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Die vorliegende Anmeldung bezieht sich auf das Gebiet der additiven Fertigung. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Anmeldung auf eine Zahnradpumpenwellenanordnung für einen 3D-Drucker.
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Im Bereich der additiven Fertigung wird eine Vorrichtung zur additiven Fertigung auch 3D-Drucker genannt und der entsprechende Herstellungsprozess von Werkstücken als 3D-Drucken bezeichnet. Beim 3D-Drucken werden Teile oder Werkstücke erstellt/generiert/hergestellt in dem aufeinanderfolgende Schichten von Baumaterial aneinander abgelagert werden. Jede Schicht umfasst zumindest einen Wulst bzw. Faden des Baumaterials, Dieses Baumaterial kann jedes thermoplastische Material, z.B. Kunststoff sein. Weiterhin kann das Materialablagerungsverfahren das FDM bzw. FFF bzw. FLM Verfahren sein. Weiterhin kann es jedes andere Schmelzauftragverfahren sein. Das dem 3D-Drucker zugeführte Baumetarial kann in Filamentform oder Granulat sein, ist darauf aber nicht eingeschränkt.
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Ein 3D-Drucker umfasst für gewöhnlich einen Druckkopf, welcher zumindest in drei Richtungen beweglich einem Druckpfad oder einer Kontur bzw. einem Werkzeugweg folgen kann. Weiterhin gibt es 3D-Drucker, welche einen Druckkopf aufweisen, der in zwei Richtungen beweglich ist (für gewöhnlich die X- und Y-Richtung bzw. Achse) und ein Druckbett (die Oberfläche oder Struktur auf/an welcher die Werkstücke gedruckt werden), welche sich in der dritten Richtung (üblicherweise die Z-Richtung oder Achse) bewegen kann. Darüber hinaus gibt es Drucker bei denen der Druckkopf und/oder das Druckbett sich in zumindest einer von X, Y und Z bewegen. Auch gibt es Druckköpfe, die an bekannte Industrieroboter (z.B. 6-Achsen) montiert sind, sodass der Druckkopf komplexe Druckpfade realisieren kann.
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In manchen Fällen extrudiert der Druckkopf das Baumaterial mit Hilfe eines bekannten Liquefiers bzw. Verflüssigers, welcher das Baumaterial aufheizt und in einen druckbaren Zustand bringt, sowie eine Zahnradpumpe stromabwärts des Liquefiers, welche mit Baumaterial vom Liquefier versorgt wird. Bekanntlich umfassen Zahnradpumpen zumindest zwei kämmende Zahnräder um das Baumaterial zu fördern bzw. extrudieren oder auch auszubringen. Für gewöhnlich ist eines der Zahnräder leerlaufend (nicht angetrieben) und das andere ist angetrieben. Das leerlaufende Zahnrad wird durch das kämmende und angetriebene Zahnrad bewegt. Üblicherweise ist das angetriebene Zahnrad mit einer Antriebswelle verbunden.
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Bei konventionellen Druckköpfen, welche eine Zahnradpumpe umfassen gibt es einige Nachteile. Die Lagerung für die Zahnräder und die Antriebswelle ist kompliziert und aufwändig, was größere Bauteilabmessungen zur Folge hat. Weiterhin weisen diese Zahnradpumpen auch erhöhten Verschleiß und damit Wartungsaufwand auf.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Anmeldung die voran genannten Nachteile zu beheben. Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der beigefügten unabhängigen Ansprüche gelöst. Von diesen kann jeder einzelne, alleine oder zusammen mit den abhängigen Ansprüchen eine Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung darstellen.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Anmeldung umfasst eine Zahnradpumpenwellenanordnung für einen 3D-Drucker eine Zahnradpumpenwelle, ein erstes Axiallager, ein zweites Axiallager und ein Druckelement. Die Zahnradpumpenwelle umfasst eine Längsachse, einen ersten Stützabschnitt, einen zweiten Stützabschnitt und einen Zahnabschnitt. Das erste Axiallager ist an dem ersten Stützabschnitt angeordnet und das zweite Axiallager ist an dem zweiten Stützabschnitt angeordnet. Der Zahnabschnitt ist zwischen dem ersten Stützabschnitt und dem zweiten Stützabschnitt befindlich. Die Zahnradpumpenwelle ist drehbar um die Längsachse und das Druckelement ist dazu vorgesehen und geeignet Druck auf das zweite Axiallager auszuüben bzw. aufzubringen.
