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Title:
PRESSURE HEAD
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2021/110771
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a pressure head (1) for dispensing a water-binder mixture (2) in a controlled manner, said mixture comprising water and at least one hydraulic binder, in particular a cementitious binder, wherein the pressure head (1) comprises at least one supply channel (3) for supplying the water-binder mixture (2), at least one outlet opening (4) which is fluidically connected to the at least one supply channel (3), and at least one valve (5), by means of which the at least one outlet opening (4) can be opened and closed in a controlled manner, whereby a specified dose (49) of the water-binder mixture (2) can be dispensed through the at least one outlet opening (4).

Inventors:
WOHLGEMUTH KURT (IT)
Application Number:
PCT/EP2020/084321
Publication Date:
June 10, 2021
Filing Date:
December 02, 2020
Export Citation:
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Assignee:
PROGRESS MASCHINEN & AUTOMATION AG (IT)
METALLCONCEPT GMBH (IT)
International Classes:
B05C5/00; B41J2/14; B41J2/04
Domestic Patent References:
WO2013013983A12013-01-31
WO2015151831A12015-10-08
Foreign References:
US20180022105A12018-01-25
US20190283417A12019-09-19
EP3431172A12019-01-23
DE102014008183A12015-12-17
EP1972450A22008-09-24
EP3187337A12017-07-05
US20150115000A12015-04-30
JP6312758B22018-04-18
US20080148683A12008-06-26
US20190168443A12019-06-06
Attorney, Agent or Firm:
GANGL, Markus et al. (AT)
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Claims:
Patentansprüche:

1. Druckkopf (1) zur gesteuerten Abgabe eines Wasser-Bindemittel-Gemischs (2), umfassend Wasser und wenigstens ein hydraulisches Bindemittel, insbesondere ein zementöses Bindemittel, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckkopf (1) wenigstens einen Zuführkanal (3) zur Zufuhr des Wasser-Bindemittel-Gemischs (2), wenigstens eine Auslassöffnung (4), welche in Fluidverbindung mit dem wenigstens einen Zuführkanal (3) bringbar ist, und wenigstens ein Ventil (5), mit welchem die wenigstens eine Auslassöffnung (4) gesteuert öffenbar und verschließbar ist, wodurch eine vorbestimmte Dosis (49) des Wasser-Bindemitte- Gemischs (2) durch die wenigstens eine Auslassöffnung (4) abgebbar ist, umfasst.

2. Druckkopf (1) nach Anspruch 1 , wobei der Druckkopf (1) wenigstens einen Grundkörper (6), an welchem das wenigstens eine Ventil (5) angeordnet ist, und wenigstens einen mit dem wenigstens einen Grundkörper (6) lösbar verbindbaren Wechselkörper (7) aufweist, wobei am wenigstens einen Wechselkörper (7) die wenigstens eine Auslassöffnung (4) und/oder der wenigstens eine Zuführkanal (3) angeordnet sind.

3. Druckkopf (1 ) nach Anspruch 2, wobei der wenigstens eine Wechselkörper (7)

- aus wenigstens einem, vorzugsweise säurebeständigen, Kunststoff, vorzugsweise ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus PE, PVC, POM, PTFE und Mischungen davon, besteht, und/oder

- wenigstens ein Spritzgussteil umfasst, und/oder

- wenigstens zwei, vorzugsweise lösbar miteinander verbindbare, Teilkörper (8, 9) aufweist, vorzugsweise wobei zwischen den wenigstens zwei Teilkörpern (8, 9) wenigstens eine Dichtung (10) angeordnet ist.

4. Druckkopf (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das wenigstens eine Ventil (5)

- als elektropneumatisches oder elektromagnetisches Ventil ausgebildet ist, und/oder - wenigstens einen Druckluftanschluss (11) und/oder wenigstens einen Elektrikanschluss (12) aufweist, und/oder

- wenigstens eine, vorzugsweise über einen Verstellweg (13) zwischen 0,5 und 1 ,5 mm, verstellbare Ventilstange (14) aufweist, vorzugsweise wobei die wenigstens eine Ventilstange (14) zumindest bereichsweise aus wenigstens einem Hartmetall besteht, und/oder ein freies Ende (15) der wenigstens einen Ventilstange (14) kugelkopfförmig ausgebildet ist, und/oder an einem freien Ende (15) der wenigstens einen Ventilstange (14) eine aus einem elastischen Material bestehende Dichtung angeordnet ist, mit welcher die wenigstens eine Auslassöffnung (4) abdichtbar ist, und/oder

- wenigstens eine Rückstellfeder (16) umfasst, bevorzugt wobei die wenigstens eine Rückstellfeder (16) derart ausgebildet ist, dass die wenigstens eine Auslassöffnung (4) mit einer Schließkraft zwischen 10 und 50 N, besonders bevorzugt mit einer Schließkraft zwischen 20 und 40 N, verschließbar ist.

5. Druckkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei wenigstens eine, vorzugsweise austauschbare, Dichtmembran (17) vorgesehen ist, welche wenigstens ein bewegbares Teil des wenigstens einen Ventils (5), vorzugsweise eine Ventilstange (14), gegen ein Eindringen des Wasser-Bindemittel-Gemischs (2) abdichtet.

6. Druckkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die wenigstens eine Auslassöffnung (4)

- in einem Düsenkörper (18) ausgebildet ist, vorzugsweise wobei der Düsenkörper (18) aus wenigstens einem Hartmetall oder Keramik gebildet ist, und/oder

- wenigstens eine schräge, vorzugsweise trichterförmige, Anpressfläche (19) für ein freies Ende (15) einer Ventilstange (14) des wenigstens einen Ventils (5) aufweist, und/oder

- einen Durchmesser (20) zwischen 0,5 und 2,0 mm aufweist.

