DE19523671C1

DE19523671C1 - Maschinen-Baugruppe aus Kompositmaterial

Info

Publication number: DE19523671C1
Application number: DE1995123671
Authority: DE
Inventors: Peter Dr Ing Menz
Original assignee: MENZ PETER DR ING HABIL
Current assignee: MENZ PETER DR ING HABIL
Priority date: 1995-06-29
Filing date: 1995-06-29
Publication date: 1997-02-06
Anticipated expiration: 2015-06-30

Description

Die Erfindung betrifft eine Maschinen-Baugruppen, aus Kompositmaterial, das aus einem vor dem Aushärten fließfähigen Gemisch aus mineralischen oder polymeren Bindemitteln, Füllstoffen und Zusätzen besteht, insbesondere Werkzeugmaschinen-Baugruppe.

Zur Herstellung von Werkstücken und Maschinenelementen wird als Kompositmaterial seit längerem Mineralguß, in der Literatur auch als Polymerbeton bezeichnet, eingesetzt. Mineralguß wird insbesondere dort verwandt, wo das Material chemische Beständigkeit, Abriebfestigkeit oder schwingungsdämpfende Eigenschaften aufweisen muß. Bekannt ist z. B. die Verwendung von Mineralguß für die Herstellung von Maschinenständern (DE 30 30 914 A1), Maschinenseitenwänden (DE 31 02 116 A1) oder Preßwalzen von Papiermaschinen (DE 33 24 928 A1) u. dgl.

Es ist auch bekannt, Maschinenelemente aus mit Stahl verstärktem Mineralguß herzustellen, um die statische und dynamische Beanspruchbarkeit des Elementes zu verbessern (DE 34 29 883 A1).

Ein entscheidender Nachteil von Mineralguß besteht jedoch in seiner hohen Dichte Hieraus resultieren bei bewegten Maschinenelementen hohe Beschleunigungskräfte.

Bezogen auf konkrete Einsatzfälle von Maschinenelementen können sich auch die im Vergleich zu Isoliermaterialien relativ hohe Wärmeleitfähigkeit von Mineralguß sowie seine unzureichende Verschleißfestigkeit oder eine schlechte mechanische Bearbeitbarkeit als Nachteile erweisen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, maßgenaue Maschinen-Baugruppe aus einem Kompositmaterial herzustellen, das die aufgeführten Nachteile nicht oder in wesentlich geringerem Umfang aufweist.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Maschinen-Baugruppe durch ausschließliche oder überwiegende Verwendung von Hohlkugeln als Füllstoff des Kompositmaterials gelöst.

Als Füllstoff; der für das erfindungsgemäße Verfahren besonders geeignet ist, haben sich Hohlkugeln aus Aluminiumoxid und/oder Aluminiumsilikat, Glas, Keramik, Kohlenstoff; Polymeren oder Gemischen aus diesen Materialien im Durchmesserbereich von ca. 0,005 mm bis ca. 5 mm erwiesen. Zur Verbesserung der Benetzbarkeit durch das Bindemittel können diese Partikel gegebenenfalls oberflächenbehandelt oder beschichtet sein. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Werkstücke, die unter Verwendung derartiger Hohlkugel-Füllstoffe hergestellt wurden, weisen im Vergleich zu herkömmlichen Mineralguß-Werkstücken bei guten mechanischen Eigenschaften ein deutlich reduziertes Gewicht auf.

In einer speziellen Ausführungsform der Erfindung wird das Verhältnis zwischen Füllstoff-Volumen und Bindemittel-Volumen im Kompositmaterial entsprechend den geforderten mechanischen und/oder thermischen Eigenschaften der zu fertigenden Maschinen-Baugruppe durch Verwendung mehrerer Kornfraktionen des Füllstoffs eingestellt.

Bei einer vorteilhaften Variante der Erfindung bestehen die Hohlkugeln aus mindestens zwei Fraktionen und das Verhältnis zwischen dem mittleren Hohlkugeldurchmesser einer Fraktion und dem mittleren Hohlkugeldurchmesser der nächstkleineren Fraktion beträgt ca. 2 : 1 bis 5 : 1. Bei einer weiteren Variante beträgt der Wert des genannten Verhältnisses ca. 4 : 1 bis 10 : 1.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Gehäuse einer Spindeleinheit mit Spindeimotor aus Kompositmaterial gefertigt, das als Füllstoff ausschließlich oder überwiegend Hohlkugeln enthält. Alternativ kann das Gehäuse der Spindeleinheit auch mit diesem Kompositmaterial ausgekleidet sein. Ein derart aufgebautes Gehäuse verbessert den Wirkungsgrad der Kühlung der Spindeleinheit, weil der Wärmefluß zwischen Umgebung und Kühlmittel reduziert wird. Zusätzlich verbessert diese Maßnahme auch die Schwingungsdämpfung und reduziert das Einsatzgewicht der Spindeleinheit.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen des Gegenstandes nach Anspruch 1 ergeben sich unmittelbar aus den Unteransprüchen.

