DE102017002932A1

DE102017002932A1 - Hebevorrichtung für Bauplattformen in Baubehältern in Schichtbauverfahren

Info

Publication number: DE102017002932A1
Application number: DE102017002932.6A
Authority: DE
Inventors: Andreas Hartmann
Original assignee: Solukon Ingenieure GbR
Current assignee: Solukon Ingenieure GbR
Priority date: 2017-03-24
Filing date: 2017-03-24
Publication date: 2018-09-27

Abstract

Die vorliegende Erfindung beschreibt eine Hebevorrichtung für Bauplattformen in Baubehältern in Schichtbauverfahren, die aufgrund einer speziellen ParallelogrammKinematik in der Lage ist, in einem rundum geschlossenen Baubehälter einzufahren, dessen Längenverhältnis von Höhe zu Breite größer als 1 ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Anheben von beweglichen Böden in Baubehältern für Produktionsanlagen zum Herstellen und Nachbearbeiten von dreidimensionalen Bauteilen aus formlosem Baumaterial.
In einem Schichtbauverfahren wie z.B. dem 3D-Druck-Verfahren wird auf einer absenkbaren Bauplattform zunächst eine dünne Schicht aus Partikelmaterial aufgetragen. Anschließend bedruckt eine Art von Tintenstrahldruckkopf die Partikelmaterialschicht selektiv mit einem flüssigen Binder. Der Binder verklebt gezielt die lose aufgetragenen Partikel zu einem Bauteilquerschnitt. Anschließend wird die Bauplattform um eine Schichtdicke abgesenkt und der Vorgang beginnt von neuem, wobei auch die Bauteilquerschnitte der einzelnen Schichten eine feste Verbindung miteinander eingehen.
Der Vorgang des Schichtauftrags und des selektiven Binderauftrags wiederholt sich, bis die Bauteile fertiggestellt sind.
Alternativ zum Binderdruck kann das Material auch mit energiereicher Strahlung wie z.B. Laserstrahlung verfestigt werden. Dabei werden die einzelnen Pulver selektiv miteinander verschmolzen.
Für den Bauprozess wird der Produktionsanlage in der Regel ein nach oben geöffneter Baubehälter zugeführt, dessen in Schichtrichtung beweglicher Boden die Bauplattform darstellt.
Vor Beginn des Bauprozess hebt eine Hebevorrichtung die Bauplattform in eine obere Position im Baubehälter. Im Bauprozess senkt die Hebevorrichtung dann die Bauplattform schichtweise ab, bis die Bauteile fertiggestellt sind.
Nach Abschluss des Bauprozesses können die fertiggestellten Bauteile aus dem Baubehälter entnommen werden. Davor wird zunächst das ungebundene Baumaterial z.B. mit Staubsaugern entfernt, während die Bauplattform angehoben wird. Dieses Nachbearbeiten wird als Entpacken bezeichnet und findet in der Regel außerhalb der Produktionsanlage in sogenannten Auspackstationen statt.
Problemstellung
Die Bauhöhe des Baubehälters ist in etwa der vertikale Abstand der Oberkante des Baubehälters zur Bauplattform, wenn sich diese in ihrer untersten Position befindet. Die Bauhöhe ist somit die maximale Bauteilhöhe, die im Baubehälter erstellt werden kann.
Bei Baubehältern mit geringer Bauhöhe wird die Bauplattform innerhalb des Baubehälters mit einem Auslegerarm positioniert, wie es z.B. in der Patentanmeldung WO002001096048A1 beschrieben wird.
Die Bauplattform liegt in diesem Fall lose auf dem Auslegerarm auf oder geht während des Bauprozesses eine feste Verbindung mit dem Auslegerarm ein, z.B. mit einem mechanischen Spannsystem (wie z.B. in Patentanmeldung DE102011119338A1 beschrieben). Damit der Auslegerarm in den umseitig geschlossenen Baubehälter einfahren kann, muss dieser mindestens so weit nach oben herausragen, wie die vertikale Länge des Hubes ist. Als Folge liegt die Oberseite des Baubehälters in der Produktionsanlage mehr als doppelt so hoch wie die mögliche Bauhöhe. Das wirkt sich direkt auf die vertikalen Abmessungen der Produktionsanlage aus und führt zu hohen und unwirtschaftlichen Konstruktionen.
Ein weiteres Anlagenkonzept beschreibt die Patentanmeldung DE102010006939A1 . Hier positionieren mehrere Spindeln die Bauplattform von unten innerhalb des Baubehälters.
Die vertikal bewegten Spindelenden sind dabei drehsteif mit einer Hubplatte verbunden. Beim Anheben liegt die Bauplattform auf der Hubplatte auf oder geht eine feste Verbindung mit der Bauplattform ein, z.B. über ein mechanisches Spannsystem.
Die Spindelmuttern sind drehbar in einer Antriebsplattform unterhalb des Baubehälters gelagert und werden z.B. von einem gemeinsamen Zahnriemen angetrieben.
Auch bei diesem System muss innerhalb der Produktionsanlage unterhalb des Baubehälters Platz für die eingefahrenen Spindeln vorgesehen werden. Der Platz entspricht auch hier mehr als die Bauhöhe des Baubehälters, was sich ebenfalls ungünstig auf die Abmessungen der Produktionsanlage auswirken kann.
