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Die
Erfindung betrifft Bauteile, die mit miteinander verbundenen plattenförmigen Elementen
gebildet sind sowie Herstellungsverfahren für solche Bauteile.
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Die
Erfindung kann vorteilhaft für
eine kurzfristige und kostengünstige
Fertigung solcher Bauteile, als Modell, Prototyp oder auch für kleine
Losgrößen eingesetzt
werden.
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So
können
neben den bereits erwähnten
Modellen auch Werkzeuge, Werkzeugeinsätze für das Umformen, Stanzen, Gießen oder
Schneiden aber auch das Abformen erhalten werden.
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Prinzipiell
sind solche Bauteile und entsprechende Herstellungsverfahren für solche
Bauteile aus dem Stand der Technik bekannt.
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Dabei
werden einzelne plattenförmige
Elemente, also plattenförmige
Elemente aus den unterschiedlichsten geeigneten Werkstoffen mittels
an sich bekannter Formgebungsverfahren mit einer äußeren und
inneren Konturierung ausgebildet. So können beispielsweise aus großformatigen
Platten die einzelnen plattenförmigen
Elemente durch Schneideerfahren, wie z. B. das Laser- oder Wasserstrahlschneiden
in die jeweilige Form gebracht werden. Die Ausbildung von inneren
aber auch der äußeren Randkontur
der Plattenförmige
Elemente kann gegebenenfalls auch mit einer zerspanenden Bearbeitung,
wie dem NC-Fräsen
erreicht werden.
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Bevorzugt
werden die Gestalt der einzelnen plattenförmigen Elemente, die für die Herstellung
von Bauteilen eingesetzt werden, mittels dreidimensionaler CAD-Computer-Modelle
ermittelt, wobei ein solches Bauteil in mehrere Schichten, in parallel
zueinander ausgerichteten Ebenen zerlegt und jeweils ein plattenförmiges Element
eine solche Schicht repräsentiert.
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Die
plattenförmigen
Elemente werden dann entsprechend dieses Modells übereinandergelegt, zueinander
ausgerichtet und miteinander verbunden. Hierbei kann eine nicht
aber auch eine lösbare
Verbindung der einzelnen plattenförmigen Elemente eingesetzt
werden.
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Eine
Möglichkeit
zur Herstellung einer solchen lösbaren
Verbindung ist das Verschrauben der einzelnen plattenförmigen Elemente
miteinander. Es kann aber auch eine Verklammerung mit entsprechend
geeigneten Klammerelementen erreicht werden.
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In
jedem Fall tritt bei diesen Verbindungstechniken jedoch der Fall
auf, dass die gewählten Verbindungselemente über die
eigentlichen Oberflächen
eines solchen Bauteils hinausragen und die Stabilität, insbesondere
bei einer Verklammerung relativ gering ist.
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Die
dauerhafte Verbindung solcher plattenförmigen Elemente kann mit relativ
hoher Festigkeit und Stabilität
durch geeignete Verschweißungen
erreicht werden, wobei bei den hierzu gewählten Schweißverfahren
Nachteile darin bestehen, dass Spannungen durch den entsprechenden
Wärmeeintrag
auftreten und berücksichtigt
werden müssen.
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Ein
Lösen der
Verbindung der plattenförmigen
Elemente ist bei Schweißverbindungen,
wenn überhaupt
nur sehr schwer möglich
und es ist in jedem Fall eine thermische bzw. zerspanende Entfernung
der Schweißnahtbereiche
erforderlich.
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Ein
erforderliches Lösen
der Verbindung ist aber auch für
durch Löten
oder Verkleben flächig
miteinander verbundener plattenförmiger
Elemente nur schwer erreichbar.
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Die
aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen bereiten sämtlichst
Probleme, wenn beispielsweise bei der Herstellung von Modellen Veränderungen
an der geometrischen Gestaltung im Laufe der Entwicklung vorgenommen
werden müssen. Auch
ein verschleißbedingter
Austausch von besonders strapazierten Bereichen von Bauteilen ist
in der Regel nicht ohne weiteres möglich.
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Bei
den bekannten Bauteilen werden alle plattenförmigen Elemente parallel zueinander,
also mit gleicher Ausrichtung der Plattenebenen verwendet und so
miteinander verbunden. Dadurch kann keine Optiemierung, bei der
die fertigungstechnologischen Möglichkeiten
und die Topologie des jeweiligen Bauteils berücksichtigt wird, erreicht werden.
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Aus
DE 15 56 496 A ist
eine Leichtkonstruktion bekannt, bei der ein Kern mit zwei Verkleidungen aus
Fasermaterial miteinander verbunden werden sollen. Hierzu sind in
den Verkleidungen und dem Kern Löcher
ausgebildet, die von Verstärkungsfaserbündeln durchsetzt
werden sollen.
