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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausbilden eines Tragekerns für ein Leichtbauteil, der in dem Tragekern integral ausgebildete Kopplungsabschnitte aufweist und den Tragekern mit integralen Kopplungsabschnitten an sich, sowie ein Leichtbauteil, in dem der Tragekern mit integralen Kopplungsabschnitten verwendet wird.
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Aus dem allgemeinen Stand der Technik ist bekannt, Leichbauteile auszubilden, die zur Masse- und Gewichteinsparung beispielsweise in Fahrzeugen verwendet werden.
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Leichbauelemente können in Sandwichbauweise ausgebildet werden, wobei die Sandwichstruktur Deckschichten und einen von den Deckschichten umgebenen Tragekern aufweisen kann. Der Tragekern kann in unterschiedlichen Bauweisen ausgeführt werden, hierbei werden Strukturen bevorzugt, die bei Gewichtsreduzierung eine gleiche oder bessere Lastabtragung als ein Bauteil in Vollquerschnitt-Bauweise aufweisen.
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Problematisch bei derartigen Leichbauteilen in Sandwichbauweise ist es, mehrere Leichbauelemente nachträglich miteinander zu verbinden, beispielsweise zum Ausbilden großflächigerer Bereiche, ohne den Tragekern der Sandwichstruktur nachhaltig zu beschädigen.
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Bei der Montage einzelner Leichbauteil-Platten kann es erforderlich werden, in die Tragekerne und/oder die Deckschichten des Tragekerns Montagemittel, wie Dübel, Gewindebuchsen und/Schraubverbindungen, zu montieren. Die Montage der Montagemittel kann ein Anbohren oder Schwächen von Bereichen der Tragekerne und/oder der Deckschicht erfordern. Hierbei kann es vorkommen, dass bei der Montage der Montagemittel eine Krafteintragung an hierfür nicht ausgebildeten Abschnitten des Leichbauelements stattfindet und es zu einer ungewollten Überbeanspruchung des Leichbauteils kommt.
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Aktuell werden Leichbauteile in Sandwichbauweise entweder mit lösbaren, zusätzlichen Verbindungselementen, wie beispielsweise Schrauben, Klammern, aneinander gefügt oder mittels nicht lösbaren Verbindungen wie z. B. Schweißen, Kleben oder Löten verbunden.
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Durch die konventionellen Verbindungsmethoden werden zum einen zusätzliche Bauteile bzw. Verbindungsstoffe benötigt, zum anderen sind weitere Arbeitsschritte fällig, um Leichbauteile in Sandwichbauweise aneinander zu befestigen. Dadurch entstehen zusätzliche Arbeitsschritte sowie weitere Fehlerquellen im Fertigungsprozess und zusätzliche Kosten.
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Ferner ist das nachträgliche Anbringen von Montagemitteln und Verbinden der fertig hergestellten Leichbauelemente arbeitsintensiv und kostenaufwändig, da bei der Einbringung der Montagemittel sorgfältig gearbeitet werden muss, um ein Beschädigen des Tragekerns zu verhindern.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Tragekern eines Leichtbauteils bereitzustellen, der ein einfaches und zerstörungsfreies Erweitern von Leichtbauteilen unaufwändig und kostengünstig erlaubt.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst.
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Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den zugehörigen Unteransprüchen.
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Nach einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Ausbilden eines Tragekerns für ein Leichbauteil bereitgestellt, wobei der Tragekern mittels eines generativen Fertigungsverfahrens in Leichtbauweise ausgebildet wird, und Abschnitte des Tragekerns während ihrer Bildung integral mit einem Kopplungsabschnitt ausgebildet werden, der zum formschlüssigen und/oder kraftschlüssigen Koppeln mit einem anderen Bauteil und/oder zumindest einem weiteren Tragekern ausgebildet wird.
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Unter integral ist hierbei sowohl eine stofflich einstöckige Verbindung als auch eine integrierte Verbindung der Kopplungsabschnitte in dem Tragekern zu verstehen.
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Unter einer Integration eines separaten Bauteils oder Kopplungsabschnittes in den Tragekern ist hierbei eine einstücke Verbindung des separaten Bauteils mit dem im generativen Fertigungsverfahren verfestigten Material zu verstehen.