7. Druckkopf (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der wenigstens eine Zuführkanal (3) wenigstens eine Eingangsöffnung (21) für das Wasser- Bindemittel-Gemisch (2) aufweist, bevorzugt wobei der wenigstens eine Zuführkanal (3) wenigstens eine der wenigstens einen Eingangsöffnung (21) gegenüber liegende Ausgangsöffnung (22) aufweist, besonders bevorzugt wobei die wenigstens eine Eingangsöffnung (21) und/oder die wenigstens eine Ausgangsöffnung (22) ein Gewinde (23) zum Anschluss einer Fluidleitung (24) aufweist.

8. Druckkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Druckkopf (1) wenigstens einen Entlüftungskanal (25) aufweist, mit welchem ein Druckausgleich für wenigstens ein bewegbares Teil des wenigstens einen Ventils (5), vorzugsweise eine Ventilstange (14), erzeugbar ist.

9. Druckkopf (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei

- wenigstens eine Steuer- und/oder Regelungsvorrichtung (26) vorgesehen ist, mit welcher das wenigstens eine Ventil (5) steuerbar ist, und/oder

- der Druckkopf (1) eine Vielzahl an Auslassöffnungen (4) umfasst, wobei die Auslassöffnungen (4), vorzugsweise äquidistant, auf wenigstens einer Linie (27) angeordnet sind.

10. Anordnung (28) mit einem Wasser-Bindemittel-Gemisch (2), umfassend Wasser und wenigstens ein hydraulisches Bindemittel, insbesondere ein zementöses Bindemittel, und wenigstens einem Druckkopf (1) zur gesteuerten Abgabe des Wasser-Bindemittel-Gemischs (2), wobei der wenigstens eine Druckkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildet ist, vorzugsweise wobei

- das wenigstens eine hydraulische Bindemittel ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus Portlandzement, Calciumaluminatzement, Calciumsulfoaluminatzement und Mischungen davon, und/oder

- das Wasser-Bindemittel-Gemisch (2) wenigstens einen Zusatzstoff, vorzugsweise wenigstens ein Fließmittel, umfasst.

11. Verfahren zur gesteuerten Abgabe eines Wasser-Bindemittel-Gemischs (2), umfassend Wasser und wenigstens ein hydraulisches Bindemittel, insbesondere ein zementöses Bindemittel, mittels wenigstens einer Anordnung (28) nach Anspruch 10, wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte umfasst:

- das Wasser-Bindemittel-Gemisch (2) wird über den wenigstens einen Zuführkanal (3) des wenigstens einen Druckkopfs (1) der wenigstens einen Auslassöffnung (4) des wenigstens einen Druckkopfs (1) zugeführt, vorzugsweise mit einem Druck zwischen 0,1 und 2,0 bar, und

- die wenigstens eine Auslassöffnung (4) wird mittels des wenigstens einen Ventils (5) des wenigstens einen Druckkopfs (1) gesteuert geöffnet und verschlossen und dadurch eine vorbestimmte Dosis (49) des Wasser- Bindemitte-Gemischs (2) durch die wenigstens eine Auslassöffnung (4) abgegeben.

12. 3D-Druckvorrichtung (29) für die Bauindustrie umfassend wenigstens eine Schichtablagevorrichtung (30) zur schichtweisen Ablage wenigstens eines partikelförmigen Zuschlagstoffs (31) auf einer Druckplattform (32) und wenigstens einen Druckkopf (1) zur gesteuerten Abgabe eines Wasser- Bindemittel-Gemischs (2), umfassend Wasser und wenigstens ein hydraulisches Bindemittel, insbesondere ein zementöses Bindemittel, an wenigstens einem örtlich vorbestimmten Bereich (33) einer von der wenigstens einen Schichtablagevorrichtung (30) auf der Druckplattform (32) abgelegten Schicht (34, 35, 36) des wenigstens einen Zuschlagstoffs (31), wobei der wenigstens eine Druckkopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildet ist, vorzugsweise wobei die 3D-Druckvorrichtung (29) wenigstens einen in Gebrauchslage der 3D-Druckvorrichtung (29) in vertikaler Richtung (37) verstellbaren Träger (38) aufweist, an welchem die wenigstens eine Schichtablagevorrichtung (30) und/oder der wenigstens eine Druckkopf (1 ) in horizontaler Richtung (40, 41) verstellbar gelagert sind.

13. Verwendung wenigstens eines Druckkopfs (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur gesteuerten Abgabe eines Wasser-Bindemittel-Gemischs (2), umfassend Wasser und wenigstens ein hydraulisches Bindemittel, insbesondere ein zementöses Bindemittel, in einer 3D-Druckvorrichtung (29) für die Bauindustrie, vorzugsweise wobei die 3D-Druckvorrichtung (29) nach Anspruch 12 ausgebildet ist.

14. Verfahren zum Herstellen eines 3D-Bauteils (42) für die Bauindustrie mittels einer 3D-Druckvorrichtung (29) nach Anspruch 12, wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte umfasst:

- es wird wenigstens eine Schicht (34, 35, 36) des wenigstens einen partikelförmigen Zuschlagstoffs (31) auf einer Druckplattform (32) mittels der wenigstens einen Schichtablagevorrichtung (30) abgelegt, und

- es wird eine vorbestimmte Dosis (49) des Wasser-Bindemittel-Gemischs (2) an wenigstens einem örtlich vorbestimmten Bereich (33) der wenigstens einen Schicht (34, 35, 36) des wenigstens einen Zuschlagstoffs (31) mittels des wenigstens einen Druckkopfs (1) abgegeben.

