Technik

F.C.Nüdling Betonelemente

Spaltsteine herstellen ohne zu spalten

Seit Jahren haben Steinsysteme für Stützmauern und freistehende Gartenmauern mit einer bruchrauen Sichtoberfläche im europäischen und amerikanischen Markt einen hohen Marktanteil. Die bruchraue Oberfläche soll dabei einen möglichst natursteinähnlichen Charakter der Stein- oder Wandoberfläche erzeugen.

Produktion von Spaltsteinen mit Spaltanlagen

Die Herstellung einer solchen Oberfläche erfolgt üblicherweise mit folgendem Herstellprozess:

Dieser Verfahrensablauf zeigt, dass eine komplette zweite Nachbearbeitungslinie mit den entsprechenden maschinellen Komponenten wie:

sowie den dazugehörigen Gebäuden notwendig ist. Weiterhin ist zu berücksichtigen, dass für diese  Nachbearbeitung  zusätzliches Personal  benötigt wird, was zu einer entsprechenden Personalkostenerhöhung führt. Es gibt zwar Versuche, mit entsprechender Maschinentechnik aus diesem „off-line“ Prozess einen „in-line“ Prozess zu machen, indem entsprechende Spaltanlagen parallel zu den Trockenseiten einer Produktionsanlage angeordnet werden. Hier steht man jedoch immer vor dem Problem, dass die Taktzeiten für die Produktion der Rohlinge  wesentlich kürzer sind, als die Taktzeiten für das Spalten der erhärteten Rohlinge auf der Trockenseite. Damit blockiert die langsamere Trockenseite mit der Spaltanlage die deutlich schnellere Nassseite und verringert somit die Produktionskapazität. Das Anordnen  einer weiteren Spaltanlage ist zwar grundsätzlich möglich, benötigt jedoch entsprechende Platzverhältnisse, erhöht die Investitionskosten deutlich und führt nicht zwangsläufig zu dem gewünschten Ergebnis der gleichen Taktzeit beim Spalten wie beim Produzieren der Rohlinge, insbesondere wenn man die Möglichkeiten einer leistungsfähigen Brettmaschine auf der Frischseite ausnutzen will.

Typische Ansicht einer Mauer, die aus Spaltsteinen hergestellt wurde.
Typische Ansicht einer Mauer, die aus Spaltsteinen hergestellt wurde.
Prinzipskizze der Anordnung von vier Betonbalken, aus denen mit dem neuen Verfahren Spaltsteine entstehen sollen.
Prinzipskizze der Anordnung von vier Betonbalken, aus denen mit dem neuen Verfahren Spaltsteine entstehen sollen.

Überlegungen für die Produktion von Spaltsteinen ohne Spaltanlage

Diese Ausgangslage war vor einigen Jahren der Auslöser bei der Fa. F.C. Nuedling (FCN) darüber nachzudenken, ob sich bruchraue Steinoberflächen auch ohne die oben beschriebenen Nachteile herstellen lassen. Bekannt waren alternative Verfahren für Steinsysteme aus dem Stützwandbereich, die nur eine bruchraue Sichtfläche besitzen. Dabei werden verschiedene Distanzeinrichtungen an einer Paketierungsklammer dazu genutzt, dass die Steine „durchreißen“, sobald mit der Klammer eine äußere Druckkraft aufgebracht wird. Diese Technik lässt sich aber nicht anwenden, wenn man Steine mit einer zweiseitigen bruchrauen Oberfläche herstellen will. Der Grund liegt in einer notwendigen Seitwärtsbewegung der Steine beim Durchtrennen, was bei mehreren Bruch- bzw. Spaltstellen an einem Betonbalken als Rohling nicht möglich ist. Die von FCN entwickelte Grundidee ergab sich aus der Beobachtung, dass solche Betonprodukte, die keine exakte gradlinige Geometrie in Längsrichtung besitzen, sehr leicht zu Bruch gehen, wenn eine flächige Kraft quer zur Längsrichtung auf sie einwirkt, wie beim Paketieren mit einer hydraulischen Klammer. Aus dieser normalerweise unplanmäßigen und vor allem unerwünschten Situation kann man mit wenigen planmäßigen Veränderungen an der Geometrie der Betonrohlinge einen sehr effizienten und einfachen Produktionsprozess ableiten.