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Unter einer stofflich einstückigen Verbindung ist hierbei eine stoffliche und materielle Verbindung und gemeinsame Ausbildung des Kopplungsabschnitte und des Tragekerns zu verstehen.
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Bei dem Verfahren zum Ausbilden des Tragekerns des Leichtbauteils kommt ein generatives Fertigungsverfahren, wie beispielsweise ein Lasersinterverfahren zum Einsatz. Bei dem Lasersinterverfahren werden der Tragekern und ein in dem Tragekern integrierter Kopplungsabschnitt ausgebildet, mit dem der Tragekern mit einem zweiten Tragekern oder einem anderen Bauteil formschlüssig und/oder kraftschlüssig gekoppelt werden kann. Der Tragekern wird hierbei in Leichtbauweise mit lastabtragender Funktion gebildet. Geeignete, lastabtragende Strukturen sind beispielsweise wabenförmige oder gitterförmige Strukturen, die die auftretenden Kräfte optimal und durch Materialeinsparung ableiten können, so dass Gewicht und Material eingespart werden kann.
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Dies hat den Vorteil, dass ein Tragekern mit integrierten Kopplungsabschnitten auf einfache und kostengünstige Weise mit einer Mehrzahl von Tragekernen mit kompatiblen Kopplungsabschnitten nach dem Baukastenprinzip werkzeugfrei miteinander kombiniert und montiert werden kann, ohne dass die jeweiligen Tragekerne verletzt oder beschädigt werden müssen. Die Kopplungsabschnitte können in einer weiteren Ausführungsform auch derart ausgebildet werden, dass ein werkzeugfreies Montieren an Bauteile möglich ist, die keine komplementären Kopplungsabschnitte aufweisen.
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Unter einem werkzeugfreien Montieren ist hierbei eine Montage der Tragekerne an andere Tragekerne oder Bauteile zu verstehen, bei der ein Monteur ohne die Hilfe von Werkzeugen, die Tragekerne miteinander kombinieren und dauerhaft in Eingriff bringen kann.
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Unter einem generativen Fertigungsverfahren ist hierbei ein substraktives, formatives oder additives Fertigungsverfahren zu verstehen. Bei einem substraktiven Fertigungsverfahren wird die gewünschte Geometrie des Bauteils durch Abtragung definierter Bereiche, z. B. durch Drehen oder Fräsen erzeugt. Bei einem formativen Fertigungsverfahren erfolgt ein Formen eines gegebenen Volumens in die gewünschte Geometrie. Beim additiven Fertigungsverfahren erfolgt die gewünschte Geometrie durch Aneinanderfügen von Volumenelementen. Hierbei kann ein Schichtverfahren verwendet werden, wobei die Geometrie aus einzelnen Schichten zusammengesetzt wird.
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Als generative Verfahren sind hierbei alle Fertigungsverfahren zu verstehen, durch die Bauteile durch Auf- oder Aneinanderfügen von Volumenelementen (sog. „Voxeln”), vorzugsweise schichtweise, hergestellt werden. Besondere Kennzeichen des generativen Fertigungsverfahrens sind die Generierung der Schichtkörper aus 3-D-CAD-Daten. Hierbei sind keine produktspezifischen Werkzeuge erforderlich. Die Erzeugung der mechanisch-technologischen Eigenschaften erfolgt während des generativen Fertigungsprozesses.
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Im Leichtbau werden gewichtseinsparende Fertigungsprinzipien verfolgt, bei denen eine Beeinflussung der verwendeten Baumaterialien nach mikroskopischen, makroskopischen und mesoskopischen Leichtbauprinzipien erfolgen kann.
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Bei mikroskopischen Leichtbauprinzipien findet eine gezielte Beeinflussung der Mikrostruktur des Baumaterials statt, in dem beispielsweise eine entsprechende Wärmebehandlung des Baumaterials durchgeführt wird, wie das Vergüten von Stahl durch Wärmebehandlung.
