Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Herstellungssystem zur automatisierten Herstellung eines dünnwandigen Betonbauteils mit einem Spritzbetonverfahren und ein Schalungswerkzeug zur Verwendung in einem solchen Verfahren und/oder in einem solchen Herstellungssystem. Verfahren zur Herstellung von dünnwandigen Betonbauteilen sind grundsätzlich bekannt. Dünnwandige Betonbauteile können mit bekannten Schalungstechniken hergestellt werden. Hierfür wird eine Schalung konstruiert und hergestellt, anschließend montiert und vorbereitet, beispielsweise mittels Einölen. Im Anschluss wird die Schalung mit Beton verfüllt, der Beton wird verdichtet und es wird ausgeschalt. Um die Schalung wiederzuverwenden, wird die Schalung gereinigt. Neben dem hohen Aufwand zur Vorbereitung stellt das Verdichten des Betons bei dünnwandigen Betonbauteilen eine Fehlerquelle dar.

Darüber hinaus können dünnwandige Betonbauteile mit einem Schalungstisch hergestellt werden, der mit Beton zu befüllende Betonbecken aufweist. Der Beton wird in die Schalung gegossen und anschließend ausgehärtet. Das Verfahren zeichnet sich jedoch durch eine hohe Taktzeit aus. Ferner wird der Schalungstisch über eine lange Zeitspanne belegt, sodass zur Reduktion der Taktzeiten eine Vielzahl an kostenintensiven Schalungstischen erforderlich ist.

Insbesondere bei dünnwandigen Betonbauteilen ist das Verhältnis aus der Schalungsfläche gegenüber dem eingesetzten Betonvolumen groß. Dies führt unter anderem dazu, dass je Betonbauteil ein hoher manueller Aufwand und somit hohe Lohnkosten zur Bereitstellung der Schalung erforderlich sind.

Darüber hinaus können dünnwandige Betonbauteile derzeit nicht oder lediglich eingeschränkt funktionalisiert werden, da die Betonbauteile in der Regel eine ebene Oberfläche aufweisen. Dies führt dazu, dass die Betonbauteile ein höheres Gewicht aufweisen als es technisch erforderlich ist. Ferner wird die Nachhaltigkeit derartiger Betonbauteile dadurch negativ beeinflusst, dass mehr Beton eingesetzt wird als es technisch erforderlich ist.

Die US 8,801 ,415 B2, EP 2 886 277 B1 , WO 2019/121316 A1 , AT 17186 U1 , DE 10 2019 133 755 A1 , DE 10 2019 204 259 A1 und AT 385 550 B offenbaren Betonbauteile und Verfahren zur Herstellung von Betonbauteilen.

Eine Anforderung aus der Bauindustrie ist die Erhöhung des Automatisierungsgrads. Insbesondere durch einen Fachkräftemangel wird die Produktivität beeinträchtigt und es besteht das Risiko, dass in Zukunft nicht ausreichend viele Fachkräfte zur Bedienung des Bedarfes vorhanden sind.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und ein Herstellungssystem zur automatisierten Herstellung eines dünnwandigen Betonbauteils mit einem Spritzbetonverfahren und ein Schalungswerkzeug zur Verwendung in einem solchen Verfahren und/oder in einem solchen Herstellungssystem bereitzustellen, die einen oder mehrere der genannten Nachteile vermindern oder beseitigen. Es ist insbesondere eine Aufgabe der Erfindung, eine Lösung bereitzustellen, die eine automatisierte Herstellung von dünnwandigen Betonbauteilen ermöglicht. Ferner ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Lösung bereitzustellen, die eine nachhaltigere Herstellung von Betonbauteilen ermöglicht. Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren, einem Herstellungssystem und einem Schalungswerkzeug nach den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Aspekte sind in den jeweiligen abhängigen Patentansprüchen angegeben. Die in den Patentansprüchen und der Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale sind in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.

Gemäß einem ersten Aspekt wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur automatisierten Herstellung eines dünnwandigen Betonbauteils mit einem Spritzbetonverfahren, umfassend die von einem Handhabungssystem ausgeführten Schritte: Positionieren eines rahmenförmigen Schalungswerkzeugs an einem Basiselement, Spritzen eines Betons derart, dass das Schalungswerkzeug eine umfangsseitige Kontur des Betonbauteils zumindest abschnittsweise definiert und Entfernen des Schalungswerkzeugs unmittelbar nach Beendigung des Spritzens derart, dass die umfangsseitige Kontur des Betonbauteils unbeeinflusst ist.

Der Erfindung liegt unter anderem die Erkenntnis zugrunde, dass dünnwandige Betonbauteile in vorteilhafter Weise mit einem Spritzbetonverfahren und einem rahmenförmigen Schalungswerkzeug herstellbar sind. Durch das wiederverwendbare, rahmenförmige Schalungswerkzeug und der unmittelbaren Entfernung des Schalungswerkzeugs nach Beendigung des Spritzens wird eine schnelle, sequenzielle Herstellung von dünnwandigen Betonbauteilen ermöglicht.

