkeit einer vordefinierten Materialfestigkeit zu steuern, welche das Verhältnis von Beschleuniger zu Zement vorgibt, um insbesondere den Auftragsprozess an Bauteilanforderungen anzupassen.

Ferner kann die Steuerungsvorrichtung angeordnet und ausgebildet sein, um das Verhältnis von Zementmenge zu Beschleunigermenge im Auftragsprozess in Abhängigkeit der durch einen Viskositätssensor erfassten Materialviskosität des Betons in dem Düsenelement zu steuern, um eine schwankende Betonviskosität auszugleichen. Darüber hinaus kann die Steuerungsvorrichtung angeordnet und ausgebildet sein, um die Materialauftragstemperatur durch Zugabe von Druckluft mit einer vordefinierten Temperatur anzupassen, insbesondere durch Ansteuerung einer Temperiereinheit. Die Druckluft ist insbesondere temperiert.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der Düsenvorrichtung ist vorgesehen, dass diese eine erste Materialverdüsungseinheit umfasst, die angeordnet und ausgebildet ist, um das Material mit Luft zu vermischen und/oder zu zerstäuben. Die erste Materialverdüsungseinheit ist insbesondere als eine erste Betonverdüsungseinheit ausgebildet. Darüber hinaus kann die Düsenvorrichtung eine zweite Materialverdüsungseinheit, insbesondere eine zweite Betonverdüsungseinheit, umfassen, die angeordnet und ausgebildet ist, das Material mit Luft und einem Beschleuniger zu vermischen und/oder zu zerstäuben. Es ist darüber hinaus bevorzugt, dass das Düsenelement die erste Materialverdüsungseinheit und/oder die zweite Materialverdüsungseinheit umfasst. Die Materialverdüsungseinheiten können beispielsweise eine Kammer umfassen, die angeordnet und ausgebildet ist, dass das Material durch diese hindurchtritt, beispielsweise mit einer geraden Durchtrittsrichtung. Es ist ferner bevorzugt, dass die Materialverdüsungseinheiten Anschlüsse für Druckluft und/oder den Beschleuniger aufweisen, so dass die Druckluft und/oder der Beschleuniger in die im Vorherigen genannten Kammern einleitbar ist bzw. sind. Dadurch wird ermöglicht, dass in den Materialverdüsungseinheiten das Material mit Luft bzw. mit Luft und dem Beschleuniger vermischt und/oder zerstäubt werden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der Düsenvorrichtung ist vorgesehen, dass diese einen ersten Drucklufteingang umfasst, der vorzugsweise mit einem ersten Drucksensor gekoppelt ist. Darüber hinaus kann die Düsenvorrichtung einen zweiten Drucklufteingang umfassen, der vorzugsweise mit einem zweiten Drucksensor gekoppelt ist. Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass der erste Drucklufteingang und/oder der erste Drucksensor mit der ersten Materialverdüsungseinheit und/oder der zweite Drucklufteingang und/oder der zweite Drucksensor mit der zweiten Materialverdüsungseinheit gekoppelt ist bzw. sind, insbesondere mittels einer ersten Druckluftleitung und/oder einer zweiten Druckluftleitung.

