Die
Herstellungskosten für
Bauelemente aus Metallen, die als Unikate oder in sehr kleinen Losgrößen gefertigt
werden müssen,
sind relativ hoch. Dieser Sachverhalt trifft insbesondere für großvolumige metallische
Bauelemente zu.
So
wurde in der jüngeren
Vergangenheit vorgeschlagen, solche metallischen Bauelemente aus einer
Vielzahl einzelner metallischer plattenförmiger Elemente, die auch als
Laminate bezeichnet werden, zusammen zu bauen. Die einzelnen plattenförmigen Elemente
werden dabei durch geeignete Trennverfahren, wie beispielsweise
das Laser- oder Wasserstrahlschneiden zumindest an ihren äußeren Rändern in
unterschiedlichen Formen konturiert, die einzelnen plattenförmigen Elemente
dann entsprechend übereinander
angeordnet und stoffschlüssig
miteinander verbunden, so dass eine dreidimensionale Gestaltung
solcher Bauelemente möglich
ist.
Die
stoffschlüssige
Verbindung kann durch unterschiedliche Fügetechniken hergestellt werden, wie
dies beispielsweise das Kleben, das Löten und auch unterschiedliche
Schweißverfahren
sind.
So
sind zwar Klebverbindungen relativ kostengünstig herstellbar, die jeweils
geeigneten organischen Bindemittel zum Kleben weisen jedoch einige Nachteile
auf, die insbesondere den Einsatz bei sehr niedrigen und erhöhten Temperaturen
zumindest behindern, wenn nicht gar unmöglich machen. Außerdem sind
solche Binder alterungsanfällig,
so dass die Verbindungsfestigkeit der entsprechend miteinander verbundenen
metallischen plattenförmigen
Elemente im Laufe der Zeit nachlassen kann und es sogar zum Lösen der
stoffschlüssigen
Verbindung kommen kann.
Soll
die stoffschlüssige
Verbindung der einzelnen plattenförmigen Elemente durch Löten erfolgen
und dabei die hierfür
eingesetzten Lote auch noch bei erhöhten Temperaturen eine ausreichende Festigkeit
aufweisen, sind insbesondere bei großvolumigen Bauteilen die entsprechenden
Kosten für
die Herstellung einer solchen stoffschlüssigen Verbindung erheblich,
da infolge der großen
Fügeflächen eine
sehr große
Menge des erforderlichen Lotes erforderlich ist und die notwendige
Energie zur ausreichenden Erwärmung
ebenfalls einen erheblichen Kostenfaktor darstellt.
Letztgenannter
Sachverhalt trifft auch auf die Herstellung stoffschlüssiger Verbindungen
durch Diffusionsschweißen
zu.
Des
Weiteren ist es aber auch bekannt plattenförmige Elemente bzw. Laminate
aus Metallen punktuell durch Schweißen, bevorzugt durch Laserschweißen stoffschlüssig miteinander
zu verbinden. Hierbei treten aber durch den lokal differenzierten Wärmeeintrag
Festigkeitsverluste auf und die Homogenität eines aus so punktuell miteinander
verbundenen Laminaten hergestellten Bauelementes ist insbesondere,
was die geometrische Gestaltung und die Festigkeit betrifft, nicht
ohne weiteres gegeben.
Neben
der Möglichkeit
solche plattenförmigen
Elemente stoffschlüssig
miteinander zu verbinden und so ein metallisches Bauelement zu erhalten, sind
auch ein rein kraftschlüssiger
bzw. ein Verbund in Kombination mit Stoffschluss solcher plattenförmiger Elemente
bekannt.
Hierfür werden
häufig
Schraubverbindungen, in Form von Zugankern eingesetzt, bei denen Bolzen
durch Bohrungen mehrerer plattenförmiger Elemente geführt und
diese von den äußeren Seiten eines
so zusammengesetzten Bauteils aus Stapeln plattenförmiger Elemente
verschraubt sind.
So
durch Kraftschluss miteinander verbundene plattenförmige Elemente,
die ein gesamtes metallisches Bauteil bilden, haben den Vorteil,
dass eine lösbare
Verbindung vorliegt, die einen nachträglichen Austausch einzelner
Platten ermöglicht.
