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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorfertigung von Konstruktionsbauteilen eines Rohbaus aus Holzplattenmaterial nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Im Bereich der Gebäudeerstellung finden vorgefertigte Konstruktionsbauteile eine immer weitere Verwendung. Solche Konstruktionsbauteile werden industriell vorgefertigt und dann geeignet verpackt auf die für die Gebäudeerstellung vorgesehenen Baustellen geliefert. Für die Herstellung solcher industriell vorgefertigter Gebäude werden insbesondere auch Plattenmaterialien verwendet, die Holzbestandteile enthalten. Beispielsweise kann es sich bei solchen Platten auf Holzbasis um Spanplatten oder Ähnliches handeln.
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Welche Art von Gebäude mit den Konstruktionsbauteilen hergestellt wird, ist grundsätzlich beliebig. So sind Industriegebäude, Ein- und Mehrfamilienhäuser, mehr- und vielstöckige Gebäude und sonstige Gebäudetypen unterschiedslos denkbar. Insbesondere auch Gebäude, die für einen späteren Abbau und erneuten Aufbau vorgesehen sind, lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sehr gut und kostengünstig herstellen.
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Aus der
EP 1 935 526 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bearbeitung von Platten aus Holzwerkstoff bekannt. Dabei werden die Holzplatten nach der Bearbeitung auf einem Stapel abgestapelt. Dabei kann es allerdings zur Beschädigung der ungeschützten Bearbeitungskanten kommen, was einen erheblichen Nachteil darstellt.
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Aus der
AT 505 173 A1 ist ein Verfahren zum Laserschneiden von dünnen Holzplatten bekannt. Während des Laserschneidens liegt das Plattenmaterial auf mehreren Lamellen auf. Nach dem Laserschneiden fallen die Werkstücke durch die Zwischenräume zwischen den Lamellen nach unten auf einen Boden.
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Nachteilig an diesem Verfahren ist es, dass die Werkstücke durch das Herunterfallen im Kantenbereich beschädigt werden. Weiter nachteilig ist es, dass die Werkstücke nach der Entnahme aus der Laserschneidanlage mit geeigneten Verpackungsmaterial verpackt werden müssen, um die Kanten vor Beschädigungen zu schützen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ein Verfahren vorzuschlagen, das einen optimalen Kantenschutz der lasergeschnittenen Holzwerkstücke gewährleistet und dabei den Aufwand für die Anbringung von Verpackungsmaterial vermeidet.
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Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf dem Grundgedanken, dass zur Herstellung der Konstruktionsbauteile eine Laserschneidanlage Verwendung findet. Neuartige Laserschneidverfahren ermöglichen es nämlich auch holzbasierte Plattenmaterialien zu durchtrennen. Im ersten Verfahrensschritt wird deshalb der Laserschneidanlage zunächst eine Platte mit geeigneten Abmaßen zugeführt. Die Abmaße der Platte können dabei mehrere Meter betragen, um auch sehr große Konstruktionsbauteile mit dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellen zu können.
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Sobald die Platte der Laserschneidanlage zugeführt ist, wird das Konstruktionsbauteil durch Betrieb des Lasers in der Laserschneidanlage aus dem Plattenmaterial herausgeschnitten. Dazu wird die Platte relativ zum Laserstrahl entsprechend der gewünschten Kontur des Konstruktionsbauteils bewegt. Ob sich dabei die Platte selbst oder der Laser über der Platte bewegt ist grundsätzlich beliebig, solange die Relativbewegung zwischen Laserstrahl und Platte die gewünschte Kontur ergibt. Durch das Ausschneiden des Konstruktionsbauteils aus dem Plattenmaterial ergibt sich neben dem Konstruktionsbauteil selbst eine so genannte Nestplatte. Die Nestplatte ist der Rest des Plattenmaterials nach Abtrennung des Konstruktionsbauteils.