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Aus
DE 87 18 000 U1 sind
laminierte saugfähige
Verbundschichten bekannt. Dabei sollen mehrere einzelne saugfähige Gewebeschichten,
als Laminate in einem Stapel angeordnet sein. Durch eine Perforierung
soll dann als thermoplastische Masse Wachs, Parafin oder Heißschmelzkunststoff
eingeführt
und eine formschlüssige
Verbindung, als so genanntes „Wachsnieten" hergestellt werden.
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Ein
Verfahren und eine Vorrichtung zum punktweisen Verbinden von Pappe-
oder Papierteilen ist in
DE
20 61 064 A beschrieben. Auch hier soll eine ähnliche
Verbindung von aufeinander liegenden Pappe- oder Papierteilen hergestellt
werden, wobei durch ausgebildete Löcher ein Kunststoffmaterial
eingepresst wird, das anschließend
erstarrt und so eine formschlüssige
Verbindung dieser Teile erreicht wird.
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Bei
dem in
DE 197 20 707
A1 beschriebenen Grundmaterial für elektronische Teile und einem
entsprechenden Herstellungsverfahren wird so vorgegangen, dass dünne Lagen
alternierend Schichten mit niedriger und höherer Wärmeausdehnung bilden, aufeinander
laminiert sind, wobei für
die Kompensation der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten
Durchgangslöcher
durch eine solche Mehrschichtstruktur ausgebildet sind.
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Aus
DE 41 25 265 A1 ist
der Aufbau photovoltaischer Zellen bekannt, bei dem einzelne Elemente
mit einem dort als Aufschmelzniet beizeichneten Element aus einem
Kunststoff verbunden werden sollen.
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In
WO 91/03372 A1 ist
ein schichtweiser Verbund von geschäumtem Kunststoff beschrieben.
Dabei werden die einzelnen Lagen eines geschäumten Kunststoffes übereinander
angeordnet, zusammengepresst und mit erhitzten Stiften perforiert
und gleichzeitig mit dem Perforieren miteinander verbunden.
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Es
ist daher Aufgabe der Erfindung, dass Bauteile, die aus einzelnen
miteinander verbundenen plattenförmigen
Elementen hergestellt sind, flexibel, was die äußere Gestaltung betrifft und
kostengünstig hergestellt
werden können.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe für Bauteile
an sich, mit den Merkmalen des Anspruch 1 und für deren Herstellung mit den
Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungsformen und Weiterbildungen der Erfindung
können
mit den in den untergeordneten Ansprüchen enthaltenen Merkmalen
erreicht werden.
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Für die Herstellung
erfindungsgemäßer Bauteile,
die aus miteinander verbundenen plattenförmigen Elementen gebildet werden,
weisen die verwendeten plattenförmigen
Elemente Durchbrechungen auf. Diese Durchbrechungen sind so angeordnet
und so dimensioniert, dass sie bei übereinander angeordneten, also
aufeinander liegenden plattenförmigen Elementen
Hohlräume
und insbesondere Kanäle ausbilden.
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Die
einzelnen solche Hohlräume
oder Kanäle
bildenden und in den plattenförmigen
Elementen ausgebildeten Durchbrechungen können bestimmte Lageabweichungen
zueinander ausweisen, müssen demzufolge
mit ihren äußeren Rändern nicht zwangsläufig fluchten.
Außerdem
können
die freien Querschnitte der in den plattenförmigen Elementen ausgebildeten
Durchbrechungen in ihrer Kontur, ihre Abmessungen voneinander abweichen
und insbesondere bei nicht rotationssymmetrischen Formen auch unterschiedliche
Ausrichtungen zueinander aufweisen.
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Dies
ist insbesondere dahingehend vorteilhaft, da erfindungsgemäß die plattenförmigen Elemente
für ein
Bauteil oder für
an Bauteilen einsetzbare Module mit Hilfe eines Stoffs oder Stoffgemisches formschlüssig miteinander
verbunden werden sollen. Dabei erfolgt eine Befüllung der Kanäle bzw.
Hohlräume
mit dem jeweiligen Stoff oder Stoffgemisch, das dann in flüssiger Phase
vorliegt, wobei die Viskosität
in weiten Grenzen schwanken kann. Je nach gewähltem Stoff bzw. Stoffgemisch
erstarrt dieser infolge einer Polymerisation bei Kunststoffen oder
durch Erkalten. Im letztgenannten Fall können demzufolge vorteilhaft
Metalle oder auch Metalllegierungen mit entsprechend kleiner Schmelztemperatur
für die
Verbindung der plattenförmigen
Elemente eingesetzt werden.