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Dies kann den Vorteil haben, dass die Anordnung kleiner gestaltet und Verschleiß reduziert werden kann. Das Druckelement definiert Druck oder Vorspannung in dem zweiten Axiallager (Lagerspiel) und folglich das Spiel bzw. die Freigängigkeit der Zahnradpumpenwellenanordnung, welche das erste Axiallager aufweist.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Anmeldung umfasst eine Zahnradpumpenwellenanordnung weiterhin einen ersten Support, wobei der erste Support in Berührung oder Anlage mit dem ersten Axiallager ist. Dies kann den Vorteil haben, dass das erste Axiallager einen Anschlag umfasst. Der erste Support kann zum Beispiel ein (Gehäuse-)Deckel oder Gehäuse einer Zahnradpumpe sein, zumindest teilweise einen Hohlraum einer Zahnradpumpe oder eine andere geeignete Struktur eines 3D-Druckkopfs definierend. Der erste Support ist statisch in Bezug auf die Zahnradpumpenwelle.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Anmeldung umfasst eine Zahnradpumpenwellenanordnung weiterhin einen zweiten Support, wobei der zweite Support in Berührung bzw. Anlage mit dem zweiten Axiallager oder dem Druckelement ist. Der zweite Support kann zum Beispiel ein (Gehäuse-)Deckel oder Gehäuseabschnitt einer Zahnradpumpe sein, zumindest teilweise einen Hohlraum einer Zahnradpumpe oder eine andere geeignete Struktur eines 3D-Druckkopfs definierend. Der zweite Support ist statisch in Bezug auf die Zahnradpumpenwelle.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Anmeldung umfasst eine Zahnradpumpenwellenanordnung weiterhin eine Kugel. Die Kugel ist zwischengeordnet zwischen dem ersten Support und dem ersten Stützabschnitt. Dies kann den Vorteil haben, dass das erste Axiallager kleiner gestaltet werden und folglich die Zahnradpumpenwellenanordnung in ihrer Größe reduziert werden kann. Auch kann der Druck, welcher auf die Zahnradpumpenwelle ausgeübt wird, folglich auf einen Punkt, nämlich die Kugel, konzentriert werden. Dies hat den Vorteil, dass eine Unwucht reduziert und ein konzentrischer Lauf verbessert wird.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Anmeldung umfasst das Druckelement zumindest eine Feder. Dies kann den Vorteil haben, dass das Druckelement kostengünstig und klein in der Baugröße umgesetzt werden kann. Weiterhin kann durch die Wahl von unterschiedlichen Federraten bzw. Federkonstanten und/oder Anzahl von Federn die unterschiedliche Federraten haben können, der aufgebrachte Druck beliebig geändert werden.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Anmeldung ist das Druckelement so einstellbar, dass der ausgeübte Druck auf das zweite Axiallager einstellbar ist. Dies kann den Vorteil haben, dass der ausgeübte Druck beliebig angepasst werden kann, ohne die Zahnradpumpenwellenanordnung demontieren zu müssen. Dies kann den weiteren Vorteil haben, dass der ausgeübte bzw. aufgebrachte Druck während dem Betrieb eingestellt werden kann. Damit kann das Spiel bzw. Freigängigkeit der Zahnradpumpenwellenanordnung abhängig von z.B. dem Baumaterial und/oder dem Austrag eines Druckkopfs welcher die Zahnradpumpenwellenanordnung umfasst angepasst bzw. eingestellt werden. Auch kann der ausgeübte bzw. aufgebrachte Druck abhängig von der Position des Druckkopfs auf dem Druckpfad eingestellt werden. Die Einstellung kann über eine Einstellvorrichtung erfolgen, die dazu vorgesehen und geeignet ist den vom Druckelement aufgebrachten Druck zu verändern.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Anmeldung umfasst eine Zahnradpumpenwellenanordnung weiterhin einen Druckabschnitt in welchem die Zahnradpumpenwelle zumindest teilweise befindlich ist. Der zweite Stützabschnitt ist außerhalb des Druckabschnitts angeordnet. Der Druckabschnitt kann der unter Druck stehende Bereich einer Zahnradpumpe sein. Dies kann den Vorteil haben, dass z.B. der Verschleiß des zweiten Stützabschnitts verringert wird, wenn dieser außerhalb eines Druckabschnitts angeordnet ist. Dies kann weiterhin den Vorteil haben, dass die generelle Gestaltung der Zahnradpumpenwellenanordnung einfacher und daher kostengünstiger sein kann.