Der Erfindung liegt ferner die Erkenntnis zugrunde, dass das Spritzen des Betons wesentlich ist, da das Spritzen und eine gezielte Einstellung einer Beschleunigermenge eine vorteilhafte Verteilung und Verfestigung des Betons ermöglicht, ohne dass zusätzliche Verteilschritte erforderlich sind. Bei konventionellen Verfahren zur Bereitstellung des Betons ist der Beton entweder nicht ausreichend fließfähig zur Verteilung oder das Schalungswerkzeug kann nicht unmittelbar nach Beendigung des Spritzens entfernt werden, da zu diesem Zeitpunkt der Beton keine ausreichende Festigkeit aufweist.

Durch das rahmenförmige Schalungswerkzeug, das Spritzen des Betons sowie die unmittelbar nach Beendigung des Spritzens erfolgende Entfernung des Schalungswerkzeugs wird eine Serienfertigung von dünnwandigen Betonbauteilen ermöglicht. In industriellen Anwendungen würde nach dem Entfernen des Schalungswerkzeugs dieses in einer neuen Position an dem Basiselement oder an einem weiteren Basiselement positioniert werden und die Verfahrensschritte würden erneut durchgeführt werden.

Der Erfindung liegt außerdem die Erkenntnis zugrunde, dass ein dünnwandiges Betonbauteil in vorteilhafter Weise dadurch herstellbar ist, dass ein Teil des Betonbauteils durch das Schalungswerkzeug definiert wird, nämlich die umfangsseitige Kontur, und weitere Geometrien des Betonbauteils frei durch das Spritzen des Betons definierbar sind. Diese Geometrien können Funktionsstrukturen, beispielsweise auf der Oberseite herzustellende Rippen zur Verstärkung des Betonbauteils, sein. Derartige Rippen sind in vorteilhafter Weise mit einem Spritzbeton, der einen Beschleuniger umfasst, herstellbar, da diese mit anderen Verfahren üblicherweise verlaufen würden.

Unter einer automatisierten Herstellung wird insbesondere eine solche Herstellung verstanden, die im Wesentlichen ohne manuelle Handlungen erfolgen kann. Insbesondere erfolgt das Positionieren, das Spritzen und das Entfernen automatisiert mit einem Handhabungssystem. Dies schließt nicht aus, dass einzelne Schritte, beispielsweise das Steuern oder ein Korrigieren des Handhabungssystems, manuell ausgeführt werden.

Unter einem dünnwandigen Betonbauteil wird ein Betonbauteil verstanden, dessen Dicke geringer ist als die Erstreckungen des Betonbauteils orthogonal zu dieser Dicke. Vorzugsweise beträgt diese Dicke weniger als 50 %, weniger als 30 %, weniger als 15 % der Erstreckungen orthogonal zu der Dicke.

Das Handhabungssystem umfasst vorzugsweise mindestens eine Handhabungseinheit, beispielsweise einen Roboter. Vorzugsweise umfasst das Handhabungssystem zwei oder mehr Handhabungseinheiten, um die Schritte auszuführen. Das Handhabungssystem ist insbesondere angeordnet und ausgebildet, um die Schritte autonom auszuführen.

Das Verfahren umfasst den Schritt des Positionierens des rahmenförmigen Schalungswerkzeugs auf dem Basiselement. Positionieren bedeutet insbesondere, dass das Schalungswerkzeug an dem Basiselement angeordnet wird. Dies kann beispielsweise ein Ablegen des Schalungswerkzeugs auf dem Basiselement umfassen oder sein. Das Positionieren kann auch ein Anordnen des Schalungswerkzeugs in einer vorbestimmten Position an dem Basiselement umfassen oder sein. Die flächige Erstreckung des Schalungswerkzeugs wird vorzugsweise im Wesentlichen horizontal ausgerichtet.

Unter einem rahmenförmigen Schalungswerkzeug wird auch ein teilrahmenförmiges Schalungswerkzeug verstanden, da, wie im weiteren Verlauf beschrieben wird, eine Seite des Schalungswerkzeugs offen ausgebildet sein kann.

Das Schalungswerkzeug kann beispielsweise rechteckig ausgebildet sein, sodass die umfangsseitige Kontur des Betonbauteils ebenfalls rechteckig ausgebildet ist. Darüber hinaus kann das Schalungswerkzeug auch runde und/oder freiformförmige umfangsseitige Konturen des Betonbauteils definieren.