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Mit
dem erstarrten Stoff bzw. Stoffgemisch kann eine formschlüssige Verbindung
der einzelnen ein Bauteil oder Module bildenden plattenförmigen Elemente
erreicht werden. Dabei kann neben den bereits erwähnten Lage-
oder geometrischen Abweichungen der in plattenförmigen Elementen ausgebildeten
Durchbrechungen auch die innere Hohlraum- oder Kanalkontur bzw.
deren Führung
sich vorteilhaft auf den Formschluss auswirken.
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Der
so erreichbare Formschluss ist in der Regel für eine Verbindung von plattenförmigen Elementen
im Inneren eines Bauteils oder Moduls ausreichend.
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Da
die für
die formschlüssige
Verbindung zur Verfügung
stehenden Flächenbereiche
an den Rändern
der Durchbrechungen in der Regel relativ klein sind, ist an jeweils
mindestens einem Laminat und mindestens einer Durchbrechung an diesem
Laminat ein Verankerungselement vorzusehen. Solche Verankerungselemente
sollten aber möglichst
an Durchbrechungen von plattenförmigen
Elementen, die ganz oben und/oder ganz unten an einem Schichtstapel
eines Bauteiles oder Moduls angeordnet sind, vorhanden sein.
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Vorteilhaft
zeichnen sich solche Verankerungselemente dadurch aus, dass sie
beispielsweise vor dem Befüllen
mit dem nachfolgend erstarrenden Stoff bzw. Stoffgemisch, so verformt
worden sind, dass eine Abweichung zur jeweiligen Plattenebene, möglichst
in das Innere des jeweiligen Kanals bzw. Hohlraumes hineinweisend,
erreicht worden ist.
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So
kann ein solches Verankerungselement beispielsweise durch entsprechende
Formgebung an der jeweiligen Durchbrechung erreicht werden. So kann
eine solche Durchbrechung entsprechend ausgeschnitten werden, so
dass das Verankerungselement lediglich über mindestens einen Steg mit
dem Laminat verbunden ist.
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Ein
so ausgebildetes Verankerungselement kann vor dem Befüllen mit
dem jeweiligen Stoff bzw. Stoffgemisch leicht manuell verformt und
in den Kanal bzw. Hohlraum und demzufolge auch in das Innere des
jeweiligen Bauteils bzw. Moduls dauerhaft hinein gedrückt werden,
so dass es vom später
erstarrten Stoff bzw. Stoffgemisch vollständig umschlossen und ausreichend
verklammert ist.
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Es
besteht aber auch die Möglichkeit,
beispielsweise durch gezielte Schwächung im Randbereich der Durchbrechung
des jeweiligen plattenförmigen
Elementes eine entsprechende Verformung vorzunehmen, so dass der ausgewählte Randbereich, der
ein Verankerungselement bildet, dann konisch in das Innere des jeweiligen
Hohlraumes bzw. Kanals hineinragend, verformt worden ist.
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Je
nach gewähltem
Stoff bzw. Stoffgemisch für
die Herstellung der formschlüssigen
Verbindung kann eine nicht, aber auch eine lösbare Verbindung erhalten worden
sein.
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Eine
lösbare
Verbindung hat für
viele Anwendungsfälle,
wie in der Beschreibungseinleitung bereits angedeutet, einige Vorteile.
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So
kann beispielsweise durch eine Energiezufuhr der jeweils verwendete
Stoff bzw. das Stoffgemisch aus der festen Phase wieder in eine
mehr oder weniger viskose flüssige
Phase überführt werden,
so dass eine Trennung von plattenförmigen Elementen aus dem Schichtstapel
eines Bauteils bzw. eines für ein
Bauteil verwendeten Moduls aus plattenförmigen Elementen, möglich ist.
Dabei können
alle plattenförmigen
Elemente aber auch ausgewählt
nur einige plattenförmigen
Elemente entfernt und gegen andere plattenförmige Elemente, deren Kontur
abweichend von den vorab verwendeten sein kann, wieder mit dem Bauteil
bzw. dem jeweiligen Modul formschlüssig verbunden werden.
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Für eine solche
Vorgehensweise eignen sich insbesondere entsprechende Metalle oder
Metalllegierungen, die in der Regel unter den Oberbegriff Lot fallen
und dementsprechend eine relativ kleine Schmelztemperatur aufweisen.
Sollte die Energiezufuhr zum Lösen
der formschlüssigen
Verbindung durch eine entsprechende Temperaturerhöhung durchgeführt werden,
ist es zwangsläufig
erforderlich einen solchen Stoff bzw. ein solches Stoffgemisch einzusetzen,
dessen Schmelztemperatur kleiner als die Schmelztemperatur des Plattenwerkstoffes
ist. Die Erwärmung
kann dabei lokal gezielt vorgenommen und beispielsweise mit Heißluft auf
Hohlräumen oder
Kanäle,
die den Stoff- oder das Stoffgemisch enthalten, gerichtet werden.
