Betonsteinform

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reparatur oder Modifikation einer modu laren Betonsteinform mit mehreren Formenteilen.

Betonsteinformen dienen zur Herstellung von Formsteinen. Ein Betongemenge wird in die Betonsteinform eingefüllt, und mittels eines Steinfertigers wird das Betongemenge in der Betonsteinform verdichtet, um einen Betonstein zu schaf fen. Die Betonsteinform umfasst ein Formunterteil, in deren ein oder mehrere Formnester das Betongemenge gefüllt wird, und ein Formoberteil, mit einer Stempeleinheit zum Verdichten des Betongemenges in den Formnestern. Die Stempeleinheit umfasst Druckplatten, die in die Formnester des Formunterteils eingreifen können. Das Formunterteil ist nach oben und unten geöffnet, wobei die Unterseite durch eine horizontale Unterlage verschlossen wird. Durch die oberen Öffnungen der Formnester wird das Betongemenge eingefüllt, das an schließend durch die Druckplatten verpresst wird, indem diese durch die oberen Öffnungen mittels einer Auflasteinheit in die Formnester eingesenkt werden. Durch Rütteln der Unterlage erfolgt eine Verfestigung des Betongemenges zu formstabilen Betonformteilen. In einem letzten Schritt werden die Betonformteile durch die unteren Öffnungen der Formnester entformt.

Betonsteinformen in modularer Bauweise umfassen mehrere Formenteile, die lösbar miteinander zur Betonsteinform verbunden sind. Die modulare Bauweise erlaubt den Austausch einzelner Formenteile zu Reparaturzwecken, sodass bei Verschleiß oder Defekt nicht die gesamte Betonsteinform ersetzt werden muss und im Gegensatz zu Betonsteinformen mit festverschweißten Formenteilen eine wirtschaftlichere und nachhaltigere Nutzung der Betonsteinform möglich ist. Die Ersatzformenteile werden, wie auch die Formenteile der Betonsteinform, durch konventionelle spannende Fertigungsverfahren und/oder Gussverfahren gefertigt.

Es stellt sich die Aufgabe, ein Verfahren anzugeben, mit dem eine Reparatur solch einer modularen Betonsteinform in einfacher Weise durchgeführt werden kann.

Das Verfahren zur Reparatur oder Modifikation einer modularen Betonsteinform mit mehreren Formenteilen sieht vor, dass ein Ersatzformenteil für ein zu erset zendes Formenteil der Betonsteinform generativ gefertigt wird und das Ersatz formenteil anstatt des zu ersetzenden Formenteils in der Betonsteinform mon tiert wird oder dass ein Bereich eines anzupassenden Formenteils der Beton steinform generativ gefertigt und das derart angepasste Formenteil dann wieder in der Betonsteinform montiert wird.

Es sei bemerkt, dass das Verfahren nicht nur die Reparatur einer defekten oder verschlissenen Betonsteinform ermöglicht, sondern auch ihre Anpassung an veränderte Produktionsumstände, beispielsweise ein geändertes Layout der zu fertigenden Betonsteine. Die generative Fertigung ermöglicht nicht nur den Er satz eines Formenteils als Ganzes, sondern ermöglicht alternativ auch, lediglich einen Bereich eines Formenteils wiederaufzubauen und/oder zu verändern und das angepasste Formenteil dann, wieder in der Betonsteinform montiert, weiter zu verwenden.

Als generative Fertigung, auch als additive Fertigung bezeichnet, werden auto matisierte Prozesse bezeichnet, die aus einem Datensatz dreidimensionale körperliche Objekte hersteilen. Dazu werden Volumenelemente schichtweise auf- oder aneinandergefügt, sodass keine formenteilabhängigen Werkzeuge erforderlich sind. Solche generativen Fertigungsverfahren werden auch als 3-D- Drucken bezeichnet. Angesichts der Belastungen, denen die Betonsteinform ausgesetzt ist, werden das Ersatzformteil oder das angepasste Formteil vorteil hafterweise aus Metall mittels eines 3-D-Metall-Druckverfahrens gefertigt. Beim 3-D-Metall-Druck sintert oder schmilzt eine Energiequelle, beispielswiese ein Laser, ein Metallpulver, um üblicherweise schichtweise das zu fertigende Objekt zu erzeugen. Das Pulver kann in einem Pulverbett vorliegen oder mittels einer Düse projiziert werden. Die generative Fertigung von Formenteilen ist bisher im Formenbau für Steinfertigungsmaschinen unbekannt.

