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Die
Erfindung betrifft ein Maschinenelement mit einem Bauteil, das zementgebundenes
Material enthält,
ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Maschinenelements und
eine Verwendung von Beton für
die Herstellung eines solchen Maschinenelements. Durch die Verwendung
von zementgebundenem Material, insbesondere von Beton, kann beispielsweise
ein stark reduzierter Arbeitsaufwand bei gleichzeitig gesenkten
Materialkosten für
beispielsweise die Herstellung einer Führungsbahn für Roboter
erreicht werden.
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Beispielsweise
im Werkzeugmaschinenbau ist es üblich,
Führungsbahnen
für Roboter,
Maschinenstander, usw. ausschließlich aus Stahl oder Grauguss
auszuführen.
Diese Werkzeugmaschinenelemente bzw. Bauteile sind einerseits durch
die Verwendung von Stahl mit hohen Materialkosten behaftet. Andererseits
ist der Fertigungsaufwand nicht zu vernachlässigen, da aufgrund oftmals
aufwendiger Schweißarbeiten
sowohl die Fertigungsdauer als auch die Fertigungskosten relativ
hoch sind.
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Insbesondere
bei Bauteilen, die im Anlagenbau, Maschinenbau und/oder Werkzeugmaschinenbau
im Einsatz sind, ist auch zu berücksichtigen, dass
jedes einzelne Bauteil neu gefertigt werden muss, wobei der Fertigungsaufwand
durch die notwendigen Schweißarbeiten
bei jedem Bauteil neu anfällt.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Maschinenelement zu schaffen,
das reduzierte Materialkosten bei einem gleichzeitig abgesenkten
Arbeitsaufwand erzielt.
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Die
Aufgabe wird gemäß den Merkmalen
der unabhängigen
Patentansprüche
gelöst.
Die abhängigen
Patentansprüche
zeigen vorteilhafte Ausführungsformen
und Weiterentwicklungen der Erfindung auf.
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Das
erfindungsgemäße Maschinenelement weist
ein statisches Bauteil auf, wobei das Bauteil zementgebundenes Material
enthalten kann und zumindest ein Einlegeteil aufweisen kann, das
formschlüssig
und unlösbar
mit dem zementgebundenen Material verbunden sein kann.
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Das
Maschinenelement kann aus dem Bauteil bestehen. Weiterhin kann das
zementgebundene Material Beton sein. Die Einlegeteile können weiterhin
aus Metall gebildet sein. Insbesondere können die Einlegeteile aus Stahl,
Grauguss und/oder aus Schmiedeteilen gebildet sein. Darüber hinaus
kann das Bauteil zusätzlich
entsprechende Beimischungen enthalten, die je nach Einsatzzweck
und Einsatzart zugegeben werden können.
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Durch
die Verwendung von beispielsweise Beton für das Bauteil können zunächst die
Materialkosten im Vergleich zum Einsatz von Stahl oder Guss gesenkt
werden. Weiterhin werden die Bearbeitungskosten stark reduziert,
da keinerlei Schweißkosten mehr
anfallen. Zusätzlich
besteht die Möglichkeit, dass
die Form bzw. die Schalung wieder verwendet kann. Dadurch können mehrere
gleich aufgebaute Bauteile dieselbe Form verwenden, so dass auch
dadurch sowohl Kosten als auch Bearbeitungszeit bzw. Herstellungszeit
gespart werden können.
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In
diesem Zusammenhang sei angemerkt, dass die Verschalung bzw. die
Form modular aufgebaut sein kann. Dadurch können beispielsweise Bauteile,
die lediglich in ihrer Länge
variieren durch entsprechende zusätzlich Modulareinsätze der
Form bzw. der Schalung einfach hergestellt werden.
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Darüber hinaus
entfällt
die bei Stahlteilen oftmals notwendige Nachbearbeitung, da das Fertigbetonteil
bzw. das aus zementgebundenem Material hergestellte Bauteil nach
dem Vergießen
mit dem Material und dem Aushärten
desselben schon die gewünschte
Form aufweist. Eine Nacharbeitung der Einlegeteile kann dann separat
erfolgen, um beispielsweise erhöhte
Toleranzanforderungen zu erfüllen.