Durch die separate Bereitstellung von Druckluft für die erste Materialverdüsungseinheit und die zweite Materialverdüsungseinheit wird ermöglicht, dass der ersten Materialverdüsungseinheit und der zweiten Materialverdüsungseinheit Druckluft mit unterschiedlichen Parametern, insbesondere mit unterschiedlichen Drücken oder Massenströmen, bereitgestellt werden kann. Dadurch werden konstante Strömungsverhältnisse in dem Düsenelement und infolgedessen eine konstante Auftragsqualität bzw. Sprühqualität auch bei teilweise verstopfter Verdüsung ermöglicht. Darüber hinaus wird durch das Verdüsen des Betons in zwei Stufen, also insbesondere in der ersten Materialverdüsungseinheit und in der zweiten Materialverdüsungseinheit, die Vermischung von Beschleuniger und Beton gegenüber einer einstufigen Verdüsung verbessert.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsvariante der Düsenvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass diese eine Zweistoffdüse zur Zerstäubung des Beschleunigers mit Druckluft umfasst. Die Zweistoffdüse ist vorzugsweise mit einem Drucklufteinlass und einem Beschleunigereinlass fluidisch gekoppelt, mittels derer eine Druckluft und ein Beschleuniger zur Zweistoffdüse leitbar sind. Dieser Drucklufteinlass ist vorzugsweise mit einem Druckregler gekoppelt, der von einer Druckluftleitung, die vorzugsweise zu einer der Materialverdüsungseinheiten führt, eine Druckluft abzapft.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der Düsenvorrichtung ist vorgesehen, dass diese eine Räumeinheit umfasst, insbesondere ein Nadelventil, das angeordnet und ausgebildet ist, die Zweistoffdüse durch Räumen von Material zu reinigen, wobei vorzugsweise die Räumeinheit eine Räumnadel zur Bewegung in die Zweistoffdüse umfasst. Darüber hinaus ist es bevorzugt, dass die Zweistoffdüse in Stromrichtung des Beschleunigers vor der ersten Materialverdüsungseinheit und/oder vor der zweiten Materialverdüsungseinheit angeordnet ist. Dadurch wird ermöglicht, dass der ersten und/oder zweiten Materialverdüsungseinheit ein zerstäubter Beschleuniger zur Verfügung gestellt wird. Dadurch wird ein verbessertes Untermischen des Beschleunigers in das Material bzw. in den Beton gewährleistet und die Wirksamkeit des Beschleunigers wird weiter verbessert.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der Düsenvorrichtung ist vorgesehen, dass diese einen Temperatursensor zur Ermittlung der Temperatur des Materials umfasst, wobei vorzugsweise die Materialführung den Temperatursensor umfasst. Darüber hinaus ist es bevorzugt, dass die Düsenvorrichtung eine Temperiereinheit zur Temperierung des Materials, insbesondere durch Erwärmen und/oder Kühlen einer dem Material zuzuführenden Druckluft umfasst. Die erwärmte und/oder gekühlte Druckluft kann beispielsweise dem Material innerhalb der ersten Materialverdüsungseinheit und/oder innerhalb der zweiten Materialverdüsungseinheit bereitgestellt werden. Es ist insbesondere bevorzugt, dass der Temperatursensor mit der Temperiereinheit gekoppelt ist und ein die Temperatur des Materials charakterisierendes Temperatursignal des Temperatursensors bereitstellt, und die Temperiereinheit eingerichtet ist, auf Grundlage des Temperatursignals die Temperatur des Materials und/oder der Druckluft einzustellen.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird die eingangs genannte Aufgabe gelöst durch ein Materialauftragsystem zum Herstellen eines dreidimensionalen Bauteils aus einem Material, insbesondere eines Spritzbetonbauteils aus Beton, insbesondere für ein Spritzbetonverfahren, umfassend eine Düsenvorrichtung, insbesondere eine Düsenvorrichtung nach einer der im Vorherigen beschriebenen Ausführungsvarianten, wobei die Düsenvorrichtung mit einer Materialbereitstellungseinheit, insbesondere einer Betonbereitstellungseinheit, derart gekoppelt ist, dass für eine bzw. die Düseneinheit Material, insbesondere Beton, bereitstellbar ist. Das Materialauftragsystem ist insbesondere eingerichtet, um das Material mittels eines von der Düseneinheit umfassten Düsenelements zu spritzen. Die Materialbereitstellungseinheit ist ferner vorzugsweise eingerichtet, um Material druck- und/oder volumenstromgeregelt bereitzustellen.

Eine bevorzugte Ausführungsvariante des Materialauftragsystems zeichnet sich dadurch aus, dass dieses eine Reinigungsvorrichtung umfasst. Die Reinigungsvorrichtung ist insbesondere mit einem Reinigungsabschnitt in das Düsenelement hineinführbar ausgebildet, insbesondere von einem distalen Ende bzw. Spritzende des Düsenelements ausgehend. Die Reinigungsvorrichtung ist eingerichtet, um Verstopfungen durch mechanische Einwirkung und/oder durch Einbringen eines Fluids zu lösen bzw. zu beseitigen. Die Reinigungsvorrichtung, insbesondere der Reinigungsabschnitt, umfasst vorzugsweise einen Fluidkanal mit einem Reinigungsauslass, der in das Düsenelement hineinführbar ist.

Ferner vorzugsweise weist der Reinigungsabschnitt eine stabförmige Geometrie auf, wobei die Außenabmessungen des Reinigungsabschnitts zur Einführung in das Düsenelement korrespondierend zu den Innenabmessungen des Düsenelements ausgebildet sind. Die Außenabmessungen des Reinigungsabschnitts sind vorzugsweise geringer als die Innenabmessungen des Düsenelements, wobei vorzugsweise ein Größenverhältnis aus einer der Innenabmessungen zu einer der Außenabmessungen weniger als 95%, weniger als 90%, weniger als 80% oder weniger als 50% beträgt. Ferner ist es bevorzugt, dass das Größenverhältnis größer als 10%, größer als 20% oder größer als 30% beträgt. Die Reinigungsvorrichtung, insbesondere der Reinigungsabschnitt, ist vorzugsweise als eine fluidführende Reinigungslanze ausgebildet oder umfasst diese.