Um die Höhe der Produktionsanlage bei Systemen mit großer Bauhöhe klein zu halten, wird die Z-Achse neben dem Baubehälter angeordnet. Die Z-Achse wird in dieser Ausführung durch Schlitze (=Durchgriffsöffnungen) in den Seitenwänden mit der Bauplattform in Eingriff gebracht. Ein Beispiel für eine solche Vorrichtung wird z.B. in Patentanmeldung DE000010047615A1 beschrieben.
Mit dieser Lösung wird erreicht, dass der Hub der Z-Achse nicht unterhalb sondern neben dem Formbehälters angeordnet ist und die Höhe der Produktionsanlage nicht viel höher als die Bauhöhe des Baubehälters sein muss.
Ein ähnliches System beschreibt Anmeldung DE102009056696A1 . Die Besonderheit ist hier, dass die Z-Achse Teil des Baubehälters ist.
Das Problem bei Systemen mit seitlichem Eingriff der Z-Achse in den Baubehälter ist vor allem die Notwendigkeit einer aufwendigen Abdichtung der Durchgriffsöffnungen. Die Durchgriffsöffnungen in den Seitenwänden des Baubehälters werden in der Regel mit Banddichtungen oder Rollläden abgedichtet.
Oft behilft man sich mit dünnen vorgespannten Bändern, die ein aufwendiges Umlenksystem in der Bauplattform haben (=Omegaschleifen). In anderen Systemen werden die Bänder als Jalousien eingesetzt und mit Drehfedern aufgerollt.
Um den gesamten Durchgriffbereich abdichten zu können, müssen die Seitenwände des Baubehälters im Bereich der Banddichtung sehr eben sein.
Rollladensysteme bestehen in der Regel aus Gliederbändern mit quersteifen Segmenten, die sich nur polygonförmig aufrollen bzw. umlenken lassen. Als Folge wird die technische Umsetzung der Abdichtung umständlich und ungenau.
Prinzipiell benötigen alle Systeme mit flexiblen Bändern Umlenksysteme oder Aufwickelsysteme mit enormem mechanischem Aufwand. Damit ist ein hoher Fertigungs-, Wartungsaufwand sowie hohe Kosten verbunden.
Da beim Entpacken auch Schaufeln eingesetzt werden, können die Blechbänder oder Gliederbänder ungewollt zerstört werden.
Zudem erweisen sich die Bandsysteme als empfindlich gegenüber abrasiven und chemisch aggressiven Baumaterialen.
Es besteht auch die Möglichkeit die Bauplattform mit einem konventionellen Scherenhubtisch anzuheben. Dies ist nur dann möglich wenn der Baubehälter wesentlich breiter als hoch ist.
Sollte dies nicht erfüllt sein, ist nur der Einsatz einer doppelten Schere möglich. Doppelscheren erfordern aufgrund der Kinematik im unteren Bereich sehr hohe Anlaufkräfte, gerade dann wenn die Gewichtskraft auf die Bauplattform am höchsten ist.
Aufgabe
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hebevorrichtung zu entwickeln, bei der die Gesamthöhe der eingefahrenen Hubeinrichtung kleiner ist als deren Hub und gleichzeitig in Baubehälter einfahren kann, insbesondere dann, wenn dessen Verhältnis von Höhe zur Seitenlänge größer als 1 ist.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ist eine Hebevorrichtung mit einer Parallelogrammkinematik die sich im Hubverlauf der Behältergeometrie anpasst. Durch die spezielle Kinematik lässt sich die Hebevorrichtung sehr weit zusammenfahren und kann berührungsfrei in seitlich begrenzte Räume einfahren, insbesondere dann, wenn dessen Verhältnis von Höhe zur Seitenlänge größer als 1 ist.
In der bevorzugten Ausführung der Erfindung verschiebt ein linear geführter Schlitten (6) horizontal z.B. entlang einer Gewindespindel (4) führt zwei gleichlange quer zur Schubrichtung auf gleicher Höhe drehbar gelagerte Hubstäbe (9). Die Hubstäbe (9) sind an der oberen Seite in der Hubplattform (3) parallel wie im Schlitten (6) drehbar gelagert.
Die Hubstäbe (9) ergeben zusammen mit der Hubplattform (3) und dem Schlitten (6) ein Parallelogramm, bei dem Schlitten (6) und Hubplattform (3) parallel und waagrecht angeordnet sind. Im Betrieb liegt die Bauplattform (2) des Baubehälters (1) auf der Hubplattform (3) der Hubvorrichtung auf.
Um die Bauplattform (2) des Baubehälters (1) linear vertikal zu bewegen muss das Parallelgramm über einen weiteren Lagerstab (11) angebunden werden. Der Lagerstab (11) ist exakt halb so lang wie ein Hubstab (9). Das obere Ende des Lagerstabs (11) ist in der Mitte eines Hubstabes (9) drehbar gelagert. Das untere Ende des Lagerstabs (11) ist drehbar gelagert (12), in der Höhe, in der der Hubstab (9) am Schlitten (6) gelagert ist.
Fährt der Schlitten (6) in Richtung des unteren Lagerpunkts des Lagerstabs (11), fährt die Hubplattform (3) senkrecht nach oben.
Durch einen dem Hubverlauf angepassten Knick am äußeren Hubstab (8) kann dieser berührungsfrei in enge Umrandungen einfahren.
Es besteht auch die Möglichkeit das Parallelogramm aufzubauen in dem die Hubstäbe (9) nicht horizontal auf gleicher Höhe gelagert sind.
Der Schlitten (6) kann mit verschieden Linearantrieben wie z.B. Gewindespindeln (4), Zahnstangen, Zahnriemen, Ketten, Seilzügen und pneumatischen oder hydraulischen Systemen bewegt werden.
Bezugszeichenliste