15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei

- vor der Ablage einer ersten Schicht (34) des wenigstens einen Zuschlagstoffs (31) auf der Druckplattform (32) eine vorbestimmte Dosis (49) des Wasser-Bindemittel-Gemischs (2) an wenigstens einem örtlich vorbestimmten Bereich (33) der Druckplattform (32) abgegeben wird, und/oder

- nach der Ablage einer letzten Schicht (36) des wenigstens einen Zuschlagstoffs (31) eine vorbestimmte Dosis (49) des Wasser-Bindemittel- Gemischs (2) an wenigstens einem örtlich vorbestimmten Bereich (33) der letzten Schicht (36) des wenigstens einen Zuschlagstoffs (31) abgegeben wird.

Description:
Druckkopf

Die Erfindung betrifft einen Druckkopf zur gesteuerten Abgabe eines Wasser- Bindemittel-Gemischs, umfassend Wasser und wenigstens ein hydraulisches Bindemittel, insbesondere ein zementöses Bindemittel, sowie die Verwendung wenigstens eines solchen Druckkopfs zur gesteuerten Abgabe eines Wasser- Bindemittel-Gemischs, umfassend Wasser und wenigstens ein hydraulisches Bindemittel, insbesondere ein zementöses Bindemittel, in einer 3D-Druckvorrichtung. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Anordnung mit einem Wasser-Bindern ittel-Gemisch, umfassend Wasser und wenigstens ein hydraulisches Bindemittel, insbesondere ein zementöses Bindemittel, und wenigstens einem solchen Druckkopf sowie ein Verfahren zur gesteuerten Abgabe eines Wasser-Bindemittel-Gemischs, umfassend Wasser und wenigstens ein hydraulisches Bindemittel, insbesondere ein zementöses Bindemittel, mittels wenigstens einer solchen Anordnung. Und schließlich betrifft die Erfindung eine 3D-Druckvorrichtung für die Bauindustrie sowie ein Verfahren zum Herstellen eines 3D- Bauteils für die Bauindustrie mittels einer 3D-Druckvorrichtung.

Die Erfindung ist auf dem technischen Gebiet des 3D-Drucks von 3D-Bauteilen für die Bauindustrie angesiedelt.

Üblicherweise werden Betonteile unter Zuhilfenahme von Schalungselementen gefertigt. Allerdings sind die auf diese Weise herstellbaren Betonteile in ihrer Formgebung beschränkt. Deshalb wäre es wünschenswert, Betonteile auch mit Hilfe eines 3D-Druckverfahrens hersteilen zu können.

Eine große Schwierigkeit besteht allerdings darin, dass bei der Herstellung von Betonteilen hydraulische Bindemittel, wie z.B. zementöse Bindemittel, zum Einsatz kommen, welche in Anwesenheit von Wasser in einer Hydratationsreaktion zu festen Hydraten oder Hydratphasen reagieren. Bisher ist man davon ausgegangen, dass diese chemisch ablaufenden Prozesse die Implementation in 3D-Druckvorrichtungen verhindern, da sie sehr leicht zu Verstopfungen und damit irreparablen Schäden führen. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Druckkopf zur gesteuerten Abgabe eines Wasser-Bindemittel-Gemischs, umfassend Wasser und wenigstens ein hydraulisches Bindemittel, insbesondere ein zementöses Bindemittel, eine Anordnung mit einem Wasser-Bindemittel-Gemisch, umfassend Wasser und wenigstens ein hydraulisches Bindemittel, insbesondere ein zementöses Bindemittel, und wenigstens einem solchen Druckkopf, ein Verfahren zur gesteuerten Abgabe eines Wasser- Bindemittel-Gemischs, umfassend Wasser und wenigstens ein hydraulisches Bindemittel, insbesondere ein zementöses Bindemittel, mittels wenigstens einer solchen Anordnung sowie die Verwendung wenigstens eines solchen Druckkopfs zur gesteuerten Abgabe eines Wasser-Bindemittel-Gemischs, umfassend Wasser und wenigstens ein hydraulisches Bindemittel, insbesondere ein zementöses Bindemittel, in einer 3D-Druckvorrichtung bereitzustellen, wobei die aus dem Stand der Technik bekannten Schwierigkeiten nicht, oder nur in deutlich abgeschwächter Form auftreten. Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine 3D-Druckvorrichtung für die Bauindustrie sowie ein Verfahren zum Herstellen eines 3D-Bauteils für die Bauindustrie mittels einer 3D-Druckvorrichtung bereitzustellen.

Diese Aufgaben werden gelöst durch die Merkmale der Ansprüche 1 , 10, 11, 12, 13 und 14.

Beim erfindungsgemäßen Druckkopf zur gesteuerten Abgabe eines Wasser- Bindemittel-Gemischs, umfassend Wasser und wenigstens ein hydraulisches Bindemittel, insbesondere ein zementöses Bindemittel, ist es demnach vorgesehen, dass der Druckkopf wenigstens einen Zuführkanal zur Zufuhr des Wasser-Bindemittel- Gemischs, wenigstens eine Auslassöffnung, welche in Fluidverbindung mit dem wenigstens einen Zuführkanal bringbar ist, und wenigstens ein Ventil, mit welchem die wenigstens eine Auslassöffnung gesteuert öffenbar und verschließbar ist, wodurch eine vorbestimmte Dosis des Wasser-Bindemitte-Gemischs durch die wenigstens eine Auslassöffnung abgebbar ist, umfasst.