Die Reinigungsvorrichtung kann ortsfest angeordnet sein, sodass das Düsenelement zur Reinigungsvorrichtung bewegt wird, um eine Reinigung durchzuführen. Das Düsenelement kann beispielsweise derart zur Reinigungsvorrichtung bewegt werden, dass eine Öffnungsachse des Düsenelements und eine Reinigungsachse des Reinigungsabschnitts im Wesentlichen koaxial ausgerichtet sind. Anschließend kann eine axiale Bewegung des Düsenelements in Richtung der Reinigungsvorrichtung durchgeführt werden, um den Reinigungsabschnitt in das Düsenelement einzuführen, sodass eine mechanische Reinigung erfolgt. Darüber hinaus kann ein Fluidstrom aus dem Reinigungsauslass bewirkt werden, sodass das Düsenelement fluidisch gereinigt wird.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante des Materialauftragsystems ist vorgesehen, dass dieses eine Düsenelementablage für Düsenelemente aufweist. Die Düsenelementablage dient zur Ablage der sich nicht im Einsatz befindlichen Düsenelemente. Darüber hinaus ist es bevorzugt, dass das Materialauftragsystem eine erste Fluidbereitstellungseinheit umfasst, insbesondere eine Druckluftbereitstellungseinheit, die mit der Düsenvorrichtung derart gekoppelt ist, dass der Düsenvorrichtung ein erstes Fluid, vorzugsweise Luft, insbesondere Druckluft, bereitstellbar ist.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante des Materialauftragsystems ist vorgesehen, dass die erste Fluidbereitstellungseinheit mit der Materialbereitstellungseinheit, insbesondere mit einer Materialzuleitung zwischen der Materialbereitstellungseinheit und der Düsenvorrichtung, gekoppelt ist. Es ist insbesondere bevorzugt, dass zwischen der ersten Fluidbereitstellungseinheit und der Materialbereitstellungseinheit, insbesondere der Materialzuleitung, ein Druckluftventil angeordnet ist, um einen ersten Fluidstrom zu der Materialbereitstellungseinheit zu steuern. Es ist bevorzugt, dass das Materialauftragsystem einen, zwei oder mehrere Fluidstromregler aufweist, der bzw. die zur Massenstrom- und/oder Volumenstromregelung des Fluidstroms und/oder weiterer Fluidströme ausgebildet ist oder sind.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsvariante des Materialauftragsystems zeichnet sich dadurch aus, dass dieses eine Zusatzmittelbereitstellungseinheit umfasst, insbesondere eine Beschleunigerbereitstellungseinheit, die mit der Düsenvorrichtung derart gekoppelt ist, dass ein Zusatzmittel, insbesondere ein Beschleuniger, dem Material, insbesondere dem Beton, zuführbar ist, insbesondere innerhalb der Düsenvorrichtung. Die Zusatzmittelbereitstellungseinheit ist insbesondere derart eingerichtet, dass eine volumenstromgeregelte Zusatzmittelzufuhr, insbesondere Beschleunigerzufuhr, erfolgt. Die Zusatzmittelbereitstellungseinheit umfasst vorzugsweise eine pulsationsarme Schneckenpumpe zum Dosieren des Zusatzmittels, insbesondere des Beschleunigers.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsvariante des Materialauftragsystems umfasst eine zweite Fluidbereitstellungseinheit, insbesondere eine Wasserbereitstellungseinheit, die mit der Düseneinheit, der Düsenvorrichtung, der Materialbereitstellungseinheit, der ersten Fluidbereitstellungseinheit und/oder der Zusatzmittelbereitstellungseinheit gekoppelt ist, insbesondere fluidisch gekoppelt ist, um diesen ein zweites Fluid, insbesondere Wasser, bereitzustellen. Das zweite Fluid kann beispielsweise auch von der Reinigungseinheit und/oder der Reinigungsvorrichtung zur Reinigung der Düsenvorrichtung verwendet werden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante des Materialauftragsystems ist vorgesehen, dass eine bzw. die Steuerungsvorrichtung eine Speichereinheit umfasst, in der ein Materialmodell hinterlegt ist, welches Zusammenhänge zwischen Geometrie, insbesondere Materialschichthöhe, Materialschichtbreite und Materialschichtform, und/oder Materialkonsistenz der aufgetragenen Materialschicht in Abhängigkeit von Prozessparametern, insbesondere Drücken, Volumenströmen, Düsenabständen und/oder Vorschubgeschwindigkeiten, abbildet, um im laufenden Prozess die Prozess para meter definiert derart anzupassen, dass sich kontinuierlich änderbare Geometrien der aufgetragenen Materialschicht oder Materialeigenschaften ergeben.