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Durch Anwendung des Laserschneidverfahrens bei der Herstellung des Konstruktionsbauteils können Konstruktionsbauteile mit hoch exakten Konturen mit sehr geringen Schneidradien einfach, sehr schnell und kostengünstig hergestellt werden. Außerdem ist die Schnittbreite des Laserschnitts eher klein, so dass sehr feine Konturen aus dem Plattenmaterial herausgeschnitten werden können. Die geringe Schnittbreite ist außerdem vorteilhaft, da der durch das Abtrennen des Konstruktionsbauteils aus dem Plattenmaterial entstehende Verschnitt sehr gering ist. Das Plattenmaterial kann so sehr effektiv und zu einem hohen Prozentsatz für die Herstellung der Konstruktionsbauteile genutzt werden. Insbesondere kann eine hohe Nutzung des Plattenmaterials realisiert werden, wenn in dem Plattenmaterial mehrere Konstruktionsbauteile derart platziert sind, dass eine optimierte Flächennutzung erreicht wird.
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Sobald das Konstruktionsbauteil von der umgebenden Restplatte vollständig getrennt ist, kann das Konstruktionsbauteil und die umgebende Nestplatte aus der Bearbeitungszone der Laserschneidanlage abgeführt werden. Es ist dabei erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Konstruktionsbauteil in dem von der Nestplatte gebildeten Nest verbleibt. Denn durch das umgebende Nest werden die Bauteilkanten des Konstruktionsbauteils ohne weiteres geschützt. Ein Kantenschutz der Konstruktionsbauteile, der ansonsten angebracht werden müsste um die Konstruktionsbauteile insbesondere beim Transport auf die Baustelle vor Beschädigungen zu schützen, kann ohne weiteres entfallen.
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Nach der Abführung des Konstruktionsbauteils und der Nestplatte aus der Bearbeitungszone werden die Konstruktionsbauteile zusammen mit der oben umgebenden Nestplatte in einem Plattenstapel abgestapelt. Der so gebildete Plattenstapel aus mehreren Konstruktionsbauteilen und den jeweils umgebenden Nestplatten kann dann anschließend - falls erforderlich - geeignet verpackt und gemeinsam auf eine Baustelle zur Herstellung eines Holzrohbaus verwendet werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren hat insbesondere den Vorteil, dass die Möglichkeiten einer integrierten CAD-CAM-Fertigung genutzt werden. So können die Konstruktionsbauteile aus einer digitalen Datenbank auf die Steuerung der Laserschneidanlage heruntergeladen und letztendlich ohne das Erfordernis einer Bearbeitung durch das Bedienpersonal unmittelbar aus dem Plattenmaterial herausgeschnitten werden. Außerdem erlaubt das Laserschneiden des Holzplattenmaterials die Herstellung von Konstruktionsbauteilen mit hoch exakten Abmessungen, die die Herstellung des Rohbaus auf der Baustelle stark vereinfachen. So können insbesondere Verbindungselemente zwischen verschiedenen Konstruktionsbauteilen hochpräzise gefertigt werden, was im Ergebnis zu einer hochfesten Statik des Rohbaus führt. Ein weiterer Vorteil des Laserschneidens der Konstruktionsbauteile liegt darin, dass die Konstruktionsbauteile in sehr kurzer Zeit und höchster Qualität gefertigt werden können und die Schnittbreite des Laserschnitts sehr gering ist. Materialverluste durch Verschnitt, wie sie insbesondere beim Ausfräsen von Konstruktionsbauteilen anfallen, werden dadurch vermieden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Außenkontur aller Konstruktionsbauteile in einer Platte vollständig von der Innenkontur der entsprechenden Ausnehmung bzw. der Innenkontur der mehreren Ausnehmungen in der Nestplatte umfasst sind. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass alle Konstruktionsbauteile, die durch Laserschneiden aus dem Plattenmaterial hergestellt wurden, durch die Nestplatte seitlich vollständig geschützt werden. Nach dem Abstapeln der Konstruktionsbauteile und der umgebenden Nestplatten ergibt sich somit für alle Konstruktionsbauteile, die nicht in der ersten und nicht in der letzten Schicht des Plattenstapels liegen, ein vollständiger und allseitiger Schutz, ohne dass zusätzliche Verpackungsmaterialien angebracht werden müssten.
