用于平整混凝土构件的平整设备和方法

技术领域

本发明涉及用于平整未硬化的混凝土构件的平整设备和方法以及平整系统。

背景技术

平整设备和相应的方法原则上是已知的。尤其增材制造的混凝土构件由于基于层的构造基本上不具有平整的或平坦的表面。尤其在使用具有大的结构宽度的增材法，例如喷射混凝土法中存在以下问题，即仅接近期望的构件轮廓。这尤其由于在混凝土构件的个别部段处材料过少或过多而造成。

此外，利用喷射混凝土法制造混凝土构件的特征在于气压的进入和回弹效应，使得这样制造的混凝土构件的表面具有小的形状和尺寸精度，并且通常呈现出不美观的表面外观。

为了制造相应高质量的混凝土构件，使这样制造的混凝土构件平整。在平整混凝土时，粗骨料可能在与平整设备接触时破裂并且难以或阻碍产生均匀平整的表面。在平整三维构件时还要考虑：尖棱的结构仅能借助大量耗费产生并且通常要将这些结构进行手动再加工。尤其在自动化平整时，尖棱的结构经常断裂，或者残余材料留在边缘处或在边缘处变模糊。

平整混凝土构件的一种可能性在于应用手动引导的平整设备，例如平整镘刀、混凝土抹刀或骑乘式平整设备。借助这些平整设备，经平整的混凝土构件的可实现的表面质量与操作人员的技能相关。此外，这些平整设备的应用基本上仅限于平坦的面。

铣削法的应用通常局限于对硬化的混凝土构件的加工并且造成岩石颗粒破碎，使得要产生的表面质量是受限的。混凝土磨盘构成用于平整平坦的表面，其中对构件尺寸可能没有影响或可能有仅仅有限的影响。此外，加工速度也是受限的，因为高转速造成高的温度上升，温度上升可能导致混凝土表面不期望地变色。此外，混凝土叶片平整件可以用于平整。利用混凝土叶片平整件产生的表面质量不满足高要求。此外，因为利用混凝土叶片平整件仅能去除有限的材料，所以无法影响或只能有限地影响构件尺寸。

已表明的是，在制造混凝土构件时使用的平整设备不适合或仅有限地适合于加工增材制造的混凝土构件。尤其由于岩石颗粒和棱边的破碎以及材料去除少，它们不适合或仅有条件地适合。

工业要求是自动化地生产混凝土构件。尤其，混凝土构件的日趋个性化需要使用灵活的方法。此外，一个要求是，自动化地制造混凝土构件，而无需人工再加工耗费。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种用于平整混凝土构件的平整设备和方法以及平整系统，其减少或消除上述缺点中的一个或多个。本发明的目的尤其是提供一种可实现自动化制造混凝土构件的解决方案。

所述目的利用根据独立权利要求的特征的平整设备和方法实现。这些方面的其他有利的设计方案在相应的从属权利要求中给出。在权利要求和说明书中单独列举的特征可以以技术上合理的任意方式彼此组合，其中显示出本发明的其他实施方案变型形式。

根据第一方面，所述目的通过用于平整混凝土构件，尤其未硬化的混凝土构件，尤其增材制造的混凝土构件，优选利用喷射混凝土法制造的混凝土构件的平整设备实现，所述平整设备包括用于将混凝土层与混凝土构件分离的主刃；旋转轴线；和正交于旋转轴线定向的平整面，用于面状地接触混凝土构件的通过分离构成的切面。

本发明主要基于以下认识：利用已知的盘状的平整元件仅能平整平面的构件表面，并因此不可能对三维构成的混凝土构件进行有效平整。由于粗糙的、接近表面的混凝土构件结构，借助于旋转和已知的标准力进行平整是不切实际的。发明人已发现，通过利用主刃分离混凝土层与混凝土构件和利用平整面基本上同时平整切面可实现有利的平整。由此产生的表面基本上不受粗糙的混凝土构件结构影响，所述混凝土构件结构受增材制造法限制。此外，表面的质量与所使用的岩石颗粒的尺寸无关，因为将岩石颗粒通过主刃压入混凝土中或从混凝土中提取。