Das Basiselement kann jeglicher Untergrund zur Positionierung des Schalungswerkzeugs sein. Es ist bevorzugt, dass das Basiselement eine Palette ist. Darüber hinaus kann das Basiselement aus Metall und/oder Kunststoff und/oder Beton bestehen und/oder diese Materialien umfassen. Die Oberseite des Basiselements ist vorzugsweise im Wesentlichen horizontal ausgerichtet.

Ferner umfasst das Verfahren den Schritt des Spritzens des Betons. Das Spritzen des Betons erfolgt derart, dass das Schalungswerkzeug eine umfangsseitige Kontur des Betonbauteils zumindest abschnittsweise definiert. Unter einer umfangsseitigen Kontur wird insbesondere eine Kontur des Betonbauteils in horizontalen Ebenen verstanden. Die umfangsseitige Kontur kann ein Rand des Betonbauteils sein. Während des Verfahrens kann das Schalungswerkzeug als Umrandung des herzustellenden Betonbauteils wirken.

Unter einer abschnittsweisen Definition der umfangsseitigen Kontur ist zu verstehen, dass mindestens eine Seite des Betonbauteils durch das Schalungswerkzeug definiert wird. Beispielsweise können auch ein, zwei oder mehrere Seiten des Schalungswerkzeugs offen sein. Es ist insbesondere vorgesehen, dass eine Oberseite des Betonbauteils frei von dem Schalungswerkzeug ist, sodass die Oberseite frei durch das Spritzen des Betons definierbar ist. Insbesondere durch die Definition der umfangsseitigen Kontur durch das Schalungswerkzeug und der freien Ausbildung von Funktionsstrukturen, beispielsweise Rippen an der Oberseite des Betonbauteils, ist eine automatisierte und darüber hinaus effiziente Herstellung des Betonbauteils möglich.

Unmittelbar nach Beendigung des Spritzens, also insbesondere nachdem das Betonbauteil gespritzt wurde, wird das Schalungswerkzeug entfernt. Unmittelbar nach Beendigung des Spritzens bedeutet insbesondere, dass das Schalungswerkzeug nach weniger als 10 Minuten, weniger als 5 Minuten, weniger als 2 Minuten, weniger als 1 Minute nach Beendigung des Spritzens entfernt wird. Darüber hinaus kann unmittelbar nach Beendigung des Spritzens bedeuten, dass zwischen der Beendigung des Spritzens und dem Entfernen des Schalungswerkzeugs eine Zeitspanne liegt, die weniger als 25 %, weniger als 10 %, weniger als 5 %, weniger als 1 % einer Spritzzeit für das Spritzen des Betons beträgt.

Es ist bevorzugt, dass das Schalungswerkzeug in einer vertikalen Richtung entfernt wird. Darüber hinaus ist es bevorzugt, dass das Schalungswerkzeug mit einer Entfernbewegung entfernt wird, wobei die Entfernbewegung einen vertikalen Bewegungsanteil aufweist. Es ist ferner bevorzugt, dass das Schalungswerkzeug derart entfernt wird, dass in Richtung des Abhebevektors keine Störkontur vorhanden ist.

Dass die umfangsseitige Kontur des Betonbauteils unbeeinflusst von dem Entfernen des Schalungswerkzeugs ist, bedeutet insbesondere, dass die Kontur im Wesentlichen unbeeinflusst ist. Dies kann beispielsweise bedeuten, dass die umfangsseitige Kontur durch das Entfernen des Schalungswerkzeugs keine bauteilrelevante Veränderung erfährt. Ferner kann dies bedeutet, dass durch das Entfernen des Schalungswerkzeugs im Wesentlichen keine Nachbearbeitung des Betonbauteils als solche erforderlich ist, die durch eine andere Entfernung des Schalungswerkzeugs nicht erforderlich geworden wäre.

Es ist bevorzugt, dass das Verfahren den Schritt umfasst: Wechsel des Schalungswerkzeugs, wobei ein weiteres Schalungswerkzeug mit einer anderen Form eingesetzt wird, sodass eine weitere umfangsseitige Kontur eines Betonbauteils herstellbar ist. Darüber hinaus ist es bevorzugt, dass das Verfahren den Schritt umfasst: Einbringen von Bewehrung. Es ist insbesondere bevorzugt, dass die Bewehrung vor oder während des Spritzens des Betons eingebracht wird. Beispielsweise kann zunächst eine unterste Schicht des Betons gespritzt werden, auf der die Bewehrung angeordnet wird und anschließend das Betonbauteil fertig gespritzt werden.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsvariante des Verfahrens umfasst den Schritt: Reinigen, insbesondere automatisches Reinigen, des Schalungswerkzeugs in einer Reinigungsstation, nachdem das Schalungswerkzeug entfernt wurde. Es ist darüber hinaus bevorzugt, dass das Verfahren den Schritt umfasst: automatischer Auftrag von Schalungsöl auf das Schalungswerkzeug nach der im Vorherigen beschriebenen Reinigung. Darüber hinaus kann das Verfahren den Schritt umfassen: Verändern mindestens einer Kantenlänge und Wiederholen der Schritte des Positionierens, des Spritzens und des Entfernens. Somit kann mit dem gleichen Schalungswerkzeug ein unterschiedliches Betonbauteil hergestellt werden, indem das Schalungswerkzeug vergrößert oder verkleinert wird.