Die ursprüngliche, in ihrer Gesamtheit hergestellte modulare Betonsteinform wird auch als Grundform oder Grundkonstruktion bezeichnet. Sie ist üblicher weise in konventioneller Weise durch ein Gussverfahren oder ein spanendes Fertigungsverfahren, beispielsweise Fräsen, gefertigt worden, sodass sich die Fertigung des Ersatzformenteils oder des angepassten Formenteils von der Fertigung des zu ersetzenden oder anzupassenden Formenteils unterscheidet. Nichtsdestotrotz kann auch die Grundform oder zumindest Formenteile davon ganz oder bereichsweise generativ gefertigt worden sein.

Das Ersatzformenteil ersetzt in einer ersten Variante ein Formenteil der Beton steinform. Mit anderen Worten: Ein Formenteil der Betonsteinform wird demon tiert und stattdessen das Ersatzformenteil montiert. Das angepasste Formenteil ist in einer zweiten Variante ein Formenteil der Betonsteinform, das durch gene rative Fertigung verändert worden ist. Mit anderen Worten: Ein Formenteil der Betonsteinform wird demontiert, durch generative Fertigung verändert und wie der in der Betonsteinform montiert. Ersatz und Anpassung können mehrfach für das gleiche Formenteil oder verschiedene Formenteile während der Lebens dauer der Betonsteinform durchgeführt werden. Beiden Varianten liegt der glei che erfinderische Gedanke, nämlich die Verwendung einer generativen Ferti gung im Formenbau für Steinfertigungsmaschinen, zugrunde. Die generative Fertigung erlaubt eine schnelle, einfache und dezentrale Repa ratur der Betonsteinform, wenn das zu ersetzende oder anzupassende Formen teil gemäß der beiden Varianten verschlissen und/oder defekt ist. Dies ist durch Ersatz des verschlissenen und/oder defekten Formenteils möglich oder indem der verschlissene und/oder defekte Bereich beim anzupassende Formenteil durch generative Fertigung wiederaufgebaut wird. Üblicherweise stimmen bei der Reparatur die Form des Ersatzformenteils oder des angepassten Formteils mit der Form des zu ersetzenden beziehungsweise anzupassenden Formteils in nicht verschlissenem oder nicht defektem Zustand überein. Bei der Anpassung kann der generativen Fertigung eine Vorbehandlung des Formenteils vorange hen, beispielsweise eine Oberflächenbehandlung oder Entfernung weiterer Be reiche. Bei der Anpassung kann der generativ gefertigte Bereich direkt auf das anzupassende Formenteil gedruckt werden oder separat gedruckt werden und dann mit dem anzupassenden Formenteil verbunden werden, beispielsweise durch Kleben, Schweißen oder geeignete Verbindungsmittel. Verschleiß be zeichnet Materialabnutzung durch Gebrauch der Betonsteinform. Unter Defekt wird eine Beschädigung im weiteren Sinne als nur Verschleiß verstanden, wo bei die Beschädigung beispielsweise von äußeren Einflüssen oder Produktions fehlern herrühren kann.

Bei der Modifikation wird das Formenteil, das weder verschlissen noch defekt sein muss, durch eines ersetzt, dessen Form sich von der Form des zu erset zenden Formenteils in nicht verschlissenem oder nicht defektem Zustand unter scheidet. Dies erlaubt eine Veränderung der Betonsteinform, um beispielsweise das Layout der damit herstellbaren Betonsteine zu verändern. Das gleiche Ziel lässt sich erreichen, indem der generativ gefertigte Bereich des angepassten Formenteils derart geformt ist, dass die Form des angepassten Formenteils sich von der Form des anzupassenden Formenteils in nicht verschlissenem oder nicht defektem Zustand unterscheidet. Dabei kann der generativ gefertigte Be reich des angepassten Formenteils ein Bereich sein, der über die Form des an- zupassenden Formenteil in nicht verschlissenem oder nicht defektem Zustand hinausgeht, sodass zusätzliche Bereiche durch die generative Fertigung auf dem Formenteil aufgebracht werden.

