DE102022107690A1

DE102022107690A1 - Additiv gefertigtes Bauteil

Info

Publication number: DE102022107690A1
Application number: DE102022107690.3A
Authority: DE
Inventors: Manfred Kieslinger; Andreas Neuber
Original assignee: Krones AG
Current assignee: Krones AG
Priority date: 2022-03-31
Filing date: 2022-03-31
Publication date: 2023-10-05

Abstract

Die Erfindung betrifft u.a. ein Bauteil (10) aufweisend einen Stützbereich (12), der aus mehreren übereinander angeordneten, vorzugsweise additiv gefertigten, Materialschichten gebildet ist, und einen Bogenstrukturbereich (14), der aus mehreren übereinander angeordneten, vorzugsweise additiv gefertigten, Materialschichten gebildet ist. Der Bogenstrukturbereich (14) ist von dem Stützbereich (12) abgestützt. Der Bogenstrukturbereich (14) weist eine Vielzahl von elastisch verformbaren Bögen (16), vorzugsweise Rundbögen, auf.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Bauteil, eine Bauteilgruppe, ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils und ein Computerprogrammprodukt.
Technischer Hintergrund
Behälter und Behältergebinde können in Behälterbehandlungsanlagen durch die einzelnen Anlagenteile transportiert und bspw. gereinigt, gefüllt, verschlossen, geprüft, etikettiert oder bedruckt werden. Dabei kommt es regelmäßig zu Situationen, in denen die Behälter mechanisch kontaktiert werden, z. B. durch Klammern, Greifer, Schiebebalken, Wände, Böden, Führungen usw. Abgesehen davon bewegen sich in der Produktion auch Maschinenteile gegen Anschläge usw. Bei diesen mechanischen Kontakten kann es zu ungewünscht lauter Geräuschentwicklung kommen. Außerdem können ungewünschte Lebensdauerreduzierungen, Verschleißerscheinungen und sonstige Beschädigungen an den Behältern und Maschinenteilen in Folge der mechanischen Kontakte auftreten.
Um diese Effekte zu reduzieren oder zu vermeiden, können dämpfende Materialien (Schaumstoffe, Elastomermatten, Federelemente oder dgl.) bspw. durch Kleben, Einspannen oder Beschichten aufgebracht werden. Diese Techniken können aus vielerlei Gründen nachteilig sein. Die zusätzlich erforderlichen Komponenten müssen in einem zusätzlichen Arbeitsgang aufgebracht werden. Die aufgebrachten Materialien lösen sich unter Umständen durch den Einfluss von Wärme, Reinigungsmittel, Licht usw. von dem Trägermaterial. Die Dämpfungseigenschaften lassen sich nur schwer an die individuell benötigten Erfordernisse anpassen, da man von den am Markt erhältlichen Produkten abhängig ist. Bestimmte Geometrien des Trägermaterials, z. B. eine Kugelform, ermöglichen es nicht oder nur schwer, dämpfende Komponenten faltenfrei aufzubringen. Die Zugänglichkeit zum Beschichten der zu dämpfenden Fläche ist manchmal nicht oder nur erschwert möglich. Bei dem Trägerwerkstoff und der aufgetragenen Komponente handelt sich um unterschiedliche Materialien, wodurch es zu Wärmeausdehnung und Abrieb kommen kann und was die Entsorgung erschwert. Zudem bietet jede zusätzliche Komponente an der Fügestelle einen Nährboden für mikrobiologische Verunreinigungen, was insbesondere in hygienischen Umgebungen, wie einer Behälterbehandlungsanlage, zu vermeiden ist. Die zusätzlich erforderlichen Komponenten sind nur durch hohe Kosten individualisierbar, wobei die Kosten stückzahlabhängig sind.
Ein gänzlich anderer Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft das Fügen zweier Bauteile. Beim Zusammenfügen zweier Bauteile wird durch die Wahl der Toleranzen (z. B. Wellentoleranz und Bohrungstoleranz) die Art der Passung definiert, z. B. Spielpassung oder Übermaßpassung (wie Übergangspassung oder Presspassung). Insbesondere die Kosten und der Zeitaufwand für eine sehr genaue Fertigung von Presspassungen sind relativ hoch. Manche Fertigungsverfahren, wie z. B. die additive Fertigung, werden daher aufgrund ihrer Fertigungstoleranzen herkömmlich nicht verwendet, wenn bspw. Presspassungen herzustellen sind, oder es sind aufwendige Nachbearbeitungen des additiv gefertigten Bauteils notwendig. Zudem kann bei manchen Werkstoffkombinationen die benötigte Passung infolge der Wärmeausdehnung über einen größeren Temperaturbereich nicht aufrechterhalten bleiben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Bauteil zu schaffen, mit dem die oben genannten Nachteile zumindest teilweise abgemildert oder überwunden werden können.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung angegeben.
Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft ein Bauteil aufweisend einen Stützbereich, der aus mehreren übereinander angeordneten, vorzugsweise additiv gefertigten, Materialschichten gebildet ist. Das Bauteil weist ferner einen, vorzugsweise nachgiebigen und/oder dämpfenden, Bogenstrukturbereich, der aus mehreren übereinander angeordneten, vorzugsweise additiv gefertigten, Materialschichten gebildet ist, auf. Der Bogenstrukturbereich ist von dem Stützbereich abgestützt. Der Bogenstrukturbereich weist eine Vielzahl von elastisch verformbaren Bögen, vorzugsweise Rundbögen, auf.