Dadurch ist es entgegen der bisherigen Annahmen des Stands der Technik möglich, ein Wasser-Bindemittel-Gemisch mittels eines Druckkopfes in einer 3D-Druckvorrichtung gesteuert abzugeben und damit Betonteile auch mit Hilfe eines 3D-Druckverfahrens hersteilen zu können.

Der erfindungsgemäße Druckkopf kann nach Art des Inkjet-Verfahrens betrieben werden, wobei eine vorbestimmte Dosis des Wasser-Bindern ittel-Gemischs gesteuert applizierbar ist.

Der Druckkopf ist derart ausgebildet, dass es bei einem regulären Betrieb nicht zu Verstopfungen und damit zu einer Zerstörung des Druckkopfes kommen sollte. Für den Fall, dass dennoch, z.B. durch einen Fehlgebrauch, eine Verstopfung auftritt, kann es gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform vorgesehen sein, dass der Druckkopf wenigstens einen Grundkörper, an welchem das wenigstens eine Ventil angeordnet ist, und wenigstens einen mit dem wenigstens einen Grundkörper lösbar verbindbaren Wechselkörper aufweist, wobei am wenigstens einen Wechselkörper die wenigstens eine Auslassöffnung und/oder der wenigstens eine Zuführkanal angeordnet sind. Dadurch ist es möglich, das wenigstens eine Ventil von den Teilen des Druckkopfes zu trennen, in denen das Wasser-Bindemittel-Gemisch geführt wird. Sollte es zu einer lokalen Aushärtung kommen, so kann der wenigstens eine Wechselkörper einfach und leicht ausgetauscht und damit der Druckkopf wieder in einen betriebsbereiten Zustand versetzt werden.

In diesem Zusammenhang kann es bevorzugt vorgesehen sein, dass der wenigstens eine Wechselkörper aus wenigstens einem, vorzugsweise säurebeständigen, Kunststoff, vorzugsweise ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus PE, PVC, POM, PTFE und Mischungen davon, besteht, und/oder wenigstens ein Spritzgussteil umfasst, und/oder wenigstens zwei, vorzugsweise lösbar miteinander verbindbare, Teilkörper aufweist, vorzugsweise wobei zwischen den wenigstens zwei Teilkörper wenigstens eine Dichtung angeordnet ist.

Durch diese Maßnahmen - allein oder in Kombination miteinander - ist es möglich, den wenigstens einen Wechselkörper kostengünstig auszubilden. PTFE, das auch unter der Bezeichnung Teflon bekannt ist, bietet sich als Material in besonderer Weise an, da es eine Anhaftung von Bestandteilen des Wasser-Bindern ittel- Gemischs verhindert und darüber hinaus säurebeständig ist.

Die Säurebeständigkeit ist deshalb vorteilhaft, da in einigen Zementlösern auch Säuren zur Reinigung enthalten sind.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, dass das wenigstens eine Ventil

- als elektropneumatisches oder elektromagnetisches Ventil ausgebildet ist, und/oder

- wenigstens einen Druckluftanschluss und/oder wenigstens einen Elektrikanschluss aufweist, und/oder

- wenigstens eine, vorzugsweise über einen Verstellweg zwischen 0,5 und 1 ,5 mm, verstellbare Ventilstange aufweist, vorzugsweise wobei die wenigstens eine Ventilstange zumindest bereichsweise aus wenigstens einem Hartmetall besteht, und/oder ein freies Ende der wenigstens einen Ventilstange kugelkopfförmig ausgebildet ist, und/oder an wenigstens einem freien Ende der wenigstens einen Ventilstange eine aus einem elastischen Material bestehende Dichtung angeordnet ist, mit welcher die wenigstens eine Auslassöffnung abdichtbar ist, und/oder

- wenigstens eine Rückstellfeder umfasst, bevorzugt wobei die wenigstens eine Rückstellfeder derart ausgebildet ist, dass die wenigstens eine Auslassöffnung mit einer Schließkraft zwischen 10 und 50 N, besonders bevorzugt mit einer Schließkraft zwischen 20 und 40 N, verschließbar ist.

Diese Maßnahmen - allein oder in Kombination miteinander - tragen dazu bei, dass die wenigstens eine Auslassöffnung mittels des wenigstens einen Ventils sicher geöffnet und verschlossen werden kann, ohne dass eine Verstopfung durch eine Aushärtungsreaktion kommt.

Es hat sich auch als günstig erwiesen, dass wenigstens eine, vorzugsweise austauschbare, Dichtmembran vorgesehen ist, welche wenigstens ein bewegbares Teil des wenigstens einen Ventils, vorzugsweise eine Ventilstange, gegen ein Eindringen des Wasser-Bindemittel-Gemischs abdichtet. Auf diese Weise kann sehr effektiv eine Beschädigung des wenigstens einen Ventils verhindert werden.

Alternativ oder ergänzend kann es vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Auslassöffnung in einem Düsenkörper ausgebildet ist, vorzugsweise wobei der Düsenkörper aus wenigstens einem Hartmetall oder Keramik gebildet ist, und/oder wenigstens eine schräge, vorzugsweise trichterförmige, Anpressfläche für ein freies Ende einer Ventilstange des wenigstens einen Ventils aufweist, und/oder einen Durchmesser zwischen 0,5 und 2,0 mm aufweist. Auch diese Maßnahmen - allein oder in Kombination miteinander - tragen dazu bei, dass die wenigstens eine Auslassöffnung mittels des wenigstens einen Ventils sicher geöffnet und verschlossen werden kann, ohne dass eine Verstopfung durch eine Aushärtungsreaktion kommt.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist es vorgesehen, dass der wenigstens eine Zuführkanal wenigstens eine Eingangsöffnung für das Wasser-Bindern ittel- Gemisch aufweist, bevorzugt wobei der wenigstens eine Zuführkanal wenigstens eine der wenigstens einen Eingangsöffnung gegenüber liegende Ausgangsöffnung aufweist, besonders bevorzugt wobei die wenigstens eine Eingangsöffnung und/oder die wenigstens eine Ausgangsöffnung ein Gewinde zum Anschluss einer Fluidleitung aufweist. Weist der wenigstens eine Zuführkanal sowohl wenigstens eine Eingangsöffnung für das Wasser-Bindemittel-Gemisch als auch wenigstens eine Ausgangsöffnung auf, so kann der wenigstens eine Zuführkanal in einen Zirkulationskreislauf für das Wasser-Bindemittel-Gemisch eingebunden werden, dem dann gesteuert über die wenigstens eine Ausgangsöffnung eine vorbestimmte Dosis des Wasser-Bindemittel-Gemischs entnommen wird.