Darüber hinaus kann es bevorzugt sein, dass die Steuerungsvorrichtung eingerichtet ist, ein im Vorherigen beschriebenes Materialmodell automatisiert zu erzeugen, indem die Prozessparameter automatisiert angepasst und die resultierende Geometrie und Materialkonsistenz automatisch erfasst werden. Es ist insbesondere bevorzugt, dass bei der Erzeugung des Materialmodells Verfahren zum maschinellen Lernen, beispielsweise neuronale Netze, eingesetzt werden.

Darüber hinaus kann es bevorzugt sein, dass die Steuerungsvorrichtung eingerichtet ist, eine Bewegung des Düsenelements derart zu steuern und/oder zu regeln, dass die Reinigungsvorrichtung mit dem Reinigungsabschnitt in das Düsenelement eingeführt wird. Es ist ferner bevorzugt, dass die Steuerungsvorrichtung einen Fluidstrom durch die Reinigungsvorrichtung in das Düsenelement steuert. Der Fluidstrom wird vorzugsweise von einer Fluidpumpe bereitgestellt.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird die eingangs genannte Aufgabe, gelöst durch ein Fertigungssystem, umfassend ein Materialauftragsystem nach einer der im Vorherigen beschriebenen Ausführungsvarianten und/oder eine Düsenvorrichtung nach einer der im Vorherigen beschriebenen Ausführungsvarianten, und eine erste Handhabungseinheit zur Bewegung der Düsenvorrichtung, um ein Material, insbesondere Beton, aufzutragen, insbesondere aufzuspritzen, und/oder eine zweite Handhabungseinheit zur Handhabung des Düsenelements, insbesondere zum Austausch des Düsenelements.

Die erste Handhabungseinheit und/oder die zweite Handhabungseinheit kann bzw. können beispielsweise als ein Roboter, insbesondere als ein Knickarmroboter ausgebildet sein. Die zweite Handhabungseinheit kann darüber hinaus als mechanische Halterung ausgebildet sein oder diese umfassen.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird die eingangs genannte Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Bauteils aus einem Material, insbesondere eines Spritzbetonbauteils aus Beton, umfassend den Schritt: Aufträgen, insbesondere Spritzen, des Materials, insbesondere des Betons, mit einem an einer Düseneinheit angeordneten ersten Düsenelement. Es ist bevorzugt, dass das Düsenelement austauschbar an der Düseneinheit angeordnet ist und das Verfahren die Schritte umfasst: Entnahme des ersten Düsenelements und Anordnen eines zweiten Düsenelements, und Aufträgen, insbesondere Spritzen, des Materials, insbesondere des Betons, mit dem an der Düseneinheit austauschbar angeordneten zweiten Düsenelement.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante des Verfahrens ist vorgesehen, dass dieses den Schritt umfasst: Reinigen des ersten Düsenelements und/oder des zweiten Düsenelements während dieses bzw. diese an der Düseneinheit angeordnet ist bzw. sind und/oder während dieses bzw. diese in einer Düsenelementablage gelagert ist bzw. sind. Ferner kann das Verfahren den Schritt umfassen: Reinigen der Düseneinheit.

Das Reinigen erfolgt vorzugsweise mit einem Fluid und/oder mit einem Reinigungselement. Darüber hinaus ist es bevorzugt, dass das Reinigen in vordefinierten Reinigungszyklen und/oder bei Erkennen einer Verstopfung erfolgt.

Darüber hinaus ist es bevorzugt, dass das Verfahren den Schritt umfasst: Detektieren einer Beabstandung zwischen der Düseneinheit und einer mit der Düseneinheit aufgetragenen Materialschicht, und/oder Erfassung von Abmessungen der mit der Düseneinheit aufgetragenen Materialschicht.

Darüber hinaus kann es bevorzugt sein, dass das Verfahren den Schritt umfasst: Automatische Zugabe von Schmiermitteln und/oder einer Zementschlemme in das Materialauftragsystem beim Starten der Anlage, um eine Pumpbarkeit des Betons zu gewährleisten. Darüber hinaus kann das Verfahren den Schritt umfassen: druckbasierte Detektion des Schmiermittels im Materialauftragsystem, um dieses so lange zu pumpen, bis die erste Betoncharge die Düsenvorrichtung erreicht. Darüber hinaus kann eine Detektion des Schmiermittels durch konduktive oder andere Grenzstandsensorik erfolgen. Es kann ferner bevorzugt sein, dass die oder eine Grenzstandsensorik zur Detektion des Betons und/oder des Reinigungszustandes in der Materialführung eingesetzt wird.