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Welche Außenkontur die Konstruktionsbauteile aufweisen, ist grundsätzlich beliebig. Der Formenvielfalt sind hier im Prinzip keinerlei Grenzen gesetzt, da der Laser durch entsprechende Relativbewegung zwischen Platte und Laserstrahl letztendlich beliebige Konturen ausschneiden kann. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Konstruktionsbauteil zumindest ein Verbindungselement, insbesondere zumindest einen Zapfen und/oder zumindest eine Schwalbenschwanzverbindung, aufweist, die durch Laserschneiden hergestellt wurde. Durch das Laserschneiden können nämlich Verbindungselemente hoch exakt gefertigt werden, die die Herstellung von Rohbauten mit hoher Stabilität ermöglichen.
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Weiterhin ist es besonders vorteilhaft, wenn das Konstruktionsbauteil zumindest eine Ausnehmung, insbesondere zumindest ein Zapfenloch und/oder zumindest ein Schraubenloch, aufweist, die durch Laserschneiden angebracht ist.
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Späteres Bohren oder Ausfräsen auf der Baustelle kann auf diese Weise eingespart und vermieden werden.
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Gemäß einer weiteren Verfahrensvariante werden in dem Konstruktionsbauteil durch Laserschneiden mehrere, insbesondere eine Vielzahl von Einschnitten hergestellt. Die Einschnitte sind dabei entweder als Binneneinschnitte ohne Durchtrennung der Außenkontur des Konstruktionsbauteils ausgebildet oder durch Trennen der Außenkontur des Konstruktionsbauteils maximal an genau einer Stelle. Im Ergebnis wird das Konstruktionsbauteil also durch die lasergeschnittenen Einschnitte nicht vollständig in zwei Teile durchtrennt, sondern bleibt über zwischen den Einschnitten gelegenen Materialstegen einstückig miteinander verbunden. Aufgrund der geringen Schnittbreite beim Laserschneiden des Holzplattenmaterials können sehr feine Einschnitte mit geringem Abstand zueinander an dem Konstruktionsbauteil hergestellt werden. Die im Ergebnis erhaltenen Konstruktionsbauteile mit den lasergeschnittenen Einschnitten weisen dann die Möglichkeit auf durch entsprechende Einspannung an den Plattenrändern und elastische Verformung an den Materialstegen zwischen den Einschnitten eine Verformung des Konstruktionsbauteils zu ermöglichen, die über die elastischen Verformungsgrenzen des Plattenmaterials selbst weit hinausgehen. Sind beispielsweise am Konstruktionsbauteil mehrere Einschnitte in einem bestimmten Bereich eng parallel zueinander verlaufend vorgesehen, so kann das Plattenmaterial anschließend um eine Biegeachse, die ebenfalls parallel zu den Einschnitten verläuft, gebogen werden, um beispielsweise einen Außen- oder Innenradius zu bilden. Außerdem ist es auch denkbar das Konstruktionsbauteil durch entsprechende Einschnitte in einer Weise tordiert einzuspannen, dass sich an der Plattenfläche des Konstruktionsbauteils eine Freiformfläche entsprechend der Torsion des Konstruktionsbauteils ergibt.
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Soweit an dem Konstruktionsbauteil Ausnehmungen durch Laserschneiden hergestellt wurden, bilden die dabei entstehenden Restteile, die keine einstückige Verbindung mehr zu der Nestplatte aufweisen, Abfall. Es ist dabei sinnvoll diese Restteile nicht gemeinsam mit den Konstruktionsbauteilen auf die Baustelle zu liefern, da dadurch Transportgewicht eingespart werden kann. Außerdem können die Restteile einer Wiederverwertung einfacher zugeführt werden, wenn diese gleich im Herstellungsprozess nahe der Laserschneidanlage verbleiben. Es ist deshalb besonders vorteilhaft, wenn die zur Herstellung der Ausnehmungen im Konstruktionsbauteil entstehenden Restteile vor dem Abstapeln aus dem Konstruktionsbauteil entfernt werden. Beispielsweise kann dies durch geeignete Ausblasdüsen in einfacher Weise realisieret werden.