平整设备具有用于将混凝土层与混凝土构件分离的主刃。主刃设置和构成用于分开混凝土，尤其未硬化的混凝土。将未硬化的混凝土尤其理解为如下混凝土，在该混凝土中粘合剂的水合反应未完全结束。这种混凝土例如可以具有黏性的材料特性。此外，将未硬化的混凝土理解为，所述混凝土仅具有生坯强度(Grünstandfestigkeit)。在这种状态下，混凝土也称作为新拌混凝土。

主刃可以锋利地或钝地构成。例如，主刃的主刃角度可以在20°和180°之间。主刃优选沿着平整设备的环周设置。例如，主刃可以正交于旋转轴线具有圆形轮廓。

平整设备还具有旋转轴线。平滑设备优选可围绕旋转轴线旋转地构成。此外优选的是，平整设备围绕旋转轴线基本上旋转对称地构成。主刃优选具有主延伸方向，其基本上正交于旋转轴线定向。主刃的主要延伸方向也可以弯曲地，例如圆形地构成。

平整设备沿旋转轴线的方向优选从近端延伸至远端。在平整设备的运行中，远端尤其是朝向待处理的混凝土构件的端部。近端优选是平整设备的在运行中朝向操作设备的端部。

平整设备还具有平整面。平整面优选设置在平整设备的远端处。平整面正交于旋转轴线定向。这尤其意味着，平整面的平整面正交线和旋转轴线围成倾斜角度，其小于30°、小于20°、小于10°、小于5°、小于2°、小于0.5°并且尤其为0°。

平整面构成用于面状地接触混凝土构件的通过分离构成的切面。如果平整设备移入混凝土构件中并且利用主刃将混凝土层分离，则在混凝土构件的分离了混凝土层的侧处产生切面。通过平整面面状地接触所述切面，使得使所述切面平整。

在平整设备的一个优选的实施方案变型形式中提出，平整面和主刃设置和构成为，使得在进给方向上，主刃首先分离混凝土层，随后平整面接触切面。进给方向尤其是平整设备沿着加工轨迹运动例如直线运动的方向。通过主刃和平整面的这种布置可以以有利的方式实现产生混凝土构件的具有高的表面质量的表面。尤其通过及时切割和平整实现表面的有利的特性。

平整设备的另一优选实施方案变型形式的特征在于，平整面和主刃设置在平整体处，其中平整体优选圆形地和/或叶片形地构成。

在圆环形的平整体的情况下优选的是，主刃设置在圆环形的平整体的外环周处。

此外，在圆环形的平整体的情况下优选的是，平整面设置在平整体的面状侧处，尤其下侧处。在叶片形的平整体的情况下优选的是，主刃沿着叶片形的平整体的外环周设置。平整面优选设置在平整体的一侧，尤其下侧处。叶片形的平整体优选两叶片、三叶片、四叶片或更多叶片地构成。圆环形的和叶片形的平整体相对于闭合的平整盘具有以下优点，即少量摩擦能量引入混凝土构件中，从而可产生更好的表面质量。

平整设备的一个优选的改进方案的特征还在于，主刃在平整设备，尤其平整体的端侧处构成并且优选通过端侧和/或端侧的端侧部段相对于旋转轴线倾斜来构成。主刃在端侧处的构成也表示，主刃通过这种端侧构成。

端侧可以具有不同的、有利的设计方案。例如，端侧可以具有表面正交线，其基本上正交于旋转轴线定向。此外，端侧可以倾斜于旋转轴线构成。例如，可以优选的是，端侧的表面正交线和旋转轴线从平整面来看围成＜90°的角度，使得岩石颗粒在平整设备运动时被压入混凝土构件中。此外，可以优选的是，前文所述的角度为＞90°，使得岩石颗粒尤其被从切面分出。

此外优选的是，主刃在旋转轴线的方向上与平整面间隔开。在旋转轴线的方向上与平整面间隔开尤其表示，主刃距平整设备的远端比平整面距远端具有更大的间隔，其中平整面优选构成远端。通过平整面和主刃的这种布置有利地影响与岩石颗粒的接触。

平整设备的另一优选的实施方案变型形式包括清除部段，其优选构成为容屑槽，其至少分部段地设置在主刃和旋转轴线之间。具有清除部段的平整设备具有以下优点，即分离的混凝土层可以有利地从混凝土构件例如借助于次刃移除。