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Bei makroskopischen Leichtbauprinzipien wird die Bauteilgeometrie in ihrer Gesamt-Struktur in Abhängigkeit der äußeren Belastung optimiert. Dies kann beispielsweise mittels eines Finite-Elemente-Topologieoptimierungs-Verfahrens umgesetzt werden. Mit dem Topologieoptimierungs-Verfahren wird das das Bauteil ausbildende Material innerhalb eines festgelegten Raums, der das Bauteil definiert, unter Berücksichtigung der auftretenden Kräfte in dem festgelegten Raum zur Abtragung der auftretenden Kräfte und Spannungen verteilt.
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Bei mesoskopischen Leichtbauprinzipien wird das Hauptaugenmerk auf die Gestaltung der inneren Bauteilstruktur in Abhängigkeit der Belastung gelegt. Eine mesoskopische Struktur kann beispielsweise eine Wabenstruktur, eine Porenstruktur wie bei Schäumen, oder eine Gitterstruktur aufweisen.
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Nach einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird der Kopplungsabschnitt von einem separaten Bauteil ausgebildet, das vor oder während der Bildung des Tragekerns eingelegt wird und dann in dem Tragekern integriert wird, und/oder der Kopplungsabschnitt wird im generativen Fertigungsverfahren aus dem gleichen oder einem anderen Material, wie das Material das zum Ausbilden des Tragekern im generativen Fertigungsverfahren verwendet wird, stofflich einstückig mit dem Tragekern ausgebildet.
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Unter einem separaten Bauteil ist hier beispielsweise ein zusätzliches Bauteil zu verstehen, dass nicht während des generativen Fertigungsverfahrens und durch Verfestigen der den Tragekerns ausbildenden Pulverschichten ausgebildet wird, sondern während des generativen Fertigungsverfahrens an vorbestimmten Positionen eingelegt wird und durch Verfestigen der der Pulverschicht integral in dem Tragekern ausgebildet wird.
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Die Kopplungsabschnitte in oder an dem Tragekern können beispielsweise als Schnapphakenstifte-Bauteile oder dergleichen ausgebildet werden, so das ein form- und oder kraftschlüssiges Aneinander-Koppeln und Miteinander-Montieren eines ersten Tragekerns mit einem zweiten Tragekern möglich ist, ohne dass hierfür der Tragekern angebohrt oder zerstört werden muss.
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Beispielsweise können Schwalbenschwanzverbindungen, Druckknopfverbindungen oder ähnliche kraft- und/oder formschlüssige Kopplungsarten wie Stecker-Buchse-Kopplungen mittels generativem Fertigungsverfahren in dem Tragekern ausgebildet werden. Die stofflich einstöckige und integrale Ausbildung von Kopplungsabschnitten in dem Tragekern bietet den Vorteil, dass zum Verbinden und Montieren mehrere Tragekerne keine zusätzlichen Montage-Mittel benötigt werden. Die Tragkerne können modulartige aneinander montiert und bei nicht gebrauch wieder auf werkzeuglose Weise demontiert werden.
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Eine tragende oder nicht tragende Deckschicht kann an dem Tragekern vorgesehen werden. Die Deckschichten werden bevorzugt an dem Tragekern nach dem Fertigstellen desselben angebracht. Die Deckschichten könne an den Tragekern geklebt oder aber auch über geeignete Befestigungsabschnitte, die in den strukturbildenden Seitenwänden des Tragekerns stofflich einstückig ausgebildet sind, form- und/oder kraftschlüssig angebracht werden. Dies bietet den Vorteil, dass eine einfachere Bauteiltrennung des Tragekerns von den Deckschichten möglich ist, wenn diese recycelt werden sollen.
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Der Kopplungsabschnitt kann aus dem gleichen generativ zu verfestigenden Material wie der Tragekern ausgebildet sein, oder es wird ein anderes Material verwendet, das andere Festigkeit und ein anderes Elastizitätsmodul nach dem Verfestigen hat als das Material, das zum Ausbilden des Tragekerns verwendet wird. Insbesondere kann im generativen Verfahren hierbei an den Abschnitten des Tragkerns ein Material verwendet werden, das nach dem Verfestigen eine höhere Festigkeit aber geringeren Elastizität als das Material zum Ausbilden des Kupplungsabschnittes aufweist. Zum Ausbilden des Kopplungsabschnittes kann ein Material vorgesehen werden, das nach dem Verfestigen eine höhere Elastizität aufweist, so dass die Montage der Kopplungsabschnitte erleichtert wird. Elastische Kopplungsabschnitte begünstigen ein mehrmaliges Koppeln und Entkoppeln der Kopplungsabschnitte.