Bevorzugt kann das Bauteil hinsichtlich des Aspekts der ungewünschten Folgen von mechanischen Kontakten vorteilhaft sein. Wenn ein Bauteil, wie bspw. ein Greifer, eine Klammer, eine Prallwand oder ein Anschlag, additiv gefertigt wird, kann direkt ein Mehrwert generiert werden, indem gleich an den erforderlichen Stellen der Bogenstrukturbereich als eine dämpfende Struktur additiv mitgefertigt bzw. 3D-gedruckt wird. Eine Geometrie des Bogenstrukturbereichs kann dabei an die zu erwartenden Belastungen auf einfache Weise mittels der additiven Fertigung leicht angepasst werden. Einfluss hat neben der Geometrie der einzelnen Bögen auch die Anordnung und die Anzahl der Bögen pro Flächeneinheit, die ebenfalls mittels der additiven Fertigung sehr einfach angepasst werden kann. Der Stützbereich und der Bogenstrukturbereich können zudem in einem Arbeitsgang ohne Fügestellen additiv gefertigt werden, was hygienische Vorteile mit sich bringt. Der Bogenstrukturbereich kann zudem relativ verschleißfest sein, da er nachgiebig ist. Der Bogenstrukturbereich kann zu einer Geräuschreduzierung bzw. Verschiebung des Frequenzbereichs beim Auftreffen führen. Über den Bogenstrukturbereich kann zudem bei geeigneter Auslegung Energie aufgenommen werden, wodurch ein Rückpralleffekt minimiert werden kann. Damit können Schäden an den beteiligten oder umliegenden Elementen vermieden und eine Lebensdauer erhöht werden. Der Bogenstrukturbereich kann auch zur Schwingungsdämpfung eingesetzt werden. Zudem kann der Bogenstrukturbereich aufgrund der additiven Fertigung optimal an das Kontaktobjekt, ggf. durch partielle Aufbringung auf Oberflächen zum Greifen von Produkten, Behältern oder Bauteilen mit sensiblen Bereichen, angepasst werden.
Alternativ oder zusätzlich kann das Bauteil auch vorteilhaft beim Fügen mehrerer Bauteile zu einer Bauteilgruppe sein. Der Bogenstrukturbereich kann nämlich aufgrund seiner Nachgiebigkeit als ein Fertigungstoleranzausgleich wirken. Damit können mittels additiver Fertigung insbesondere sehr zuverlässig Presspassungen hergestellt werden, ohne dass eine aufwendige Nachbearbeitung des Bauteils notwendig wäre. Prinzipiell kann ein Querschnitt des Bauteils dabei beliebig geformt sein. Der Bogenstrukturbereich kann auch relativ große Spaltmaßdifferenzen ausgleichen. Zudem können die Fügekräfte auch bei größeren Temperaturschwankungen relativ konstant bleiben. Zusätzlich kann das Bauteil auch zur Schwingungsdämpfung genutzt werden und bspw. Körperschall reduzieren. Auch eine Anwendung als Ausgleichsgelenk ist denkbar. Beim Fügen wird aufgrund der Nachgiebigkeit des Bogenstrukturbereichs kaum Material abgeschabt, sodass ein mehrmaliges Fügen bei nahezu gleichbleibenden Kräften ermöglicht wird. Zudem kann ein vergleichsweise reproduzierbares Lösen der Verbindung auch nach längerer Betriebsdauer gewährleistet werden.
Für beide obigen Aspekte, d.h. für den Aspekt der Dämpfung bei mechanischem Kontakt und den Aspekt des Fügens ergeben sich zudem weitere Vorteile. So besteht bspw. eine hohe Individualisierbarkeit bei geringen Mehrkosten durch einfache Parametrierung ohne fertigungstechnischen Mehraufwand.
Vorzugsweise kann der Stützbereich ein Hauptkörperbereich des Bauteils sein.
Bevorzugt sind der Stützbereich und der Bogenstrukturbereich integral-einstückig miteinander ausgebildet.
Beispielsweise können die Bögen jeweils eine Bogenbrückenform aufweisen.
In einem Ausführungsbeispiel sind die Bögen aufgrund ihrer Bogenform elastisch verformbar. Alternativ oder zusätzlich sind die Bögen durch eine auf einen Bogenscheitel des jeweiligen Bogens drückende Kraft elastisch stauchbar (zum Beispiel zwischen einander entgegengesetzten, fest mit dem Stützbereich verbundenen Enden des jeweiligen Bogens).
In einem weiteren Ausführungsbeispiel weist der Stützbereich eine ebene, gebogene oder sphärische Oberfläche auf. Vorzugsweise können die Bögen des Bogenstrukturbereichs verteilt auf der Oberfläche angeordnet sein, vorzugsweise über die gesamte Oberfläche verteilt. Vorteilhaft kann damit eine Anpassung des Bogenstrukturbereichs an jegliche Geometrie der Oberfläche des Stützbereichs erreicht werden.
Vorzugsweise können die Bögen an ihren jeweils entgegengesetzten Enden in die Oberfläche übergehen und zwischen ihren entgegengesetzten Enden, insbesondere am Bogenscheitel, beabstandet zu der Oberfläche sein.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die Bögen einstöckig und nebeneinander angeordnet. Alternativ oder zusätzlich ist der Bogenstrukturbereich lagenförmig. Vorteilhaft kann damit die gewünschte Wirkung des Bogenstrukturbereichs erzielt werden, ohne dass hierfür ein großer Platzbedarf für den Bogenstrukturbereich besteht.
In einer Ausführungsform ist der Bogenstrukturbereich an einer Außenseite, einer Innenseite und/oder einer Kontaktseite des Bauteils angeordnet. Vorteilhaft kann der Bogenstrukturbereich seine dämpfende oder nachgiebige Wirkung direkt dort entfalten, wo sie notwendig ist, nämlich dort, wo es zu einem Kontakt mit Gegenständen oder anderen Bauteilen kommt.