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Mit
der Erfindung können
aber auch Bauteile hergestellt werden, die aus mehreren Einzelteilen
bestehen. Wie bereits zum Ausdruck gebracht, wird aber generell
mindestens ein aus miteinander verbundenen plattenförmigen Elementen
gebildetes Modul eingesetzt.
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Ein
oder mehrere solcher Module können dann
mit einem Bauteilgrundkörper
verbunden werden. Dabei kann die Verbindung mit einem solchen Bauteilgrundkörper ebenfalls
mit den bereits erwähnten
und beschriebenen Stoffen bzw. Stoffgemischen über miteinander verbundene
Kanäle,
die im Bauteilgrundkörper
und in den jeweiligen Modulen ausgebildet sind, erreicht werden.
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In
diesen Fällen
kann ein Metall oder eine Metalllegierung für die Verbindung des einen
Moduls mit dem Bauteilgrundkörper
oder mehreren Modulen ausgewählt
werden, dessen/deren Schmelztemperatur von der Schmelztemperatur
eines für
die formschlüssige
Verbindung von plattenförmigen
Elementen eingesetzten Metalles/Metalllegierung abweicht (bevorzugt
eine kleinere Schmelztemperatur aufweist).
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Dadurch
kann ein gegebenenfalls erforderlicher Modulaustausch einfach durchgeführt werden.
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Es
besteht aber auch die Möglichkeit,
eine ebenfalls lösbare
Verbindung mittels Schrauben herzustellen.
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Vorteilhaft
ist in einem Bauteilgrundkörper eine
entsprechende Kontur ausgearbeitet, in die ein oder auch mehrere
Module mit entsprechend angepasster äußerer Kontur eingesetzt werden
können. Dabei
sollten möglichst
enge Spaltmaße
zwischen der inneren Kontur des Bauteilgrundkörpers und der äußeren Wand
des einen oder auch der mehreren Module gewählt werden, wobei diese Anforderung
für eingesetzte
Schraubverbindung deutlich höher
ist, als für
eine Verbindung, die mit dem erstarrten Stoff bzw. Stoffgemisch
hergestellt werden soll. Ein solcher Stoff bzw. solches Stoffgemisch
kann selbstverständlich
auch in Spalte zwischen Bauteilgrundkörper und Module gefüllt und
nach dem Erstarren eine formschlüssige
Verbindung erreicht werden.
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Es
können
auch Stoffe oder Stoffgemische eingesetzt werden, deren Volumen
im erstarrten Zustand verkleinert oder vergrößert ist, so dass je nach geometrischer
Gestalt eines befüllten
Kanals oder Hohlraumes neben dem Formschluss auch kraftschlüssige Komponenten
für die
fügende
Verbindung ausgenutzt werden können.
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Neben
diesen beiden vorab beschriebenen Möglichkeiten für die Verbindung
von mehreren Modulen miteinander oder mindestens einem Modul mit einem
Bauteilgrundkörper,
kann dies auch durch alleinigen oder zusätzlichen Formschluss erreicht
werden.
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In
diesen Fällen
sind an entsprechend miteinander zu verbindenden Modulen oder einem
Modul mit einem Bauteilgrundkörper
an miteinander zu verbindenden Oberflächenbereichen, jeweils komplementär ausgebildete
Konturelemente vorhanden. So können
an einem solchen Modul eine Vertiefung und eine komplementär gestaltete
Erhebung an einen mit diesem Modul zu verbindenden weiteren Modul
oder Bauteilgrundkörper
ausgebildet sein, die durch entsprechende Relativbewegung der miteinander
zu verbindenden Teile ineinander bewegt und durch die gewählten geometrischen
Gestaltungen einer solchen Vertiefung und Erhebung eine formschlüssige Verbindung
hergestellt werden kann.
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So
besteht als ein Beispiel für
eine formschlüssige
Verbindung eine solche, die üblicherweise als
Schwalbenschwanz bezeichnet wird. Vorteilhaft können die entsprechend gestalteten
Konturelemente in einer Längsrichtung
sich konisch verjüngend ausgebildet
sein, so dass ohne weiteres ein definiertes Ineinanderführen der
beiden miteinander zu verbindenden Teile, mit einem endlichen Weg,
der durch den Neigungswinkel des gewählten Konusses bestimmt ist,
erreicht werden kann.
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Eine
weitere geeignete Gestaltungsform solcher Konturelemente, sind beispielsweise
Kugel-Pfanne-Gelenkverbindungen.
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Vorteilhaft
kann natürlich
auch ein Bauteilgrundkörper
aus miteinander verbundenen plattenförmigen Elementen eingesetzt
werden, was insbesondere für
die Ausbildung der für
die Aufnahme von Modulen geeigneten Innenkontur günstig ist.