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Kernidee der Erfindung ist, mittels eines additiven Fertigungsverfahrens wie einem generativen Schichtbauverfahren, wie z. B. Strahlschmelzen oder Lasersintern, eine Tragekern mit einem integrierten Montagemittel auszubilden, die beide in einem generativen Fertigungsverfahren ausgebildet werden. Durch die Verwendung der generativen bzw. additiven Fertigungstechnologie ist es möglich, Sandwichbauteile dreidimensional und belastungsgerecht zu fertigen. Dies bietet den Vorteil, dass das Leichtbaupotenzial bestmöglich ausgenutzt werden kann. Das generative Herstellungsverfahren erlaubt auch die Herstellung von ein- und mehrfach räumlich gekrümmten Tragekernen mit Kopplungsabschnitten.
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Zum Verbessern der Befestigung der montierten Kopplungsabschnitte der Tragekerne können die Kopplungsabschnitte auch miteinander Verklebt werden, und/oder die Kopplungsabschnitte weisen Ausnehmungen zur Aufnahmen von Schraub- und/oder Bolzenverbindungen auf.
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Die Aufgabe der Erfindung hinsichtlich eines Tragekerns für ein Leichtbauteil wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen nach Anspruch 6 gelöst.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens und des Tragekerns ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.
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1 zeigt in einer perspektivischen und schematischen Teilansicht ein erfindungsgemäßes Leichtbauteil mit einem Tragekern, der Kopplungsabschnitte aufweist, und einer ersten Deckschicht und einer zweiten Deckschicht;
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2 zeigt das Leichtbauteil von 1 in einer perspektivischen und schematischen Explosionsansicht;
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3 zeigt eine schematische Teilansicht einer ersten Ausführungsform eines Tragekerns mit Kopplungsabschnitten für ein Leichbauteil, und
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4 zeigt eine zweite Ausführungsform der Kopplungsabschnitte eines Tragekerns für ein Leichbauteil.
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1 ist eine perspektivische und schematische Ansicht eines Leichtbauteils 50, das an seiner ersten und zweiten Außenseite, hier Ober- und Unterseite, jeweils mit einer ersten Deckschicht 2 und einer zweiten Deckschicht 3 versehen ist, die einen Tragekern 1 bedecken. Zusätzliche Deckschichten können an den seitlichen Randbereichen des Tragekerns 1 zwischen der ersten und der zweiten Deckschicht 2, 3 vorgesehen werden.
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Der in 1 dargestellte Tragekern 1 ist in mesoskopischer Leichtbauweise ausgebildet und weist eine wabenförmige Struktur auf, wie in 2, 3, und 4 gezeigt, die von den Seitenwänden 15 ausgebildet wird.
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Die Seitenwände 15 können auch in einer gitterförmigen oder anderen rechteckförmigen Anordnung ausgebildet werden. Der Tragekern 1 kann auch eine porenartige Struktur aufweisen. Die Seitenwände 15 können in allen Raumrichtungen angebracht werden, so dass eine beliebig große und komplexe Struktur entstehen kann. Die Seitenwände 15 sind bevorzugt so angeordnet, dass Sie schubsteif sind, was die Hauptbelastung im Tragekern 1 ist.
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Ferner sind in der wabenförmigen Struktur des Tragekerns 1, insbesondere in den die Struktur bildenden Seitenwänden 15 Kopplungsabschnitte 10, 11 zum Koppeln mit komplementär zu den Kopplungsabschnitten 10, 11 ausgebildete Kopplungsabschnitten 10, 11 eines anderen Tragekerns 1a, 1b ausgebildet. Die Position der Kopplungsabschnitte 10, 11 ist in 1 schematisch dargestellt. Die Kopplungsabschnitte 10, 11 sind integral oder stofflich einstückig in oder an den Seitenwänden 15 des Tragekerns 1 ausgebildet. Die Kopplungsabschnitte 10, 11 können sich hierbei über die gesamte Dicke des Tragekerns 1, beispielsweise in Z-Richtung, oder nur über einen Teilsabschnitt der jeweiligen Seitenwand 15 in X-Y- und/oder Z-Richtung erstrecken.
