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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Modells als Positivform für ein Wachsausschmelzverfahren nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Aus dem Stand der Technik ist, wie in der
DE 198 18 928 A1 beschrieben, ein geschweißtes Kreiselpumpenlaufrad bekannt. Das aus metallischen Werkstoffen bestehende Kreiselpumpenlaufrad ist in geschlossener mehrteiliger Bauart ausgebildet. Schaufeln des Kreiselpumpenlaufrades sind als Gussformteile ausgebildet und bestehen aus einem schweißbaren Edelstahl-Gusswerkstoff. Mindestens eine als Blechformteil ausgebildete Deckscheibe ist mit den Schaufeln verschweißt.
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In der
US 6,857,670 B2 wird ein Plastikrohranschluss beschrieben. Dabei wird ein Rohr mit einem Anschlussstück permanent dichtend verbunden. Das Anschlussstück ist aus einem Polymer hergestellt und weist nichtpolymere Partikel auf, die elektromagnetische Energie einer spezifischen Frequenz absorbieren können. Ein Ende des Rohrs wird in das Anschlussstück eingeschoben und eine Vorrichtung zur Bildung eines elektromagnetischen Feldes um das Anschlussstück wird eingeschaltet. Die nichtpolymeren Partikel absorbieren die elektromagnetische Energie und heizen sich dadurch auf. Dadurch beginnt das Anschlussstück an der Berührungsfläche zum Rohr zu schmelzen und das Rohr erweicht. Danach wird die Vorrichtung abgeschaltet, so dass das Anschlussstück und das Rohr wieder abkühlen. Das Anschlussstück ist dann mit dem Rohr dichtend verschmolzen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Modells als Positivform für ein Wachsausschmelzverfahren anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Herstellung eines Modells als Positivform für ein Wachsausschmelzverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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In einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Modells als Positivform für ein Wachsausschmelzverfahren werden zwei Modellteile aus Wachs oder Kunststoff ausgeformt. Zumindest eines der Modellteile wird zumindest bereichsweise mit Partikeln beschichtet, welche elektromagnetische Energie absorbieren können. Danach werden die beiden Modellteile derart aufeinandergesetzt, dass die mit den elektromagnetischen Partikeln beschichteten Bereiche des einen Modellteils das andere Modellteil berühren. Die beiden Modellteile werden dann derart einem elektromagnetischen Feld ausgesetzt, dass die Partikel die elektromagnetische Energie des elektromagnetischen Feldes absorbieren. Dadurch erwärmen sich die Partikel und erwärmen angrenzende Teilbereiche der beiden Modellteile derart, dass die beiden Modellteile miteinander verschmolzen werden.
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Auf diese Weise sind die beiden Modellteile nach dem Abkühlen fest miteinander verbunden. Mittels des Verfahrens sind Modelle von sehr kompliziert strukturierten Werkstücken als Positivform herstellbar und für das Wachsausschmelzverfahren verwendbar. Mittels des Wachsausschmelzverfahrens wird dann eine Negativform des Modells hergestellt, welche mit einem Gusswerkstoff ausgegossen und nach dessen Aushärten vom gebildeten Werkstück entfernt wird, beispielsweise indem die Negativform zerstört wird.
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Da mittels des Verfahrens ein einteiliges Modell für das Wachsausschmelzverfahren hergestellt wird, kann mittels des Modells eine entsprechende Negativform hergestellt werden, um auch das Werkstück einteilig herzustellen. D. h., das Verfahren ermöglicht die einteilige Herstellung sehr kompliziert strukturierter Werkstücke, beispielsweise gedeckelter Verdichterräder, zum Beispiel gedeckelter Luftverdichterräder für Turbolader.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei zeigen:
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1 eine perspektivische Darstellung eines Modells eines Werkstücks als Positivform für ein Wachsausschmelzverfahren,
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2 eine perspektivische Darstellung eines ersten Modellteils,
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3 eine Schnittdarstellung eines zweiten Modellteils,
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4 eine Schnittdarstellung eines Werkzeugs,
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5 eine Schnittdarstellung zweier Modellteile und
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6 eine Schnittdarstellung zweier zusammengefügter Modellteile.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Modells 1 eines Werkstücks als Positivform für ein Wachsausschmelzverfahren. Das hier nicht dargestellte, aber identisch aussehende Werkstück ist in diesem Beispiel ein gedeckeltes Verdichterrad, zum Beispiel ein gedeckeltes Luftverdichterrad für einen Turbolader. Ein derartiges Verdichterrad und daher auch das hier dargestellte Modell 1 weist eine Grundscheibe 2 auf. Auf einer Flächenseite der Grundscheibe 2 sind, wie in 2 deutlicher erkennbar, mehrere Schaufeln 3 radial und/oder halbaxial angeordnet. Die Schaufeln 3 sind mit einer Deckscheibe 4 bedeckt.