In einer weiteren Ausführungsform ist der Bogenstrukturbereich innerhalb des Bauteils beabstandet zu einer Außenseite und/oder einer Innenseite des Bauteils angeordnet. Alternativ oder zusätzlich kann der Bogenstrukturbereich sandwichartig zwischen einem ersten Abschnitt des Stützbereichs und einem zweiten Abschnitt des Stützbereichs angeordnet sein. Vorteilhaft kann der Bogenstrukturbereich damit geschützt im Inneren des Bauteils angeordnet sein, wodurch beispielsweise ein Verschleiß, eine Beschädigung oder eine Verschmutzung des Bogenstrukturbereichs verhindert oder zumindest verringert werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform weist jeder Bogen zwei entgegengesetzten Enden auf, die den jeweiligen Bogen mit dem Stützbereich fest verbinden (zum Beispiel integral-einstückig), wobei vorzugsweise die zwei entgegengesetzten Enden jeweils mit einem (z. B. Innen- und/oder Außen-) Radius in den Stützbereich übergehen. Vorteilhaft ermöglicht diese Geometrie eine elastische Stauchung des Bogens bei Belastung des Bogenscheitels, wodurch teilweise Energie in Wärme umgewandelt werden kann, um einen Dämpfungseffekt zu erzielen.
Alternativ kann bspw. jeder Bogen zwei entgegengesetzte Enden aufweisen, von den jeweils nur ein Ende den jeweiligen Bogen fest mit dem Stützbereich verbindet und vorzugsweise das andere (z. B. freie) Ende auf dem Stützbereich (z. B. lose) aufliegt oder beabstandet zu dem Stützbereich ist. Vorzugsweise kann das Ende mit einem (z. B. Innen- und/oder Außen-) Radius in den Stützbereich übergehen
In einer Ausführungsvariante sind die Bögen in einem Muster oder in einem Raster angeordnet (zum Beispiel mit regelmäßigen geradlinigen oder zickzackförmigen Verläufen der Anordnung). Alternativ oder zusätzlich können die Bögen in mehreren Reihen und/oder in mehreren Spalten angeordnet sein, wobei vorzugsweise die Bögen nebeneinanderliegender Reihen bezüglich einer Längsrichtung der Bögen versetzt zueinander angeordnet sind und/oder sich nebeneinanderliegende Spalten teilweise überlappen. Vorteilhaft kann eine solche Anordnung eine vergleichsweise homogene Verteilung der Berührpunkte, d.h. der Bogenscheitel der Bögen, über die gesamte Fläche des Bogenstrukturbereichs ermöglichen. Vorteilhaft kann eine „Dichte“ bzw. Anzahl der Bögen individuell an die zu erwartende Belastung des jeweiligen Bereichs angepasst sein.
In einer weiteren Ausführungsvariante weisen die Bögen jeweils eine Gesamtlänge auf, die ≥ 5 mm und/oder ≤ 50 mm ist, vorzugsweise zwischen 5 mm und 20 mm. Alternativ oder zusätzlich weisen die Bögen jeweils eine Dicke auf, die ≥ 0,3 mm und/oder ≤ 5 mm ist, vorzugsweise zwischen 0,3 mm und 1,5 mm. Alternativ oder zusätzlich weisen die Bögen eine Gesamthöhe auf, die >_ 0,7 mm und/oder ≤ 7,5 mm ist, vorzugsweise zwischen 0,7 mm und 3 mm. Es wurde herausgefunden, dass diese Abmessungen besonders vorteilhaft sind, um die die gewünschte Dämpfungswirkung und/oder die gewünschte Passungswirkung bzw. Toleranzausgleichswirkung zu erzielen.
In einem Ausführungsbeispiel ist eine Anzahl der Bögen ≥ 10, ≥ 20, ≥ 50 oder ≥ 100.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel weist das Bauteil eine Fertigungstoleranz auf, die durch den Bogenstrukturbereich kompensiert wird oder kompensierbar ist. Wenn beispielsweise das Bauteil eine Fertigungstoleranz von 0,x mm aufweist, kann der Bogenstrukturbereich um mindestens diese 0,x mm mittels der elastisch verformbaren Bögen nachgiebig sein.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel weist das Bauteil eine, vorzugsweise stoßabsorbierende, Dämpfungsfunktionalität auf, die durch den Bogenstrukturbereich bewirkt ist.
In einer Ausführungsform ist das Bauteil ein Greifer oder ein Greifarm zum Greifen von Behältern. Vorzugsweise kann der Bogenstrukturbereich an einem Greifabschnitt des Greifers oder des Greifarms zum Kontaktieren eines Behälters und/oder an einem Anschlagabschnitt des Greifers oder des Greifarms zum Begrenzen eines Öffnens oder eines Schließens des Greifers oder des Greifarms angeordnet sein.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Bauteil ein Führungsgeländer oder eine Führungswand, zum Beispiel für einen Behälterförderer. Vorzugsweise kann der Bogenstrukturbereich an einem Kontaktabschnitt des Führungsgeländes zum Kontaktieren der zu führenden Gegenstände, zum Beispiel Behälter, angeordnet sein.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Bauteil ein Format- oder Garniturteil für eine Behälterbehandlungsanlage. Vorzugsweise kann der Bogenstrukturbereich an einem Kontaktabschnitt des Format- oder Garniturteils zum Kontaktieren der zu führenden Gegenstände, zum Beispiel Behälter, angeordnet sein.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Bauteil eine Klammer oder ein Klammerarm zum Halten von Behältern. Vorzugsweise kann der Bogenstrukturbereich an einem Klammerabschnitt der Klammer oder des Klammerarms zum Kontaktieren eines Behälters und/oder an einem Anschlagabschnitt der Klammer oder des Klammerarms zum Begrenzen eines Öffnens oder eines Schließens der Klammer oder des Klammerarms angeordnet sein.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Bauteil eine Prallwand, ein Anschlag oder ein Maschinenelement einer Maschine bzw. Anlage. Vorzugsweise kann der Bogenstrukturbereich an einem Kontaktabschnitt der Prallwand oder des Anschlags zum Kontaktieren des auf die Prallwand oder den Anschlag auftreffenden Objekts, zum Beispiel Behälter oder anderes Bauteil, angeordnet sein.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Bauteil ein Schubbalken (zum Beispiel einer Behältergruppiervorrichtung) zum Gruppieren von beispielsweise Behältern. Vorzugsweise kann der Bogenstrukturbereich an einem Kontaktabschnitt des Schubbalkens zum Kontaktieren der Behälter angeordnet sein.