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Gattungsgemäße Laserschneidanlagen eigenen sich nicht nur zur Anbringung von Laserschnitten. Durch geeignete Anpassung der Laserleistung kann unter Verwendung der gleichen Laserschneidanlage auch eine Lasergravur an der Oberseite der Konstruktionsbauteile angebracht werden. Es ist deshalb gemäß einer bevorzugten Verfahrensvariante vorgesehen, dass die Konstruktionsbauteile unter Verwendung der Laserschneidanlage eine Beschriftung, insbesondere eine Bauteilkennzeichnung, durch Lasergravur erhalten.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht einen sehr hohen Automatisierungsgrad bei der Herstellung von Konstruktionsbauteilen für einen Rohbau. Um diesen Automatisierungsgrad noch weiter zu erhöhen, ist es besonders vorteilhaft, wenn die Platte automatisch in die Bearbeitungszone der Laserschneidanlage zugeführt wird.
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Weiterhin kann der Automatisierungsgrad auch dadurch erhöht werden, dass die Konstruktionsbauteile und die umgebende Nestplatte nach dem Laserschneiden automatisch aus der Bearbeitungszone der Laserschneidanlage abgeführt und/oder automatisch im Plattenstapel abgestapelt werden. Da das Konstruktionsbauteil und die umgebende Nestplatte nach dem Laserschneiden vollständig voneinander getrennt sind muss beim Abführen des Konstruktionsbauteils und der Nestplatte bzw. beim Abstapeln des Konstruktionsbauteils und der Nestplatte ein Anheben der Nestplatte relativ zu dem Konstruktionsbauteil unbedingt vermieden werden. Insbesondere wenn die Nestplatte mehrere Konstruktionsbauteile enthält, ist ein Anheben der Nestplatte unbedingt zu vermeiden, da ansonsten die Gefahr besteht, dass die Konstruktionsbauteile aus ihren Nestern in der Nestplatte herausfallen und nur noch händisch wieder in die Nester zurückgeführt werden können.
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Um ein Abführen des Konstruktionsbauteils und der umgebenden Nestplatte ohne jegliches Anheben der Nestplatte oder des Konstruktionsbauteils realisieren zu können, ist es besonders vorteilhaft, wenn dazu ein Luftkissen auf einem Bearbeitungstisch gebildet wird. Auf diesem Luftkissen können das Konstruktionsbauteil und die umgebende Nestplatte auch bei vollständiger Trennung voneinander problemlos aus der Bearbeitungszone der Laserschneidanlage abgeführt und abgestapelt werden. Nach dem Abstapeln der jeweils letzten Nestplatte mit dem darin liegenden Konstruktionsbauteil kann der Stapel dann um eine Plattendicke nach unten abgezogen werden, um das Abstapeln der nächsten Nestplatte mit dem darin liegenden Konstruktionsbauteil problemlos zu ermöglichen.
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Bei der Herstellung eines Gebäudes muss üblicherweise eine bestimmte Reihenfolge bei der Verwendung der für die Erstellung des Gebäudes vorgesehenen Konstruktionsbauteile eingehalten werden. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens kann diese vordefinierte Reihenfolge ohne Zusatzkosten problemlos durch entsprechende Herstellung und Abstapelung der verschiedenen Konstruktionsbauteile realisiert werden. So befindet sich in einem Stapel mit lasergeschnittenen Konstruktionsbauteilen in der obersten Schicht möglichst das erste Konstruktionsbauteil, das für die Herstellung des Rohbaus notwendig ist. Das für die Herstellung des Rohbaus zuletzt notwendige Konstruktionsbauteil liegt dann an der tiefsten Stelle des Stapels. Alle anderen Konstruktionsbauteile sind dazwischen entsprechend ihrer jeweils notwendigen Reihenfolge angeordnet. Wird nun der Stapel der lasergeschnittenen Platten auf die Baustelle geliefert, so kann das für die Erstellung des Rohbaus eingesetzte Personal mit dem obersten Konstruktionsbauteil beginnen und danach Zug um Zug die im Stapel abgestapelten Konstruktionsbauteile nacheinander verbauen. Die nach vollständiger Verwendung des Plattenstapels verbliebenen Nestplatten können anschließend einer geeigneten Entsorgung zugeführt oder zurück an den Hersteller geliefert werden.
