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Die Erfindung betrifft ein Strebenprofil gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und ein Verfahren zu dessen Herstellung.
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Von der Webseite, die am 24.10.2022 unter dem Internetlink https://store.boschrexroth. com/Montagetechnik/Mechanik-Grundelemente/Profile-und-Zubeh%C3%B6r/Strebenprofil?cclcl=de _DE abrufbar war, sind verschiedene Strebenprofile bekannt. Hierbei handelt es sich um Profilkörper, die entlang ihrer Längsachse eine konstante Querschnittsform aufweisen, wobei sie aus Aluminium im Strangpressverfahren hergestellt sind. An ihrer Außenumfangsfläche sind die Strebenprofile jeweils mit wenigstens zwei hinterschnittenen Nuten versehen, welche im Querschnitt betrachtet jeweils T-förmig ausgebildet sind. Im Inneren der Querschnittsform ist jeweils wenigstens ein Hohlraum vorgesehen. Eine erste Art von Hohlräumen ist so gestaltet, dass dort eine selbstschneidende Schraube stirnseitig eingeschraubt werden kann. Eine zweite Art von Hohlräumen dient in erster Linie der Material- bzw. der Gewichtseinsparung. Beide Arten von Hohlräumen haben ebenso wie die Außenumrandung der Querschnittsform eine unterbrechungsfreie bzw. eine endlose Form, so dass das Strebenprofil eine hohe Torsionssteifigkeit aufweist.
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Aus derartigen Strebenprofilen können beispielsweise Maschinengestelle aufgebaut werden. Hierbei ergibt sich das Problem, dass in Maschinen Schwingungen entstehen können. Die bekannten Strebenprofile neigen dabei zum Mitschwingen, weil sie Schwingungen wenig dämpfen.
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Es ist bekannt, schwingungsarme Maschinengestelle aus Polymerbeton bzw. Mineralguss (https://de.wikipedia.org/wiki/Mineralguss) herzustellen. Dabei wird ein Füllstoff, häufig Quarzsand, mittels eines Bindemittels, häufig Epoxidharz, zu einem festen Körper gebunden. Derartige Maschinengestelle sind sehr teuer, da sie individuell für die entsprechende Maschine hergestellt werden.
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Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die entsprechenden Strebenprofile kostengünstig herstellbar sind, wobei dennoch schwingungsarme Maschinengestelle daraus erstellbar sind. Es ist darüber hinaus möglich, bestehende Maschinengestelle mit der Erfindung nachzurüsten. Die erfindungsgemäßen Strebenprofile lassen sich genauso einfach montieren, wie die bekannten Strebenprofile.
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Gemäß dem selbständigen Anspruch wird vorgeschlagen, dass wenigstens ein genannter Hohlraum mit einem Verbundwerkstoff gefüllt ist, welcher ein Elastomer umfasst, in welchem eine Vielzahl von im Wesentlichen starren Partikeln verteilt angeordnet sind.
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In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung angegeben.
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Es kann vorgesehen sein, dass das Elastomer ein Silikonkautschuk ist. Die Verbindung zwischen dem Hauptkörper und dem Verbundwerkstoff wird dadurch dauerhaft spaltfrei, so dass die Schwingungen dauerhaft gut auf den Verbundwerkstoff übertragen werden. Silikonkautschuk ist hinsichtlich seiner Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich seiner Härte bzw. seiner Elastizität, in weiten Grenzen einstellbar, so dass eine optimale Dämpfungswirkung erreicht werden kann.
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Es kann vorgesehen sein, dass das Elastomer ein Silikonkautschuk ist, der durch eine chemische Reaktion einer ersten und einer zweiten Komponente aushärtet, die zum Aushärten miteinander vermischt werden. Die entsprechende Mischung ist, selbst wenn sie mit der Vielzahl von Partikeln vermischt ist, so dünnflüssig, dass sie einfach in den zugeordneten Hohlraum einfüllbar ist. Es ist sichergestellt, dass die chemische Aushärtereaktion überall über die gesamte Länge des Hauptkörpers ablaufen kann. Ein anderer Typ von Silikonkautschuk härtet durch eine chemische Reaktion mit der Luftfeuchtigkeit aus. Dieser Typ ist für die Erfindung nicht geeignet.