Oft ist das zu ersetzende oder anzupassende Formenteil ein Formenteil eines Formennests oder eine Druckplatte der Betonsteinform, da solche Formenteile sowohl verschleißanfällig sind als auch das Layout des Betonsteins beeinflus sen. Die Betonsteinform und deren Formenteile sind für viele Verschleißteil wechsel ausgelegt, sodass das gleiche Formenteil mehrfach ersetzt werden kann. Es ist möglich, nach und nach konventionell gefertigte Formenteile durch generativ gefertigte Ersatzformenteile zu ersetzen.

Der große Vorteil der generative Fertigung im beschrieben Verfahren ist, dass die Fertigung der Ersatzformenteile oder der angepassten Formenteile nicht mehr auf die Fertigungsstätte der Grundform, das heißt das Werk des Herstel lers, beschränkt ist, sondern dezentral und weltweit möglich ist, sofern ein ge eignetes Fertigungsgerät, das heißt ein 3-D-Metall-Drucker, vorhanden ist, mit dem das Ersatzformenteil oder das angepasste Formenteil gefertigt werden kann. Durch die modulare Bauweise der Betonsteinform ist ein einfacher Aus tausch von allen Verschleißteilen möglich. Die für die Fertigung erforderlichen Formdaten können vom Hersteller der Grundform an die Fertigungsstätte des Ersatzformenteils oder des angepassten Formenteils in einfacherer und schnel lerer Weise als ein körperliches Ersatzformenteil übermittelt werden. Dadurch reduziert sich der Zeitaufwand für Reparatur oder Modifikation der Betonstein form auf die Druckdauer und den Zeitaufwand für die Montage. Der Aufwand für den Versand entfällt, da die Daten für die Fertigung nahezu sofort auf elektroni schem Wege bereitgestellt werden können. Durch die Aufwandsreduktion beim Transport ist dieses Verfahren ökologisch vorteilhaft und kosteneffizient. Die Bereitstellung der Formdaten kann beispielsweise mittels einer Datenbank erfolgen, die für die generative Fertigung relevante Formdaten für das Ersatz formenteil oder das angepasste Formenteil bereitstellt. Es können nicht nur die Formdaten des entsprechenden Formenteils bereitgestellt werden, sondern auch Layoutvarianten, sodass aus einer Mehrzahl von Formdaten ein Daten satz für das Ersatzformenteil oder das angepasste Formenteil ausgewählt wer den kann, sodass sich die Form des Ersatzformenteils oder des angepassten Formteils von der Form des zu ersetzenden oder anzupassenden Formenteils unterscheidet oder eben nicht. Auf diese Weise kann der Nutzer der Betonstein form das Ersatzformenteil selbst generativ fertigen, sobald ihm die Formdaten vom Hersteller bereitgestellt worden sind.

