Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Betonfertigteilen mit Hilfe von Gussformen. Stand der Technik

In der US20100117248A1 wird ein Verfahren zum Gießen von Beton oder betonähnlichen Elementen mit Hilfe einer Gussform offenbart, wobei die Gussform aus einem einfach verformbaren beziehungsweise bearbeitbaren Material besteht. Durch entsprechende Bearbeitungsschritte können auch amorphe Gussformen ausgestaltet werden, deren Flexibilität hinsichtlich der Geometrie konventionelle Schalungskonzepte aus Holz oder dergleichen überragen. Aus dem Stand der Technik sind zur Bearbeitung solch amorpher Gussformen Sägen, Fräsen oder ähnliche spanende Verfahren manueller oder automatisierter Natur bekannt. Bei großen zu entfernenden Volumen ist der Bearbeitungsaufwand allerdings recht hoch, weswegen bisher bekannte Verfahren zum Gießen amorpher Strukturen in großindustriellen Prozessen kaum zum Einsatz kommen. Da bei komplexen Gussteilen eine Trennung der Gussform von dem Gussteil meist nur unter

Zerstörung der Gussform erfolgen kann, entsteht vor allem bei der Erzeugung von Massengütern eine beträchtliche Menge an Industrieabfall. Darüber hinaus kann nur eine begrenzte Anzahl von unterschiedlichen Gussformen für einen

großindustriellen Einsatz auf Lager gehalten werden.

Darstellung der Erfindung

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

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass eine durch

Begrenzungselemente definierte Grundform bis zu einer Formnesthöhe, die kleiner als die Höhe des Betonfertigteils ist, mit einer verflüssigten Formmasse verfüllt wird, wonach das Formnest aus der ausgehärteten Formmasse modelliert wird, bevor die Grundform mit dem darin angeordneten Formnest mit Beton ausgefüllt und nach Härtung des Betons das Formnest auf Schmelztemperatur der Formmasse gebracht und abgeschmolzen wird. Um den Herstellungsprozess des Betonfertigteils zeitoptimiert auszugestalten, findet die Formgebung der Gussform in wenigstens drei Schritten statt. Zuerst wird auf einem Formgrund, wie zum Beispiel einem Fertigungstisch, durch Begrenzungselemente eine dem

Betongussteil entsprechende Grundform eingefasst, wobei das so umfasste Volumen proportional größer als das Volumen des Betongussteils sein muss. Anschließend wird die Grundform mit der verflüssigten Formmasse verfüllt und zwar nur soweit, bis eine definierten Formnesthöhe erreicht ist. Das Verfüllen kann in besonders einfacher Weise durch Gießen von verflüssigter Formmasse erfolgen, es sind aber auch andere materialauftragende Verfahren möglich. Als Formnesthöhe wird im Sinne der Erfindung die Höhe jenes Volumens verstanden, in das ausgehend von einem sich bis zu den Begrenzungselementen

erstreckenden Sockel ein oder mehrere Vorsprünge des zu gießenden

Betonfertigteils ragen. In einem weiteren Schritt kann der die Grundform bis zur Formnesthöhe ausfüllende, ausgehärtete Formkörper modelliert werden, wobei entweder ein Materialabtrag, beispielsweise durch automatisiertes Fräsen, als auch Materialauftrag, beispielsweise durch additives Aufträgen von Formmasse erfolgen kann. Damit ergibt sich der wesentliche Vorteil, dass die zeitintensiven Modellierungsprozesse auf ein möglichst geringes Bearbeitungsvolumen reduziert werden können, was die gesamte Bearbeitungsdauer deutlich verringert. Nach Abschluss dieses Schrittes wird die Grundform mit dem darin angeordneten Formnest mit einer Betonmasse ausgegossen, wonach diese aushärtet. Um schließlich das Betonfertigteil aus der Grundform zu lösen, wird das Formnest auf Schmelztemperatur gebracht, also auf eine Temperatur, die höher als der Schmelzpunkt der eingesetzten Formmasse liegt. Die auf diese Weise verflüssigte Formmasse kann dann abfließen und für ein neues Formnest wiederverwendet werden, indem dieses beispielsweise in eine neue Grundform gegossen wird. Als Formmasse können verschiedene niedrig schmelzende Materialien, wie zum Beispiel Wachs, Polymere, vor allem Thermoplaste oder andere für den

Fachmann in naheliegender Weise einsetzbare Materialien eingesetzt werden, wobei die jeweilige Schmelztemperatur der Formmasse höher als die beim

Härtungsprozess entstehende Maximaltemperatur sein muss.