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Anmeldung umfasst eine Zahnradpumpenwellenanordnung weiterhin einen Drucksensor, der wirkgekoppelt mit dem Druckabschnitt ist. Weiterhin wird der auf das zweite Axiallager aufgebrachte Druck zumindest teilweise basierend auf Daten des Drucksensors eingestellt bzw. verändert. Dies kann den Vorteil haben, dass der aufgebrachte Druck abhängig von einem bestimmten Arbeitspunkt des 3D-Druckers, welcher die Zahnradpumpenwellenanordnung umfasst, eingestellt bzw. verändert werden kann.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Anmeldung ist die Zahnradpumpenwellenanordnung zumindest zweiteilig, wobei ein erster Wellenteil den ersten Stützabschnitt und eine erste Antriebssektion umfasst. Ein zweiter Wellenteil umfasst eine zweite Antriebssektion und den zweiten Stützabschnitt. Die erste Antriebssektion und die zweite Antriebssektion sind dazu vorgesehen und geeignet zusammenzupassen. Dies kann den Vorteil haben, dass die Zahnradpumpenwelle kosteneffizient gestaltet werden kann, da die Qualitätsanforderungen für den ersten Wellenteil unterschiedlich von denen für den zweiten Wellenteil sein können. Die Antriebssektionen sind dazu vorgesehen und geeignet die Drehmomentübertragung zwischen den zwei Teilen sicherzustellen.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Anmeldung ist der erste Wellenteil einer Zahnradpumpenwellenanordnung zumindest teilweise in dem Druckabschnitt angeordnet. Dies kann den Vorteil haben, dass nur der erste Teil die Qualitätsanforderungen erfüllen muss, um in der Umgebung des Druckabschnitts eingesetzt werden zu können. Dies kann in verminderten Produktionskosten für die Zahnradpumpenwellenanordnung resultieren.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Anmeldung umfasst die Zahnradpumpenwellenanordnung weiterhin zumindest ein Radiallager, welches die Zahnradpumpenwelle lagert. Dies kann den Vorteil haben, dass die Zahnradpumpenwelle stabiler gelagert ist.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Anmeldung lagert ein Radiallager einer Zahnradpumpenwellenanordnung den ersten Wellenteil und/oder den zweiten Wellenteil. Dies kann den Vorteil haben, dass die Zahnradpumpenwelle stabiler gelagert ist.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Anmeldung umfasst eine Zahnradpumpenwelle eine Längsachse, einen ersten Stützabschnitt, einen zweiten Stützabschnitt und einen Zahnabschnitt, welcher zwischen dem ersten Stützabschnitt und dem zweiten Stützabschnitt befindlich ist. Der erste Stützabschnitt umfasst einen ersten Anschlag und der zweite Stützabschnitt umfasst einen zweiten Anschlag. Dies kann den Vorteil haben, dass die Zahnradpumpenwelle kostengünstig hergestellt werden kann, unter Erlangung einer hohen Qualität der Zahnradpumpenwelle.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Anmeldung ist Zahnradpumpenwelle zumindest zweiteilig und ein erster Wellenteil umfasst den ersten Stützabschnitt und eine erste Antriebssektion, wobei ein zweiter Wellenteil die zweite Antriebssektion und den zweiten Stützabschnitt umfasst. Die erste Antriebssektion und die zweite Antriebssektion sind dazu vorgesehen und geeignet zusammen zu passen. Dies kann den Vorteil haben, dass die Zahnradpumpenwelle kosteneffizient gestaltet werden kann, weil die Qualitätsanforderungen an den ersten Wellenteil unterschiedlich von denen an den zweiten Wellenteil sein können. Die Antriebssektionen sind dazu vorgesehen und geeignet die Übertragung von Drehmoment zwischen den zwei Teilen sicherzustellen.