Es bietet sich an, dass der Druckkopf wenigstens einen Entlüftungskanal aufweist, mit welchem ein Druckausgleich für wenigstens ein bewegbares Teil des wenigstens einen Ventils, vorzugsweise eine Ventilstange, erzeugbar ist. Auf diese Weise kann effizient ein durch die Bewegung des wenigstens einen bewegbaren Teil des wenigstens einen Ventils entstehender Unterdrück vermieden werden. Durch einen solchen Unterdrück würde die Gefahr bestehen, dass ein Teil des Wasser-Bindemittel-Gemischs in das wenigstens eine Ventil eindringt. Es hat sich als günstig erwiesen, dass wenigstens eine Steuer- und/oder Regelungsvorrichtung vorgesehen ist, mit welcher das wenigstens eine Ventil steuerbar ist, und/oder der Druckkopf eine Vielzahl an Auslassöffnungen umfasst, wobei die Auslassöffnungen, vorzugsweise äquidistant, auf wenigstens einer Linie angeordnet sind.

Wie eingangs ausgeführt, wird Schutz auch begehrt für eine Anordnung mit einem Wasser-Bindemittel-Gemisch, umfassend Wasser und wenigstens ein hydraulisches Bindemittel, insbesondere ein zementöses Bindemittel, und wenigstens einem erfindungsgemäßen Druckkopf zur gesteuerten Abgabe des Wasser-Bindemittel- Gemischs, vorzugsweise wobei das wenigstens eine hydraulische Bindemittel ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus Portlandzement, Calciumaluminatzement, Calciumsulfoaluminatzement und Mischungen davon, und/oder das Wasser-Bindemittel-Gemisch wenigstens einen Zusatzstoff, vorzugsweise wenigstens ein Fließmittel, umfasst.

Weiterhin wird Schutz begehrt für ein Verfahren zur gesteuerten Abgabe eines Wasser- Bindemittel-Gemischs, umfassend Wasser und wenigstens ein hydraulisches Bindemittel, insbesondere ein zementöses Bindemittel, mittels wenigstens einer erfindungsgemäßen Anordnung, wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte umfasst: das Wasser-Bindemittel-Gemisch wird über den wenigstens einen Zuführkanal des wenigstens einen Druckkopfs der wenigstens einen Auslassöffnung des wenigstens einen Druckkopfs zugeführt, vorzugsweise mit einem Druck zwischen 0,1 und 2,0 bar, und die wenigstens eine Auslassöffnung wird mittels des wenigstens einen Ventils des wenigstens einen Druckkopfs gesteuert geöffnet und verschlossen und dadurch eine vorbestimmte Dosis des Wasser-Bindemitte-Gemischs durch die wenigstens eine Auslassöffnung abgegeben.

Weiterhin wird Schutz begehrt für eine 3D-Druckvorrichtung für die Bauindustrie umfassend wenigstens eine Schichtablagevorrichtung zur schichtweisen Ablage wenigstens eines partikelförmigen Zuschlagstoffs auf einer Druckplattform und wenigstens einen erfindungsgemäßen Druckkopf zur gesteuerten Abgabe eines Wasser-Bindemittel-Gemischs, umfassend Wasser und wenigstens ein hydraulisches Bindemittel, insbesondere ein zementöses Bindemittel, an wenigstens einem örtlich vorbestimmten Bereich einer von der wenigstens einen Schichtablagevorrichtung auf der Druckplattform abgelegten Schicht des wenigstens einen Zuschlagstoffs, vorzugsweise wobei die 3D-Druckvorrichtung wenigstens einen in Gebrauchslage der 3D-Druckvorrichtung in vertikaler Richtung verstellbaren Träger aufweist, an welchem die wenigstens eine Schichtablagevorrichtung und/oder der wenigstens eine Druckkopf in horizontaler Richtung verstellbar gelagert sind. Als partikelförmige Zuschlagstoffe - auch als Gesteinskörnung bezeichnet - kommen zumindest alle Stoffe in Frage, die zum Anmeldezeitpunkt bei der Herstellung von Betonteilen zum Einsatz kommen, wie z.B. Sand, Kies, Splitt.

Weiterhin wird Schutz begehrt für eine Verwendung wenigstens eines erfindungsgemäßen Druckkopfs zur gesteuerten Abgabe eines Wasser-Bindern ittel- Gemischs, umfassend Wasser und wenigstens ein hydraulisches Bindemittel, insbesondere ein zementöses Bindemittel, in einer 3D-Druckvorrichtung für die Bauindustrie, vorzugsweise wobei die 3D-Druckvorrichtung nach Anspruch 12 ausgebildet ist.