Darüber hinaus kann das Verfahren den Schritt umfassen: Öffnen eines Beton- und/oder eines Beschleunigerventils beim Starten der Düsenvorrichtung nach Erreichen eines definierten Soll-Drucks, um eine Beschleunigerwirkung sicherzustellen und/oder sodass der Beschleunigeranteil einen Schwellwert nicht überschreitet, ab dem beispielsweise die Materialführung oder das Düsenelement verstopft. Darüber hinaus kann das Verfahren den Schritt umfassen: sequenzgesteuerter Düsenelementstart, bei dem der Beschleuniger erst nach einer vordefinierten Zeit und nach der Hinzugabe von Beton und Druckluft hinzugegeben wird, um Düsenstopfer zu verhindern. Hierdurch wird beim Starten des Verfahrens vermieden, dass der Beschleuniger den Beton innerhalb des Düsenelements und/oder der Düseneinheit erstarren lässt und das Düsenelement unbrauchbar wird.

Darüber hinaus kann das Verfahren den Schritt umfassen: sequenzgesteuerter Düsenelementstopp, bei dem die Beschleunigerzugabe beendet wird und nach einer vordefinierten Zeit nach Beendigung der Beschleunigerzugabe die Hinzugabe von Beton und Druckluft beendet wird. Der sequenzgesteuerte Düsenelementstopp hat den Vorteil, dass sich beim Beenden des Verfahrens kein oder wenig Beschleuniger in dem Düsenelement und/oder der Düseneinheit befindet und somit ein zügiges Erstarren von Beton vermieden wird.

Das Verfahren und seine möglichen Fortbildungen weisen Merkmale bzw. Verfahrensschritte auf, die sie insbesondere dafür geeignet machen, für eine Düsenvorrichtung und/oder ein Materialauftragsystem und/oder ein Fertigungssystem und ihre Fortbildungen verwendet zu werden. Für weitere Vorteile, Ausführungsvarianten und Ausführungsdetails der weiteren Aspekte und ihrer möglichen Fortbildungen wird auch auf die zuvor erfolgte Beschreibung zu den entsprechenden Merkmalen und Fortbildungen der Düsenvorrichtung verwiesen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden exemplarisch anhand der beiliegenden Figuren erläutert. Es zeigen:

Figur 1 : eine schematische, zweidimensionale Ansicht einer beispielhaften

Ausführungsform eines Materialauftragsystems;

Figur 2: eine schematische, zweidimensionale Detailansicht einer beispielhaften Ausführungsform einer Düsenvorrichtung;

Figur 3: eine weitere schematische, zweidimensionale Detailansicht einer beispielhaften Ausführungsform einer Düsenvorrichtung;

Figur 4: eine schematische, zweidimensionale Ansicht einer beispielhaften

Ausführungsform eines Fertigungssystems; und

Figur 5: ein schematisches Verfahren.

In den Figuren sind gleiche oder im Wesentlichen funktionsgleiche bzw. -ähnliche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

Figur 1 zeigt ein Materialauftragsystem 1. Das Materialauftragsystem 1 umfasst eine

Düsenvorrichtung 100, eine Betonbereitstellungseinheit 2, eine erste Fluidbereitstellungseinheit, die als Druckluftbereitstellungseinheit 14 ausgebildet ist, eine Beschleunigerbereitstellungseinheit 28 und eine zweite Fluidbereitstellungseinheit, die als Wasserbereitstellungseinheit 34 ausgebildet ist. Die Betonbereitstellungseinheit 2, die Druckluftbereitstellungseinheit 14 und die Beschleunigerbereitstellungseinheit 28 sind mittels Leitungen mit der Düsenvorrichtung 100 verbunden, insbesondere fluidisch gekoppelt.

Die Betonbereitstellungseinheit 2 ist mit der Materialleitung 10 mit der Düsenvorrichtung 100 fluidisch gekoppelt. Innerhalb der Materialleitung 10 wirkt ein erster Betondrucksensor 6 und ein Betonvolumenstromsensor 8. Darüber hinaus ist die Betonbereitstellungseinheit 2 mit einer Abwassereinheit 4 gekoppelt, wobei die Abwassereinheit 4 ein Quetschventil aufweist.

Die Druckluftbereitstellungseinheit 14 ist mittels Druckluftleitungen mit der Düsenvorrichtung 100 gekoppelt, wobei zwei Druckluftleitungen von der Druckluftbereitstellungseinheit 14 zur Düsenvorrichtung 100 führen. Eine erste Druckluftleitung umfasst eine erste Temperiereinheit 16 und einen ersten Massenstromregler 18. Mittels der ersten Temperiereinheit 16 kann die Temperatur der zur Verfügung gestellten Druckluft geregelt bzw. eingestellt werden. Mittels des ersten Massenstromreglers 18 kann ein Massenstrom der zur Verfügung gestellten Druckluft eingestellt werden.