In einer weiteren Ausführungsform weist das Bauteil einen runden (z. B. kreisrunden oder ovalen) oder mehreckigen Querschnitt auf.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft eine Baugruppe. Die Baugruppe weist ein Bauteil wie hierin offenbart und ein weiteres Bauteil auf. Das Bauteil und das weitere Bauteil sind über eine Passung, vorzugsweise eine Spielpassung, eine Übergangspassung oder eine Übermaßpassung (zum Beispiel eine Presspassung), miteinander verbunden. Die Passung wird durch den Bogenstrukturbereich bewirkt.
Es ist möglich, dass die Baugruppe ein Ausgleichsgelenk ist, z. B. für einen Linearantrieb.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils, vorzugsweise wie hierin offenbart. Das Verfahren weist ein additives Fertigen des Bauteils mit einem Stützbereich und einem, vorzugsweise nachgiebigen und/oder dämpfenden, Bogenstrukturbereich auf, wobei der Stützbereich den Bogenstrukturbereich abstützt und der Bogenstrukturbereich eine Vielzahl von elastisch verformbaren Bögen, vorzugsweise Rundbögen, aufweist. Vorteilhaft können mit dem Verfahren die gleichen Vorteile erzielt werden, die bereits für das Bauteil beschrieben wurden.
Bei Anwendung der vorliegend offenbarten Technik zum Verbinden von Bauteilen können bspw. bei einer Welle-Nabe-Verbindung - z. B. in einem gewissen Bereich - Fluchtungsfehler (Achsversatz) oder Winkelfehler zumindest teilweise ausgeglichen werden.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft ein Bauteil, das mittels des hierin offenbarten Verfahrens zum Herstellen eines Bauteils hergestellt ist.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft ein Computerprogrammprodukt aufweisend (z. B. mindestens ein computerlesbares Speichermedium mit darauf gespeicherten) Anweisungen, die eine additive Fertigungsvorrichtung (z. B. 3D-Drucker) veranlassen, ein Bauteil wie hierin offenbart in einer Vielzahl von Materialschichten in einem additiven Fertigungsverfahren herzustellen oder ein Verfahren wie hierin offenbart durchzuführen.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft eine Behälterbehandlungsanlage oder eine Behälterbehandlungsvorrichtung zum Herstellen, Reinigen, Beschichten, Prüfen, Abfüllen, Verschließen, Etikettieren, Bedrucken und/oder Verpacken von Behältern für flüssige Medien, vorzugsweise Getränke oder flüssige Nahrungsmittel. Vorzugsweise weist die Behälterbehandlungsanlage oder die Behälterbehandlungsvorrichtung ein Bauteil wie hierin offenbart auf.
Beispielsweise können die Behälter als Flaschen, Dosen, Kanister, Kartons, Flakons usw. ausgeführt sein.
Die zuvor beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen und Merkmale der Erfindung sind beliebig miteinander kombinierbar.
Kurzbeschreibung der Figuren
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

1 eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts eines Bauteils gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung;
2 eine Seitenansicht eines Abschnitts des beispielhaften Bauteils von 1;
3 eine schematische Darstellung eines Bogens eines Bogenstrukturbereichs eines Bauteils gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung;
4 eine schematische Darstellung zum Veranschaulichen eines Verhaltens des beispielhaften Bogens von 3 bei einer Druckbelastung;
5 eine perspektivische Ansicht eines Bauteils gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung; und
6 eine perspektivische Ansicht einer Baugruppe gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung.

Die in den Figuren gezeigten Ausführungsformen stimmen zumindest teilweise überein, so dass ähnliche oder identische Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind und zu deren Erläuterung auch auf die Beschreibung der anderen Ausführungsformen bzw. Figuren verwiesen wird, um Wiederholungen zu vermeiden.
Detaillierte Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen
Die 1 und 2 zeigen Abschnitte eines rein schematisch dargestellten Bauteils 10. Das Bauteil 10 ist mittels eines additiven Fertigungsverfahrens in einer Vielzahl von übereinander angeordneten Materialschichten hergestellt. Die Materialschichten können aus jeglichem 3d-druckbaren bzw. additiv fertigbaren Material bestehen, z. B. aus Kunststoff oder Metall. Das Material kann vorzugsweise Filament, Granulat oder Pulver bereitgestellt werden.
Bevorzugt ist das Bauteil 10 zur Verwendung in einer Behälterbehandlungsanlage (nicht gesondert in den 1 und 2 dargestellt) gedacht. Beispielsweise kann das Bauteil 10 ein Bauteil einer Heizvorrichtung zum Heizen von Vorformlingen, einer Herstellvorrichtung, vorzugsweise Blasvorrichtung, zum Herstellen von Behältern, einer Reinigungsvorrichtung, vorzugsweise Rinsvorrichtung, zum Rinsen von Behältern, einer Beschichtungsvorrichtung zum Beschichten, vorzugsweise Innenbeschichten, von Behältern, einer Füllvorrichtung zum Befüllen von Behältern, vorzugsweise mit einem flüssigen oder pastösem Medium, einer Verschließvorrichtung zum Verschließen von Behältern, einer Etikettiervorrichtung zum Etikettieren von Behältern, einer Druckvorrichtung zum Bedrucken von Behältern, einer Verpackungsvorrichtung zum Verpacken von Behältern, einer Gruppiervorrichtung zum Gruppieren von Behältern oder einer Fördervorrichtung, vorzugsweise Linearfördervorrichtung oder Transportsternfördervorrichtung, zum Fördern von Behältern sein.