Und schließlich wird Schutz begehrt für ein Verfahren zum Herstellen eines 3D-Bauteils für die Bauindustrie mittels einer 3D-Druckvorrichtung nach Anspruch 12, wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte umfasst: es wird wenigstens eine Schicht des wenigstens einen partikelförmigen Zuschlagstoffs auf einer Druckplattform mittels der wenigstens einen Schichtablagevorrichtung abgelegt, und es wird eine vorbestimmte Dosis des Wasser-Bindemittel-Gemischs an wenigstens einem örtlich vorbestimmten Bereich der wenigstens einen Schicht des wenigstens einen Zuschlagstoffs mittels des wenigstens einen Druckkopfs abgegeben.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens ist es vorgesehen, dass vor der Ablage einer ersten Schicht des wenigstens einen Zuschlagstoffs auf der Druckplattform eine vorbestimmte Dosis des Wasser-Bindemittel-Gemischs an wenigstens einem örtlich vorbestimmten Bereich der Druckplattform abgegeben wird, und/oder nach der Ablage einer letzten Schicht des wenigstens einen Zuschlagstoffs eine vorbestimmte Dosis des Wasser-Bindemittel-Gemischs an wenigstens einem örtlich vorbestimmten Bereich der letzten Schicht des wenigstens einen Zuschlagstoffs abgegeben wird. Durch diese Verfahrensschritte ist es möglich, 3D-Baueteile mit besonders glatten Oberflächen zu erzielen, welche sich von der Glätte von mittels Schalelementen erzeugbaren Oberflächen nicht oder nur unwesentlich unterscheiden.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand der Figurenbeschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Folgenden näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 ein schematisch dargestelltes Ausführungsbeispiel einer 3D-

Druckvorrichtung für die Bauindustrie in einer perspektivischen Ansicht,

Fig. 2 ein schematisch dargestelltes Ausführungsbeispiel eines Druckkopfes zur gesteuerten Abgabe eines Wasser-Bindemittel-Gemischs in einer perspektivischen Ansicht,

Fig. 3a) das Ausführungsbeispiel des in Fig. 2 dargestellten Druckkopfes, wobei ein erster Teilkörper eines Wechselkörpers ausgeblendet wurde,

Fig. 3b) das Ausführungsbeispiel des in Fig. 2 dargestellten Druckkopfes, wobei ein erster und ein zweiter Teilkörper eines Wechselkörpers ausgeblendet wurden,

Fig. 4a) das Ausführungsbeispiel des in Fig. 2 dargestellten Druckkopfes in einer perspektivischen Seitenansicht,

Fig. 4b) das Ausführungsbeispiel des in Fig. 4a) dargestellten Druckkopfes, wobei ein erster und ein zweiter Teilkörper eines Wechselkörpers ausgeblendet wurden,

Fig. 5a) ein schematisch dargestelltes Ausführungsbeispiel einer Anordnung mit einem Wasser-Bindemittel-Gemisch, umfassend Wasser und wenigstens ein hydraulisches Bindemittel, insbesondere ein zementöses Bindemittel, und einem Druckkopf zur gesteuerten Abgabe des Wasser-Bindemittel- Gemischs in einer Querschnittsansicht entlang einer Querschnittsebene parallel zu einer Längsachse des Druckkopfes,

Fig. 5b) das Ausführungsbeispiel des in Fig. 2 dargestellten Druckkopfes in einer Querschnittsansicht entlang einer Querschnittsebene senkrecht zu einer Längsachse des Druckkopfes, Fig. 6 ein schematisch dargestelltes Ausführungsbeispiel eines Ventils eines

Druckkopfes zur gesteuerten Abgabe eines Wasser-Bindemittel-Gemischs in einer perspektivischen Ansicht,

Fig. 7a), b) eine isolierte Darstellung einer Ventilstange des in Fig. 6 dargestellten Ventils und eines Düsenkörpers, wobei sich die Ventilstange und der Düsenkörper in der Teilfigur a) kontaktieren und die Ventilstange und der Düsenkörper in der Teilfigur b) voneinander beabstandet sind,

Fig. 8 eine isolierte Darstellung einer Ventilstange des in Fig. 6 dargestellten

Ventils,

Fig. 9 eine isolierte Darstellung eines Düsenkörpers des in Fig. 6 dargestellten

Ventils, und

Fig. 10 ein schematisch dargestelltes Ausführungsbeispiel eines 3D-Bauteils, hergestellt nach einem Verfahren zum Fierstellen eines 3D-Bauteils für die Bauindustrie mittels einer 3D-Druckvorrichtung für die Bauindustrie, in einer perspektivischen Ansicht.

Die Figur 1 zeigt ein schematisch dargestelltes Ausführungsbeispiel einer 3D- Druckvorrichtung 29 für die Bauindustrie umfassend eine Schichtablagevorrichtung 30 zur schichtweisen Ablage wenigstens eines partikelförmigen Zuschlagstoffs 31 auf einer Druckplattform 32 und einen Druckkopf 1 zur gesteuerten Abgabe eines Wasser- Bindemittel-Gemischs 2, umfassend Wasser und wenigstens ein hydraulisches Bindemittel, insbesondere ein zementöses Bindemittel, an wenigstens einem örtlich vorbestimmten Bereich 33 einer von der Schichtablagevorrichtung 30 auf der Druckplattform 32 abgelegten Schicht 34, 35 des wenigstens einen Zuschlagstoffs 31. Der Druckkopf 1 kann gemäß dem nachfolgend näher beschriebenen Ausführungsbeispiel ausgebildet sein.