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Bei
einem solchen Bauteil können
auch ein Bauteilgrundkörper
sowie ein oder mehrere Module miteinander verbunden werden, die
aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen, eingesetzt werden. So kann
beispielsweise ein Bauteilgrundkörper
aus einem Werkstoff mit höherer
Duktilität,
Zähigkeit,
mechanischer Festig keit, als ein relativ harter Werkstoff für die jeweiligen
Module eingesetzt werden.
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Insbesondere
für den
Fall, dass mehrere Module, die aus miteinander verbundenen plattenförmigen Elementen
gebildet sind, eingesetzt werden, kann eine weitere vorteilhafte
Ausbildung von Bauteilen oder Bauteilen, die solche Module verwenden,
erreicht werden. Es ist bekannt und möglich, die äußeren und inneren Ränder an
plattenförmigen
Elementen mit schräger
Ausrichtung, also nicht orthogonal zur jeweiligen Plattenebene auszubilden.
Hierbei sind jedoch fertigungstechnisch bezüglich der erreichbaren Abschrägungswinkel
unter Berücksichtigung
der jeweiligen Dicke der verwendeten plattenförmigen Elemente und der Werkzeuge
Grenzen gesetzt. So können
beispielsweise durch Laserschneiden maximale Randwinkel von ca.
45° an den
Rändern
von plattenförmigen
Elementen erreicht werden. Dies führt bei den herkömmlichen
Bauteilen, bei denen sämtliche
plattenförmigen
Elemente in parallelen Ebenen zueinander ausgerichtet sind, in der
Regel zu einem erhöhten
Nachbearbeitungsaufwand, durch zerspanende Bearbeitung der entsprechenden
Oberflächenkonturbereiche.
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Mit
der erfindungsgemäßen Lösung können aber
auch zumindest ein Bauteilgrundkörper
und ein Modul, aber auch mehrere Module miteinander verbunden werden,
die voneinander abweichende Ausrichtungen der jeweiligen Plattenebenen
aufweisen und so die Topologie des fertigen Bauteils bzw. Bauteil
mit laminierten Modulen und die Fertigungstechnologie zur Vermeidung
bzw. Verringerung des Aufwands für
eine zerspanende Nachbearbeitung, optimiert werden.
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Die
unterschiedliche Ausrichtung der Plattenebenen von Modulen zueinander
kann aber auch unter Berücksichtigung
der späteren
Beanspruchungen des fertigen Bauteils vorgenommen werden, um die
Lebensdauer erhöhen
und Verschleiß reduzieren zu
können.
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So
aufgebaute Module oder Bauteilgrundkörper können auch einfacher zerspanend
bearbeitet werden, da die entsprechenden Oberflächen leichter zugänglich sind.
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Dabei
ist es vorteilhaft, Bauteile oder Module für solche Bauteile sukzessive
aufzubauen, das bedeutet, dass eine vorgebbare Anzahl von einzelnen plattenförmigen Elementen,
wie bereits beschrieben, formschlüssig miteinander verbunden
werden und eine zerspanende Bearbeitung von Oberflächenbereichen
an später
nicht mehr zugänglichen
Oberflächen
einfacher und kostengünstiger
bearbeitet werden können.
Nach einer solchen zerspanenden Bearbeitung können weitere plattenförmige Elemente aufgesetzt
und ebenfalls miteinander verbunden werden.
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Durch
die mit der erfindungsgemäßen Lösung erreichbare
Flexibilität
können
Bauteile mit relativ filigranen äußeren und
Innenkonturen hergestellt werden. So können relativ, enge Taschen
oder Bohrungen erhalten werden, ohne dass kostenintensives Erodieren
bzw. Nacherodieren erforderlich wird.
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Bei
Verwendung von polymeren Gießharzen aber
auch den für
die formschlüssige
Verbindung einsetzbaren Metallen bzw. Metalllegierungen ist kein bzw.
nur ein relativ geringer Wärmeeintrag
zu verzeichnen ist, sind die erfindungsgemäß hergestellten Bauteile spannungs- und verzugsfrei.
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Nachfolgend
soll die Erfindung beispielhaft beschrie ben werden.
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Dabei
zeigen:
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1 ein
aus einem Bauteilgrundkörper
und einem mit diesem verbundenen Modul bestehendes Bauteil in perspektivischer
Darstellung;
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2 ein
Beispiel mit Verankerungselementen in einer Teilansicht;
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3 eine
schematische Schnittdarstellung mit einem Kanal und Verankerungselement;
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4 ein
Beispiel eines Bauteils, bei dem ein Bauteilgrundkörper mit
einem Modul, durch Verschraubung verbunden werden können;
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5 eine
schematische Darstellung eines Beispiels eines Bauteils, das aus
zwei miteinander verbundenen Modulen gebildet ist, wobei die plattenförmigen Elemente
der beiden Module in unterschiedlichen Ebenen zueinander ausgerichtet
sind;
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6 eine
perspektivische Darstellung einer Werkzeugmatrize, als ein Beispiel
für ein
Bauteil;
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7 in
einer Explosionsdarstellung das Bauteil gemäß 6.