Natürlich ist es nach wie vor möglich, dass das Ersatzformenteil oder das an gepasste Formenteil durch den Hersteller der Grundform gefertigt wird und an schließend an den Nutzer der Betonsteinform versandt wird. In diesem Fall ist die modulare Betonsteinform als Grundform an der Fertigungsstätte des Her stellers gefertigt worden, und das Ersatzform enteil oder das angepasste For menteil wird an derselben Fertigungsstätte generativ gefertigt oder wird an einer anderen Fertigungsstätte des Herstellers nach Übermittlung für die generative Fertigung relevanter Formdaten generativ gefertigt. Für den Hersteller ergibt sich dadurch der Vorteil einer schnellen, flexiblen und bedarfsorientierten Ferti gung des Ersatzformenteils oder des angepassten Formenteils, die nicht unbe dingt in der Fertigungsstätte der Grundform durchgeführt werden muss, son dern auch in Niederlassungen überall auf der Welt erfolgen kann, die einen 3-D- Metall-Drucker haben und möglicherweise nähe am Nutzer sind. Insbesondere die Fertigung von Ersatzformenteilen kommt für die Fertigung in den Niederlas sungen in Frage, da sie lediglich den 3-D-Druckvorgang umfasst. Dies ermög licht Aufwandsreduktion und Zeitersparnis, weil sich der Versandweg verkürzt, was ökologisch vorteilhaft und kosteneffizient ist. Das Verfahren eignet sich nicht nur zur Reparatur defekter oder verschlissener Formenteile, sondern auch zu deren Modifikation, sodass beispielsweise das Layout der Betonsteine geändert werden kann oder die Betonsteinform, bei spielsweise durch Modifikation des Rahmens, an eine geänderte Produktion sumgebung angepasst werden kann. Für den Nutzer ergeben sich, insbesonde re bei der Modifikation, durch die beschriebenen Fertigungsoptionen die Vortei le, dass lange Prozessketten eingespart werden, sodass schneller auf Beton steinbestellungen reagiert werden kann, was mit kürzeren Lieferzeiten einher geht. Es ist nicht mehr erforderlich, eine ganz neue Betonsteinform zu konstru ieren und durch den Hersteller fertigen zulassen, sondern lediglich einzelne Formenteile zu ersetzen oder anzupassen, was, insbesondere im erstgenann ten Fall, nutzerseitig erfolgen kann.

Auch der Hersteller profitiert von dem Verfahren, denn er kann Maschinenviel falt und Fertigungstiefe, beispielsweise Zuschnitt und CNC-Bearbeitung, an den weiteren Fertigungsstätten, die nicht zur Fertigung der Grundform vorgesehen sind, einsparen. Lediglich ein geeignetes Gerät für die generative Fertigung, das heißt ein 3-D-Metall-Drucker, ist an den weiteren Fertigungsstätten für Er satzformenteile oder angepasste Formenteile erforderlich.

Die generative Fertigung ermöglicht eine Produktion von Ersatzteilen „just in time“, sodass lange Lieferzeiten oder eine aufwändige Lagerhaltung vermieden werden. Zudem erlaubt das Verfahren die schnelle Verfügbarkeit von Ersatztei len, und die Verfügbarkeit der Formwerkzeuge wird erhöht.

Die generative Fertigung bietet außerdem mögliche Gewichtseinsparungen an den Formenteilen durch eine verbesserte Formenteiltopologie. Der 3-D-Druck ermöglicht die Fertigung von Formenteilen mit Formen, die sich mit konventio nellen Fertigungsverfahren nicht hersteilen lassen, beispielsweise Hinterschnit te und Hohlräume. Diesen Vorteil kann der Hersteller sich bereits bei der Her- Stellung der Grundform zu Nutze machen, indem sie zumindest teilweise gene rativ gefertigt wird. Alternativ oder zusätzlich kann die Form des Ersatz formenteils oder des angepassten Formenteils sich von der Form des zu erset zenden oder anzupassenden Formenteils unterscheiden, indem sie Topologie vorteile aufweist. Durch die mit der Topologie einhergehende Gewichtseinspa rung ergeben sich Transporterleichterungen.

Nachfolgend werden einige Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung näher erläutert.

Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer modularen Betonsteinform.

Figur 2 veranschaulicht die Schritte der Fierstellung und möglichen Reparatur und/oder Modifikation einer modularen Betonsteinform.