Eine bevorzugte Ausführungsvariante des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass dieses den Schritt umfasst: Spritzen des Betons derart, dass mindestens eine Funktionsstruktur ausgebildet wird, wobei der die Funktionsstruktur ausbildende Beton einen höheren Beschleunigeranteil aufweist als der an die Funktionsstruktur angrenzende Beton. Der Beschleunigeranteil beschreibt an Anteil eines Beschleunigers im Beton. Ein Beschleuniger ist ein Betonzusatzmittel, das den Beton schneller verfestigt. Die Funktionsstruktur kann beispielsweise eine Aufdickung sein, sodass eine statische Anforderung an das Betonbauteil erfüllt wird.

Eine bevorzugte Ausführungsvariante des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass der zu spritzende Beton fließfähig und mit einem Beschleuniger zugesetzt, bereitgestellt wird.

Ein fließfähiger Beton ist dahingehend vorteilhaft, dass mit diesem das rahmenförmige Schalungswerkzeug gut ausfüllbar ist. Der Beschleuniger wirkt sich dahingehend vorteilhaft aus, dass der das Schalungswerkzeug ausfüllende Beton zügig verfestigt und infolgedessen das Entfernen des Schalungswerkzeugs unmittelbar nach Beendigung des Spritzens in vorteilhafter weise möglich ist. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass ein Beschleunigeranteil des Beschleunigers in dem Beton positionsabhängig variiert wird.

Somit können einzelne Abschnitte des Betonbauteils freigeformt werden. Insbesondere ist das Ausbilden von Rippen oder von Verstärkungen möglich, indem hier ein höherer Anteil des Beschleunigers eingesetzt wird und der Beton in der gespritzten Position zügig erstarrt.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Schalungswerkzeug mindestens eine offene Schalungsseite aufweist und das Schalungswerkzeug derart positioniert wird, dass die offene Schalungsseite mittels eines an dem Basiselement angeordneten Schalungselements geschlossen wird.

Das Schalungselement kann jegliches Element sein, das zum Schließen der offenen Schalungsseite des Schalungswerkzeugs geeignet ist. Das Schalungselement kann beispielsweise aus Metall oder aus Holz bestehen oder diese Materialien umfassen. Es kann bevorzugt sein, dass das Schalungselement fest an dem Basiselement anordenbar oder angeordnet ist. Beispielsweise kann das Schalungselement als eine vertikale Wand ausgebildet sein. Es ist ferner bevorzugt, dass das Basiselement eine Vielzahl an Schalungselementen, insbesondere an vertikalen Wänden, aufweist, an denen das Schalungswerkzeug mit der offenen Schalungsseite anordenbar ist, sodass in vorteilhafter Weise das Betonbauteil herstellbar ist. Die offene Seite des Schalungswerkzeugs ermöglicht ein verbessertes Entfernen des Schalungswerkzeugs nach Beendigung des Spritzens. Ein Schließen der offenen Schalungsseite bedeutet auch ein teilweises Schließen.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsvariante des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass eine Höhe des Betonbauteils durch eine variierende Vorschubgeschwindigkeit bewirkt wird. Durch die Beimischung des Beschleunigers kann durch die variierende Vorschubgeschwindigkeit auch eine variierende Spritzschichtdicke und eine Höhe des Betonbauteils beeinflusst werden. Gemäß einem weiteren Aspekt wird die eingangs genannte Aufgabe gelöst durch ein Herstellungssystem zur automatisierten Herstellung eines dünnwandigen Betonbauteils mit einem Spritzbetonverfahren, umfassend ein rahmenförmiges Schalungswerkzeug, ein Handhabungssystem zum Positionieren des rahmenförmigen Schalungswerkzeugs und zum Spritzen eines Betons, und eine mit dem Handhabungssystem signaltechnisch gekoppelte Steuerungsvorrichtung, die eingerichtet ist, das Handhabungssystem derart zu steuern, dass das Schalungswerkzeug an einem Basiselement positioniert wird, der Beton derart gespritzt wird, dass das Schalungswerkzeug eine umfangsseitige Kontur des Betonbauteils zumindest abschnittsweise definiert und das Schalungswerkzeug unmittelbar nach Beendigung des Spritzens derart entfernt wird, dass die umfangsseitige Kontur des Betonbauteils unbeeinflusst ist.