Abbildung 2 zeigt prinzipiell eine typische Anordnung von vier Betonbalken, die als Rohlinge zur Herstellung von Spaltsteinen mit zweiseitiger Bruchfläche dienen sollen.  Normalerweise sind die Einzelsteine in einer geraden Linie bezüglich ihrer Achsen und Seitenflächen angeordnet. Für unser System sind die Achsen der Einzelsteine aber nicht in einer geraden Linie orientiert, sondern haben einen kleinen Winkel gegeneinander. Dadurch werden kleine Spalten zwischen den Einzelsteinen erzeugt.  Weiterhin müssen kleine (im Produktionsprozess senkrecht verlaufende) Fasen zur Markierung der Einzelsteine angeformt werden. Die Fasen sorgen für die Schwachpunkte in den Rohlingen. An diesen Stellen erfolgt später beim Aufbringen einer äußeren Kraft quer zur Balkenrichtung ein kontrollierter Bruch bzw. Durchriss der Balken. Entscheidend dabei ist, dass die äußere Kraft so groß ist, dass alle Spalten zwischen den Einzelsteinen geschlossen werden und damit eine Rissbildung an den Schwachpunkten zwangsläufig erfolgt.

Der Winkel zwischen den Einzelsteinen muss so klein wie möglich gewählt werden, damit eine „schiefe“ Ansicht der Sichtseite im eingebauten Zustand der Steine nicht erkennbar wird. Besondere Bedeutung kommt auch einer exakten Formgeometrie und der daraus resultierenden Steingeometrie zu. Um ein exaktes und gleichmäßiges Bruchbild zu erhalten, ist eine genau definierte Krafteinleitung in die Rohlinge entscheidend. FCN hat daher gemeinsam mit der Firma Rampf, einem führenden Hersteller für Betonsteinformen, exklusiv spezielle Formen entwickelt, die diesen Geometrieanforderungen genügen. Die Klammer zum Zusammenpressen der Balkenrohlinge muss auf die Anzahl der Steine sowie die zu erzeugende Bruchfläche berechnet und konstruiert werden. Eine Verwendung von Standardpaketierungsklammern scheidet aufgrund zu geringer Kraftreserven, aber auch wegen der im Normalfall nicht ausreichenden Steifigkeit aus. Für diesen Anwendungsfall wurde da­her von FCN zusammen mit der Fa. Probst Greiftechnik Verlegesysteme GmbH eine Paketierungsklammer entwickelt, die in der Lage ist, die Steine durch Querdruck planmäßig durchreißen zu lassen. Die besondere Wirtschaftlichkeit und die enorme Kosteneinsparung des neuen Ver­fahrens werden jedoch erst deutlich, wenn man sich den Produktionsprozess betrachtet.

Transport der ausgehärteten Betonrohlinge auf der Trockenseite.
Transport der ausgehärteten Betonrohlinge auf der Trockenseite.
Die Spezialklammer presst in 15 Sekunden die Betonrohlinge so zusammen, dass an allen Sollbruchstellen ein Riss entsteht.
Die Spezialklammer presst in 15 Sekunden die Betonrohlinge so zusammen, dass an allen Sollbruchstellen ein Riss entsteht.