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Derartige kompliziert strukturierte Werkstücke sind mit aus dem Stand der Technik bekannten Methoden nur sehr schwierig herzustellen. Insbesondere eine einteilige Herstellung, welche aus Festigkeitsgründen zu bevorzugen ist, ist sehr schwierig, kostenintensiv und mit einem hohen Fertigungsaufwand verbunden. Es ist mit aus dem Stand der Technik bekannten Methoden nicht möglich, das Modell 1 des Werkstücks für das Wachsausschmelzverfahren einteilig auszubilden, so dass es auch nicht möglich ist, das Werkstück selbst als einteiliges Gussprodukt herzustellen.
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Ein im Folgenden beschriebenes Verfahren ermöglicht eine einfache und kostengünstige Herstellung des in 1 dargestellten einteilig ausgebildeten Modells 1 des Werkstücks, welches als Positivform für das Wachsausschmelzverfahren verwendbar ist. Das Wachsausschmelzverfahren ist ein bekanntes Verfahren, wobei für das Modell 1 außer Wachs beispielsweise auch ein geeigneter Kunststoff verwendet werden kann.
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Mittels des Wachsausschmelzverfahrens wird dann eine hier nicht dargestellte Negativform des Modells 1 hergestellt, wobei nach einem Aushärten der Negativform das Wachs oder der Kunststoff durch Erwärmen vollständig aus der Negativform ausgeschmolzen wird. D. h., es ist für das Modell 1 ein entsprechendes Wachs bzw. ein entsprechender Kunststoff zu verwenden, um ein vollständiges Ausschmelzen aus der Negativform zu ermöglichen.
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Die Negativform wird anschließend mit einem Gusswerkstoff ausgegossen und nach dessen Aushärten vom gebildeten Werkstück entfernt, beispielsweise indem die Negativform zerstört wird. D. h., da mittels des Verfahrens das einteilig ausgebildete Modell 1 hergestellt wird, kann mittels des Modells 1 im Wachsausschmelzverfahren eine entsprechende Negativform hergestellt werden, um mittels dieser Negativform auch das Werkstück auf einfache und kostengünstige Weise in einem Gussverfahren einteilig herzustellen.
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Im Verfahren zur Herstellung des Modells 1 werden zunächst zwei in den 2 und 3 näher dargestellte Modellteile 5, 6 aus Wachs oder Kunststoff ausgeformt, wobei in diesem Ausführungsbeispiel das erste Modellteil 5 als Grundteil des Modells 1 und das zweite Modellteil 6 als Deckelteil oder Deckscheibe 4 des Modells 1 ausgeformt wird. Anschließend wird in der hier dargestellten Ausführungsform das erste Modellteil 5 bereichsweise mit Partikeln beschichtet, welche elektromagnetische Energie absorbieren können und sich dadurch erwärmen. Die Partikel selbst sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht näher dargestellt.
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Es werden alle Bereiche 7 des ersten Modellteils 5 mit den Partikeln beschichtet, welche nach einem Aufeinandersetzen der beiden Modellteile 5, 6 das zweite Modellteil 6 berühren, d. h. welche direkt mit dem zweiten Modellteil 6 verbunden werden sollen. Diese Bereiche 7 sind im hier dargestellten Beispiel äußere Schaufelkanten der Schaufeln 3 des ersten Modellteils 5.
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Zum Beschichten der Bereiche 7 des ersten Modellteils 5 mit den Partikeln wird ein in 4 dargestelltes Werkzeug 8 verwendet. Dieses Werkzeug 8 weist einen nicht näher dargestellten Elektromagneten auf und ist als eine Matrize ausgeformt, wobei eine Form einer Werkzeugoberfläche 9 mit einer Form einer Innenoberfläche 10 des zweiten Modellteils 6 korrespondiert. D. h., wenn das Werkzeug 8 auf das erste Modellteil 5 aufgesetzt wird, berührt die Werkzeugoberfläche 9 das erste Modellteil 5, insbesondere die mit den Partikeln zu beschichtenden Bereiche 7 des ersten Modellteils 5 ebenso, wie sich später nach dem Aufsetzen des zweiten Modellteils 6 auf das erste Modellteil 5 die beiden Modellteile 5, 6 berühren.