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Mit
der in 1 gezeigten perspektivischen Darstellung eines
Bauteils, soll deutlich gemacht werden, dass mehrere vielfältige Möglichkeiten
für eine
Anwendung der erfindungsgemäßen Lösung gegeben
sind.
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So
kann das in 1 gezeigte Beispiel eines Bauteils
aus zwei Teilen, die miteinander formschlüssig verbunden sind, gebildet
sein.
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Dabei
kann ein Bauteilgrundkörper 1 eingesetzt
werden, der ebenfalls als Bauteil, aus einzelnen miteinander verbundenen
plattenförmigen
Elementen besteht, verwendet werden.
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Wie
deutlich erkennbar wird, weist dieser Bauteilgrundkörper 1 in
seinem Inneren eine entsprechende Kontur auf, in die, das ebenfalls
aus formschlüssig
miteinander verbundenen plattenförmigen Elementen
gebildete Modul 2, das eine stark konturierte Oberfläche aufweist,
eingesetzt werden kann. Eine oberflächennahe Anordnung von Kanälen erhöht die Festigkeit
und Stabilität.
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Durch
in den jeweiligen plattenförmigen
Elementen des Bauteilgrundkörpers 1 und
des Moduls 2 ausgebildete Durchbrechungen, wurden in deren
Innerem Kanäle 3 ausgebildet.
Diese Kanäle 3 stehen im
zusammengebauten Zustand von Bauteilgrundkörper 1 und Modul 2 miteinander
in Verbindung, so dass ein vollständiges Befüllen mit einem geeigneten Stoff
bzw. Stoffgemisch erreicht werden kann. Nach dem Erstarren des Stoffes
bzw. Stoffgemisches werden die bereits entsprechend formschlüssig miteinander
verbundenen plattenförmigen
Elemente vom Bauteilgrundkörper 1 und
Modul 2 zusätzlich
formschlüssig,
bei diesem Beispiel parallel zu den Plattenebenen ausgerichteten
Achsen formschlüssig
gehalten.
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Dabei
kann durch eine entsprechende Ausbildung der Durchbrechungen in
den verschiedenen plattenförmigen Elementen
ein konischer Übergang der
Kanäle 3 vom
Bauteilgrundkörper 1 in
den Modul 2 festigkeitserhöhend wirken.
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Der
in 1 gezeigte Bauteilgrundkörper 1 kann aber auch
massiv aus einem Werkstoff bestehen. Dabei kann dann die Innenkontur,
in die das Modul 2 eingesetzt werden soll durch beispielsweise Wasserstrahlschneiden
hergestellt werden und der Kanal 3 durch eine zerspanende
Bearbeitung bzw. durch Erodieren erhalten werden.
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Mit
der in 2 gezeigten Teildarstellung eines aus miteinander
verbundenen plattenförmigen Elementen
gebildeten Bauteilgrundkörpers 1,
soll ein besonders bevorzugtes Beispiel für die Ausbildung von zusätzlichen
Verankerungselementen 4 verdeutlicht werden. Dabei erfolgte
ein Ausschnitt von Durchbrechungen im hier obersten Laminat in Teilkreisringform,
so dass ein teilkreisringförmiger
Spalt zwischen Verankerungselement 4 und dem Kanal 3 ausgebildet
worden ist und das Verankerungselement 4 über einen
Steg 4' mit
dem übrigen
Plattenwerkstoff verbunden bleibt. In nicht dargestellter Form können aber
auch zwei oder mehrere solcher Verankerungselemente an jeweils einer
Durchbrechung ausgebildet sein.
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Vor
dem Befüllen
des Stoffes/Stoffgemisches mit dem nach dem Erstarren, die formschlüssige Verbindung
der plattenförmigen
Elemente des Bauteilgrundkörpers 1 hergestellt
wird, werden die Verankerungselemente 4 nach unten gedrückt und verformen
sich dementsprechend in das Innere der Kanäle 3, so dass sie
nahezu vollständig
in dem erstarrten Stoff bzw. das Stoffgemisch eingebettet sind. Selbstverständlich können solche
Verankerungselemente 4 auch andere geometri sche Gestaltungsformen,
wie beispielsweise Dreiecke, Rechtecke oder Vielecke aufweisen.
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In 3 ist
in schematischer Form die Ausbildung eines durch ein Bauteil geführten Kanals 3 gezeigt,
der zwei sich gegenläufig
verjüngende
konische Teilbereiche aufweist, so dass eine verbesserte formschlüssige Verbindung
mittels des innerhalb eines solchen Kanals 3 erstarrten
Stoffes oder Stoffgemisches erreicht werden kann.