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Jeder der obigen Aspekte wird als eigenständige Erfindung angesehen. Die Aspekte können untereinander frei kombiniert werden. Weiterhin kann jedes Merkmal, das unabhängig von einem anderen Merkmal offenbart ist, frei mit anderen Merkmalen kombiniert werden.
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Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Offenbarung werden aus der beigefügten Zeichnung ersichtlich. Die Zeichnung dient lediglich zu Informationszwecken und ist nicht von beschränkender Natur. Die Zeichnung zeigt eine Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung schematisch. Demzufolge kann sie nicht als beschränkend für z.B. die Dimensionen der vorliegenden Offenbarung angesehen werden.
- 1 zeigt schematisch eine Schnittansicht einer Ausführungsform der Anmeldung.
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Richtungsbegriffe bzw. Positions- oder Lageangaben in der Beschreibung wie oben, unten, seitlich etc. beziehen sich auf die Zeichnung und sind bei Lageänderung auf die entsprechend neue Position zu übertragen. Die einzelnen Bauteile sind nicht maßstabsgetreu wiedergegeben.
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Unter Bezugnahme auf 1 wird eine schematische Schnittansicht (ohne Schraffur der Übersichtlichkeit wegen) einer Zahnradpumpenwellenanordnung 10 gezeigt, welche eine Längsachse L hat. Die Zahnradpumpenwellenanordnung 10 umfasst eine zweiteilige Zahnradpumpenwelle 20 mit einem ersten Wellenteil 27 und einem zweiten Wellenteil 28. Der erste Wellenteil 27 umfasst einen ersten Stützabschnitt 21 mit einem ersten Anschlag 32. Hier ist der erste Anschlag 32 eine konische Einbuchtung, in welche eine Kugel 31 passt. Dies bietet nicht nur eine axiale Führung, sondern auch eine radiale Führung. Weiterhin umfasst der erste Wellenteil 27 einen Zahnabschnitt 23, der mit z.B. einem leer laufenden (Zahn)rad kämmen kann, wenn die Zahnradpumpenwellenanordnung 10 in einem 3D-Druckkopf (nicht gezeigt) verwendet wird. Die Zahnradpumpenwelle 20 ist dazu vorgesehen und geeignet sich um die Längsachse L als Rotationsachse zu drehen.
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Die Kugel 31 ist zwischengeordnet zwischen dem ersten Anschlag 32 im ersten Stützabschnitt 21 und einem ersten Support 60. Die Kugel 31, der erste Stützabschnitt 21 und der erste Support 60 ergeben ein erstes Axiallager 30. Alternativ kann das erste Axiallager 30 jedes geeignete Axial- bzw. Drucklager sein, z.B. ein Nadellager in optionaler Kombination mit einem Radiallager.
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Der erste Wellenteil 27 und der zweite Wellenteil 28 sind vermittels einer ersten Antriebssektion 70 und einer zweiten Antriebssektion 71 verbunden. Der erste Wellenteil 27 umfasst die erste Antriebssektion 70 und der zweite Wellenteil 28 umfasst die zweite Antriebssektion 71. Beide Antriebssektionen 70, 71 sind dazu vorgesehen und geeignet zusammen zu passen und ein Drehmoment vermittels Formschluss zu übertragen. Nichtsdestotrotz können beide Antriebssektionen 70, 71 auch vermittels aller bekannter Verbindungsarten oder deren Kombinationen verbunden werden (z.B. Formschluss, Kraftschluss, etc.).