Es ist aber häufig
aus bestimmten geometrischen Gesichtspunkten nicht möglich, solche
Zugankerverbindungen einzusetzen, da dies die Bauteilgeometrie nicht zulässt. Insbesondere
kann es häufig
dazu kommen, dass solche geradlinig durch Metallbauteile geführten Zuganker
nicht einsetzbar sind, da im Inneren solcher Bauteile Temperierkanäle erforderlich
sind, durch die ein Temperierfluid zum Kühlen bzw. Erwärmen der
Bauteile geführt
werden soll und es so zu Dichtheitsproblemen kommen kann.
Eine
solche Lösung
ist aber bei vielen dreidimensional vielgestaltig ausgebildeten
Geometrien nicht geeignet, da solche geradlinig durch das Bauteil geführten Zuganker,
zumindest bereichsweise frei liegen können und so die äußere Kontur
des Bauteils stören.
Es
ist daher Aufgabe der Erfindung metallische Verbundbauteile, die
aus kraftschlüssig
miteinander verbundenen metallischen plattenförmigen Elementen gebildet sind,
zur Verfügung
zu stellen, bei denen parallel zueinander angeordnete und ausgerichtete
plattenförmige
Elemente aus einem Metall mit Zugkraftbeaufschlagung zusammengehalten
sind und diese Zugkraftbeaufschlagung unter Freihaltung/Berücksichtigung
bestimmter äußerer und
innerer Bereiche des Verbundbauteiles erreichbar ist. Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe mit einem metallischen Verbundbauteil, das die Merkmale
des Anspruchs 1 aufweist, gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungsformen und Weiterbildungen der Erfindung
können
mit den in den untergeordneten Ansprüchen bezeichneten Merkmalen
erreicht werden.
Das
erfindungsgemäße metallische
Verbundbauteil wird aus einer Vielzahl metallischer plattenförmiger Elemente
gebildet, dabei sind die einzelnen plattenförmigen Elemente zumindest an
ihren äußeren Rändern unterschiedlich
konturiert und/oder dimensioniert, so dass sie bei einer stapelförmigen Anordnung
solcher plattenförmiger
Elemente eine komplexe dreidimensionale Geometrie eines metallischen
Verbundbauteils aufweisen können.
Erfindungsgemäß sind in
metallischen plattenförmigen
Elementen Durchbrechungen ausgebildet, mit denen ein durch das gesamte
Verbundbauteil hindurchgehender Kanal ausgebildet wird. In einen solchen
Kanal ist dann ein flexibles Zugkräfte übertragendes Element geführt, an
dessen beiden äußeren Enden
jeweils Klemmelemente befestigt sind, die sich zugkraftbeaufschlagt
von außen
an entsprechend außen
am erfindungsgemäßen Verbundbauteil
angeordneten plattenförmigen
Elementen abstützen.
Das
die Zugkräfte,
die die plattenförmigen Elemente
zusammenhalten, übertragende
Element kann dabei über
die gesamte Länge
bis hin zu den Klemmelementen bzw. auch Verbindungselementen für die Klemmelemente
flexibel, beispielsweise in Form eines Zugseiles ausgebildet sein.
Es besteht aber auch die Möglichkeit
lediglich einen Teil eines solchen Zugkräfte übertragenden Elementes in dieser
Form flexibel auszubilden, um beispielsweise gebogene Bereiche,
aber auch abgewinkelte Bereiche des jeweiligen Kanals berücksichtigen
zu können und
die entsprechenden Endstücke,
an denen dann die Klemmelemente angreifen können, in Form mehr oder weniger
langer Zugstäbe
auszubilden.
Wie
bereits angedeutet, kann dementsprechend der innerhalb des Verbundbauteiles
mit den Durchbrechungen ausgebildete Kanal zumindest bereichsweise
in gekrümmter
Form und/oder auch abgewinkelter Form ausgebildet sein, so dass
in einem so geführten
Kanal bestimmte kritische Bereiche eines Verbundbauteiles im Inneren
und auch bestimmte äußere freiliegende
Bereiche quasi umgangen werden können
und dabei das die Zugkräfte übertragende
Element bis auf die Klemmelemente nicht freiliegt und immer durch
das Innere des Verbundbauteiles geführt ist.