Die im Vorherigen beschriebenen Merkmale der Komponenten des Herstellungssystems, insbesondere des rahmenförmigen Schalungswerkzeugs und des Handhabungssystems, in Bezug auf das Verfahren, gelten in Bezug auf das Herstellungssystem analog.

Eine bevorzugte Ausführungsvariante des Herstellungssystems zeichnet sich dadurch aus, dass das Schalungswerkzeug eine offene Schalungsseite und das Basiselement ein Schalungselement zum Schließen der offenen Schalungsseite aufweist. Das Schalungselement ist vorzugsweise wandförmig ausgebildet. Der Vorteil eines derartigen Herstellungssystems besteht insbesondere in einer verbesserten Entfernbarkeit des Schalungswerkzeugs, nachdem das Bauteil gespritzt wurde.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsvariante des Herstellungssystems zeichnet sich dadurch aus, dass dieses eine Düseneinheit umfasst, die angeordnet und ausgebildet ist, einen Beschleunigeranteil in dem Beton zu variieren und wobei die Steuerungsvorrichtung eingerichtet ist, den Beschleunigeranteil positionsabhängig einzustellen. Es ist bevorzugt, dass das Handhabungssystem die Düseneinheit umfasst.

Durch ein derartig ausgebildetes Herstellungssystem kann die Verteilung des Betons innerhalb des Schalungswerkzeugs verbessert werden und darüber hinaus können Funktionsstrukturen zur Verringerung des Gewichts des Betonbauteils eingebracht werden, indem an diesen Positionen beispielsweise die Vorschubgeschwindigkeit verringert und der Beschleunigeranteil erhöht wird.

Eine bevorzugte Fortbildung des Herstellungssystems zeichnet sich dadurch aus, dass dieses eine Vibrationseinheit umfasst, die angeordnet und ausgebildet ist, eine Vibration in das rahmenförmige Schalungswerkzeug zu induzieren, um eine Anhaftung des Betons an dem Schalungswerkzeug zu reduzieren. Mit einer solchen Vibrationseinheit kann das Entfernen des Schalungswerkzeugs von dem Betonbauteil vereinfacht werden, insbesondere damit die umfangsseitige Kontur des Betonbauteils unbeeinflusst ist. Darüber hinaus kann die Vibrationseinheit zur Reinigung des Schalungswerkzeugs verwendet werden.

In einer bevorzugten Ausführungsvariante des Herstellungssystems ist ferner vorgesehen, dass das Handhabungssystem einen ersten Roboter, insbesondere einen ersten Knickarmroboter, und einen zweiten Roboter, insbesondere einen zweiten Knickarmroboter, aufweist und der erste Roboter zum Spritzen des Betons und der zweite Roboter zum Positionieren und Entfernen des Schalungswerkzeugs angeordnet und ausgebildet ist. Durch die Verwendung von zwei Robotern und die systemische Trennung des Spritzens und der Handhabungstätigkeiten, nämlich des Positionierens und des Entfernens, kann die Effizienz des Verfahrens weiter gesteigert werden. Es ist bevorzugt, dass der erste Roboter und/oder der zweite Roboter auf einer Schiene verfahrbar angeordnet ist beziehungsweise sind, sodass auch ein großes Basiselement verwendbar ist.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird die eingangs genannte Aufgabe gelöst durch ein Schalungswerkzeug zur Verwendung in einem Verfahren nach einer der im Vorherigen genannten Ausführungsvarianten und/oder in einem Herstellungssystem nach einer der im Vorherigen beschriebenen Ausführungsvarianten, umfassend einen Schalungsrahmen, der einen Schalungsbereich definiert, in dem ein Betonbauteil spritzbar ist und ein mit dem Schalungsrahmen gekoppelter Handhabungsabschnitt zur Kopplung mit einem Handhabungssystem.

Der Schalungsrahmen definiert den Schalungsbereich. Der Schalungsbereich kann geschlossen oder an einer, zwei oder mehreren Seiten offen ausgebildet sein. Der Schalungsbereich ist insbesondere derart ausgebildet, dass eine umfangsseitige Kontur des Betonbauteils mit dieser definierbar, insbesondere abschnittsweise definierbar, ist.

Eine bevorzugte Ausführungsvariante des Schalungswerkzeugs zeichnet sich dadurch aus, dass das Schalungswerkzeug mindestens eine offene Schalungsseite aufweist. Eine offene Schalungsseite bedeutet insbesondere, dass ein Abschnitt des Schalungsrahmens offen ausgebildet ist. Eine offene Schalungsseite ermöglicht ein verbessertes Entfernen des Schalungswerkzeugs.