Die 3D-Druckvorrichtung 29 weist wenigstens einen in Gebrauchslage der 3D- Druckvorrichtung 29 in vertikaler Richtung 37 verstellbaren Träger 38 auf, an welchem die Schichtablagevorrichtung 30 und der Druckkopf 1 in horizontaler Richtung 40, 41 verstellbar gelagert sind. Es können auch mehr als eine Schichtablagevorrichtung 30 und/oder mehr als ein Druckkopf 1 vorgesehen sein. Dadurch lässt sich die Druckgeschwindigkeit erhöhen.

Die Schichtablagevorrichtung 30 kann wie im dargestellten Fall einen Abgabetrog 43 als Zwischenspeicher für den wenigstens einen partikelförmigen Zuschlagstoff 31 aufweisen.

Der Träger 38, welche wie im dargestellten Fall als geschlossener Rahmen ausgebildet sein kann, kann zur Verstellung in vertikaler Richtung 37 an Säulen 44 verstellbar gelagert sein.

Die Figur 2 sowie die nachfolgenden Figuren zeigen ein schematisch dargestelltes Ausführungsbeispiel eines Druckkopfes 1 zur gesteuerten Abgabe eines Wasser- Bindemittel-Gemischs, umfassend Wasser und wenigstens ein hydraulisches Bindemittel, insbesondere ein zementöses Bindemittel, wobei der Druckkopf 1 einen Zuführkanal 3 zur Zufuhr des Wasser-Bindemittel-Gemischs 2, mehrere Auslassöffnungen 4, welche in Fluidverbindung mit dem Zuführkanal 3 bringbar sind, und mehrere Ventile 5, mit welchen die Auslassöffnungen 4 gesteuert öffenbar und verschließbar ist, wodurch eine vorbestimmte Dosis 49 des Wasser-Bindemitte- Gemischs 2 durch die Auslassöffnungen 4 abgebbar ist, umfasst.

Die Auslassöffnungen 4 sind äquidistant auf einer Linie 27 angeordnet.

Die Ventile 5 sind als elektropneumatische Ventile ausgebildet und weisen jeweils einen Druckluftanschluss 11 und einen Elektrikanschluss 12 auf. Über den Druckluftanschluss 11 kann das Ventil 5 mit Druckluft versorgt werden, mit der in weiterer Folge ein Zylinder 47, welcher mit einer Ventilstange 14 bewegungsgekoppelt verbunden ist, betätigbar ist (vergleiche auch Figur 5b)).

Die Ventile 5 weisen jeweils eine, vorzugsweise über einen Verstellweg 13 zwischen 0,5 und 1,5 mm, verstellbare Ventilstange 14, vorzugsweise aus wenigstens einem Hartmetall, auf. Der Verstellweg 13 ist in der Figur 7b) dargestellt. Die Ventilstangen 14 können wie im dargestellten Fall ein freies Ende 15 aufweisen, welches kugel kopfförmig ausgebildet ist.

Die Ventile 5 können wenigstens eine Rückstellfeder 16 umfassen, bevorzugt wobei die wenigstens eine Rückstellfeder 16 derart ausgebildet ist, dass die zugeordnete Auslassöffnung 4 mit einer Schließkraft zwischen 10 und 50 N, besonders bevorzugt mit einer Schließkraft zwischen 20 und 40 N, verschließbar ist. In der Figur 5b) ist eine solche Rückstellfeder schematisch dargestellt.

Die Ventile 5 können ein Lager 46 für die Ventilstange 14 aufweisen, wobei das Lager 46 wie im dargestellten Fall hülsenförmig ausgebildet sein kann. Das Lager 46 umgibt die Ventilstange 14 und die Ventilstange 14 bewegt sich relativ zum Lager 46.

Pro Ventil 5 ist eine, vorzugsweise austauschbare, Dichtmembran 17 vorgesehen, welche die Ventilstange 14 gegen ein Eindringen des Wasser-Bindern ittel-Gemischs 2 abdichtet. Im konkreten Fall ist die Dichtmembran dichtend zwischen der Ventilstange 14 und dem Lager 46 angeordnet.

Der Druckkopf 1 weist mehrere Entlüftungskanäle 25 auf, mit welchen ein Druckausgleich für die Ventilstangen 14 erzeugbar ist (vergleiche auch Figur 5b)). Ohne die Entlüftungskanäle 25 besteht die Gefahr, dass sich auf der dem Ventil 5 zugewandten Seite der Dichtmembran 17 ein Unterdrück entsteht, durch welchen ein Teil des Wasser-Bindemittel-Gemischs 2 angesaugt wird und dadurch in das Ventil 5 eindringt.

Anhand der Figuren 3a) und 3b) ist besonders gut erkennbar, dass der Druckkopf 1 einen Grundkörper 6, an welchem die Ventile 5 angeordnet sind, und einen mit dem Grundkörper 6 lösbar verbindbaren Wechselkörper 7 aufweist, wobei am Wechselkörper 7 die Auslassöffnungen 4 und der Zuführkanal 3 angeordnet sind. Zur lösbaren Verbindung des Wechselkörpers 7 am Grundkörper 6 können Befestigungsmittel 45 vorgesehen sein (vergleiche Figur 2), welche wie im dargestellten Fall als Schrauben ausgebildet sein können, die in Gewinde, welche im Grundkörper 6 ausgebildet sind, eingreifen. Der Wechselkörper 7 besteht aus wenigstens einem säurebeständigen Kunststoff, vorzugsweise ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus PE, PVC, POM, PTFE und Mischungen davon und umfasst wenigstens ein Spritzgussteil.

Der Wechselkörper 7 weist zwei lösbar miteinander verbindbare Teilkörper 8, 9 auf, vorzugsweise wobei zwischen den zwei Teilkörpern 8, 9 eine Dichtung 10 angeordnet ist (vergleiche die Figuren 3a) und 5b)).