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Der zweite Wellenteil 28 umfasst einen zweiten Stützabschnitt 22 mit einem zweiten Anschlag 33. Ein zweites Axiallager 40 (Drucklager) ist in dem zweiten Stützabschnitt 22 angeordnet und steht gegen den zweiten Anschlag 33 an (und ein nicht gezeigtes Gehäuse oder eine Struktur, welches/welche statisch in Bezug auf die Zahnradpumpenwelle ist). Ein Druckelement 50 ist in Berührung bzw. Anlage mit dem zweiten Axiallager 40 und dazu vorgesehen und geeignet Druck auf das zweite Axiallager 40 auszuüben bzw. aufzubringen (wenn es durch eine geeignete nicht gezeigte Struktur gestützt ist).
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Mit dem Druckelement 50 kann das Axialspiel oder die Axialluft in der Zahnradpumpenwellenanordnung 10 eingestellt werden. Dies schließt das Lagerspiel bzw. die Lagerluft des ersten Axiallagers 30 ein. Das Druckelement 50 kann zumindest eine Feder 51 (z.B. eine Scheiben- bzw. Tellerfeder) umfassen. Weiterhin kann das Druckelement 50 so einstellbar sein, dass der auf das zweite Axiallager 40 ausgeübte Druck einstellbar ist. Das zweite Axiallager 40 steht gegen einen zweiten Support an (der Übersichtlichkeit wegen nicht gezeigt in 1, jedoch wäre der zweite Support in 1 zumindest teilweise über dem zweiten Axiallager 40 eingezeichnet). Das Druckelement 50 ist die Zahnradpumpenwelle 20 berührend dargestellt und das zweite Axiallager 40 das Druckelement 50 und den zweiten Support berührend. Jedoch kann die Anordnung des Druckelements 50 und des zweiten Axiallagers 40 umgekehrt sein: das zweite Axiallager 40 berührt die Zahnradpumpenwelle 20 und das Druckelement 50 wiederrum berührt den zweiten Support.
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Der erste Wellenteil 27 ist teilweise in einem Druckabschnitt P eines 3D-Druckkopfs (nicht gezeigt) umfasst, welcher wiederrum die Zahnradpumpenwellenanordnung 10 umfasst. Das Innere des Druckabschnitts P ist gegenüber der Umgebung auf bekannte Art und Weise abgedichtet. Das zweite Axiallager 40 und das Druckelement 50 sind außerhalb des Druckabschnitts P befindlich und folglich weniger Belastungen und damit vermindertem Verschleiß ausgesetzt. Ein Drucksensor 61 ist in dem Druckabschnitt P befindlich. Der Drucksensor 61 ist dazu vorgesehen und geeignet einen Druck in dem Druckabschnitt P zu erfassen. Typischerweise ist dies der Druck eines verflüssigten bzw. druckbaren Baumaterials innerhalb einer Zahnradpumpe, welche die Zahnradpumpenwellenanordnung 10 umfasst. Das Druckelement 50 ist in seiner druckausübenden Wirkung einstellbar und diese Einstellung kann auch zumindest teilweise basierend auf Daten vorgenommen werden, welche durch den Drucksensor 61 bereit gestellt werden.
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BEZUGSZEICHENLISTE
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- 10
- Zahnradpumpenwellenanordnung
- 20
- Zahnradpumpenwelle
- 21
- erster Stützabschnitt
- 22
- zweiter Stützabschnitt
- 23
- Zahnabschnitt
- 27
- erster Wellenteil
- 28
- zweiter Wellenteil
- 30
- erstes Axiallager
- 31
- Kugel
- 32
- erster Anschlag
- 33
- zweiter Anschlag
- 40
- zweites Axiallager
- 50
- Druckelement
- 51
- Feder
- 60
- erster Support
- 61
- Drucksensor
- 70
- erste Antriebssektion
- 71
- zweite Antriebssektion
- L
- Längsachse
- P
- Druckabschnitt