Eine zweite Druckluftleitung umfasst analog zur ersten Druckluftleitung eine zweite Temperiereinheit 20 und einen zweiten Massenstromregler 22. Zwischen dem zweiten Massenstromregler 22 und der Düsenvorrichtung 100 ist ferner ein Druckregler 24 zur Entnahme einer druckgeregelten Druckluft vorgesehen, wobei die abgehende Leitung ebenfalls in die Düsenvorrichtung 100 führt und insbesondere fluidisch mit der Zweistoffdüse 149 zur Zerstäubung des Beschleunigers gekoppelt ist. Darüber hinaus ist eine fluidische Verbindung zwischen der Druckluftbereitstellungseinheit 14 und der Materialleitung 10 über ein Druckluftventil 12 und zwischen der Druckluftbereitstellungseinheit 14 und der Beschleunigerbereitstellungseinheit 28 mittels eines Druckluftventils 26 einrichtbar, wobei die Druckluft verwendet werden kann, um die Leitungen mit Druckluft zu reinigen.

Die Beschleunigerbereitstellungseinheit 28 ist ebenfalls über eine Leitung mit der Düsenvorrichtung 100 gekoppelt. Innerhalb dieser Leitung ist ein Beschleunigerdrucksensor 30 sowie ein Beschleunigervolumenstromsensor 32 vorgesehen. Die Wasserbereitstellungseinheit 34 ist mit der Betonbereitstellungseinheit 2 und der Beschleunigerbereitstellungseinheit 28 fluidisch gekoppelt, um eine Reinigung der Leitungen mit Wasser zu ermöglichen. Hierfür sind die Wasserventile 36 - 40 vorgesehen. Das Materialauftragsystem 1 umfasst ferner eine Reinigungsvorrichtung 46 mit einer Reinigungslanze 110. Die Reinigungslanze 110 ist mit einem Reinigungsabschnitt in das Düsenelement einführbar. Darüber hinaus geht von der Wasserbereitstellungseinheit 34 eine Hochdruckleitung 42 ab, mittels derer in Kombination mit der Reinigungslanze 110 und einer Hochdruckpumpe 44 ein Düsenelement 106 gereinigt werden kann. Die Wasserbereitstellungseinheit 34 kann beispielsweise ein Fluid bereitstellen, das aus einer Reinigungsöffnung der Reinigungslanze 1 10 austritt.

Ferner umfasst die Düsenvorrichtung 100 eine Reinigungseinheit 160, die eingerichtet ist, um die Düseneinheit 101 und/oder das Düsenelement 106 zu reinigen, insbesondere mit einem druckbeaufschlagten Fluid, vorzugsweise Wasser, und/oder einem Reinigungselement, insbesondere einem Reinigungsmolch.

Die Figuren 2 und 3 zeigen eine Detailansicht der Düsenvorrichtung 100. Beton gelangt über die Materialleitung 10 zu dem Materialeinlass 104. Der Materialeinlass 104 ist mit einer Materialführung 102 gekoppelt, die sich insbesondere von dem Materialeinlass 104 hin zu dem Düsenelement 106 erstreckt. Stromabwärts von dem Materialeinlass 104 ist ein Viskositätssensor 158 angeordnet, der eingerichtet ist, die Konsistenz, insbesondere die Viskosität, des Materials, hier des Betons, zu messen. Ferner umfasst die Düsenvorrichtung 100 einen ersten Drucklufteinlass 136 mit einem ersten Drucksensor 138 und einen zweiten Drucklufteinlass 140 mit einem zweiten Drucksensor 142. Darüber hinaus umfasst die Düsenvorrichtung 100 einen dritten Drucklufteinlass 144 für die am Druckregler 24 abgezapfte Druckluft, der mit der Zweistoffdüse 149 fluidisch gekoppelt ist. Ferner umfasst die Düsenvorrichtung 100 einen Beschleunigereinlass 146 mit einem Beschleunigerdrucksensor 148, der mit der Zweistoffdüse 149 fluidisch gekoppelt ist. In der Zweistoffdüse 149 wird der Beschleuniger mit der zugeführten Druckluft zerstäubt.

Die Materialführung 102 ist derart eingerichtet, dass das Material, insbesondere der Beton, von dem Materialeinlass 104 bis zum Düsenelement 106 verbringbar ist. Innerhalb der Materialführung 102 ist ferner ein zweiter Betondrucksensor 152 sowie eine Materialflusssteuereinheit 154 vorgesehen, die als Betonventil wirken kann. Durch die Ansteuerung der Materialflusssteuereinheit 154 kann ein Betonfluss gestartet oder gestoppt werden.