Besonders bevorzugt ist das Bauteil 10 ein Greifer oder ein Greifarm zum Greifen eines Behälters. Alternativ kann das Bauteil 10 beispielsweise ein Führungsgeländer oder eine Führungswand für einen Behälterförderer sein. Alternativ kann das Bauteil 10 beispielsweise ein Format- oder Garniturteil für eine Behälterbehandlungsanlage sein. Alternativ kann das Bauteil 10 beispielsweise eine Klammer oder ein Klammerarm zum Halten eines Behälters sein. Alternativ kann das Bauteil beispielsweise eine Prallwand oder ein Anschlag oder jegliches sonstige Maschinenelement sein. Alternativ kann das Bauteil 10 beispielsweise ein Schubbalken einer Gruppiervorrichtung zum Gruppieren von Behältern sein.
Das Bauteil 10 weist einen Stützbereich 12 und einen Bogenstrukturbereich 14 mit einer Vielzahl von Bögen 16 auf. Vorzugsweise kann eine Anzahl der Bögen ≥ 10, ≥ 20, ≥ 50 oder ≥ 100 sein.
Der Stützbereich 12 stützt den Bogenstrukturbereich 14 ab. Vorzugweise grenzt der Bogenstrukturbereich 14 direkt an den Stützbereich 12 an. Der Stützbereich 12 ist aus mehreren übereinander angeordneten, additiv gefertigten Materialschichten gebildet. Die Materialschichten können aus jeglichem 3d-druckbaren bzw. additiv fertigbaren Material bestehen, z. B. aus Kunststoff oder Metall. Das Material kann vorzugsweise Filament, Granulat oder Pulver bereitgestellt werden.
Das Bauteil 10 ist mit seinem Stützbereich 12 und seinem Bogenstrukturbereich 14 mittels additiven Fertigens (z. B. 3D-Druck) hergestellt. Im Einzelnen kann eine additive Fertigungsvorrichtung, wie beispielsweise ein 3D-Drucker, mittels eines Computerprogrammprodukts (zum Beispiel einer Datei oder einem Datenspeicher) veranlasst werden, das Bauteil 10 in einer Vielzahl von Materialschichten in einem additiven Fertigungsverfahren herzustellen.
Bevorzugt ist der Stützbereich 12 als ein Vollkörperbereich, das heißt ohne innere Hohlräume, oder anders ausgeführt. Der Stützbereich 12 kann ein Hauptkörperbereich des Bauteils 10 sein. Der Stützbereich 12 kann jegliche Form aufweisen, zum Beispiel eine Quaderform, eine Stangenform, eine Ringform, eine Prismaform, eine Rohrform, eine Kugelform, eine Zylinderform usw. Der Stützbereich 12 kann beispielsweise einen Montage- oder Verbindungsabschnitt aufweisen, um das Bauteil 10 mit einem anderen Bauteil zu verbinden.
Der Stützbereich 12 kann beispielsweise eine ebene, gebogene oder sphärische Oberfläche 18 aufweisen. Auf dieser Oberfläche 18 können die Bögen 16 des Bogenstrukturbereichs 14 verteilt angeordnet sein. Vorzugsweise sind die Bögen 16 über die gesamte Oberfläche 18 verteilt angeordnet. Die Oberfläche 18 kann innerhalb des Bauteils 10 angeordnet sein oder, wie in den 1 und 2 dargestellt ist, nach außen hin teilweise freiliegen und teilweise von den Bögen 16 des Bogenstrukturbereichs 14 bedeckt sein.
Der Bogenstrukturbereich 14 ist ebenfalls aus mehreren übereinander angeordneten, additiv gefertigten Materialschichten gebildet. Die Materialschichten können aus jeglichem 3d-druckbaren bzw. additiv fertigbaren Material bestehen, z. B. aus Kunststoff oder Metall. Das Material kann vorzugsweise Filament, Granulat oder Pulver bereitgestellt werden. Der Bogenstrukturbereich 14 weist die Vielzahl von Bögen 16 auf.
Die Bögen 16 sind verteilt auf der Oberfläche 18 des Stützbereichs 12 angeordnet. Vorzugsweise können die Bögen 16 über die gesamte Oberfläche 18 verteilt angeordnet sein. Alle Bögen 16 können direkt auf der Oberfläche 18 abgestützt sein. Bevorzugt sind die Bögen 16 im Wesentlichen lückenlos nebeneinander auf der Oberfläche 18 verteilt.
Bevorzugt sind die Bögen 16 lediglich einstöckig und nebeneinander angeordnet. Vorzugsweise sind die Bögen 16 in einem regelmäßigen Muster oder in einem Raster angeordnet.
Beispielsweise können die Bögen 16 in mehreren parallelen Reihen und/oder mehreren parallelen Spalten angeordnet sein. Die Reihen können beispielsweise jeweils in einer Längsrichtung der Bögen 16 orientiert sein. Die Spalten können beispielsweise jeweils in einer Querrichtung der Bögen 16 orientiert sein. Es ist beispielsweise möglich, dass die Bögen 16 nebeneinanderliegender Reihen bezüglich der Längsrichtung der Bögen 16 versetzt zueinander angeordnet sind, wie in 1 dargestellt ist. Es ist ebenfalls möglich, dass nebeneinanderliegende Spalten sich teilweise überlappen, wie in 1 dargestellt ist.
Der Bogenstrukturbereich 14 kann lagenförmig sein. Der Bogenstrukturbereich 14 kann sich lagenförmig über die Oberfläche 18 erstrecken. Beispielsweise kann der Bogenstrukturbereich 14 als eine Decklage für die Oberfläche 18 ausgeführt sein.