Eine
solche Kanalführung
kann aber auch die Lage bestimmter funktioneller Hohlräume, wie beispielsweise
von Temperierkanälen
berücksichtigen,
die so nicht durch den Verlauf des Kanals für das Zugkräfte übertragende Element beeinflusst
werden.
Bei
der Montage der erfindungsgemäßen metallischen
Verbundbauteile werden die jeweiligen einzelnen metallischen plattenförmigen Elemente
nebeneinander angeordnet, so dass sie einen losen Stapel plattenförmiger Elemente
bilden. Nun kann das Zugkräfte übertragende
Element, beispielsweise ein Zugseil durch eine außen liegende
Durchbrechung in den jeweiligen Kanal ein- und durch den gesamten
Kanal hindurchgeführt
werden. Dann kann eine Zugkraft auf dieses Element ausgeübt werden, so
dass sich ein Klemmelement an der Oberfläche von plattenförmigen Elementen
anlegen kann und so ein Widerlager bildet. Auf der anderen Seite
des die Zugkraft übertragenden
Elementes wird dann das zweite Klemmelement am Zugkraft übertragenden Element
befestigt und verspannt, so dass die Klemmelemente an den jeweils
gegenüberliegend
angeordneten plattenförmigen
Elementen anliegen und die Zugkräfte über das
die Zugkräfte übertragende Element
abfangen und so das metallische Verbundbauteil durch reine Zugkraftbeaufschlagung
zusammengehalten ist.
Die
jeweilige wirkende Zugkraft kann über gezielte Beeinflussung
des Abstandes bzw. der jeweiligen Länge des Zugkräfte übertragenden
Elementes zwischen den Klemmelementen beeinflusst werden. So kann
beispielsweise an mindestens einem Ende eines Zugkräfte übertragenden
Elementes eine Gewindehülse
mit diesem verbunden sein, was beispielsweise durch eine relativ
einfach herzustellende Pressverbindung möglich ist. Mit Hilfe dieses Gewindes
kann dann ein mit einem komplementären Gewinde versehenes Klemmelement
mit der Gewindehülse
verbunden und so das Zugkraft übertragende
Element verspannt werden, wobei das diesem gegenüberliegende Klemmelement am
Zugkraft übertragenden
Element fest miteinander verbunden sein kann bzw. auch die Möglichkeit
besteht eine entsprechende Gewindeverbindung zwischen Klemmelement
und einer Gewindehülse
an dieser Seite des Zugkräfte übertragenden
Elementes vorzusehen.
In
einigen Fällen
kann es durchaus ausreichend sein, für die kraftschlüssige Verbindung
lediglich einen entsprechenden Kanal durch ein Verbundbauteil hindurch
auszubilden, durch das dann ein Zugkräfte übertragendes Element geführt werden kann.
Insbesondere bei größer dimensionierten
Verbundbauteilen oder auch solchen mit komplexer geometrischer Gestalt
kann es aber auch vorteilhaft sein, zwei oder auch mehrere solcher
Kanäle
mit Zugkraft übertragenden
klementen. und entsprechenden Klemmelementen vorzusehen.
Es
besteht aber auch die Möglichkeit,
wie bereits vorab angedeutet, zumindest einen solchen Kanal als
Temperierkanal auszubilden, durch den dann ein geeignetes Temperierfluid,
beispielsweise Kühlwasser
geführt
werden kann. In diesem Fall ist es vorteilhaft einen solchen Temperierkanal
abzudichten, um zu verhindern, dass ein Temperierfluid entweichen
kann.
Hierfür können zwischen
benachbarten plattenförmigen
Elementen dann plattenförmige
Dichtelemente, Dichtfolien mit entsprechenden Durchbrechungen um
einem Temperierkanal eingelegt werden oder zumindest an einer Oberfläche möglichst
vollflächig
mit einem Dichtungswerkstoff beschichtete plattenförmige Elemente
zumindest im Bereich eines Temperierkanals einzusetzen.