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Zusätzlich zu den Kopplungsabschnitten 10, 11 können an den Seitenwänden 15 auch Befestigungsabschnitte 40 zum lösbaren oder unlösbaren Befestigen der ersten und der zweiten Deckschicht 2, 3 ausgebildet sein, wie beispielsweise in 2 gezeigt. Die Befestigungsabschnitte 40 werden hierbei zusammen mit den Seitenwänden 15 des Tragekerns 1, 1a, 1b und den Kopplungsabschnitten 10, 11 stofflich einstückig mittels eines generativen Fertigungsverfahrens aus dem gleichen oder unterschiedlichen Materialien ausgebildet.
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Unter Leichtbauweise ist hierbei eine Einsparung beschleunigter Massen unter Anwendung wirksamer Leichtbauprinzipien zu verstehen. Hierbei kommen bevorzugt mesoskopische Leichtbauprinzipien zum Einsatz. Bei mesoskopischen Leichtbauprinzipien wird der Aufbau bzw. die Struktur des Bauelements derart ausgebildet ist, dass eine bessere Lastungsabtragung möglich ist, insbesondere in Abhängigkeit der möglichen Belastung im fertigen Bauteil.
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Die Deckschichten 2, 3 können mit dem Tragekern 1 auf unterschiedliche Art und Weise verbunden sein. Insbesondere können die Deckschichten 2, 3 durch Klebeverbindungen oder zusätzliche Montageverbindungen, wie Schraubverbindungen, die hier nicht gezeigt sind, formschlüssig und/oder kraftschlüssig an dem Tragekern 1 angebracht werden. Beispielsweise können neben den in 3 und 4 gezeigten Kopplungsabschnitten 10, 11 und 20 und 21 in den den Deckschichten 2, 3 zugewandten Seitenabschnitten zusätzliche Kopplungsabschnitte 40 in Form von Befestigungszapfen 40 für die Deckschichten 2, 3 integral in den Seitenwänden 15 ausgebildet werden.
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Die Befestigungszapfen 40 werden bevorzugt ebenfalls stofflich einstückig und zusammen mit den Seitenwänden 15 des Tragekerns 1 ausgebildet.
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2 zeigt die in 1 dargestellte Ausführungsform eines schematischen Leichtbauteils in einer Explosionsdarstellung. Beide Deckschichten 2, 3 sind zur besseren Darstellung und zum besseren Verständnis beabstandet von dem Tragekern 1 des Leichbauteils 50 angeordnet, so dass der wabenförmige Strukturaufbau des Tragekerns 1 besser zu erkennen ist. Der Tragekern 1 kann auch andere Strukturen aufweisen, die nach mesoskopischen Leichtbauprinzipien ausgebildet sind
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Der in 2 gezeigte Tragekern 1 weist eine materialsparende, wabenartig angeordnete Struktur auf, die gleichzeitig eine gleiche, wenn nicht sogar bessere Festigkeit eines entsprechenden Elements aus einem Vollmaterial bereitstellt. Die tragende Struktur des Tragekerns 1 kann auch andere Strukturen, die eine Leichtbauweise begünstigen, aufweisen. Beispielsweise kann der Tragekern eine porenförmige Struktur, wie sie in Schäumen vorkommt, eine gitterartige Struktur und/oder kreis- oder dreieckförmige Strukturen aufweisen. Wesentlich bei der Struktur des Tragekerns 1 ist, dass trotz Gewichts- und Materialeinsparung, die Tragfestigkeit des Tragekerns 1 nicht negativ beeinflusst wird. Hierbei können auch andere Strukturformen und Maßnahmen zum Einsatz kommen, die eine Leichtbauweise begünstigen und mittels eines generativen Fertigungsverfahrens hergestellt werden können.