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Es kann vorgesehen sein, dass die chemische Reaktion eine Additionsreaktion ist. Damit entstehen bei der chemischen Aushärtereaktion keine Nebenprodukte, welche nach der Aushärtung nicht mehr aus dem Verbundwerkstoff entweichen können. Hierdurch wäre die Dämpfungswirkung gemindert. Wenigstens eine Komponente des Elastomers umfasst vorzugsweise Platin, welches im Rahmen der chemischen Aushärtereaktion als Katalysator wirkt.
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Es kann vorgesehen sein, dass der Verbundwerkstoff den jeweils zugeordneten Hohlraum im Wesentlichen vollständig ausfüllt. Hierdurch ergibt sich eine besonders gute Dämpfungswirkung. Mit dem vorstehend beschriebenen Verbundwerkstoff lässt sich ein vollständiges Füllen eines Hohlraums mit dem Verbundwerkstoff einfach erreichen.
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Es kann vorgesehen sein, dass der Verbundwerkstoff im Wesentlichen frei von Gaseinschlüssen und/oder Flüssigkeitseinschlüssen ist. Hierdurch ergibt sich eine besonders gute Dämpfungswirkung. Die oben vorgeschlagene Additionsreaktion trägt wesentlich dazu bei, dass der Verbundwerkstoff im Wesentlichen frei von Gaseinschlüssen und/oder Flüssigkeitseinschlüssen ist.
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Es kann vorgesehen sein, dass ein Volumenanteil aller Partikel zwischen 30% und 70%, vorzugsweise zwischen 40% und 60% des Volumens des Verbundwerkstoffs beträgt. Aus Kostengründen wird der Anteil der Partikel häufig so hoch wie möglich gewählt, da Sand sehr billig ist. Mit dem vorgeschlagenen Mischungsverhältnis, welches vergleichsweise viel Elastomer enthält, lässt sich jedoch eine bessere Dämpfungswirkung erzielen.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Härte des ungefüllten Elastomers zwischen 15 und 25 Shore A beträgt. Die genannte Härte beträgt vorzugsweise 20 Shore A. Noch weichere Elastomere können je nach Einsatzfall noch bessere Dämpfungseigenschaften ergeben. Härtere Elastomere sind demgegenüber weniger geeignet.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Querschnittsform des Hauptkörpers einen rechteckigen oder einen quadratischen Umriss mit verrundeten Ecken hat, wobei an jeder der betreffenden vier Seiten wenigstens eine hinterschnittene Nut angeordnet ist, wobei die Querschnittsform wenigstens einen Hohlraum erster Art und wenigstens einen Hohlraum zweiter Art umgrenzt, wobei in den Hohlraum erster Art ein selbstschneidender Schraubbolzen stirnseitig einschraubbar ist, wobei dies beim Hohlraum zweiter Art vorzugsweise nicht der Fall ist. Diese Querschnittsform für sich genommen ist aus dem eingangs genannten Internetlink bekannt. Die vorliegende Erfindung ergibt gerade mit diesem Typ an Strebenprofil eine besonders gute Dämpfungswirkung.
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Es kann vorgesehen sein, dass ausschließlich der wenigstens eine Hohlraum zweiter Art mit dem Verbundwerkstoff gefüllt ist, wobei der wenigstens eine Hohlraum erster Art nicht mit dem Verbundwerkstoff gefüllt ist. Die vergleichsweisen großen Hohlräume zweiter Art lassen sich einfach mit dem Verbundwerkstoffen füllen, wobei sich eine gute Schwingungsdämpfung ergibt.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Vielzahl von Partikeln jeweils von Mineralkörnern gebildet wird, wobei wenigstens 80% der Partikel eine Korngröße zwischen 0,063 mm und 2,0 mm haben. Eine derartige Vielzahl von Partikeln für sich genommen wird auch als Sand bezeichnet. Bei dem genannten Mineral handelt es sich vorzugsweise um Quarz bzw. Siliziumoxid. Sand ist besonders kostengünstig und ergibt eine hohe Schwingungsdämpfung.