平整设备的另一优选的实施方案变型形式包括至少一个润滑剂入口，用于将润滑剂引导到平整面。润滑剂例如可以是水或混凝土再处理剂。通过润滑剂入口，润滑剂可以到达平整面，使得表面质量可通过输送润滑剂得到进一步改善。

润滑剂的输送可以利用压缩空气或无需压缩空气地进行。使用压缩空气可实现使润滑剂雾化，从而也实现使用可有针对性地涂覆的少量润滑剂。

润滑剂尤其通过以下方式改善表面质量，即润滑层由水泥浆和润滑剂组成，这一方面可以使表面更平整而另一方面实现在封闭缺陷或孔洞方面的改进。润滑剂还防止产生过多的摩擦热量，并且使混凝土构件的表面变色。这还可实现能更高的转速和进给量，从而改善生产率，因为用于制造混凝土构件的时间减少。

平整设备的另一优选实施方案变型形式包括次刃，用于在尤其平整设备的背离平整面的分离侧上分开与混凝土构件分离的混凝土层。

借助于主刃分离混凝土层。混凝土层在分离之后放置在平整设备上。在混凝土构件的相应的韧度下，分离的混凝土保持完整，并进而阻碍进一步加工。借助于次刃切开混凝土层，使得尤其逐渐地形成混凝土层部段并且通过平整设备的旋转运动清除。因此，通过次刃可实现规则的工艺，所述工艺具有更少随机的误差影响。

优选的是，次刃在旋转轴线的方向上与主刃相比距平整面具有更大的间距。因此保证，混凝土层以高的工艺安全性在分离之后通过次刃分开。次刃的主延伸方向优选正交于旋转轴线和/或正交于主刃的主延伸方向定向。

平整设备的一个优选的改进方案包括叶片形的切割体，其设置在平整体的背离平整面的侧上并且具有次刃。叶片形的切割体可以构成次刃。两叶片或更多叶片的切割体有利地沿着平整设备的环周构成次刃，使得以规则的时间间隔分开所分离的混凝土层。

尤其优选的是，平整体环形地构成而切割体叶片形地构成。

平整设备的另一优选的实施方案变型形式的特征在于，平整体具有平整面、主刃和次刃。通过这样构成的平整体可实现平整设备的简单的构造。尤其优选的是，平整体叶片形地构成。在这种平整体中，主刃优选具有叶片形轮廓，因为所述轮廓尤其沿着叶片形的平整体的外环周设置。此外优选的是，平整体一件式地构成。

平整设备的另一优选的改进方案的特征在于，平整体构成为，使得平整体是可更换的。例如，平整体可以具有可更换的平整单元，其包括平整面和/或一个主刃或多个主刃。

在平整设备的另一优选的实施方案变型形式中提出，叶片形的平整体具有四个叶片元件，其分别具有主刃，两个第一叶片元件沿第一叶片方向延伸并且两个第二叶片元件沿正交于第一叶片方向的第二叶片方向延伸。

这样四叶片地构成的平整设备令人意外地得到有利地构成的混凝土构件。尤其，可以进一步提升表面质量。

还优选的是，第一叶片元件的次刃沿着第一切割线设置和/或第二叶片元件的次刃沿着第二切割线设置。利用这样设置的次刃可以配置均匀的工艺。

还优选的是，第一切线和第二切线彼此正交和/或分别正交于旋转轴线定向。所述布置在平整设备运行中引起规则的工艺。

还优选的是，平整设备具有与旋转轴线同轴地设置的接收销。接收销例如可以用于与操作单元，例如机器人耦联。接收销优选具有至润滑剂的输送部的流体引导装置。所述输送部优选与润滑剂入口流体耦联。

平整设备的另一优选的实施方案变型形式包括切削表面，所述切削表面设置在分离侧上，尤其平整设备的分离侧上，其中优选切削表面由平整体和/或由切割体构成。优选的是，次刃邻接于切削表面设置为，使得通过平整设备的旋转和沿进给方向的运动，位于切削平面上的材料到达次刃。通过切削表面可有利地将混凝土层输送给次刃，使得所述混凝土层可通过次刃有利地切断。