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Welche Art von Holzplattenmaterial für das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt wird, ist grundsätzlich beliebig. Besonders geeignet sind Holzspanplatten, insbesondere Grobspanplatten oder OSB-Platten. Derartige Holzspanplatten weisen eine sehr hohe mechanische Festigkeit auf und sind deshalb insbesondere für die Herstellung von Rohbauten geeignet. Außerdem kann das Holzspanplattenmaterial sehr einfach und prozesssicher mit Laser geschnitten werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren und verschiedene damit hergestellte Konstruktionsbauteile zur Herstellung eines Rohbaus sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt und werden nachfolgend beispielhaft erläutert.
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Es zeigen:
- 1 einen schematisierten Verfahrensablauf zur Herstellung eines Gebäudes aus Holzwerkstoffen unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
- 2 eine Platte zur Herstellung eines Konstruktionsbauteils vor Anbringung des Laserschnitts;
- 3 die Platte gemäß 2 nach Anbringung des Laserschnitts mit dem dadurch entstandenen Konstruktionsbauteil und der umgebenden Nestplatte;
- 4 das Konstruktionsbauteil gemäß 3 nach Entfernung der Nestplatte und nach Entfernung der Restteile aus den Ausnehmungen;
- 5 eine zweite Platte mit mehreren durch Laserschneiden gebildeten Konstruktionsbauteilen und der umgebenden Nestplatte;
- 6 eine weitere Platte mit mehreren durch Laserschneiden hergestellten Konstruktionsbauteilen und der umgebenden Nestplatte;
- 7 eine weitere Platte mit mehreren durch Laserschneiden hergestellten Konstruktionsbauteilen und der umgebenden Nestplatte;
- 8 eine weitere Platte mit mehreren durch Laserschneiden hergestellten Konstruktionsbauteilen und der umgebenden Nestplatte;
- 9 eine weitere Platte mit zwei Konstruktionsbauteilen und der umgebenden Nestplatte;
- 10 eine weitere Platte mit einem Binnenschnitte und Einschnitte aufweisendem Konstruktionsbauteil und der umgebenden Nestplatte.
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1 stellt den Verfahrensablauf zur Herstellung eines Rohbaus 01 unter Verwendung von Holzplattenmaterial 02 schematisiert dar. Das Holzplattenmaterial 02 wird in einer Plattenfabrik 03 aus Rohholz 04 hergestellt. Bei dem Holzplattenmaterial kann es sich insbesondere um Spanplatten und dabei bevorzugt um so genannte OSB-Spanplatten oder andere geeignete Holzwerkstoffe wie z.B. Dreischichtplatten handeln. Nach Herstellung der Platten 02 werden diese an eine Laserschneidanlage 05 geliefert. In der Laserschneidanlage 05 werden die Platten 02 aus einem Stapel 06 mit ungeschnittenen Platten automatisch der Laserschneidanlage 05 zugeführt und dort durch ein geeignetes Laserschneidverfahren bearbeitet. Nach vollständiger Herstellung des gewünschten Konstruktionsbauteils durch Laserschneiden werden die geschnittenen Platten 02 in einem Stapel 07 voll automatisch abgestapelt. Jede Platte 02 im Stapel 07 enthält dabei zumindest ein Konstruktionsbauteil, das von einer Nestplatte vollständig an den Seitenkanten umgeben ist (Erläuterung nachfolgend anhand der Zeichnungen 2 bis 4). Die Herstellung der Konstruktionsbauteile durch Laserschneiden und das Abstapeln der entsprechenden Platten 02 im Stapel 07 erfolgt dabei gemäß einer vordefinierten Reihenfolge, die eine geordnete Entnahme der Konstruktionsbauteile aus dem Stapel 07 bei der Herstellung des Rohbaus 01 ermöglicht.