Um nicht nur das Formnest, sondern die gesamte Gussform rückstandslos abtrennen und wiederverwerten zu können, wird vorgeschlagen, dass die

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

Um den Härtungsprozess des Betons gezielt steuern und so die Eigenschaften des Betonfertigteils beeinflussen zu können, wird vorgeschlagen, dass die

Aushärtung in einer Härtekammer durchgeführt wird, wobei die Härtetemperatur unter der Schmelztemperatur der Formmasse liegt. Die Wärmeübertragung von der Härtekammer an den Beton kann dabei sowohl durch Wärmestrahlung und Konvektion externer Heizelemente erfolgen, als auch durch direkten Kontakt induktiver Heizelemente. Die dafür eingesetzten Temperatureinstellungen müssen dabei so ausgewählt werden, dass ein vorzeitiges Abschmelzen der Gussform vermieden wird. Wird in der Härtekammer ein Temperaturniveau erzeugt, das nur knapp unterhalb der Schmelztemperatur der Formmasse ist, muss nach

ausreichender Aushärtezeit in Folge der exothermen Kristallisationsreaktion des Betons nur wenig zusätzliche Energie für ein vollständiges Abschmelzen der aus der Formmasse bestehenden Gussform aufgebracht werden, was ein

energieeffizientes Recyclen ermöglicht. Hierzu können in einer besonders praktischen Ausführung der Härtekammer Auffangbecken für die abschmelzende Formmasse angeordnet sein.

Sind Fertigbetonteile besonders groß dimensioniert, so ergeben sich große

Massen für die eingesetzten Schalungsvorrichtungen. Um diese dennoch exakt und ergonomisch ausrichten zu können, wird eine Schalungsvorrichtung zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens vorgeschlagen, die ein

Begrenzungselement aus einer ausgehärteten Formmasse aufweist, in das ein Anker mit einem nach außen ragenden Angriffspunkt eingegossen ist. So können die Schalungsvorrichtungen mit Hilfe von Lasthebevorrichtungen manövriert und ausgerichtet werden. Um die Stabilität der Begrenzungselemente und damit der Schalungsvorrichtungen insgesamt zu erhöhen, können die Ankerflunken als Bewehrungen ausgebildet sein.

Aufwändige Schalungsvorrichtungen weisen in der Regel eine Vielzahl an

Begrenzungselementen auf, die formschlüssig miteinander und mit dem

Formgrund, beispielsweise über Schraubsysteme verbunden werden müssen. Nachteilig ist daran allerdings, dass dabei die Begrenzungselemente und der Formgrund durch die Schraubverbindungselemente bereits vorgeschädigt werden, sodass ein Nachjustieren der Verbindung und somit der Grundformgeometrie nur begrenzt möglich ist.

Um daher ein problemloses Verbinden und Nachjustieren der

Grundformgeometrie zu ermöglichen, empfiehlt es sich, in einer vorteilhaften Ausführungsform einen an das Begrenzungselement angeschlossenen Träger, der mit einem Magneten zur Positionierung der Schalungsvorrichtung auf einem Formgrund lösbar verbunden ist, einzusetzen. Dadurch wird bei beispielsweise zumindest teilweise ferromagnetischem Formgrund auf einfache Weise eine vom Formenbauer vorgegebene Anordnung der Schalungsvorrichtung auf dem

Formgrund, sowie ein einfaches Nachjustieren der dabei gebildeten

Grundformgeometrie ermöglicht. Besonders günstige Bedingungen ergeben sich beispielsweise, wenn der Magnet als Elektromagnet ausgeführt ist. Wird ein Begrenzungselement irrtümlich an einer falschen Position angeordnet, so kann durch Abschalten des Elektromagneten der Kraftschluss aufgehoben werden, was zu einem leichten Lösen des besagten Elements führt und ein einfaches

Nachjustieren der dabei gebildeten Grundformgeometrie ermöglicht.

Der Anschluss des Magneten an den Träger kann durch für den Fachmann naheliegende Befestigungsmechanismen erfolgen. Beispielsweise können

Magnete über eine Nut-Feder-Verbindung an dem auf dem Begrenzungselement befestigten Träger fixiert werden. Um ein unbeabsichtigtes Trennen der lösbaren Verbindung zwischen dem Träger und dem Magneten zu verhindern, erweist es sich als besonders günstig, wenn die Nut schräg nach unten in Richtung

Formgrund ausgebildet ist, sodass ein Lösen der Nut-Feder-Verbindung nur durch Anheben des Magneten möglich ist. Die Befestigung des Trägers selbst am Begrenzungselement kann dabei durch von dem Träger ausgebildete

Dornenfortsätze, die in das Begrenzungselement ragen, oder über einen Bügel, der das Begrenzungselement zumindest teilweise umgreift, erfolgen, wobei grundsätzlich auch andere für den Fachmann bekannte Umsetzungen denkbar sind.

Um den Assemblierungsaufwand bei der Anbringung des Magneten möglichst gering zu halten, kann der Magnet in das Begrenzungselement eingegossen sein. Dies hat den Vorteil, dass weniger Bauteile für die Schalungsvorrichtung benötigt werden, die nach dem Abschmelzen der Begrenzungselemente eingesammelt und gereinigt werden müssen. Zudem kann bei geeigneter Ausrichtung der

Magnetpole ein falsches Anordnen der Begrenzungselemente in Folge des Auftretens einer abstoßenden Kraft verhindert werden, während bei korrekter Zuordnung ein geführter Zusammenschluss induziert wird.