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Es kann vorgesehen sein, dass wenigstens 80% der Partikel eine Korngröße zwischen 0,2 mm und 0,63 mm haben. Ein derartiger Sand wird auch als Mittelsand bezeichnet. Er ergibt eine besonders hohe Schwingungsdämpfung.
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Schutz wird außerdem für ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Strebenprofils beansprucht, wobei das Elastomer aus einer ersten und einer zweiten Komponente herstellbar ist, wobei in einer stöchiometrischen Mischung der beiden genannten Komponenten der Anteil der ersten Komponente höher als der Anteil der zweiten Komponente ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst, welche vorzugsweise in der genannten Reihenfolge ausgeführt werden:
- a) Herstellen des Hauptkörpers;
- b) Mischen der ersten Komponente mit der Vielzahl von Partikeln;
- c) Mischen der Mischung aus Schritt b) mit der zweiten Komponente;
- d) Einfüllen der Mischung aus Schritt c) in wenigstens einen zugeordneten Hohlraum des Hauptkörpers.
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Ein Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, das die in Schritt b) erhaltene Mischung besonders einfach vorab in größeren Mengen herstellbar ist. Die Mischung nach Schritt c) wird demgegenüber vorzugsweise in kleineren Mengen hergestellt, und zwar kurz vor dem Einfüllen. Die Schritte c) und d) können im Rahmen des Aufbaus eines Maschinengestells problemlos vorgenommen werden. Es ist daher nicht erforderlich, die erfindungsgemäßen Strebenprofile als Lagerware herzustellen. Dies kann der Endanwender der Erfindung selbst tun.
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Die genannte stöchiometrische Mischung, bei der beide Komponenten chemisch vollständig umgesetzt werden, besteht beispielsweise aus neun Raumanteilen der ersten Komponente und einem Raumanteil der zweiten Komponente. Die zweite Komponente kann einen Katalysator und/oder einen Vernetzer umfassen. Die Schritte a), b) und/oder c) werden vorzugsweise bei Umgebungstemperatur durchgeführt. Der Hauptkörper wird vorzugsweise im Strangpressverfahren hergestellt.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
- 1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Strebenprofils; und
- 2 ein Diagramm, welches Frequenzspektren unterschiedlicher Strebenprofile bei gleicher Anregung enthält.
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1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Strebenprofils 10. Das Strebenprofil 10 umfasst einen Hauptkörper 12, welcher aus Aluminium im Strangpressverfahren hergestellt ist. Der Hauptkörper 12 hat dementsprechend entlang der Längsachse 11 eine konstante Querschnittsform. Der Außenumriss der vorliegenden Querschnittsform ist quadratisch mit verrundeten Ecken 15 ausgeführt, wobei die Erfindung auch für rechteckige oder beliebig anders geformte Querschnitte verwendbar ist. An jeder Seite 16 der Quadratform sind vorliegend zwei hinterschnittene Nuten 14 angeordnet, welche im Querschnitt betrachtet jeweils T-förmig ausgebildet sind. In den hinterschnittenen Nuten 14 können Befestigungsmittel, wie Nutenstein, Hammerschrauben oder angepasste Verbinder, aufgenommen werden, um weitere Bauteile, insbesondere andere Strebenprofile, an dem vorliegenden Strebenprofil 10 zu befestigen. Die hinterschnittenen Nuten 14 sind untereinander identisch ausgebildet, wobei auch die Verwendung unterschiedlich großer hinterschnittener Nuten denkbar ist. Hierbei ist anzumerken, dass die genannten Befestigungsmittel in mehreren gestuften Baugrößen verfügbar sind.