1: Baubehälter
2: Bauplattform
3: Hubplattform
4: Gewindespindel
5: Antriebsmotor
6: Schlitten
7: Linearführung
8: Hubstab mit optimierter Geometrie
9: Hubstab
10: Oberes Lager des Lagerstabs
11: Lagerstab
12: Unteres Lager des Lagerstabs
13: Spindelmutter

Figurenliste
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. In der Zeichnung zeigt:

1 eine perspektivische Darstellung mit einer Teilausbruchdarstellung der Hebevorrichtung mit Baubehälter.
2a eine Schnittdarstellung der Hebevorrichtung mit Baubehälter (1) bei der die Hubeinrichtung ganz eingefahren ist.
2b eine Schnittdarstellung der Hebevorrichtung mit Baubehälter (1) bei der die Hubeinrichtung zum Teil ausgefahren ist.
2c eine Schnittdarstellung der Hebevorrichtung mit Baubehälter (1) bei der die Hubeinrichtung ganz ausgefahren ist.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 002001096048 A1 [0009]
DE 102011119338 A1 [0010]
DE 102010006939 A1 [0011]
DE 000010047615 A1 [0015]
DE 102009056696 A1 [0017]

Claims

Hebevorrichtung für Bauplattformen in Baubehältern von Produktionsanlagen zum Herstellen oder Nachbearbeiten von dreidimensionalen Bauteilen in Schichtbauverfahren, dadurch gekennzeichnet, dass die Hebevorrichtung mindestens einen Linearantrieb aufweist, der horizontal einen Schlitten (6) mit mindestens zwei gleichlangen parallelen und am unteren Ende drehbar gelagerten Hubstäben (9) bewegt und die Hubstäbe (9) wiederum an ihrem oberen Ende in einer Hubplattform (3) so drehbar gelagert sind, dass Schlitten (6), Hubstäbe (9) und Hubplattform (3) ein bewegliches Parallelogramm ergeben, bei dem sich die Hubplattform (3) parallel zum Schlitten (6) bewegt und dass mindestens ein Hubstab (9) in seiner Mitte das obere Ende (10) mindestens eines Lagerstabs (11) drehbar lagert, wobei der Lagerabstand des Lagerstabs (11) exakt halb so lang ist wie der Lagerabstand eines Hubstabes (9) und das untere Ende (12) des Lagerstabs (11) auf der Höhe der unteren Hubstablagerung örtlich fest aber drehbar gelagert ist, so dass sich die Hubplattform (3) exakt vertikal anhebt, wenn sich der Schlitten (6) auf die untere Lagerung (12) des Lagestabs (11) zu bewegt.
Hebevorrichtung nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Hubstab (8) geometrisch so dem Hubvorlauf angepasst ist, dass dieser die untere Kante die Seitenwand des Baubehälters beim Einfahren in den Baubehälter nicht berührt.
Hebevorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Linearantrieb eine Kombination aus mindestens einer Schienenführung und mindestens einer Gewindespindel (4) ist.
Hebevorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Linearantrieb eine Kombination aus mindestens einer Schienenführung und mindestens einem Linearmotor ist.
Hebevorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Linearantrieb eine Kombination aus mindestens einer Schienenführung und mindestens einem Zahnstangenantrieb ist.
Hebevorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Linearantrieb eine Kombination aus mindestens einer Schienenführung und mindestens einem Hydraulikzylindern ist.
Hebevorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Linearantrieb eine Kombination aus mindestens einer Schienenführung und mindestens einem Seilzug ist.