Eine weitere bevorzugte Fortbildung des Schalungswerkzeugs zeichnet sich dadurch aus, dass das Schalungswerkzeug mindestens eine einstellbare Kantenlänge aufweist. Ferner ist es bevorzugt, dass das Schalungswerkzeug eine Aktorik, insbesondere einen einstellbaren Zylinder, aufweist, die angeordnet und ausgebildet ist, um die Kantenlänge einzustellen. Hierfür weisen ein, zwei oder mehrere Komponenten des Schalungsrahmens vorzugsweise eine Teleskopfunktion auf.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsvariante des Schalungswerkzeugs zeichnet sich dadurch aus, dass an zumindest einer oberen Kante des Schalungsrahmens ein den Schalungsbereich überdeckendes Konturelement angeordnet ist. Das Konturelement kann beispielsweise streifenförmig oder stangenförmig insbesondere mit einem eckigen Querschnitt ausgebildet sein. Durch das Spritzen des Betons kann es insbesondere an den Randbereichen des Schalungsrahmens zu Spratzern kommen, die die Kantenqualität des Betonbauteils reduzieren. Mittels eines derartigen Konturelements können die Kanten des Betonbauteils präzise ausgebildet werden.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsvariante des Schalungswerkzeugs zeichnet sich dadurch aus, dass dieses eine haftreduzierende Oberfläche aufweist. Es ist insbesondere bevorzugt, dass dem Schalbereich zugewandte Flächen des Schalungswerkzeugs die haftreduzierende Oberfläche aufweisen. Die haftreduzierende Oberfläche kann beispielsweise eine polierte Stahloberfläche sein. Ferner kann die haftreduzierende Oberfläche durch eine Beschichtung, beispielsweise eine Kunststoffbeschichtung oder einen Lack ausgebildet werden. Die haftreduzierende Oberfläche ist insbesondere langlebig ausgebildet, sodass diese für eine Vielzahl an Schalungsvorgängen verwendbar ist. Für weitere Vorteile, Ausführungsvarianten und Ausführungsdetails der einzelnen Aspekte und ihrer möglichen Fortbildungen, wird auch auf die erfolgte Beschreibung zu den weiteren Aspekten, den entsprechenden Merkmalen und Fortbildungen verwiesen.

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

Figur 1 : eine schematische, dreidimensionale Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform eines Herstellungssystems;

Figur 2: eine schematische, dreidimensionale Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform eines Basiselements;

Figur 3: eine schematische, dreidimensionale Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform eines Schalungswerkzeugs;

Figur 4: eine schematische Ansicht eines Verfahrens zur automatisierten

Herstellung eines dünnwandigen Betonbauteils mit einem Spritzbetonverfahren;

Figur 5: eine schematische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform des in Figur 4 gezeigten Verfahrens;

Figur 6: eine schematische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform des in Figur 4 gezeigten Verfahrens; und

Figur 7: eine schematische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform des in Figur 4 gezeigten Verfahrens.

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

Figur 1 zeigt ein Herstellungssystem 100 zur automatisierten Herstellung eines dünnwandigen Betonbauteils 114 mit einem Spritzbetonverfahren. Das Herstellungssystem 100 umfasst ein rahmenförmiges Schalungswerkzeug 140, das als Schablone für die Betonbauteile 114 verwendet wird. Darüber hinaus umfasst das Herstellungssystem 100 ein Handhabungssystem 104. Das Handhabungssystem 104 ist zum Positionieren des rahmenförmigen Schalungswerkzeugs 140 und zum Spritzen des Betons ausgebildet. Hierfür umfasst das Handhabungssystem 104 einen ersten Roboter 106 und einen zweiten Roboter 108. Die Roboter 106, 108 sind auf Schienen 132, 134 angeordnet, sodass die Roboter 106, 108 translatorisch bewegbar sind.

An dem ersten Roboter 106 ist distal eine Düseneinheit 136 angeordnet, mit der der Beton gespritzt wird. Die Düseneinheit 136 ist insbesondere ausgebildet, um einen Beschleunigeranteil in dem Beton zu variieren. Der zweite Roboter 108 ist zum Positionieren und Entfernen des Schalungswerkzeugs 140 angeordnet und ausgebildet. Hierfür ist der zweite Roboter 108 distal ausgebildet, um mit einer Schnittstelle 170 des Schalungswerkzeugs 140 zusammenzuwirken.

Zwischen den Schienen 132, 134 und somit zwischen den Robotern 106, 108 ist das Basiselement 112 angeordnet. Das Basiselement 112 ist plattenförmig ausgebildet und umfasst eine Vielzahl an wandförmigen und vertikal aufgestellten Schalungselementen 116. Das Basiselement 112 ist austauschbar angeordnet. Beispielsweise kann das Herstellungssystem 100 ein Rollensystem aufweisen, auf dem das Basiselement anordenbar ist.