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Ferner
ist in 3 angedeutet, dass zumindest am hier obersten
Laminat durch entsprechenden Ausschnitt ein Verankerungselement 4,
das über den
Steg 4' mit
dem übrigen
Laminatmaterial verbunden ist, ausgebildet wurde. Wie mit dem Pfeil
angedeutet, kann ein solches Verankerungselement 4 durch
entsprechenden Druck von oben in das Innere des Kanals 3 verformt
werden. Es liegt auf der Hand, dass ein so in das Innere des Kanals 3 gedrücktes Verankerungselement 4,
zumindest nahezu vollständig
vom jeweiligen in den Kanal 3 eingefüllten Stoff oder Stoffgemisch
umschlossen und später
im erstarrten Zustand in diesen eingebettet ist.
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In
in 3 nicht dargestellter Form können aber auch an einem solchen
Laminat zwei oder mehr solcher Verankerungselemente 4,
durch entsprechenden Ausschnitt ausgebildet sein. Bevorzugt sind solche
Verankerungselemente 4 dann in jeweils gleichen Winkelabständen über den
Umfang verteilt, angeordnet. Dadurch kann bei einem mittels des
erstarrten Stoffes oder Stoffgemisches erreichten Verbund ein gleichmä ßiger Krafteinfluss
erreicht werden.
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Dementsprechend
können
zwei oder bei vier an einer Durchbrechung ausgebildeten Verankerungselementen 4 jeweils
zwei Verankerungselemente 4 sich diametral gegenüberliegend
angeordnet sein.
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Werden
drei solcher Verankerungselemente 4 an einer Durchbrechung
ausgebildet, so sind diese bevorzugt sternförmig mit einem Winkelabstand
von 120° zueinander
angeordnet.
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Mit
dem in 4 gezeigten Beispiel, soll eine Möglichkeit
zur Verbindung eines Bauteilgrundkörpers 1 mit einem
Modul 2 durch lösbare
Schraubverbindungen verdeutlicht werden. Dabei sind durch entsprechende
Ausbildung von Durchbrechungen in plattenförmigen Elementen Löcher 5 sowohl
im Bauteilgrundkörper 1,
wie auch im Modul 2 ausgebildet worden. Da die Anordnung
und Ausrichtung der Löcher 5 im
Bauteilgrundkörper 1 und
Modul 2 entsprechend gleich ausgeführt sind, besteht die Möglichkeit,
die Verbindung durch Einschrauben herzustellen.
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Bei
einer vollständig
fluchtenden Anordnung und Ausbildung dieser Löcher 5 können Schrauben auch
von einer Stirnfläche
des Bauteilgrundkörpers 1 durch
das ganze Modul 2 bzw. auch mehrere Module 2 (nicht
dargestellt) bis hin zur gegenüberliegenden Stirnfläche geführt und
dementsprechend eine verspannende Schraubverbindung erreicht werden.
Dabei können
durch entsprechende Ausbildung der Durchbrechungen in den plattenförmigen Elementen an
den jeweiligen Stirnflächenbereichen
des Bauteilgrundkörpers 1 die
Schrauben entsprechend versenkt sein, so dass kein Überstand einer
Schraubverbindung über
die äußere Stirnfläche auftritt.
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Das
in den 1 und 4 gezeigte Modul 2 kann
entgegen der Darstellung aber auch durch zwei oder auch mehr als
zwei solcher Module 2 ersetzt sein, so dass mehrere Module 2 entsprechend mit
einem solchen Bauteilgrundkörper 1 durch Schraubverbindungen,
aber auch, wie bereits erwähnt,
durch einen erstarrten Stoff oder ein solches Stoffgemisch formschlüssig verbunden
werden können.
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Mit
der in 3 gezeigten schematischen Darstellung, soll eine
vorteilhafte Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen Bauteils,
bei dem zwei Module 2 und 2' miteinander verbunden sind, verdeutlicht
werden.
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So
sind die beiden Module 2 und 2' hier jeweils aus mehreren miteinander
verbundenen plattenförmigen
Elementen gebildet.
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Im
Modul 2' sind
in der Darstellung gemäß 5 mehrere
Kanäle 3 durch
entsprechende in den einzelnen plattenförmigen Elementen ausgebildete Durchbrechungen
hergestellt worden, die, wie bereits mehrfach erklärt, entsprechend
mit einem erstarrenden Stoff oder Stoffgemisch befüllt werden können.