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Die Partikel, welche zum Beschichten verwendet werden, sind weichmagnetische Partikel, so dass sie mit dem Werkzeug 8 bei eingeschaltetem Elektromagneten aufgenommen werden können. Zum Beschichten der Bereiche 7 des ersten Modellteils 5 mit den Partikeln wird der Elektromagnet des Werkzeugs 8 eingeschaltet und die Werkzeugoberfläche 9 wird in die Partikel eingetaucht oder die Partikel werden auf die Werkzeugoberfläche 9 aufgestreut. Durch die mittels des eingeschalteten Elektromagneten magnetisierte Werkzeugoberfläche 9 haften die weichmagnetischen Partikel an der Werkzeugoberfläche 9.
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Nun werden die zu beschichtenden Bereiche 7 des ersten Modellteils 5 in die auf der Werkzeugoberfläche 9 haftenden weichmagnetischen Partikel gedrückt, durch Aufsetzen und Aufpressen des Werkzeugs 8 mit seiner Werkzeugoberfläche 9 auf das erste Modellteil 5 oder durch Aufsetzen und Aufpressen des ersten Modellteils 5 auf die Werkzeugoberfläche 9 des Werkzeugs 8, so dass die Partikel an den zu beschichtenden Bereichen 7 des ersten Modellteils 5 anhaften. Durch Abschalten des Elektromagneten und Trennen des Werkzeugs 8 vom ersten Modellteil 5 lösen sich die an den zu beschichtenden Bereichen 7 des ersten Modellteils 5 anhaftenden Partikel von der Werkzeugoberfläche 9, so dass die zu beschichtenden Bereiche 7 des ersten Modellteils 5 mit den Partikeln beschichtet sind.
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Anschließend wird, wie in 5 dargestellt, das zweite Modellteil 6 auf das erste Modellteil 5 aufgesetzt, so dass die mit den Partikeln beschichteten Bereiche 7 des ersten Modellteils 5 das zweite Modellteil 6 berühren. Nun werden die beiden in 6 dargestellten aufeinandergesetzten Modellteile 5, 6 einem elektromagnetischen Feld ausgesetzt. Dazu werden die beiden Modellteile 5, 6 in einen Wirkbereich einer hier nicht dargestellten Vorrichtung zur Erzeugung des elektromagnetischen Feldes gebracht. Durch das elektromagnetische Feld oder Induktionsfeld wird elektromagnetische Energie in die Partikel induziert.
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Aufgrund des elektromagnetischen Feldes entsteht durch die in die Partikel induzierte und von diesen absorbierte Energie, d. h. durch Wirbelströme und Ummagnetisierungsverluste in den weichmagnetischen Partikeln Wärme. Die Partikel erwärmen dann angrenzende Teilbereiche der beiden sich berührenden Modellteile 5, 6, d. h., die Modellteile 5, 6 werden nur lokal erwärmt, an den Stellen der beiden Modellteile 5, 6, welche sich berühren und die Partikel aufweisen. Hierdurch wird das Wachs oder der Kunststoff der beiden Modellteile 5, 6 an diesen Stellen aufgeschmolzen und die beiden Modellteile 5, 6 werden dadurch miteinander verschmolzen.
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Nach einem nachfolgenden Abkühlen ist auf diese Weise das in 1 dargestellte einteilig ausgebildete Modell 1 des Werkstücks als Positivform für das nachfolgende Wachsausschmelzverfahren hergestellt, in welchem, wie bereits beschrieben, die Negativform hergestellt und das Modell 1 aus dieser ausgeschmolzen wird. Die Negativform kann dann mit dem Gusswerkstoff ausgegossen werden und nach dessen Aushärten vom ausgebildeten Werkstück entfernt werden, so dass das kompliziert strukturierte Werkstück einteilig hergestellt ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Modell
- 2
- Grundscheibe
- 3
- Schaufel
- 4
- Deckscheibe
- 5
- erstes Modellteil
- 6
- zweites Modellteil
- 7
- Bereich
- 8
- Werkzeug
- 9
- Werkzeugoberfläche
- 10
- Innenoberfläche
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19818928 A1 [0002]
- US 6857670 B2 [0003]