Dies kann zum Beispiel für
Einsätze
betreffend Führungsbahnen
für Roboter
der Fall sein.
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Wie
vorstehend schon erwähnt
kann das Material Beimischungen aufweisen. Hierbei können beispielsweise
Eisenfasern, Eisenarmierungen, Kunstfasern, Glasfasern, Kohlefasern
und/oder Kunstfaser, Glasfaser-, und/oder Kohlefasermatten zum Einsatz
kommen. Diese Beimischungen werden entsprechend dem Einsatzzweck
des Bauteils ausgewählt
und dienen insbesondere dazu, die Zugfestigkeit des Bauteils zu
erhöhen.
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Zur
Absenkung des Materialgewichts und an Stellen, an denen die Zug-
bzw. Druckfestigkeit weniger relevant ist, können auch Füllstoffe eingebracht sein,
die einen entsprechenden Hohlraum schaffen. Als Füllstoff
können
entsprechende Materialblöcke vorgesehen
sein, die insbesondere aus Styropor gebildet sein können.
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Das
Material ist säure-
und ölbeständig ausgeführt um beispielsweise
dem Einsatz als Werkzeugmaschinenbauteil gewachsen zu sein.
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Weiterhin
kann das Material ein Quellmittel enthalten, wodurch sicher gestellt
ist, dass das Material nach dem Einfüllen in die Form bzw. in die
Schalung den gesamten Raum ausfüllt
und das Bauteil nach der Aushärtung
die gewünschte
Form und Oberflächenqualität aufweist.
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Weiterhin
kann das Material zumindest einen Hohlraum zur Aufnahme von insbesondere
zumindest einem Kunststoffrohr und/oder von zumindest einem Schlauch
enthalten. In diese Hohlräume
können
beispielsweise elektrische Leitungen, Fixierstangen, usw. eingelegt
werden.
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Das
Material kann auch Leitungen enthalten, durch die flüssiges Wärme- oder
Kältemittel
leitbar ist. Dadurch kann das Material bzw. das Bauteil auf eine
gewünschte
Temperatur gebracht werden. Dies kann sinnvoll sein, um eine Wärmedehnung
des Materials bzw. des Bauteils auf das oder die Einlegeteile und
die damit verbundenen Teile anzupassen.
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Das
Bauteil bzw. das Maschinenelement mit dem Bauteil kann insbesondere
für einen
statischen Einsatz eingesetzt werden, da dort die Anforderungen
an ein geringes Gewicht reduziert sind. Weiterhin kann das Bauteil
insbesondere eine Führungsbahn für Roboter,
ein Robotersockel, eine Balkenführungsbahn,
ein Maschinenbett, eine Aufspannplatte, ein Plattenfeld, ein Aufspanntisch,
ein Maschinenständer,
ein Ständerfuß und/oder
ein Aufspanntisch sein. Das Maschinenelement bzw. das statische
Bauteil kann insbesondere im Anlagenbau, Maschinenbau und/oder Werkzeugmaschinenbau
eingesetzt werden.
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Das
Verfahren zur Herstellung des Maschinenelements ist dadurch vorteilhaft,
dass das Bauteil mittels einer wieder verwendbaren Form abgeformt werden
kann. Dadurch können
die Kosten reduziert werden und ebenso der Bearbeitungsaufwand,
da nicht für
jedes Bauteil entsprechende neue Formen hergestellt werden müssen oder
beispielsweise aufwendige Schweißarbeiten und Nachbearbeitungen notwendig
sind, wie das beispielsweise bei dem Einsatz von Stahl als Bauteilmaterial
notwendig ist.
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Weiterhin
kann die Form bzw. die Schalung modular ausgebildet sein. Dies hat
insbesondere dann Vorteile, wenn beispielsweise das Bauteil sich in
der Länge
bzw. in der Breite ändert,
wobei die sonstigen Bauteildimensionen gleich bleiben. Durch den
Einsatz von Modularformen bzw. von Formteilen, die bedarfsgemäß eingesetzt
werden können,
ist es möglich,
die Kosten weiter zu reduzieren.