Anhand des nachfolgenden Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert. Für die Herstellung des Gehäuses einer Spindeleinheit wird als Bindemittel für das Kompositmaterial vorteilhaft Epoxidharz verwendet. Epoxidharz hat gegenüber anderen Bindemitteln Vorteile bezüglich der Festigkeit und des geringen Schwindmaßes. Wegen der speziellen Materialanforderungen, die bei der Fertigung der Spindeleinheit zu berücksichtigen sind, dient als Füllstoff eine Fraktion von Hohlkugeln aus Korund (Al₂O₃) mit der Stufung 3,5 : 1 im Bereich von 0,05 mm bis 2 mm.

Durch diese Stufung wird eine gute Kugelpackung erreicht. Das führt zu besonders hoher Druckfestigkeit und geringer Wärmeleitfähigkeit.

Claims

1. Maschinen-Baugruppe aus Kompositmaterial, das aus einem vor dem Aushärten fließfähigen Gemisch aus mineralischen oder polymeren Bindemitteln, Füllstoffen und Zusätzen besteht, insbesondere Werkzeugmaschinen-Baugruppe, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff ausschließlich oder überwiegend aus Hohlkugeln besteht.

2. Maschinen-Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die als Füllstoff verwendeten Hohlkugeln überwiegend oder vollständig aus Al₂O₃, SiO₂, Glas, Keramik, Kohlenstoff; Polymeren oder Gemischen aus diesen Materialien bestehen und Durchmesser im Bereich von ca. 5 µm bis ca. 5 mm aufweisen.

3. Maschinen-Baugruppe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen Füllstoff-Volumen und Bindemittel-Volumen im Kompositmaterial entsprechend den geforderten mechanischen und/oder thermischen Eigenschaften der zu fertigenden Maschinen- Baugruppe gewählt wird.

4. Maschinen-Baugruppe nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlkugeln aus mindestens zwei Fraktionen bestehen und das Verhältnis zwischen dem mittleren Hohlkugeldurchmesser einer Fraktion und dem mittleren Hohlkugeldurchmesser der nächstkleineren Fraktion ca. 2 : 1 bis 5 : 1 beträgt.

5. Maschinen-Baugruppe nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlkugeln aus mindestens zwei Fraktionen bestehen und das Verhältnis zwischen dem mittleren Hohlkugeldurchmesser einer Fraktion und dem mittleren Hohlkugeldurchmesser der nächstkleineren Fraktion ca. 4 : 1 bis 10 : 1 beträgt.

6. Maschinen-Baugruppe nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Baugruppe eine Spindeleinheit für eine Werkzeugmaschine ist, insbesondere eine Spindeleinheit mit einem Spindelmotor, dessen Stator im Gehäuse und dessen Rotor auf der Spindel angeordnet ist.

7. Maschinen-Baugruppe nach mindestens einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Baugruppe ein Tisch oder ein Support für eine Werkzeugmaschine ist, wobei der Tisch in Sandwichbauweise aus Kompositmaterial und Metallstrukturen ausgeführt ist oder als mit Kompositmaterial ausgefüllte Hohlform bzw. Profilkörper.

8. Maschinen-Baugruppe nach mindestens einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Baugruppe ein Grundbauteil wie Bett, Ständer oder Traverse ist.

9. Maschinen-Baugruppe nach mindestens einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Baugruppe eine Vorrichtung zum Bestimmen und/oder Fixieren der Lage von Werkstucken und Werkzeugen auf einer Werkzeugmaschine ist und einzelne Metallteile der Vorrichtung, z. B. Einlegeteile, Schrauben, Nutenleisten usw., eingegossen, angegossen, nach der Formung eingebracht oder angeklebt sind.

10. Maschinen Baugruppe nach mindestens einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Baugruppe eine Konsole ist und einzelne Metallteile der Konsole eingegossen, angegossen, nach der Formung eingebracht oder angeklebt sind.