Vorteile des neuen Verfahrens

Die Rohlinge werden genau wie bisher vorzugsweise auf einer Brettmaschine hergestellt. Nach dem Auslagern aus der Härteregalanlage nach ca. 1 bis 2 Tagen werden die erhärteten Rohlinge auf der unveränderten Transportbahn der Trockenseite in Richtung Paketierungsanlage transportiert. Lediglich eine Station auf der Trockenseite wird benötigt, um die Klammer zum Zusammenpressen der erhärteten Betonrohlinge zu installieren. Nachdem das Brett mit einer Lage Rohlinge unter die Spezialklammer befördert wurde, fährt die Klammer nach unten, zentriert zunächst die Rohlinge quer zur Transportrichtung, und presst die Balken anschließend mit enormer Kraft zusammen, bis an allen Sollbruchstellen ein Riss entsteht. Danach löst die Klammer und fährt nach oben.

Der ganze Vorgang dauert weniger als 15 s, und ist damit schneller als die Nassseite. Anschließend wird die komplette Lage ganz normal von der Paketierungsanlage auf Paletten zu Paketen zusammengesetzt. In unserem Fall bedeutet dies, dass 20 beidseitig gespaltene (gebrochene) Steine innerhalb 15 s Taktzeit erzeugt werden. Die Geometrie der Endsteine ist so ausgelegt, dass zwei Endsteine einen Normalstein ergeben und in die Mauer eingebaut werden können. Dies vermeidet den üblichen Abfall der Endstücke beim Spalten und erlaubt es, die komplette Lage einfach abzustapeln, ohne weiteren Eingriff in den Prozess zur Entsorgung der Abfälle. Die Investitionskosten für die (Press-) oder Spaltstation sind im Vergleich zu üblichen Spaltanlagen minimal. Eine Nachrüstung, also eine Integration in vorhandene Trocken­seiten, ist aufgrund des geringen Platzbedarfs von nur einer Station eigentlich immer möglich. Der entscheidende Vorteil ist vor allem der, dass ohne weitere Lohnkosten zur bisherigen Rohlingproduktion bereits der fertige Spaltstein aus der Anlage kommt.

Als Randbedingung muss im Wesentlichen nur beachtet werden, dass

Falls die im eingebauten Zustand sichtbaren vertikalen Fasen an den Steinen aus Designgründen nicht gewünscht werden, können diese auch weggelassen werden. Jedoch sollten dann die Steine nach dem „Brechen“ in einer Trommel „gerumpelt“ werden, um die dann recht unregelmäßige Kantenstruktur abzurunden. Mit dieser Technik können fast alle quaderförmigen Steine für Stützwände und Gartenmauern hergestellt werden. Die vorgestellte Systematik des Spaltens („Brechens“) von zweiseitig und einseitig bruchrauen Steinsystemen ist in allen europäischen Ländern sowie in Nordamerika patentrechtlich geschützt.

Innerhalb 15 Sekunden entstehen 20 beidseitig gespaltene (gebrochene) Steine.
Innerhalb 15 Sekunden entstehen 20 beidseitig gespaltene (gebrochene) Steine.
Oberflächenansicht der gespaltenen Steine. Zerrissene Zuschlagkörner weisen darauf hin, dass der Beton optimal ausgehärtet war.
Oberflächenansicht der gespaltenen Steine. Zerrissene Zuschlagkörner weisen darauf hin, dass der Beton optimal ausgehärtet war.

Zusammenfassung

Die Fa. F.C. Nuedling hat in diesem Beitrag ein, patentrechtlich geschütztes System zur Herstellung von Stützwandsteinen oder frei stehenden Mauern mit gebrochener Steinoberfläche vorgestellt. Das neue Verfahren zeichnet sich durch eine sehr hohe Produktivität aus, da die Taktzeit zum Spalten der Steine auf der Trockenseite der Taktzeit auf der Nassseite entspricht. Außerdem entstehen nur sehr geringe Investitionskosten durch einfache Maschinentechnik, die in (fast) jede Trockenseite integriert werden kann. Durch eine optimierte Steingeometrie fallen keine Spaltabfälle mehr an. Prinzipiell lässt sich das neue Verfahren auf fast alle quaderförmigen Steingeometrien anwenden.

 
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