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Hat der Stapel 07 seine maximale Höhe erreicht, wird er seitlich weitertransportiert und anschließend per Lkw auf eine Baustelle 08 geliefert. Auf der Baustelle 08 werden die Platten 02 mit den Konstruktionsbauteilen 09 vom Bedienpersonal reihenfolgegerecht abgestapelt und aus den Nestplatten herausgehoben. Die Konstruktionsbauteile 09 können dann anschließend reihenfolgegerecht zusammengesetzt und montiert und dadurch Zug um Zug der Rohbau 01 hergestellt werden.
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2 zeigt eine Platte, insbesondere eine OSB-Platte vor dem Laserschneiden in Ansicht von oben.
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3 zeigt die Platte 02 nach dem Laserschneiden. Durch die Anbringung des Laserschnitts wurde ein Konstruktionsbauteil 10 aus dem Plattenmaterial herausgeschnitten. An den Seitenkanten wird das Konstruktionsbauteil 10 von der umgebenden Nestplatte 11, bei der es sich bei der dargestellten Ausführungsform lediglich um einen rechteckförmigen Saum handelt, geschützt. Das Konstruktionsbauteil 10 weist Schwalbenschwanzverbindungen 12 an der Außenkante und Ausnehmungen 13 bzw. 14 auf.
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4 zeigt das Konstruktionsbauteil 10 nach Entfernung der die Seitenkante umgebenden Nestplatte 11 und nach Entfernung der in den Ausnehmungen 13 und 14 verbliebenen Restteile.
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5 zeigt eine Platte 02, aus der durch Laserschneiden zwölf identische Konstruktionsbauteile 15 und zwei weitere Konstruktionsbauteile 16 und 17 ausgeschnitten wurden. An den Konstruktionsbauteilen 15, 16 und 17 sind jeweils Zapfen 18 vorgesehen, die als Verbindungselemente beim Aufbau eines Rohbaus zur Verwendung der Konstruktionsbauteile 15, 16 und 17 mit anderen Konstruktionsbauteilen dienen. Insbesondere können die Zapfen 18 mit ihrem rechteckigen Querschnitt in die rechteckigen Ausnehmungen 14, die als Zapfenlöcher ausgebildet sind, eingesteckt und dadurch festgelegt werden. Durch Anbringung einer Befestigungsschraube kann diese Verbindung gesichert werden.
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6 zeigt eine Platte 02 mit sieben identischen Konstruktionsbauteilen 19, die als Eckverbinder dienen und ein weiteres Konstruktionsbauteil 17. Man erkennt, dass durch entsprechende Planung das Plattenmaterial der Platte 02 beinahe vollständig genutzt werden kann.
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7, 8 und 9 zeigen wiederum Platten 02 mit verschiedenen daraus mittels Laserschneiden ausgeschnittenen Konstruktionsbauteilen.
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10 zeigt eine weitere Platte 02 mit einem lasergeschnittenen Konstruktionsbauteil 22 und der umgebenden Nestplatte 23. Das Konstruktionsbauteil 22 weist eine Vielzahl von lasergeschnittenen Binnenschnitten 20 und eine Vielzahl von lasergeschnittenen Einschnitten 21 auf. Die Schnitte teilen das Konstruktionsbauteil 22 dabei nicht auf. Durch geeignete Einspannung des Konstruktionsbauteils 22 kann dieses aus der Plattenebene heraus umgebogen werden, um einen Außen- oder Innenradius zu bilden.