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Es
ist darüber
hinaus von Vorteil, die Einlegeteile mittels Widerstands- bzw. Bolzenschweißens zu
bilden. Bei Ausführung
der Einlegeteile als Guss- oder Schmiedeteile kann das Teil schon
die notwendigen Hinterschneidungen enthalten.
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Die
Verwendung von Beton bzw. von zementgebundenem Material für Maschinenelemente stellt
einen starken Handlungserfolg dar, der sich auf das unmittelbar
hergestellte Erzeugnis auswirkt. Die angestrebte Wirkung besteht
darin, ein Bauteil zu schaffen, das geringe Materialkosten und einen
reduzierten Bearbeitungsaufwand besitzt, verglichen mit den im Maschinenbau üblich eingesetzten
Stahlbau teilen. Darüber
hinaus hat die Verwendung von Beton bzw. von zementgebundenem Material
den Vorteil, dass wieder verwendbare Formen bzw. Schalungen eingesetzt
werden können,
die zudem noch modular aufgebaut sein können. Dies bringt einen weiteren Vorteil
nicht nur bezüglich
der Kosten, sondern auch bezüglich
der Fertigungszeit.
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Das
erfindungsgemäße Bauteil
kann zudem genau auf den Einsatzzweck abgestimmt werden. Wie vorstehend
erwähnt
können
geeignete Beimischungen aus beispielsweise Eisenfasern eingesetzt werden.
Weiterhin können
Eisenarmierungen vorgesehen sein, um die notwendige Zugfestigkeit
zu erzielen. Darüber
hinaus können
in das Material beispielsweise Styroporblöcke an Stellen eingebracht werden,
die keine hohen Anforderungen an die Zug- bzw. Druckfestigkeit des
Materials stellen. Zusätzlich können entsprechende
Kunststoffrohre und/oder Schläuche
vor dem Vergießen
mit Beton bzw. dem zementgebundenen Material eingebracht werden, wodurch
diverseste Anforderungen erfüllt
werden können.
Weiterhin ist das zementgebundene Material im Gegensatz zu kunstharzgebundenem
Material einfacher zu entsorgen. Zusammenfassend kann die Erfindung
ein außerordentlich
vorteilhaftes Bauteil realisieren, das für den jeweiligen Einsatzzweck maßgeschneidert
werden kann bei gleichzeitig geringen Materialkosten und abgesenktem
Bearbeitungsaufwand.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen
näher erläutert. Es
zeigen
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1 ein
erfindungsgemäßes Bauteil
in einer perspektivischen Ansicht,
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2 das
erfindungsgemäße Bauteil
aus 2 in einer schematischen teilweisen Schnittansicht,
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3 ein
weiteres erfindungsgemäßes Bauteil
in einer perspektivischen Ansicht,
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4 das
Bauteil aus 3 in einer schematischen teilweisen
Schnittansicht,
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5 ein
weiteres erfindungsgemäßes Bauteil,
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6 das
Bauteil aus 5 in einer schematischen teilweisen
Schnittansicht und
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7 das
Bauteil aus 5 in einer entsprechenden Draufsicht.
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In
der 1 ist ein Bauteil 1 aus einem zementgebundenen
Material 2, beispielsweise aus Beton, dargestellt. Das
Bauteil 1 enthält
weiterhin Befestigungsöffnungen 8 und
eine Linearführung 7 für beispielsweise
einen Roboter.
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In
der 2 ist eine Schnittansicht dieser Roboterführung beziehungsweise
dieses Bauteils 1 dargestellt. Wie aus dieser ersichtlich,
sind in dem Material 2 Armierungen 4 vorgesehen,
die das Material 2 und damit das Bauteil 1 verstärken und
zur notwendigen Festigkeit führen.