Kurze Beschreibung der Erfindung In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 einen schematischen Schnitt einer dem erfindungsgemäßen Verfahren

zugrundeliegenden Gussform,

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

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine durch erfindungsgemäße Begrenzungselemente gebildete Grundform.

Weg zur Ausführung der Erfindung

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

Durch den nur begrenzten Auftrag der Formmasse 3 wird das zu modellierende Bearbeitungsvolumen kleingehalten und daher können die zur Ausgestaltung des in Fig. 2 gezeigten Formnests 4 eingesetzten Modellierungsverfahren

zeitschonend durchgeführt werden. Die Modellierung kann dabei in einem Trenn- oder Umformverfahren oder gemäß einigen Ausführungsvarianten auch mittels eines additiven Verfahrens geschehen. Nach Beendigung dieses Prozessschrittes wird die Grundform 2 mit dem darin angeordneten Formnest 4 mit einer

Betonmasse 5 ausgegossen, wonach die Betonmasse 5 aushärtet. Dabei bildet die Grundform 2 gemeinsam mit dem Formnest 4 die Gussform 6. Das Formnest 4 kann aufgrund der niedrigen Schmelztemperatur der eingesetzten Formmasse 3 energieschonend abgeschmolzen werden, was ein einfaches Lösen des

Betonfertigteils von der Gussform 6 und ein Wiederverwerten der Formmasse 3 für ein neues Formnest 4 ermöglicht. In einer besonders bevorzugten

Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens können Wachse, Polymere, vor allem Thermoplaste, oder andere für den Fachmann in naheliegender Weise einsetzbare Materialien als Formmasse 3 dienen. Wie in den Fig. 1 und Fig. 2 zu sehen ist, können auch die die Grundform 2 bildenden Begrenzungselemente 1 aus einer Formmasse 3 gebildet sein, wodurch eine Wiederverwertung der kompletten Gussform 6 gewährleistet wird. So können nach Aushärtung des Betonfertigteils sowohl die Begrenzungselemente 1 als auch das auf Schmelztemperatur gebrachte Formnest 4 abfließen und die

geschmolzene Formmasse 3 gesammelt werden. Neben einer vollständigen Wiederverwertung der Gussform 6 ergibt sich zusätzlich der Vorteil einer besonders flexiblen Gestaltbarkeit der Randbereiche 7 der Gussform 6. So können die Randbereiche 7 ident zum Formnest 4 modelliert werden, wenn eine etwaige Modellierungsvorrichtung oder zumindest deren Werkzeugkopf beweglich ausgeführt ist.

Für ein Justieren besonders schwerer Begrenzungselemente 1 mit Hilfe von Lasthebevorrichtungen können Anker 8 mit einem aus den

Begrenzungselementen 1 herausragenden Angriffspunkt 9 in selbige eingegossen werden. In einer besonders vorteilhaften Ausführung können dabei die

Ankerflunken 10 im Sinne einer Bewehrung ausgeführt werden, wodurch den Begrenzungselementen 1 eine höhere Stabilität gegeben wird.

In einer praktischen Ausgestaltung der Gussform 6 können, wie den Fig. 1 und 2 zu entnehmen ist, an die Begrenzungselemente 1 mit einem Magneten 11 verbundene Träger 14 zur Fixierung der Begrenzungselemente 1 mit dem

Formgrund 12 angeordnet sein. Der zumindest teilweise ferromagnetische

Formgrund 12 kann beispielsweise durch einen Fertigungstisch gebildet sein. Die Befestigung zwischen dem Magneten 1 1 und dem Träger 14 kann dabei über eine lösbare Nut-Feder-Verbindung erfolgen, wobei es besonders vorteilhaft ist, wenn die Nut schräg nach unten in Richtung Formgrund 12 ausgebildet ist, sodass ein Lösen der Nut-Feder-Verbindung nur durch Anheben des Magneten 1 1 möglich ist. Wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt, kann der Träger 14 Dornenfortsätze ausbilden, die in das Begrenzungselement 11 ragen, wobei natürlich auch andere für den Fachmann bekannte Umsetzungen zur Befestigung des Trägers 14 an das Begrenzungselemente 1 möglich sind. In einer alternativen Ausgestaltungsform können Magnete 1 1 in die Begrenzungselemente 1 eingegossen sein, wodurch sowohl ein Kraftschluss der Begrenzungselemente 1 untereinander, als auch mit dem zumindest teilweise ferromagnetischen Formgrund 12 erreicht werden kann. Zudem kommt der Vorteil, dass bei richtiger Polung der Magnete 11 ein falsches Zusammenfügen der Begrenzungselemente 1 verhindert wird.

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

In Fig. 3 ist eine Draufsicht auf eine durch erfindungsgemäße

Begrenzungselemente 1 gebildete Grundform 2 dargestellt. Alternativ oder zusätzlich zu den Magneten 11 können zur Verbindung der Begrenzungselemente 1 Winkelbeschläge 13 vorgesehen sein.