根据另一方面，开头提到的目的通过用于平整混凝土构件的平整系统实现，其包括根据前述实施方案变型形式之一的平整设备和操作设备，尤其机器人，例如关节臂机器人，用于旋转地和/或平移地移动平整设备，其中平整设备与操作设备机械地耦联。

操作设备优选配置用于将平整设备围绕旋转轴线旋转地驱动和/或移动。操作设备优选包括驱动器，尤其被驱动的主轴，用于旋转地驱动平整设备。此外，操作设备优选配置用于将润滑剂引向平整设备。

还优选的是，平整系统具有两个或更多个平整设备，以便满足不同的加工要求。操作设备优选具有频率调节的主轴，以便可以使转速匹配于特殊的加工任务。例如，设定高转速用于高的材料去除率和设定低转速用于高的表面质量。主轴优选具有旋转引导装置，通过所述旋转引导装置可将润滑剂经由位于内部的流体通道引导至平整设备。还优选的是，操作设备具有力矩传感装置，借助力矩传感装置可将平整设备以力调节的方式引导。

根据另一方面，开头提到的目的通过用于平整混凝土构件、尤其未硬化的混凝土构件、尤其增材制造的混凝土构件、优选利用喷射混凝土法制造的混凝土构件的方法实现，所述方法包括以下步骤：将混凝土层与混凝土构件，尤其利用根据上述实施方案变型形式之一的平整设备分离，和将在混凝土构件处的通过分离构成的切面，尤其利用根据上述实施方案变型形式之一的平整设备时间并行地弄平整。

在所述方法的一个优选的实施方案变型形式中，所述方法包括以下步骤：利用次刃分割，尤其切割所分离的混凝土层。

还优选的是，所述方法包括以下步骤：将从切面伸出的岩石颗粒提取和/或压入。

还优选的是，首先从混凝土构件的第一棱边开始以第一进给方向进行分离和/或平整，其中所述分离和/或平整在混凝土构件的与第一棱边相对置地设置的第二棱边之前中断，随后从第二棱边开始以与第一进给方向相反地定向的第二进给方向继续分离和平整。优选的是，将这样制造的面随后重新平整。

在所述方法的另一优选的改进方案中提出，混凝土构件具有侧向的、竖直定向的面和上部的水平面，所述方法包括以下步骤：将混凝土构件的棱边成角度地分离和平整，将侧向的面分离和平整，将上部的面分离和平整和将棱边平整，其中所述步骤以所述顺序进行。令人意外地已证实，以这种顺序可制造高质量的混凝土构件。

所述方法的另一优选的实施方案变型形式包括以下步骤：供给和第一次再平整以及随后基本上没有供给的第二次再平整。供给尤其涉及将平整设备朝向混凝土构件供给。还优选的是，将棱边与构成棱边的面成角度地切割。

所述方法的另一优选的改进方案的特征在于，首先切割棱边，随后在竖直定向的侧向的面处分离混凝土层并且将切面平整，随后在水平定向的上部的面处分离混凝土层并且将切面平整，随后将棱边平整。此外优选的是，一个或多个切面在平整之后例如被结构化。结构化的切面例如可以具有扫面处理几何形状(Besenstrichgeometrie)或木结构几何形状。

所述方法的另一优选的改进方案的特征在于，以力矩调节的方式进行平整。此外，可以在平整之前和/或期间将润滑剂涂覆到切面上。还优选的是，利用平整设备，尤其根据上述实施方案变型形式之一的平整设备执行平整，其中改变平整设备的转速。