Die
Dichtelemente, Dichtfolien oder Beschichtungen sollten möglichst
dünn ausgebildet
sein und eine Dicke von ca. 1 mm nicht überschreiten. Des Weiteren
sollten eine plastische und/oder elastische Verformbarkeit gegeben
sein. Geeignete Werkstoffe für
die Abdichtung sind beispielsweise organisch gebundene Fasern, die
bevorzugt eine entsprechende Temperaturfestigkeit aufweisen sollten. So
können
beispielsweise Aramidfasern, die mit Nitril-Butadien-Kautschuk (NRB)
gebunden sind oder auch entsprechende Fasern mit Fluor-Kautschuk bzw.
mit Fluor-Carbon-Kautschuk eingesetzt werden.
Insbesondere
für Beschichtungen
eignen sich Fluor-Kautschuk
oder Fluor-Carbon-Kautschuk auf den Oberflächen von plattenförmigen Elementen.
Dichtplatten
können
aber auch aus Glimmer zwischen plattenförmigen Elementen eingesetzt
werden.
Bevorzugt
lassen sich aber auch Graphitfolien, wie sie beispielsweise unter
der Handelsbezeichnung „Sigraflex", die von der Firma
DT Dichtungs-Technik GmbH, Bremen kommerziell erhältlich sind,
einsetzen.
Vorteilhaft
ist es außerdem,
wenn randseitig angeordnete plattenförmige Elemente im Bereich des
Kanals, durch den jeweils ein Zugkräfte übertragendes Element geführt ist,
eine der äußeren Kontur von
Klemmelementen angepasste Formgebung aufweisen, so dass die Klemmelemente
formschlüssig gehalten
werden können.
Dadurch können
auch weitere Kräfte,
deren Vektoren von der eigentlichen Zugkraft abweichen, kompensiert
werden.
Da
die Zugkraftübertragung
durch das Verbundbauteil nicht geradlinig erfolgt, können innerhalb des
Verbundbauteiles Querkräfte,
die zwischen den plattenförmigen
Elementen zu Schubkräften
führen, auftreten.
Hierzu können
diese Kräfte
kompensierende Elemente eingesetzt werden, die bevorzugt die Schubkraftkompensation
durch einen Formschluss erreichen können.
So
besteht zum Beispiel die Möglichkeit
an den plattenförmigen
Elementen zusätzliche
Durchbrechungen auszubilden, in die entsprechende ausgebildete Kompensationselemente
formschlüssig eingeführt werden
können
und ein Verschieben der plattenförmigen
Elemente des erfindungsgemäßen Verbundbauteiles
dann verhindern können.
So können
beispielsweise mindestens zwei Durchbrechungen in benachbarten plattenförmigen Elementen
ausgebildet sein, in die dann ein stiftförmiges Kompensationselement
eingesetzt werden kann, mit dem ein paralleles Verschieben der entsprechenden
plattenförmigen
Elemente parallel zu ihren jeweiligen äußeren Oberflächen verhindert
werden kann.
Solche
Durchbrechungen mit entsprechen Kompensationselementen können lokal
differenziert innerhalb des erfindungsgemäßen Verbundbauteiles an verschiedensten
Positionen an jeweils benachbart zueinander angeordneten plattenförmigen Elementen
angeordnet sein, so dass die jeweilige geometrische Gestaltung der
jeweiligen plattenförmigen
Elemente und auch nicht zu beeinflussende funktionelle Hohlräume innerhalb
des Verbundbauteils mit ihren jeweiligen Positionen berücksichtigt
werden können.
Eine
Schubkraftkompensation kann aber auch durch eine bestimmte lokal
differenzierte Konturierung an jeweils benachbart zueinander angeordneten
plattenförmigen
Elementen erreicht werden. So kann beispielsweise an einer Oberfläche eines plattenförmigen Elementes
eine in bestimmter Form konturierte und dimensionierte Erhebung
ausgebildet sein, die dann in eine Vertiefung bzw. Durchbrechung des
benachbarten und an dieser Oberfläche anliegenden plattenförmigen Elementes
einführbar
ist.