Die Armierungen 4 sind beispielsweise Eisenarmierungen,
die an geeigneten Stellen vorgesehen sind, um dort für ausreichende Festigkeit
zu sorgen. Weiterhin sind die Einlegeteile 3 dargestellt,
die mit dem Material 2 formschlüssig und unlösbar verbunden
sind. Die Verbindung zwischen dem Material 2 und den Einlegeteilen 3 erfolgt während dem
Aushärtevorgang
des zementgebundenen Materials 2. An den Einlegeteilen 3 sind
Linearführungen 7 vorgesehen.
Die Linearführungen 7 können beispielsweise über entsprechende
Schraubverbindungen mit den Einlegeteilen 3 verbunden sein.
Die entsprechenden Schraubverbindungen sind in der 2 nicht
dargestellt. Es kann beispielsweise in dem Einlegeteil 3 ein
entsprechendes Innengewinde vorgesehen sein, wobei dann die Linearführung 7 über entsprechende
Schrauben 9 mit dem Gewinde in dem Einlegeteil 3 verbunden
werden.
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Wie
aus der 2 ebenso ersichtlich ist, weist
das Bauteil 1 keinerlei verlorene Schalungen mehr auf,
das heißt
nach dem Verfestigen des zementgebundenen Materials 2,
insbesondere des Betons kann die Schalung beziehungsweise die Form (nicht
dargestellt) entfernt werden und das Bauteil 1 weist die
gewünschten
Abmessungen und die gewünschte
Oberflächenbeschaffenheit
auf.
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In
der 3 ist ein weiteres Beispiel eines Bauteils 1 dargestellt,
wobei das Material 2 und entsprechende Befestigungsöffnungen 8 gezeigt
sind (siehe auch 1). Die Befestigungsöffnungen 8 können schon
vorgefertigte Bohrungen enthalten um ein anschließendes Befestigen
des Bauteils 1 auf einem Fundament oder auf entsprechenden
Bodenplatten zu ermöglichen
(nicht dargestellt).
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Die 4 zeigt
eine schematische Schnittansicht des Bauteils 1 aus 3.
Hierbei ist ein Styroporblock 5 dargestellt, der in dem
Material 2 „vergossen” ist. Weiterhin
sind schematisch die Einlegeteile 3 ersichtlich.
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In
der 5 ist ein weiteres Bauteil 1 dargestellt
welches ein Leerrohr 6 enthält das beispielsweise eine
Durchführung
von einer Energieversorgung ermöglicht.
Das Leerrohr 6 kann beispielsweise schon in die Form mit
eingelegt werden bevor der Vergießvorgang mit dem zementgebundenen
Material erfolgt. Es kann jedoch auch beim Gießvorgang ein Platzhalter für das Leerrohr 6 in
der Form beziehungsweise der Verschalung (nicht dargestellt) vorgesehen
werden, der nach dem Abbinden des Materials 2 als „verlorenes” Rohr in
dem Material 2 verbleibt. Anschließend können dann die gewünschten Leitungen
usw. eingezogen werden. Anstatt des Leerrohrs 6 können natürlich auch
ein entsprechender Schlauch oder andere Rohre eingeführt werden, wobei
bei einem nachträglichen
Einbringen von festen Rohren ein gerader Verlauf der in dem Material 2 vorgesehenen Öffnung vorzuziehen
ist.
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Die 6 zeigt
eine schematische teilweise Schnittansicht des Bauteils 1 aus 5.
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Die 7 zeigt
eine entsprechende Draufsicht des Bauteils 1.
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In
den 5 und 6 sind wiederum Befestigungsöffnungen 8 dargestellt,
die eine Befestigung und/oder eine Ausrichtung an einem Fundament
und/oder einem Tragboden erlauben.
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In
den 5, 6 und 7 sind zu
den vorgenannten Figuren gleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen
versehen, wobei auf eine zusätzliche
Erläuterung
verzichtet wird.
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Die
vorgenannten Merkmale und Ausführungsformen
können
in beliebiger Weise ganz oder teilweise miteinander kombiniert werden.