关于其他方面的另外的优点、实施方案变型形式和实施细节及其可能的改进方案，还请参考前面对平整设备的相应特征和改进方案进行的描述。

附图说明

示例性地根据附图阐述优选的实施例。附图示出：

图1示出平整设备的示例性的实施方式的示意三维视图；

图2示出图1中示出的平整设备的示意三维视图；

图3示出图1中示出的平整设备的示意二维视图；

图4示出平整设备的另一示例性的实施方式的示意三维视图；

图5示出图4中示出的平整设备的示意二维视图；

图6示出图4中示出的平整设备的示意二维视图；

图7示出平整系统的示例性的实施方式的示意二维视图；以及

图8示出示意的方法。

在附图中，相同的或基本上功能相同或类似的元件用相同的附图标记表示。

具体实施方式

在图1至3中示出的平整设备100具有旋转轴线102，平整设备100围绕所述旋转轴线基本上旋转对称地构成。平整设备100还具有环形的平整体108，在所述平整体的外环周上构成主刃104。此外，平整体108构成平整面106，所述平整面在平整设备100的运行中面状地接触切面4。尤其在图2中示出平整设备100的切割体110，所述切割体构成次刃122。切割体110叶片形地构成。通过将这样构成的切割体110设置在平整体108处构成清除部段114至120。

此外，平整体108在切割体110的叶片之间构成切削表面124。分离的混凝土层被从切削表面124引导至次刃122并且在那分离。此外，平整设备100具有用于与操作设备耦联的接收销126。

在图3中还示出运行中的平整设备100。平整设备100沿进给方向V引导穿过混凝土构件1，即混凝土层2被分离，使得在混凝土构件处构成切面4。尚未制造的切面4用虚线示出。混凝土层2利用主刃104来分离。主刃104由平整体108的端侧128的端侧部段构成。分离的混凝土层2直接在分离之后位于平整设备100的分离侧130上。在那，将混凝土层2引导至次刃122并且与所述次刃连续地分离，使得混凝土层2被分离成各个块，并进而可排出。

图4示出平整设备200的第二实施方案变型形式。平整设备200类似地具有旋转轴线202。平整设备200的平整体208具有平整面206。平整体208还构成总共四个主刃204、204’、204”、204”’。主刃204、204’、204”、204”’设置在两个第一叶片元件230、232处和两个第二叶片元件234、236处。此外，从图5中可见，叶片元件230-236具有总共四个次刃222、222’、222’、222”’。此外，切削表面224、224’、224”、224”’设置在叶片元件230-236处。平整体208和切割体210整体地构成。在接收销226处还设置有润滑剂入口212。

清除部段214-220通过平整设备200的几何形状构成。平整设备200的在图6中示出的端面228构成为，使得从切面4伸出的岩石颗粒被压入切面4中。端面228的面正交线从平整面206开始与旋转轴线202围成＜90°的角度。

在图7中示出平整系统238，所述平整系统包括平整设备200和操作设备240，其中平整设备200与操作设备240机械地耦联，尤其使得平整设备200围绕旋转轴线202由操作设备240旋转地驱动。

在图8中示出示意的方法。在步骤300中将混凝土层2与混凝土构件1借助主刃104、204、204’、204”、204”’分离。步骤302基本上与步骤300时间并行地进行，在该步骤300中时间并行地将在混凝土构件1处的通过分离构成的切面4利用平整面106、206时间并行地平整。在步骤304中，利用次刃122、222、222’、222’、222”’将分离的混凝土层2分割，尤其切割。与其时间并行地还从切面4伸出的岩石颗粒被分出或压入。

利用在前述的平整设备100、200可有利地制造混凝土构件1。尤其，所述混凝土构件可以以高的表面质量制造，因为利用平整设备100、102通过层剥蚀和平整构成的组合可以制造令人惊讶地好的表面。通过平整面106、206与主刃104、204、204’、204”、204”’和次刃122、222、222’、222’、222”’的整体的组合可实现用于制造高的表面质量的均匀的工艺。

附图标记列表

1 混凝土构件

2 混凝土层

4 切面

100 平整设备

102 旋转轴线

104 主刃

106 平整面

108 平整体

110 切割体

112 润滑剂入口

114 清除部段

116 清除部段

118 清除部段

120 清除部段

122 次刃

124 切削表面

126 接收销

128 端侧

130 分离侧

200 平整设备

202 旋转轴线

204，204’，204”，204”’主刃

206 平整面

208 平整体

210 切割体

212 润滑剂入口

214 清除部段

216 清除部段

218 清除部段

220 清除部段

222，222’，222’，222”’ 次刃

224，224’，224”，224”’切削表面

226 接收销

228 端面

230，232第一叶片元件

234，236第二叶片元件

238 平整系统

240 操作设备

V 进给方向