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Im Inneren der Querschnittsform sind mehrere Hohlräume 20 vorgesehen. Die Hohlräume 20 sind im Querschnitt betrachtet über ihren gesamten Umfang unterbrechungsfrei bzw. geschlossen ausgebildet, damit das Strebenprofil eine hohe Torsionssteifigkeit hat. Der Hohlraum erster Art 21 ist so ausgelegt, dass dort ein selbstschneidender Schraubbolzen eingeschraubt werden kann. Vorliegend ist seine Querschnittsform kreisrund ausgeführt, wobei der Durchmesser an den genannten Schraubbolzen angepasst ist. Bei größeren Gewindedurchmessern werden auch Querschnittsformen mit mehreren nach radial innen ragenden Fortsätzen verwendet, um das Einschraubdrehmoment zu minimieren. Der Hohlraum erster Art 21 ist zentral innerhalb der Querschnittsform angeordnet. Es können mehrere Hohlräume erster Art 21 vorgesehen sein. Ein Hohlraum erster Art 21 kann auch außermittig innerhalb der Querschnittsform angeordnet sein.
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Weiter hat die vorliegende Querschnittsform insgesamt vier Hohlräume zweiter Art 22. Die Hohlräume zweiter Art 22 dienen in erster Linie der Materialeinsparung bzw. der Reduzierung des Gewichts des Strebenprofils 10. Ihre Form und Anordnung ist so gewählt, dass die in der Querschnittsform verbleibenden Stege überall eine im Wesentlichen konstante Wanddicke haben. In der Folge ist der Verzug des Hauptkörpers 12 beim Abkühlen nach dem Strangpressen gering. Die Hohlräume zweiter Art 22 haben zusammengenommen ein umso größeres Volumen, je größer die Außenabmessungen des Strebenprofils 10 sind. Unter dem eingangs genannten Internetlink sind auch Strebenprofile gezeigt, die so kompakt sind, dass sie keine Hohlräume zweiter Art haben.
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Vorliegend sind alle vier Hohlräume zweiter Art 22 mit einem Verbundwerkstoff 30 gefüllt, welcher ein Elastomer 32 umfasst, in dem eine Vielzahl von Partikeln 31 verteilt angeordnet sind. Die Partikel 31 bestehen vorzugsweise aus einem Mineral, insbesondere aus Siliziumoxid. Eine entsprechende Vielzahl von Partikeln 31 wird auch als Sand bezeichnet.
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Es ist grundsätzlich bekannt, dass Sand eine schwingungsdämpfende Wirkung hat. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kommt es darauf an, dass die Schwingungen des metallischen Hauptkörpers 12 optimal an die Partikel 31 angekoppelt werden, so dass deren Reibung die Schwingung optimal dämpft. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass das Volumen der Hohlräume zweiter Art 22 die Menge an verfügbarem Sand stark begrenzt. Es soll also mit einer vergleichsweisen kleinen Menge an Sand ein großer Dämpfungseffekt erreicht werden. Die Versuche der Anmelderin, die unten mit Bezug auf 2 näher erläutert werden, haben ergeben, dass sich eine besonders gute Schwingungsdämpfung ergibt, wenn der Verbundwerkstoff 30 ein Elastomer 32 umfasst, welches die Vielzahl von Partikel 31 bindet. Das Elastomer 32 haftet dauerhaft fest und spaltfrei am Hauptkörper, so dass es die Schwingungen des Hauptkörpers 12 gut auf die Partikel 31 überträgt. Gleichzeitig lässt es kleine Relativbewegungen der Partikel 31 zu, welche durch die entsprechenden Reibkräfte gerade die Schwingungsdämpfung bewirken.
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Die Hohlräume zweiter Art 22 sind vorzugsweise vollständig mit dem vorstehend erläuterten Verbundwerkstoff 30 gefüllt. Die Hohlräume erster Art 21 sind vorzugsweise nicht mit dem Verbundwerkstoff 30 gefüllt.