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Der Tragekern 1 wird in einem generativen Fertigungsverfahren ausgebildet. Bei dem generativen Fertigungsverfahren wird ein pulverförmiges Baumaterial mittels chemischer oder physikalischer Verfahren nach einem vorbestimmten Modell schichtweise verfestigt. Hierbei werden zum Verfestigen vorbestimmter Bereiche eines schichtweise aufgetragenen Baumaterials mittels chemischer und/oder physikalischer Prozesse verfestigt. Bei dem Baumaterial kann es sich um formlose Materialien, die flüssig oder pulverförmig vorliegen, oder um formneutrale Materialien handeln, die band- oder drahtförmig vorliegen.
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Bei der Fertigung werden rechnerinternen Datenmodelle, wie CAD-Modelle, zur Steuerung der generativen Fertigungsvorrichtungen verwendet, um die entsprechenden Bereiche des formlosen oder formneutralen Baumaterials zu behandeln und zu verfestigen, so dass das von dem CAD-Modell vorgegebene Werkstück ausgebildet wird.
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Ein Beispiel für ein generatives Fertigungsverfahren ist das selektive Laserschmelzen (Selectiv Laser Melting, SLM). Hierbei wird zunächst in einer Baukammer eine dünne Pulver-Schicht auf einer Fertigungsplattform aufgetragen. Korrespondierend zu computergenerierten Konstruktionsdaten des geplanten Werkstücks wird das Pulver dann an vorbestimmten Bereich mit einem Laserstrahl geschmolzen oder gesintert. Danach wird die Fertigungsplattform um eine weiter Schichtdicke abgesenkt, so dass eine zusätzliche Pulver-Schicht auf die vorherige, abschnittweise gesinterte Pulver-Schicht aufgetragen wird. Die zusätzlich aufgetragene Pulver-Schicht wird wieder selektiv geschmolzen und mit der darunterliegenden Schicht verbunden. Das Auftragen und Sintern weiterer Pulver-Schichten wird solange wiederholt, bis das Werkstück bzw. der Tragekern 1 des Leichtbauteils ausgebildet ist.
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3 zeigt in einer schematischen Draufsicht einen ersten Tragekern 1a eines ersten Leichtbauteils, der mit einem zweiten Tragekern 1b eines zweiten Leichtbauteils mittels darin integrierter oder darin stofflich einstückig ausgebildeter Kopplungsabschnitte 10 11 gekoppelt werden kann. Zum besseren Verständnis sind die erste und zweite Deckschicht 2, 3 nicht dargestellt.
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Wie hieraus ersichtlich, weisen die jeweiligen Tragekernen 1a, 1b an vorbestimmten Bereichen zueinander komplementäre Kopplungsabschnitte 10, 11 auf, die zum Koppeln des einen Tragekerns 1a mit dem anderen Tragekern 1b ausgebildet sind. Die Kopplungsabschnitte 10, 11 sind in dem Tragekern integral ausgebildet und werden beim generativen Fertigungsverfahren zusammen mit dem jeweiligen Tragekern 1a, 1b ausgebildet.
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Unter integral ist hierbei eine stofflich Anbindung eines Bauteils, das den jeweiligen der Kopplungsabschnitt 10, 11 ausbildet, in dem Tragekern 1a, 1b zu verstehen. Unter stofflich einstückig ist hierbei eine stofflich Ausbildung des Kopplungsabschnitt 10, 11 in dem Tragekern 1a, 1b zu verstehen, wobei der Tragekern 1a, 1b und der Kopplungsabschnitt 10, 11 aus dem gleichen Material wie der Tragkern 1, 1a, 1b ausgebildet sind. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, an den Bereichen, die für die Kopplungsabschnitte 10, 11 vorgesehen sind, während des generativen Verfahrens andere Materialien für die Kopplungsabschnitte 10, 11 vorzusehen als für den Tragekern 1, 1a, 1b, um unterschiedliche Festigkeiten und Elastizitäten zu erzielen.
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Wie In der in 3 angezeigt weist eine Wabe 14, 14.1, 14.2 und jede weitere Wabe jeweils Seitenwände 15a bis 15f auf. In der hier gezeigten Ausführungsform sind an den außenliegenden Kopplungs-Waben 14.1 und 14.2 an den Seitenwänden 15e und 15b die Kopplungsabschnitte 10, 11 angeordnet. Zwischen den außenliegenden vorstehenden Kopplungs-Waben 14.1 und 14.2 ist jeweils keine Wabe angeordnet, so dass die seitlichen Kopplungsabschnitte 10, 11 des Tragekerns 1a bzw. des Tragekerns 1b durch Verrasten in X-Richtung ineinander Greifen können.