Der Bogenstrukturbereich 14 ist bevorzugt an einer Außenseite und/oder an einer Innenseite des Bauteils 10 angeordnet. Die Außenseite oder Innenseite kann bspw. eine Kontaktseite sein, die in mechanischen Kontakt mit Gegenständen (z. B. Behältern) oder Bauteilen (z. B. Anschlägen) treten kann. Es ist allerdings auch möglich, dass der Bogenstrukturbereich 14 innerhalb des Bauteils 10 beabstandet zu der Außenseite und/oder der Innenseite des Bauteils 10 angeordnet ist.
Jeder Bogen 16 kann zwei entgegengesetzte Enden 20, 22 aufweisen. Die Enden 20, 22 können fest mit dem Stützbereich 12 verbunden bzw. an diesem fixiert sein. Im Einzelnen können die Enden 20, 22 fest mit der Oberfläche 18 verbunden sein. Jeder Bogen 16 kann sich als ein Rundbogen zwischen seinen entgegengesetzten Enden 20, 22 erstrecken.
Besonders bevorzugt gehen die Enden 20, 22 jeweils mit einem Innenradius R1 und/oder mit einem Außenradius R2 in den Stützbereich 12, vorzugsweise in die Oberfläche 18, über (siehe 2). Der Außenradius R2 kann größer sein als der Innenradius R1. Die Innenradien R1 eines Bogens 16 können an einander zugewandten Seiten der Enden 20, 22 angeordnet sein. Die Außenradien R2 eines Bogens 16 können an den einander entgegengesetzten Seiten der Enden 20, 22 angeordnet sein.
Alternativ können die Bögen 16 bspw. jeweils nur mit einem Ende fest mit dem Stützbereich 12 verbunden sein. Das freie Ende der Bögen 16 kann bspw. auf dem Stützbereich 12 aufliegen oder beabstandet zu dem Stützbereich 12 sein.
In 3 sind besonders bevorzugte Abmaße für einen einzelnen Bogen 16 des Bogenstrukturbereichs 14 angegeben.
Der Bogen 16 hat bevorzugt eine Gesamtlänge L, die zwischen 5 mm und 50 mm, bevorzugt zwischen 5 mm und 20 mm, beträgt. Besonders bevorzugt beträgt die Gesamtlänge L rund 10 mm. Die Gesamtlänge L kann vorzugsweise entlang einer Längserstreckungsrichtung des Bogens 16 gemessen werden.
Der Bogen 16 hat bevorzugt eine Materialstärke bzw. Dicke D, die zwischen 0,3 mm und 5 mm, vorzugsweise zwischen 0,3 mm und 1,5 mm, beträgt. Besonders bevorzugt beträgt die Dicke D rund 0,7 mm. Die Dicke D kann beispielsweise an einem Bogenscheitel des Bogens 16 gemessen werden.
Der Bogen 16 hat bevorzugt eine Gesamthöhe H, die zwischen 0,7 mm und 7,5 mm, vorzugsweise zwischen 0,7 mm und 3 mm, beträgt. Besonders bevorzugt beträgt die Gesamthöhe H rund 1,5 mm. Die Gesamthöhe H kann beispielsweise zwischen einem obersten Punkt eines Bogenscheitels des Bogens 16 und der Oberfläche 18 gemessen werden.
Wie der 4 zu entnehmen ist, sind die Bögen 16 elastisch verformbar.
Bevorzugt sind die Bögen 16 aufgrund ihrer Bogenform, besonders bevorzugt Rundbogenform, elastisch verformbar. Drückt eine Kraft F von oben auf einen Bogenscheitel des Bogens 16, so kann der Bogen 16 sich abflachen. Beim Abflachen kann der Bogen 16 zwischen seinen Enden 20, 22, die fest mit dem Stützbereich 16 bzw. dessen Oberfläche 18 verbunden sind, elastisch gestaucht werden. Beim elastischen Stauchen kann sich der Bogen 16 beispielsweise etwas Aufweiten bzw. Verdicken. Modellhaft kann man sich dies beispielsweise wie bei einer Stauchung eines Druckstabs vorstellen. Durch die Stauchung des Bogens 16 kann ein Teil der Energie in Wärme umgesetzt werden. Der Kraftverlauf während der Belastung kann je nach Geometrie eher degressiv sein.
Eine Geometrie eines Bogens 16 kann so gewählt sein, dass der Bogen 16 bei Belastung des Bogens 16 fast oder ganz zusammengedrückt wird. Dadurch kann der Bogen 16 bei Belastung in einen fast stabilen Zustand kommen. Dadurch kann ausgehend von diesem Zustand eine Rückstellkraft entgegen der Belastungsrichtung vergleichsweise gering sein. Somit kann es bei Wegfall der Belastung zu keiner so starken Rückfederkraft kommen, wodurch sich beispielsweise eine Dämpfungswirkung ergeben kann.
Zweckmäßig kann hierbei beachtet werden, dass durch die geschickte geometrische Gestaltung und Auslegung der Bögen 16 der bistabile Effekt, also das Erreichen der zweiten stabilen Position, gezielt vermieden werden kann.
Auch durch die Werkstoffwahl beim additiven Fertigen (verschiedene E-Module und Härten, bzw. Shore-Härten) kann die Nachgiebigkeit und die Dämpfeigenschaft der Bögen 16 gezielt angepasst werden. Prinzipiell können alle 3D-druckfähigen Werkstoffe eingesetzt werden.
Die elastische Verformbarkeit der Bögen 16 kann für unterschiedliche Funktionen genutzt werden.
Eine besonders bevorzugte Anwendung kann darin liegen, dass das Bauteil 10 aufgrund der Bögen 16 des Bogenstrukturbereichs 14 eine Dämpfungsfunktionalität zur Stoßabsorbierung aufweist. Die elastisch verformbaren Bögen 16 können eine Dämpfung bewirken, wenn beispielsweise ein Gegenstand auf den Bogenstrukturbereich 14 des Bauteils 10 auftrifft oder ein Gegenstand auf eine Seite des Bauteils 10 auftrifft, unter der der Bogenstrukturbereich 14 angeordnet ist.