Die Figur 5a) zeigt ein schematisch dargestelltes Ausführungsbeispiel einer Anordnung 28 mit einem Wasser-Bindern ittel-Gemisch 2, umfassend Wasser und wenigstens ein hydraulisches Bindemittel, insbesondere ein zementöses Bindemittel, und einem Druckkopf 1 zur gesteuerten Abgabe des Wasser-Bindern ittel-Gemischs in einer Querschnittsansicht entlang einer Querschnittsebene parallel zu einer Längsachse 50 des Druckkopfes 1. Die Längsachse 50 ist exemplarisch in der Figur 2 eingezeichnet.

Der Druckkopf 1 ist gemäß dem zuvor beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel ausgebildet.

Das wenigstens eine hydraulische Bindemittel ist ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus Portlandzement, Calciumaluminatzement, Calciumsulfoaluminatzement und Mischungen davon.

Das Wasser-Bindemittel-Gemisch 2 umfasst einen Zusatzstoff in Form eines Fließmittels.

Der Zuführkanal 3 weist eine Eingangsöffnung 21 für das Wasser-Bindemittel-Gemisch 2 auf, wobei der Zuführkanal 3 eine der Eingangsöffnung 21 gegenüber liegende Ausgangsöffnung 22 aufweist. Die Eingangsöffnung 21 und die Ausgangsöffnung 22 weisen jeweils ein Gewinde 23 zum Anschluss einer Fluidleitung 24 auf.

Das Wasser-Bindemittel-Gemisch 2 kann in einem Behälter 51 angeordnet sein. Die Fluidleitungen 24 verbinden den Behälter 51 mit dem Zuführkanal 3 des Druckkopfes 1. Es ist eine Steuer- und/oder Regelungsvorrichtung 26 vorgesehen, mit welcher die Ventile 5 des Druckkopfes 1 steuerbar sind. Die Steuer- und/oder Regelungsvorrichtung 26 sind jeweils über Leitungen 52 mit dem Elektrikanschluss 12 der Ventile 5 verbunden.

Mittels der Anordnung 28 kann ein Verfahren zur gesteuerten Abgabe eines Wasser- Bindemittel-Gemischs 2, umfassend Wasser und wenigstens ein hydraulisches Bindemittel, insbesondere ein zementöses Bindemittel, durchgeführt werden, wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte umfasst: das Wasser-Bindern ittel-Gemisch 2 wird über den Zuführkanal 3 des Druckkopfs 1 den Auslassöffnungen 4 Druckkopfs 1 zugeführt, vorzugsweise mit einem Druck zwischen 0,1 und 2,0 bar, und die Auslassöffnungen 4 werden mittels der Ventile 5 des Druckkopfs 1 gesteuert geöffnet und verschlossen und es wird dadurch eine vorbestimmte Dosis 49 des Wasser- Bindemitte-Gemischs 2 durch die Auslassöffnungen 4 abgegeben.

Die Figuren 6, 7a), 7b), 8 und 9 zeigen Details eines Ausführungsbeispiel eines Ventils 5 des Druckkopfes 1 zur gesteuerten Abgabe eines Wasser-Bindern ittel-Gemischs 2 sowie eines mit der Ventilstange 14 des Ventils 5 zusammenwirkenden eines Düsenkörpers 18, in welchem die Auslassöffnung 4 ausgebildet ist. Der Durchmesser 20 (vergleiche Figur 5a)) der Auslassöffnung 4 beträgt zwischen 0,5 und 2,0 mm.

Der Düsenkörper 18 ist aus wenigstens einem Hartmetall oder Keramik gebildet, und weist eine schräge Anpressfläche 19 für ein freies Ende 15 der Ventilstange 14 des Ventils 5 auf. Die schräge Anpressfläche 19 kann wie im dargestellten Fall trichterförmig ausgebildet sein.

Die Figur 10 zeigt ein schematisch dargestelltes Ausführungsbeispiel eines 3D-Bauteils 42, hergestellt nach einem Verfahren zum Herstellen eines 3D-Bauteils 42 für die Bauindustrie mittels einer 3D-Druckvorrichtung 29 für die Bauindustrie, wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte umfasst: es werden Schichten 34, 35, 36 des wenigstens einen partikelförmigen Zuschlagstoffs 31 auf einer Druckplattform 32 mittels der Schichtablagevorrichtung 30 abgelegt (die Schichten 34, 35, 36 sind in den Figuren 1 und 10 durch gestrichelte Linien angedeutet), und es wird eine vorbestimmte Dosis 49 des Wasser-Bindemittel-Gemischs 2 an örtlich vorbestimmten Bereichen 33 der Schichten 34, 35, 36 des wenigstens einen Zuschlagstoffs 31 mittels des Druckkopfs 1 abgegeben. Beim dargestellten 3D-Bauteil 42 wurden vor der Ablage einer ersten Schicht 34 des wenigstens einen Zuschlagstoffs 31 auf der Druckplattform 32 eine vorbestimmte Dosis 49 des Wasser-Bindemittel-Gemischs 2 an wenigstens einem örtlich vorbestimmten Bereich 33 der Druckplattform 32 und nach der Ablage einer letzten Schicht 36 des wenigstens einen Zuschlagstoffs 31 eine vorbestimmte Dosis 49 des Wasser- Bindemittel-Gemischs 2 an wenigstens einem örtlich vorbestimmten Bereich 33 der letzten Schicht 36 des wenigstens einen Zuschlagstoffs 31 abgegeben. Auf diese Weise sind an der Ober- und Unterseite des 3D-Bauteils 42 sehr glatte Oberflächen 48 erzeugbar.