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Die Kopplungsabschnitte 10, 11 können als Rastverbindungen ausgebildet sein, die eine Raste 30, eine Rastführung 32 und eine Rastaufnahme 31 aufweisen. Die Rastführung 32 führt die Raste 30 hin zu und in die Rastaufnahme 31 bei der Montage der Kopplungsabschnitte 11, 12 des ersten Tragekerns 1a mit dem zweiten Tragekern 1b. Die Kopplungsabschnitte 10, 11 weisen jeweils komplementäre Rasten 30 und Rastaufnahmen 31 auf, die hier hintereinander und an gegenüberliegenden Seitenwänden 15b, 15e angeordnet und ausgebildet sind.
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Die Kopplungsabschnitte 10, 11 sind derart ausgebildet, dass ein Montieren der Tragekerne 1a und 1b miteinander durch In-Eingriff-Bringen der Kopplungsabschnitte in X-Richtung durch Einrasten der Raste 30 des Kopplungsabschnittes 10 des Tragekerns 1a in der Rastaufnehmung 31 mit der Rastaufnahme 31 des Tragekerns 1b und umgekehrt möglich ist.
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Hierbei sind Seitenwände 15e und 15b von Kopplungs-Waben 14.1, 14.2 des ersten Tragekerns 1a und/oder Seitenwände 15e und 15b von Kopplungs-Waben 16.1 und 16.2 des zweiten Tragekerns 1b und/oder die Rasten 30 elastisch ausgebildet, so dass ein formschlüssiges und/oder kraftschlüssiges Einrasten möglicht ist.
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Gegebenfalls weisen die Seitenwände, in denen die Kopplungsabschnitte 10, 11 ausgebildet sind, eine elastische Krümmung mit Vorspannung auf.
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Die Elastizität der Bestandteile der Kopplungsabschnitte 10, 11 kann durch die in dem generativen Verfahren verwendeten Materialen zum Ausbilden des Tragekerns 1, 1a, 1b und der verwendeten Materialien zum Ausbilden der Kopplungsabschnitte eingestellt werden. Beispielsweise wird hierbei für die Waben 14 und 16, also für die Seitenwände die keinen Kopplungsabschnitt 10, 11 ausbilden, ein Material aus Kunststoff und/oder Metall mit einem größeren Elastizitätsmodul angewendet werden, das eine hohe Steifigkeit und Festigkeit nach dem generativen Fertigungsverfahren aufweist, und für die Seitenwände 15b, 15e der Kopplungswaben 14.1, 14.2, 16.1 bis 16.4, in denen die Kopplungsabschnitte 10, 11 ausgebildet werden bzw. integriert sind, aus einem Material aus Kunststoff und/oder Metall mit einem Elastizitätsmodul ausgebildet werden, der kleiner als der Elastizitätsmodul der Nicht-Kopplungsseitenwände nach dem generativen Fertigungsverfahren ist.
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Die erforderlichen Festigkeiten und Elastizitäten können auch und alternativ durch geringere oder stärkere Wandabmessungen erzielt werden, bei Verwendung des gleichen oder unterschiedlichen Materials für alle Bestandteile des Tragekerns 1, 1a und 1b.
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Der Tragekern 1b weist wie der Tragekern 1a ebenfalls eine wabenförmige Struktur auf. Die Waben 16 des Tragekerns 1b weisen ebenfalls Seitenwände 15a bis 15f auf.
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Die Seitenwände 15a bis 15f können aber nicht nur in einer wabenförmigen, sondern auch in gitterförmigen und/oder dreieckförmigen bzw. auf mesoskopische Leichtbauweise angeordnet werden.