Eine zusätzliche oder alternativ bevorzugte Anwendung kann darin liegen, dass sich durch die Bögen 16 des Bogenstrukturbereichs 14 Fertigungstoleranzen des Bauteils 10 kompensieren lassen. Dies wird dadurch ermöglicht, dass einer Außenkontur des Bauteils 10 durch den Bogenstrukturbereich 14 veränderbar sein kann.
Bei Nutzung des Bogenstrukturbereichs 14 als Toleranzausgleich ist es möglich, dass eine Geometrie der Bögen 16 dazu ausgebildet ist, dass in dem Bereich, auf den die Bögen 16 zusammengedrückt werden, noch starke Rückstellkräfte vorhanden sind. Hierdurch kann beispielsweise ein kraftschlüssiger Sitz des Bauteils 10 ermöglicht werden (vgl. auch Ausführungen zur 6 hierin).
Die 5 zeigt ein modifiziertes Ausführungsbeispiel.
Im modifizierten Ausführungsbeispiel kann der Bogenstrukturbereich 14 innerhalb des Bauteils 10' angeordnet sein.
Im Einzelnen kann der Bogenstrukturbereich 14 beispielsweise sandwichartig zwischen einem ersten Abschnitt 12.1 des Stützbereichs 12 und einem zweiten Abschnitt 12.2 des Stützbereichs 12 angeordnet sein. Der Bogenstrukturbereich 14 kann als eine Zwischenlage zwischen dem ersten Abschnitt 12.1 und dem zweiten Abschnitt 12.2 angeordnet sein.
Die Abschnitte 12.1 und 12.2 sind bevorzugt als Vollkörperabschnitte ausgeführt. Beispielsweise kann der Abschnitt 12.1 als eine Decklage den Bogenstrukturbereich 14 bedecken. Zusätzlich kann der Abschnitt 12.2 als eine Basislage den Bogenstrukturbereich 14 bedecken.
Die 6 zeigt eine besonders bevorzugte Anwendung für die Techniken der vorliegenden Offenbarung.
Eine Baugruppe 24 kann durch Zusammenfügen des Bauteils 10" und des weiteren Bauteils 26 gebildet werden. Eine gewünschte Passung zwischen dem Bauteil 10" und dem weiteren Bauteil 26 kann durch den Bogenstrukturbereich 14 bewirkt bzw. bereitgestellt sein. Die Passung kann beispielsweise eine Spielpassung oder eine Übergangspassung sein. Besonders bevorzugt ist die Passung jedoch eine Übermaßpassung, sodass beim Zusammenfügen des Bauteils 10" und des weiteren Bauteils 26 eine kraftschlüssige Verbindung besteht. Die kraftschlüssige Verbindung kann durch den Bogenstrukturbereich 14 bewirkt sein.
Im Ausführungsbeispiel von 6 wird das Bauteil 10" in das weitere Bauteil 26 eingesetzt. Im Einzelnen kann das Bauteil 10" zumindest einen stabförmigen Abschnitt mit dem Stützbereich 12 und dem Bogenstrukturbereich 14 aufweisen, der in eine ringförmige Aufnahme des weiteren Bauteils 26 einsetzbar ist. Ein Querschnitt des Bauteils 10" kann kreisförmig oder ringförmig sein. Ein Querschnitt des weiteren Bauteils 26 kann ringförmig sein.
Alternativ können sämtliche anderen denkbaren Relationen zwischen dem Bauteil 10" und dem weiteren Bauteil 26 vorhanden sein. Beispielsweise könnte das weitere Bauteil 26 in das Bauteil 10" eingesetzt werden.
Es ist auch möglich, dass das Bauteil 10" und/oder das weitere Bauteil 26 einen anderen Querschnitt aufweist, zum Beispiel einen ovalen Querschnitt oder einen mehreckigen Querschnitt. Vorteilhaft kann damit bspw. eine Verdrehsicherung realisiert werden.
Es ist ebenfalls möglich, dass zusätzlich oder alternativ zu dem Bauteil 10'' das weitere Bauteil 26 einen eigenen Bogenstrukturbereich aufweist (nicht in 6 dargestellt).
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen. Insbesondere beansprucht die Erfindung auch Schutz für den Gegenstand und die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von den in Bezug genommenen Ansprüchen. Insbesondere sind die einzelnen Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 jeweils unabhängig voneinander offenbart. Zusätzlich sind auch die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von sämtlichen Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 und beispielsweise unabhängig von den Merkmalen bezüglich des Vorhandenseins und/oder der Konfiguration des Stützbereichs und/oder des Bogenstrukturbereichs des unabhängigen Anspruchs 1 offenbart. Alle Bereichsangaben hierin sind derart offenbart zu verstehen, dass gleichsam alle in den jeweiligen Bereich fallenden Werte einzeln offenbart sind, z. B. auch als jeweils bevorzugte engere Außengrenzen des jeweiligen Bereichs.
Bezugszeichenliste

10: Bauteil
12: Stützbereich
14: Bogenstrukturbereich
16: Bogen
18: Oberfläche
20: erstes Ende
22: zweites Ende
24: Baugruppe
26: weiteres Bauteil
D: Dicke
F: Kraft
H: Gesamthöhe
L: Gesamtlänge
R1: Innenradius
R2: Außenradius

Claims

Bauteil (10) aufweisend: einen Stützbereich (12), der aus mehreren übereinander angeordneten, vorzugsweise additiv gefertigten, Materialschichten gebildet ist; und einen, vorzugsweise nachgiebigen und/oder dämpfenden, Bogenstrukturbereich (14), der aus mehreren übereinander angeordneten, vorzugsweise additiv gefertigten, Materialschichten gebildet ist, wobei: der Bogenstrukturbereich (14) von dem Stützbereich (12) abgestützt ist, und der Bogenstrukturbereich (14) eine Vielzahl von elastisch verformbaren Bögen (16), vorzugsweise Rundbögen, aufweist.