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2 zeigt ein Diagramm, welches Frequenzspektren unterschiedlicher Strebenprofile bei gleicher Anregung enthält. Das Strebenprofil nach 1 und drei weitere ähnliche Strebenprofile, die alle den gleichen Hauptkörper haben, wurden dabei zu Schwingungen angeregt, wobei diese Anregung beispielsweise durch einen Hammeranschlag erfolgen kann. Die entstehenden Schwingungen wurden mit einem Körperschallmikrofon aufgenommen, welches entfernt vom Anregungsort angeordnet war. Aus dem gemessenen Schallsignal wurde mittels einer schnellen Fourier Transformation (FFT) das Diagramm nach 2 erstellt.
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An der horizontalen Achse ist die Frequenz f des Schalls in Herz aufgetragen. An der vertikalen Achse ist der Pegel A des entsprechenden Frequenzanteils des Schalls in dB aufgetragen, wobei alle vier Linien 41; 42; 43; 44 auf den gleichen Bezugspegel normiert sind.
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Die punktierte Linie 44 entspricht dem Frequenzspektrum des ungefüllten Hauptkörpers. Man sieht deutlich die ausgeprägten Eigenfrequenzen 40.
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Die strichpunktierte Line 43 entspricht einem Hauptkörper, dessen Hohlräume mit reinem Sand gefüllt sind. Hierdurch wird bereits eine nennenswerte Dämpfung der Eigenfrequenzen erreicht. Ein derartiges Strebenprofil ist aber sehr unpraktisch, da die Sandfüllung sehr leicht aus den Hohlräumen herausrinnt, insbesondere während des Aufbaus eines Maschinengestells.
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Die gestrichelte Linie 42 und die durchgezogene Linie 41 entsprechen einem Strebenprofil, dessen Hauptkörper mit einem Verbundwerkstoff gefüllt ist, welcher ein Elastomer umfasst, in dem eine Vielzahl von Partikeln verteilt angeordnet ist.
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Die gestrichelte Linie 42 entspricht dabei einem gelartigen Elastomer, das so sparsam dosiert ist, dass es die Hohlräume zwischen den Sandkörnern gerade ausfüllt. Hieraus resultiert eine zähe Masse, die wesentlich weniger leicht aus den Hohlräumen herausläuft und die gegenüber reinem Sand eine etwas bessere Schwingungsdämpfung aufweist.
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Die durchgezogene Linie 41 entspricht dem bevorzugten Elastomer Silikonkautschuk. Dieses Elastomer verbessert insbesondere die Dämpfung bei hohen Frequenzen deutlich. Gleichzeitig ist der Verbundwerkstoff im Strebenprofil so festgehalten, dass er bei der Montage des Strebenprofils innerhalb eines Maschinengestells nicht mehr stört.
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Bezugszeichen
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- 10
- Strebenprofil
- 11
- Längsachse
- 12
- Hauptkörper
- 13
- Außenumfangsfläche
- 14
- hinterschnittene Nut
- 15
- verrundete Ecke
- 16
- Seite der quadratischen Querschnittsform
- 20
- Hohlraum
- 21
- Hohlraum erster Art
- 22
- Hohlraum zweiter Art
- 30
- Verbundwerkstoff
- 31
- Partikel
- 32
- Elastomer
- 40
- Eigenfrequenz
- 41
- Strebenprofil gefüllt mit Verbundwerkstoff umfassend Silikonkautschuk
- 42
- Strebenprofil gefüllt mit Verbundwerkstoff umfassend ein gelartiges Elastomer
- 43
- Strebenprofil gefüllt mit reinem Sand
- 44
- Strebenprofil mit ungefülltem Hauptkörper
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- https://store.boschrexroth. com/Montagetechnik/Mechanik-Grundelemente/Profile-und-Zubeh%C3%B6r/Strebenprofil?cclcl=de _DE [0002]