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Außerdem soll
mit 5 verdeutlicht werden, dass die Ebenen, in denen
die einzelnen plattenförmigen
Elemente, der beiden Module 2 und 2' angeordnet sind, in unterschiedlichen
Winkeln zueinander ausgerichtet sein können. Eine solche unterschiedliche
Ausrichtung der Plattenebenen erleichtert häufig eine gegebenenfalls erforderliche
nachträgliche,
nach dem Fügen
der plattenförmigen
Elemente an den Modulen durchzurüh rende
zerspanende Bearbeitung bestimmter Oberflächenbereiche, da diese für die entsprechenden
Werkzeuge dann leichter zugänglich
sind. Demzufolge können
Fräswerkzeuge
kürzer
und präziser
gespannt, dadurch der Schwingungseinfluß reduziert und die Fertigungsgenauigkeit
erhöht
werden.
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Bei
dem in 5 gezeigten Beispiel wurde durch entsprechenden
Ausschnitt der einzelnen, das Modul 2' bildenden plattenförmigen Elemente
ein unregelmäßig konturierter
durchgehender Ausschnitt hergestellt, der im Wesentlichen der äußeren Kontur und
Dimensionierung des Moduls 2 entspricht, so dass das Modul 2 einfach
in diesen Ausschnitt eingeführt
werden kann. Das Spaltmaß zwischen
den beiden Modulen 2 und 2' sollte möglichst klein gehalten sein
oder die Außenkontur
des Moduls 2 und die entsprechende Innenkontur des Moduls 2' leicht konisch ausgeführt werden,
so dass nachdem Zusammenfügen
der beiden Module 2 und 2' eine spiel- und spaltfreie Berührung erreichbar
ist.
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Bei
mechanischer Belastung können
sich dann die unterschiedlich zueinander ausgerichteten Plattenebenen
der Module 2 und 2' günstig auswirken.
Bildet ein solcher Zusammenbau beispielsweise eine Werkzeugmatrize,
also ein Uniformwerkzeug, wie es nachfolgend noch mit den 6 und 7 verdeutlicht
werden soll, entspricht die in 5 dargestellte
Ausrichtung der Plattenebenen der Module 2 und 2' nahezu optimal
den jeweiligen Belastungsverhältnissen.
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In 6 ist
eine entsprechende perspektivische Darstellung eines solchen Matrizenwerkzeuges,
als ein Beispiel für
ein erfindungsgemäßes Bauteil
dargestellt.
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Hier
sind wiederum bereits die Module 2 und 2' miteinander
verbunden, wie dies vorab erläutert worden
ist.
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Mit 6 wird
ferner verdeutlicht, dass an mehreren Kanäle 3 bildenden Durchbrechungen
wiederum Verankerungselemente 4 ausgebildet worden sind.
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In
der Explosionsdarstellung nach 7 wird deutlich,
wie die Einzelteile eines solchen Matrizenwerkzeuges ausgebildet
sein können.
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Dabei
ist das Modul 2 auf einem Bauteilgrundkörper 1 angeordnet
oder an diesem ausgebildet. Ein solcher Bauteilgrundkörper 1 kann
aus einem massiven Material, aber auch aus einzelnen entsprechend
miteinander verbundenen plattenförmigen Elementen
gebildet sein.
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Bauteilgrundkörper 1 und
Modul 2 können von
unten in den Ausschnitt, der im Inneren des Moduls 2' durch entsprechende
Ausschnitte der einzelnen plattenförmigen Elemente ausgebildet
worden ist, eingeführt
werden, wobei die diesbezüglichen
Bemerkungen, bei der Erläuterung
von 5 Beachtung finden sollten.
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An
der unteren Grundfläche
des Moduls 2' ist eine
entsprechende Vertiefung (hier nicht erkennbar) für die Aufnahme
des Bauteilgrundkörpers 1 ausgebildet.
Die formschlüssige
Verbindung der einzelnen Elemente eines solchen Matrizenwerkzeuges
kann wiederum durch das Befüllen
von Kanälen 3 mit
dem erstarrenden Stoff oder Stoffgemisch erreicht werden.
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Wie
in 7 mit dem Pfeil angedeutet, kann ein solcher noch
fließfähiger Stoff
oder Stoffgemisch von oben in einen Kanal 3 des Moduls 2' eingefüllt wer den.
Wenn die Elemente zusammengefügt
sind, wie dies in 6 gezeigt ist, stehen die Kanäle 3 von Modul 2' und dem Modul 2 sowie
dem Bauteilgrundkörper 1 miteinander
in Verbindung, so dass eine vollständige Befüllung erreicht werden kann.
Nach dem Erstarren sind die Module 2' und 2 mit dem Bauteilgrundkörper 1 in
ausreichender Festigkeit und Stabilität formschlüssig miteinander verbunden.
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In
jedem Fall ist es aber deutlich, dass ein Austausch so miteinander
verbundener Elemente, bei Bedarf einfach und schnell realisiert
werden kann.