Bauteil (10) nach Anspruch 1, wobei: die Bögen (16) aufgrund ihrer Bogenform elastisch verformbar sind; und/oder die Bögen (16) durch eine auf einen Bogenscheitel des jeweiligen Bogens (16) drückende Kraft elastisch stauchbar sind.
Bauteil (10) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei: der Stützbereich (12) eine ebene, gebogene oder sphärische Oberfläche (18) aufweist, und die Bögen (16) des Bogenstrukturbereichs (14) verteilt auf der Oberfläche (18) angeordnet sind, vorzugsweise über die gesamte Oberfläche (18) verteilt.
Bauteil (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei: die Bögen (16) einstöckig und nebeneinander angeordnet sind; und/oder der Bogenstrukturbereich (14) lagenförmig ist.
Bauteil (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei: der Bogenstrukturbereich (14) an einer Außenseite, einer Innenseite und/oder einer Kontaktseite des Bauteils (10) angeordnet ist.
Bauteil (10') nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei: der Bogenstrukturbereich (14) innerhalb des Bauteils (10) beabstandet zu einer Außenseite und/oder einer Innenseite des Bauteils (10) angeordnet ist; und/oder der Bogenstrukturbereich (14) sandwichartig zwischen einem ersten Abschnitt (12.1) des Stützbereichs (12) und einem zweiten Abschnitt (12.2) des Stützbereichs (12) angeordnet ist.
Bauteil (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei: jeder Bogen (16) zwei entgegengesetzten Enden (20, 22) aufweist, die den jeweiligen Bogen (16) mit dem Stützbereich (12) fest verbinden, wobei vorzugsweise die zwei entgegengesetzten Enden (20, 22) jeweils mit einem Radius (R1, R2) in den Stützbereich (12) übergehen; oder jeder Bogen (16) zwei entgegengesetzte Enden (20, 22) aufweist, von den jeweils nur ein Ende den jeweiligen Bogen (16) fest mit dem Stützbereich (12) verbindet und vorzugsweise das andere Ende auf dem Stützbereich (12) aufliegt oder beabstandet zu dem Stützbereich (12) ist.
Bauteil (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei: die Bögen (16) in einem Muster oder in einem Raster angeordnet sind; und/oder die Bögen (16) in mehreren Reihen und/oder in mehreren Spalten angeordnet sind, wobei vorzugsweise die Bögen (16) nebeneinanderliegender Reihen bezüglich einer Längsrichtung der Bögen (16) versetzt zueinander angeordnet sind und/oder sich nebeneinanderliegende Spalten teilweise überlappen.
Bauteil (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei mindestens eines der nachfolgenden Merkmale erfüllt ist: die Bögen (16) weisen jeweils eine Gesamtlänge (L) auf, die ≥ 5 mm und/oder ≤ 50 mm ist, vorzugsweise zwischen 5 mm und 20 mm; die Bögen (16) weisen jeweils eine Dicke (D) auf, die ≥ 0,3 mm und/oder ≤ 5 mm ist, vorzugsweise zwischen 0,3 mm und 1,5 mm; und die Bögen (16) weisen eine Gesamthöhe (H) auf, die ≥ 0,7 mm und/oder ≤ 7,5 mm ist, vorzugsweise zwischen 0,7 mm und 3 mm.
Bauteil (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei: eine Anzahl der Bögen (16) ≥ 10, ≥ 20, ≥ 50 oder ≥ 100 ist.
Bauteil (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei: das Bauteil (10) eine Fertigungstoleranz aufweist, die durch den Bogenstrukturbereich (14) kompensiert wird oder kompensierbar ist; und/oder das Bauteil (10) eine, vorzugsweise stoßabsorbierende, Dämpfungsfunktionalität aufweist, die durch den Bogenstrukturbereich (14) bewirkt ist.
Bauteil (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei: das Bauteil (10) ein Greifer oder ein Greifarm zum Greifen von Behältern ist; oder das Bauteil (10) ein Führungsgeländer oder eine Führungswand für einen Behälterförderer ist; oder das Bauteil (10) ein Format- oder Garniturteil für eine Behälterbehandlungsanlage ist; oder das Bauteil (10) eine Klammer oder ein Klammerarm zum Halten von Behältern ist; oder das Bauteil (10) eine Prallwand, ein Anschlag oder ein Maschinenelement einer Maschine ist; oder das Bauteil (10) ein Schubbalken zum Gruppieren von Behältern ist; oder das Bauteil (10) einen runden oder mehreckigen Querschnitt aufweist.
Baugruppe (24) aufweisend: ein Bauteil (10) nach einem der vorherigen Ansprüche; und ein weiteres Bauteil (26), wobei: das Bauteil (10) und das weitere Bauteil (26) über eine Passung, vorzugsweise eine Spielpassung, eine Übergangspassung oder eine Übermaßpassung, miteinander verbunden sind, und die Passung durch den Bogenstrukturbereich (14) bewirkt ist.
Verfahren zum Herstellen eines Bauteils (10), vorzugsweise nach einem der Ansprüche 1 bis 12, aufweisend: additives Fertigen des Bauteils (10) mit einem Stützbereich (12) und einem, vorzugsweise nachgiebigen und/oder dämpfenden, Bogenstrukturbereich (14), wobei: der Stützbereich (12) den Bogenstrukturbereich (14) abstützt, und der Bogenstrukturbereich (14) eine Vielzahl von elastisch verformbaren Bögen (16), vorzugsweise Rundbögen, aufweist.
Computerprogrammprodukt aufweisend Anweisungen, die eine additive Fertigungsvorrichtung veranlassen: ein Bauteil (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 in einer Vielzahl von Materialschichten in einem additiven Fertigungsverfahren herzustellen; oder ein Verfahren nach Anspruch 14 durchzuführen.