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Die Kopplungsabschnitte 11 des Tragekerns 1b sind an den außenliegenden und vorstehenden Kopplungs-Waben 16.1 und 16.2 an den seitlichen Wandabschnitten 15b und 15f ausgebildet. Die Kopplungsabschnitte 11 sind um eine Wabe versetzt und komplementär zu den Kopplungsabschnitten 10 des ersten Tragekerns 1a in den Seitenwänden 15b und 15e der der Waben 16.1 und 16.2 ausgebildet sind, so dass ein Koppeln des ersten Tragekerns 1a mit dem zweiten Tragekern 1b möglich ist.
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4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Kopplungsabschnitte 10, 11. Hier sind an allen außenliegenden Waben 14.1 bis 14.4 Kopplungsabschnitte 10, 11 vorgesehen. Hier sind die Rasten 30 an den vorstehenden Verbindungsstellen der Seitenwände 15c und 15d und die Rastaufnahmen in Ausnehmungen zwischen den Seitenwänden 15b, 15e der angrenzenden Kopplungs-Waben 14.1, 14.2 sowie 14.2 und 14.3 und 14.3 und 14.4 des Tragekerns 1a und zwischen den Seitenwänden 15b, 15e der angrenzenden Kopplungs-Waben 16.1, 16.2 sowie 16.2 und 16.3 und 16.3 und 16.4 des Tragekerns 1b ausgebildet.
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Beiden Ausführungsformen ist gemeinsam, dass der jeweilige Tragekern 1a, 1b mittels eines generativen Fertigungsverfahrens hergestellt worden ist, bei dem beispielsweise eine pulverförmige Substanz schichtweise eingebracht wird, die mittels eines Energieeinbringungsverfahrens wie Lasersintern, schichtweise geschmolzen wird. Bei der Ausbildung der Tragekerne 1a, 1b werden an vorbestimmten Stellen die jeweiligen Kopplungsabschnitte 10, 11, zum Koppeln mit einem anderen Tragekern 1b oder einem anderen Bauteil ebenfalls in dem generativen Fertigungsverfahren mit Ausbildung der Seitenwände 15 ausgebildet.
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Bei den Kopplungsabschnitten 10, 11 kann es sich um Rastverbindungen handeln, die lösbar oder nicht lösbar ausgebildet sind. Unter einer nicht lösbaren Verbindung ist zu verstehen, dass ein Entkoppeln der eingerasteten Kopplung erst durch Zerstörung der Einrastung der Elemente 1a und 1b möglich ist.
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Es sind jedoch auch andere Ausführungsformen der Kopplungsabschnitte 10, 11, vorstellbar. Je nachdem wie elastisch das verwendete Material im ausgehärteten Zustand nach dem Lasersintern ist, sind auch Druckknopfverbindungen, Schwalbenschwanzverbindungen oder andere Kopplungsarten möglich. Wesentlich hierbei ist, dass die Bauteile und/oder die Tragekerne 1a, 1b auf die gewünschte Art und Weise, also lösbar oder unlösbar, miteinander verbunden werden können, um die gewünschte Bauteilgröße zu erzielen.
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Der Tragekern 1, 1a, 1b kann auch andere Strukturen in Leichtbauweise aufweisen, wie gitterförmige, dreieckförmige und/oder porenförmige Strukturen. Der Kopplungsabschnitt 10, 11 des jeweiligen Tragekerns 1, 1a, 1b kann auch taschenartige Aufnahmen als Hinterschnitt oder als Vorsprung an den für eine kraft- und/oder formschlüssige Kopplung oder Montage vorgesehene Bereiche aufweisen.
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Der jeweilige Kopplungsabschnitt 10, 11 kann hierbei auch zur Montage bzw. Kopplung mit anderen Tragekernen oder Bauteilen ausgebildet sein, die keine zu dem Kopplungsabschnitt 10, 11 komplementäre Befestigungsmöglichkeit aufweisen.
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Anwendungsgebiete der Tragekerne 1, 1a, 1b mit Kopplungsabschnitten 10, 11 sind beispielsweise großflächige Bauteile in der Luft- und Raumfahrt, sowie Karosseriebauteile in der Automobilindustrie, Sportartikel (z. B. Ski), aber auch Spezialbauteile, mit hohen Anforderungen an Material und Struktur, die insbesondere nur in generativen Fertigungsverfahren kostengünstig herstellbar sind.