In den Figuren sind gleiche oder funktional gleich wirkende Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer modularen Betonsteinform mit ei nem Formoberteil 1 und einem Formunterteil 3. Das Formunterteil 3 weist einen Rahmen 5 auf, der einen Einsatz 7 umgibt. Im Einsatz 7 sind mehrere Ausspa rungen 9, die als Formnester ausgebildet sind. Flansche 17 an den Seiten des Rahmens 5 ermöglichen dessen Montage in einem Steinfertiger (nicht darge stellt). Gegenüberliegend zu den Aussparungen 9 ist das Formoberteil 1 ange ordnet, das mehrere Druckplatten 11 aufweist, die in ihren Abmessungen in etwa den Aussparungen 9 entsprechen. Die Druckplatten 11 sind über Druck stempel 13 mit einer Stempelplatte 15 verbunden, die die Druckplatten 11 und die Druckstempel 13 zu einer Einheit zusammengefasst. Sowohl das Formober teil 1 als auch das Formunterteil 3 sind aus lösbar verbundenen Formenteilen 19 montiert. Der Rahmen 5 und der Einsatz 7 sind aus mehreren Formenteilen 19 zusammengesetzt. Die Verbindung zwischen den Formenteilen 19 kann bei spielsweise durch Nut-und-Feder-Verbindungen und/der Steckverbindungen und/oder Schrauben erfolgen. Die montierten Formenteile 19 bilden die modula re Betonsteinform, bei der Formenteile 19 austauschbar sind, sodass bei Defekt oder Verschleiß lediglich das entsprechende Formenteil ersetzt oder angepasst werden muss. Der Ersatz und/oder die Anpassung eines oder mehrere Formen teile 19 ermöglicht darüber hinaus die Modifikation der Betonsteinform.

Figur 2 veranschaulicht die Schritte der Fierstellung und möglichen Reparatur und/oder Modifikation einer modularen Betonsteinform.

Die vom Fiersteller als Ganzes gefertigte modulare Betonsteinform wird als Grundform bezeichnet. Sie wird abhängig vom Layout der mit ihr zu fertigenden Betonsteine konstruiert und üblicherweise durch ein konventionelles Ferti gungsverfahren, beispielsweise ein spanendes Fertigungsverfahren oder ein Gussverfahren gefertigt, wie im Schritt 21 veranschaulicht. Nichtsdestotrotz kann auch die Grundform oder zumindest Formenteile davon ganz oder be reichsweise generativ gefertigt worden sein. Die Fertigung der Grundform um fasst die Fertigung der Formenteile 19 der Betonsteinform und deren Montage, sodass die Formenteile 19 lösbar verbunden sind. Die Montage erfolgt an einer zentralen Fertigungsstätte des Fierstellers, an der üblicherweise auch die For menteile gefertigt worden sind, und wird dann an den Nutzer der Betonstein form ausgeliefert.

Schritt 23 veranschaulicht Reparatur oder Modifikation der modularen Beton steinform mit mehreren Formenteilen. Bei Reparatur oder Modifikation wird ein Ersatzformenteil für ein zu ersetzendes Formenteil der Betonsteinform genera tiv gefertigt und das Ersatzformenteil anstatt des zu ersetzenden Formenteils in der Betonsteinform montiert, oder ein Bereich eines anzupassenden For menteils der Betonsteinform wird generativ gefertigt und das derart angepasste Formenteil dann in die Betonsteinform montiert. Im Falle von Defekt, Verschleiß oder gewünschter Modifikation der Betonsteinform ist es möglich, Formenteile mittels eines generativen Fertigungsverfahrens, vorteilhafterweise 3-D-Metall- Druck, zu ersetzen oder anzupassen. Zu ersetzende Formenteile werden aus der Betonsteinform entfernt und durch ein neues, generativ gefertigtes Ersatz formenteil, das in die Betonsteinform montiert wird, ersetzt. Ein anzupassendes Formenteil wird aus der Betonsteinform ausgebaut, ein Bereich des Formenteils generativ gefertigt und das somit angepasste Formenteil wird wieder in die Be tonsteinform eingebaut. Ersatz und Anpassung können mehrfach für das glei che Formenteil oder verschiedene Formenteile während der Lebensdauer der Betonsteinform durchgeführt werden, wie durch den rückgeführten Pfeil veran schaulicht.

Für die generative Fertigung sind Formdaten, d.h. Konstruktionsdaten, für das Ersatzformenteil oder das angepasste Formenteil erforderlich, die beispielswei se vom Hersteller bereitgestellt werden können, veranschaulicht in Schritt 25. Diese Formdaten können als 3-D-CAD-Daten vorliegen, mittels derer der 3-D- Metall-Drucker angesteuert wird. Solche Formdaten können in kürzester Zeit bereitgestellt werden, sodass sich der Zeitaufwand zur Bereitstellung des Er satzformenteils oder des angepassten Formenteils nur auf dessen Druckzeit beläuft.