Das Herstellungssystem 100 umfasst darüber hinaus eine Steuerungsvorrichtung 110, die eingerichtet ist, das Handhabungssystem 104 derart zu steuern, dass das Schalungswerkzeug 140 an dem Basiselement 112 positioniert wird, der Beton derart gespritzt wird, dass das Schalungswerkzeug 140 eine umfangsseitige Kontur des Betonbauteils 114 zumindest abschnittsweise definiert und das Schalungswerkzeug 140 unmittelbar nach Beendigung des Spritzens derart entfernt wird, dass die umfangsseitige Kontur des Betonbauteils 114 unbeeinflusst ist.

In Figur 2 sind Details des Basiselements 112 gezeigt. Das Basiselement 112 erstreckt sich von einem ersten Basiselementende 122 zu einem zweiten Basiselementende 124. Orthogonal hierzu erstreckt sich das Basiselement 112 von einer ersten Basiselementseite 126 zu einer zweiten Basiselementseite 128. Diese Erstreckungen bilden die flächige Seite des Basiselements 112 aus. Das Basiselement 112 ist rechteckig ausgebildet. Das Basiselement 112 weist insgesamt 13 Schalungselemente 116 auf. Die Schalungselemente 116 weisen jeweils eine erste Schalungsseite 118, die dem Betrachter abgewandt ist, und eine zweite Schalungsseite 120, die dem Betrachter zugewandt ist, auf. An den Schalungsseiten 118, 120 kann das Schalungswerkzeug 140 mit der offenen Schalungsseite 156 angeordnet werden, sodass die Schalungselemente 116 die offene Schalungsseite 156 schließen. Die Schalungselemente 116 sind auf der Basiselementoberseite 130 angeordnet.

Figur 3 zeigt das Schalungswerkzeug 140. Das Schalungswerkzeug 140 weist einen Schalungsrahmen 142 auf, der einen Schalungsbereich 144 definiert. Der Schalungsrahmen 142 erstreckt sich von einem ersten Ende 146 zu einem zweiten Ende 148. Am ersten Ende 146 wird der Schalungsrahmen 142 durch ein erstes Querrahmenelement 150 und am zweiten Ende 148 durch ein zweites Querrahmenelement 152 ausgebildet. Die Querrahmenelemente 150, 152 sind parallel zueinander ausgerichtet.

Das erste Querrahmenelement 150 und das zweite Querrahmenelement 152 werden mit einem Längsrahmenelement 154 miteinander verbunden. Die dem Längsrahmenelement 154 gegenüberliegende Seite des Schalungsrahmens 142 ist als offene Schalungsseite 156 ausgebildet.

Die offene Schalungsseite 156 wird insbesondere dadurch ausgebildet, dass auf dieser Seite eine Bügeleinheit 158 mit einer lichten Höhe über dem Schalungsbereich 144 vorgesehen ist. Die Bügeleinheit 158 wird durch ein erstes Sparrenelement 160, benachbart zum ersten Ende 146, ein zweites Sparrenelement 162, benachbart zum zweiten Ende 148, sowie ein die Sparrenelemente 160, 162 verbindendes Trägerelement 164 ausgebildet.

An dem Trägerelement 164 ist ferner ein Handhabungsabschnitt 166 vorgesehen, der ein Handhabungselement 168 aufweist. An dem Handhabungselement 168 ist eine Schnittstelle 170 vorgesehen, mit der das Schalungswerkzeug 140 mit einem Handhabungssystem 104 und insbesondere mit einem zweiten Roboter 108 koppelbar ist. An den Querrahmenelementen 150, 152 und an dem Längsrahmenelement 154 sind jeweils Konturelemente 172, 174, 176 vorgesehen. Die Konturelemente 172, 174, 176 ermöglichen die Ausbildung einer definierten Betonbauteilkante, ohne dass Spratzer und ähnliches auftreten. lm bestimmungsgemäßen Betrieb wird das Schalungswerkzeug 140 mit der offenen Schalungsseite 156 an eines der in Figur 2 gezeigten Schalungselemente 116 angeordnet, sodass das Schalungselement 116 die offene Schalungsseite 156 schließt. Im Anschluss wird Beton in den Schalungsrahmen 142, insbesondere in den Schalungsbereich 144 gespritzt, sodass das Schalungswerkzeug die umfangsseitige Kontur des Betonbauteils 114 definiert. Bei der Anordnung des Schalungswerkzeugs 140 an einem Schalungselement 116, sodass alle vier Seiten des Schalungsrahmens 142 geschlossen sind, wird eine vollständige umfangsseitige Kontur des Betonbauteils ausbildbar. Nachdem das Betonbauteil 114 vollständig gespritzt wurde, kann das Schalungswerkzeug 140 unmittelbar entfernt werden.