Flussabwärts von der Materialflusssteuereinheit 154 ist ein Temperatursensor 134 vorgesehen. Der Temperatursensor 134 sendet vorzugsweise ein Temperatursignal an eine Steuerungsvorrichtung 156, die wiederum die erste Temperiereinheit 16 und/oder die zweite Temperiereinheit 20 ansteuert, um eine Temperatur des Betons zu regeln. Weiter flussabwärts gelangt der Beton in das Düsenelement 106, das eine erste Betonverdüsungseinheit 114 und eine zweite Betonverdüsungseinheit 1 18 aufweist. In der ersten Betonverdüsungseinheit 114 wird der Beton mit einer Druckluft vermischt. Die Druckluft wird der ersten Betonverdüsungseinheit 1 14 mittels einer Druckluftzuleitung 116, die mit einem der Drucklufteinlässe 136, 140 gekoppelt ist, zur Verfügung gestellt. In der zweiten Betonverdüsungseinheit 118 wird der Beton zusätzlich mit weiterer Druckluft und einem zerstäubten Beschleuniger vermengt. Die Druckluft und der zerstäubte Beschleuniger werden der zweiten Betonverdüsungseinheit 1 18 mittels der Druckluft- und Beschleunigerzuleitung 120 zur Verfügung gestellt. Die Druckluft für die zweite Betonverdüsungseinheit wird vorzugsweise bei dem Drucklufteinlass 136, 140 bereitgestellt, der nicht mit der ersten Betonverdüsungseinheit 114 fluidisch gekoppelt ist. Druckluft- und Beschleunigerzuleitung 120 ist ferner mit der Zweistoffdüse 149 fluidisch gekoppelt.

Zur Reinigung der Düsenvorrichtung 100 ist diese mit einer Ausblaseinheit 130 mit einer Ausblasung 132, beispielsweise einer Ausblasöffnung, versehen.

Die Düsenvorrichtung 100 umfasst darüber hinaus eine Sensorikeinheit 122. Die Sensorikeinheit 122 umfasst ein Radarmodul 124 und ein Profilsensormodul 126. Das Radarmodul 124 ist vorzugsweise eingerichtet, eine Beabstandung zwischen der Düsenvorrichtung 100 und einer mit der Düsenvorrichtung 100 aufgetragenen Materialschicht zu detektieren. Das Profilsensormodul 126 ist insbesondere eingerichtet, um Abmessungen einer mit der Düsenvorrichtung 100 aufgetragenen Materialschicht zu erfassen.

Die Düsenvorrichtung 100 umfasst darüber hinaus eine Düsenelementschnittstelle 128, die angeordnet und ausgebildet ist, eine Verbindung der Düseneinheit 101 mit dem Düsenelement 106 auszubilden.

Das Düsenelement 106 erstreckt sich vorzugsweise von dem distalen Spritzende 112 hin zu einem proximalen Materialeinlassende. Von dem Materialeinlassende hin zu dem Spritzende 112 erstreckt sich vorzugsweise ein Hohlraum. Innerhalb des Hohlraums kann Beton vom Materialeinlassende hin zum Spritzende 1 12 gelangen. Das Materialeinlassende ist im bestimmungsgemäßen Betrieb der Düseneinheit 101 zugewandt. Das Spritzende 112 ist im bestimmungsgemäßen Betrieb der Düseneinheit 101 abgewandt. Der Querschnitt des Düsenelements angrenzend an das Spritzende 112 kann beispielsweise eine Abmessung von 3 mm bis 48 mm aufweisen. Das Düsenelement 106 ist austauschbar an der Düseneinheit 101 angeordnet. Die Düsenelementschnittstelle 120 ist derart eingerichtet, dass das Düsenelement 106 automatisiert von der Düseneinheit 101 entnehmbar und wieder an der Düseneinheit 101 anordenbar ist.

Die Düsenvorrichtung 100 umfasst darüber hinaus eine Ultraschalleinheit 150. Die Ultraschalleinheit 150 ist eingerichtet, um Schwingungen in die Düseneinheit 101 und/oder Düsenvorrichtung 100 und/oder in das Düsenelement 106 einzuleiten. Die Ultraschallschwingungen verbessern die Sprühqualität.

Figur 4 zeigt ein Fertigungssystem 200 mit einer ersten Handhabungseinheit 202 und einer zweiten Handhabungseinheit 204. An der ersten Handhabungseinheit 202 ist ein Materialauftragsystem 1 angeordnet. Es ist insbesondere bevorzugt, dass lediglich die Düsenvorrichtung 100 von der ersten Handhabungseinheit bewegt wird und die weiteren Komponenten des Materialauftragsystems 1 statisch angeordnet und beispielsweise mittels elastischer Leitungen mit der Düsenvorrichtung 100 gekoppelt sind. Die zweite Handhabungseinheit 204 des Fertigungssystems 200 ist insbesondere angeordnet und ausgebildet, um das Düsenelement 106 von der Düseneinheit 101 zu entnehmen und ein zweites Düsenelement 108 an der Düseneinheit 101 anzuordnen.