Es sei bemerkt, dass das Verfahren nicht nur die Reparatur einer defekten oder verschlissenen Betonsteinform ermöglicht, sondern auch ihre Anpassung an geänderte Produktionserfordernisse, beispielsweise ein geändertes Layout der zu fertigenden Betonsteine. Die entsprechenden Schritte 23 und 25 können mehrfach während der Lebensdauer der Betonsteinform durchgeführt werden, sodass Reparatur und Modifikation die Lebensdauer der Betonform erhöhen. Die Fertigung des Ersatzformenteils oder des angepassten Formteils kann in der zentralen Fertigungsstätte des Fierstellers, in der auch die Grundform gefer tigt worden ist, erfolgen oder in einer seiner Niederlassungen oder beim Nutzer der Betonsteinform. Letztgenannter Fall umfasst nicht nur das 3-D-Drucken durch den Nutzer selbst, sondern auch eines von ihm beauftragten Dritten. Durch diese Optionen ermöglicht die generative Fertigung eine erhöhte Verfüg barkeit von Formteilen, denn es stehen verschiedene Fertigungsstätten, sei es herstellerseitig oder nutzerseitig, für den Schritt 23 zur Verfügung: Der Nutzer kann mittels der vom Hersteller bereitgestellten Formdaten das Ersatzformenteil selbst ausdrucken. Dies kann nach Bedarf oder auf Vorrat erfolgen. Der Her steller kann das Ersatzformenteil selbst an der Fertigungsstätte der Grundform drucken und dann zur Montage beim Nutzer an diesen versenden. Wenn der Nutzer die Betonsteinform an den Hersteller gesandt hat, wird das Ersatzfor menteil oder das angepasste Formenteil herstellerseitig montiert und die Beton steinform dann an den Nutzer zurückgesandt. Tritt ein Defekt unmittelbar nach der Herstellung auf, kann der Hersteller die Form durch generative Fertigung noch vor der Auslieferung reparieren und/oder sogar modifizieren. Es gibt auch die Möglichkeit, dass das zu ersetzende Formenteil an einer anderen Ferti gungsstätte des Herstellers gedruckt wird, nachdem dort die Formdaten bereit gestellt worden sind. Auch hier kann die Montage beim Nutzer oder in der wei teren Fertigungsstätte erfolgen.

Auch für das anzupassende Formenteil sind oben beschriebenen Optionen an wendbar. Die Anpassung kann beim Nutzer, in der zentralen Fertigungsstätte oder einer weiteren Fertigungsstätte erfolgen. Da 3-D-Drucken eines Ersatz formenteils als Ganzes weniger komplex ist als die Anpassung eines For menteils, erfolgt die Anpassung eher herstellerseitig, sei es in der Fertigungs stätte der Grundform oder einer weiteren Fertigungsstätte. Die dezentrale Fertigung mittels generativer Fertigung kann durch eine Daten bank, in deren Datenpool Formdaten bereitgestellt werden, unterstützt werden. Solch eine Datenbank kann vom Fiersteller bereitgestellt werden und die Wei tergabe der Formdaten zur dezentralen Fertigung erleichtern. Alternativ oder zusätzlich zu solch einer Datenbank kann ein Datentransfersystem bereitge stellt werden, durch das Formdaten des zu ersetzenden oder anzupassenden Formenteils wie beim ursprünglichen Formenteil oder mit eingepflegten Ände rungen, beispielsweise nach Nutzerwünschen oder -Spezifikationen, bereitge stellt werden

Die vorstehend und die in den Ansprüchen angegebenen sowie die den Abbil dungen entnehmbaren Merkmale sind sowohl einzeln als auch in verschiedener Kombination vorteilhaft realisierbar. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebe nen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern im Rahmen fachmännischen Könnens in mancherlei Weise abwandelbar.

Bezugszeichen

I Formenoberteil

3 Formenunterteil 5 Rahmen

7 Einsatz

9 Aussparung

I I Druckplatte

13 Druckstempel 15 Stempelplatte

17 Flansch

19 Formenteil

21 Schritt

23 Schritt 25 Schritt