Figur 4 zeigt ein Verfahren zur automatisierten Herstellung eines dünnwandigen Betonbauteils 114 mit einem Spritzbetonverfahren mit drei von einem Handhabungssystem 104 durchgeführten Schritten. In Schritt 200 wird das rahmenförmige Schalungswerkzeug 140 an einem Basiselement 112 positioniert. Im Anschluss wird in Schritt 202 Beton derart gespritzt, dass das Schalungswerkzeug 140 eine umfangsseitige Kontur des Betonbauteils 114 zumindest abschnittsweise definiert. Im Falle der Ausbildung des Schalungswerkzeugs 140 gemäß der Figur 3 und einer entsprechenden Anordnung des Schalungswerkzeugs 140 an einem Schalungselement 118 wird die umfangsseitige Kontur des Betonbauteils vollständig definiert.

In Schritt 204 wird das Schalungswerkzeug 140 unmittelbar nach Beendigung des Spritzens entfernt, sodass die umfangsseitige Kontur des Betonbauteils 114 unbeeinflusst ist. Unmittelbar nach Beendigung des Spritzens kann sofort oder auch weniger als 10 Minuten, weniger als 5 Minuten, weniger als 2 Minuten, weniger als 1 Minute bedeuten.

In Figur 5 wird eine bevorzugte Ausführungsvariante des in Figur 4 gezeigten Verfahrens gezeigt. In Schritt 210 wird das rahmenförmige Schalungswerkzeug 140 positioniert und in Schritt 212 wird der Beton wie in Schritt 202 gespritzt. In Schritt 214 wird die Beschleunigermenge in dem Beton variiert und anschließend mit dieser variierten Beschleunigermenge abermals in Schritt 212 gespritzt. Die Schleife zwischen den Schritten 212 und 214 kann beliebig oft wiederholt werden. In Schritt 216 wird dann, wie in Schritt 204, das Schalungswerkzeug 140 entfernt.

In Figur 6 sind die Schritte 212 und 214 zusammengefasst, da die Beschleunigermenge prozessparallel mit dem Spritzen des Betons variiert wird. Die Variation der Beschleunigermenge ist auch in dieser Verfahrensvariante optional, da diese in Abhängigkeit des Bauteils gegebenenfalls nicht zwingend erforderlich ist.

In der Figur 7 ist ein bevorzugtes Verfahren gezeigt, wobei die Schritte 220 und 224 analog zu den Schritten 200 und 204 ausgebildet sind. Der Schritt 222 des Spritzens ist dahingehend bevorzugt ausgebildet, dass Funktionsstrukturen ausgebildet werden, insbesondere durch eine variierende Spritzschichtdicke, die durch eine variierende Vorschubgeschwindigkeit des Roboters 106 erzeugbar ist. Derartige Funktionsstrukturen können beispielsweise Aufdickungen sein, die das Bauteil strukturell stärken. Hiermit wird vermieden, dass das Betonbauteil 114 an allen Bauteilpositionen eine entsprechend hohe Dicke aufweist, sondern lediglich an denen, an denen dies statisch erforderlich ist.

Mit dem im Vorherigen beschriebenen Verfahren, dem Herstellungssystem 100 sowie dem Schalungswerkzeug 140, ist eine effiziente und zugleich nachhaltige Herstellung von Betonbauteilen 114 möglich. Durch die Verwendung eines rahmenförmigen Schalungswerkzeugs 140 im Spritzbetonverfahren und der umgehenden Entfernung des Schalungswerkzeugs 140 nach dem Spritzen, wird in effizienter Weise ein dünnes Betonbauteil 114 herstellbar.

Durch die Eigenheiten des Spritzbetonverfahrens, insbesondere der Möglichkeit, die Verfestigungszeit gezielt einzustellen, wird dieser Ablauf ermöglicht. Derart erzeugbare Betonbauteile 114 sind darüber hinaus nachhaltig, da diese ein vermindertes Betonvolumen erfordern, da freigeformte Betonbauteilstrukturen, wie beispielsweise Verdickungen, als statische Elemente einsetzbar sind. BEZUGSZEICHEN

Herstellungssystem

Handhabungssystem erster Roboter zweiter Roboter

Steuerungsvorrichtung

Basiselement

Betonbauteil

Schalungselement erste Schalungsseite zweite Schalungsseite erstes Basiselementende zweites Basiselementende erste Basiselementseite zweite Basiselementseite

Basiselementoberseite erste Schiene zweite Schiene

Düseneinheit

Vibrationseinheit

Schalungswerkzeug

Schalungsrahmen

Schalungsbereich erstes Ende 148 zweites Ende

150 erstes Querrahmenelement

152 zweites Querrahmenelement

154 Längsrahmenelement 156 offene Schalungsseite

158 Bügeleinheit

160 erstes Sparrenelement

162 zweites Sparrenelement

164 Trägerelement 166 Handhabungsabschnitt

168 Handhabungselement

170 Schnittstelle

172 erstes Konturelement

174 zweites Konturelement 176 drittes Konturelement