Mit dem Materialauftragsystem 1 und/oder mit dem Fertigungssystem 200 und/oder mit der Düsenvorrichtung 100 kann ein Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Bauteils aus einem Material, insbesondere eines Spritzbetonbauteils aus Beton, in vorteilhafter Weise realisiert werden. Insbesondere ermöglichen diese Komponenten einen vollautomatischen Prozess mit selbstständiger Fehlerbehandlung, die den manuellen Aufwand reduziert und somit von lediglich einer Person bedient werden kann. Darüber hinaus reduziert das Fertigungssystem 200, das Materialauftragsystem 1 und/oder die Düsenvorrichtung 100 den Ausschuss und die Nacharbeit aufgrund einer höheren Prozessqualität.

Ferner wird eine höhere Genauigkeit zwischen CAD-Planung und Produktionsprozess ermöglicht, die die Entwicklungsaufwände für neue Bauteile reduziert. Darüber hinaus ist das Fertigungssystem 200, das Materialauftragsystem 1 und/oder die Düsenvorrichtung 100 flexibel einsetzbar, da das System durch die Temperaturkompensation in kalten und auch in heißen Regionen verwendbar ist. Darüber hinaus ermöglicht das Fertigungssystem 200, das Materialauftragsystem 1 und die Düsenvorrichtung 100 neue Anwendungsfälle für das Herstellen von dreidimensionalen Betonbauteilen, nämlich durch die Anpassung der Auftragsgeometrie während des laufenden Prozesses. Figur 5 zeigt ein Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Bauteils aus einem Material, insbesondere eines Spritzbetonbauteils aus Beton. In Schritt 300 wird ein Material aufgetragen, insbesondere gespritzt, das beispielsweise Beton sein kann. Das Aufträgen erfolgt mit einem an einer Düseneinheit 101 austauschbar angeordneten ersten Düsenelement 106. In Schritt 302 wird das erste Düsenelement 106 entnommen und ein zweites Düsenelement 108 wird angeordnet. In Schritt 304 wird ein Material aufgetragen, insbesondere gespritzt, mit dem an der Düseneinheit 101 austauschbar angeordneten zweiten Düsenelement 108. In Schritt 306 wird das erste Düsenelement 106 und/oder das zweite Düsenelement 108 während dieses bzw. diese an der Düseneinheit 106 angeordnet ist bzw. sind, gereinigt. Darüber hinaus kann das Reinigen auch erfolgen, während diese in einer Düsenelementablage gelagert sind.

In Schritt 308 erfolgt eine Detektion einer Beabstandung zwischen der Düseneinheit 101 und einer mit der Düseneinheit 101 aufgetragenen Materialschicht. In Schritt 310 werden die Abmessungen der mit der Düseneinheit 101 aufgetragenen Materialschicht erfasst.

BEZUGSZEICHEN

1 Materialauftragsystem

2 Betonbereitstellungseinheit

4 Abwassereinheit mit Quetschventil

6 erster Betondrucksensor

8 Betonvolumenstromsensor

10 Materialleitung

12 Druckluftventil

14 Druckluftbereitstellungseinheit

16 erste Temperiereinheit

18 erster Massenstromregler

20 zweite Temperiereinheit

22 zweiter Massenstromregler

24 Druckregler

26 Druckluftventil

28 Beschleunigerbereitstellungseinheit

30 Beschleunigerdrucksensor

32 Beschleunigervolumenstromsensor

34 Wasserbereitstellungseinheit

36 erstes Wasserventil

38 zweites Wasserventil

40 drittes Wasserventil

42 Hochdruckleitung

44 Hochdruckpumpe

46 Reinigungsvorrichtung

100 Düsenvorrichtung

101 Düseneinheit

102 Matenalführung 104 Materialeinlass

106 Düsenelement

108 zweites Düsenelement

110 Reinigungslanze

112 Spritzende

114 erste Betonverdüsungseinheit

116 Druckluftzuleitung

118 zweite Betonverdüsungseinheit

120 Druckluft- und Beschleunigerzuleitung

122 Sensorikeinheit

124 Radarmodul

126 Profilsensormodul

128 Düsenelementschnittstelle

130 Ausblaseinheit

132 Ausblasung

134 Temperatursensor

136 erster Drucklufteinlass

138 erster Drucksensor

140 zweiter Drucklufteinlass

142 zweiter Drucksensor

144 dritter Drucklufteinlass

146 Beschleunigereinlass

148 Beschleunigerdrucksensor

149 Zweistoffdüse

150 Ultraschalleinheit

152 zweiter Betondrucksensor

154 Materialflusssteuereinheit

156 Steuerungsvorrichtung 158 Viskositätssensor

160 Reinigungseinheit

200 Fertigungssystem

202 erste Handhabungseinheit 204 zweite Handhabungseinheit