DE102016202657A1

DE102016202657A1 - Method for casting a component of complex geometry with a segmented casting mold

Info

Publication number: DE102016202657A1
Application number: DE102016202657.7A
Authority: DE
Inventors: Christoph Pille; Franz-Josef Wöstmann; Jan Clausen; Marco Haesche
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2016-02-22
Filing date: 2016-02-22
Publication date: 2017-08-24
Also published as: EP3208013B1; EP3208013A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gießen eines Bauteils komplexer Geometrie, bei dem eine Gießform eingesetzt wird, von der wenigstens ein Formteil als verlorene Form ausgebildet ist. Das wenigstens eine als verlorene Form ausgebildete Formteil wird dabei aus einem Salz oder einer Salzmischung hergestellt. Wenigstens ein äußerer oder innerer Teil der Gießform, durch den die äußere bzw. innere Geometrie des Bauteils festgelegt wird, wird bei dem Verfahren aus mehr als zwei Formsegmenten zusammengesetzt, die vorzugsweise übereinander gestapelt werden. Das Verfahren ermöglicht das Gießen von Bauteilen komplexer Geometrie mit hoher Oberflächenqualität in kostengünstiger Weise.The present invention relates to a method for casting a component of complex geometry, in which a casting mold is used, of which at least one molded part is formed as a lost shape. The at least one formed as a lost mold molding is made from a salt or a salt mixture. At least one outer or inner part of the mold, by which the outer or inner geometry of the component is determined, is composed in the method of more than two mold segments, which are preferably stacked on each other. The method allows the casting of complex geometry components with high surface quality in a cost effective manner.

Description

Technisches AnwendungsgebietTechnical application

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gießen eines Bauteils komplexer Geometrie, insbesondere mittels Druckguss, bei dem eine Gießform eingesetzt wird, von der wenigstens ein Formteil als verlorene Form ausgebildet ist.The present invention relates to a method for casting a component of complex geometry, in particular by die casting, in which a casting mold is used, of which at least one molded part is formed as a lost shape.

Die gießtechnische Herstellung komplexer Geometrien ist vielfach eingeschränkt oder nur mit erheblichem technischem Aufwand umsetzbar, wenn die komplexe Geometrie besondere Anforderungen an das Gießwerkzeug stellt. Vielfach können Bauteile aufgrund ihrer geometrischen Anforderungen nicht auf gießtechnischem Weg hergestellt werden, da ihre Geometrie nicht entformbar ist, durch Hinterschneidungen an der Entformbarkeit gehindert ist oder zur Entformung erforderliche Entformungsschrägen oder sonstige gießtechnische Voraussetzungen an die Gießform nicht umsetzbar sind. So müssen bspw. elektrische Spulen mit hoher Oberflächengüte und möglichst ohne Entformungsschrägen hergestellt werden.The casting technology production of complex geometries is often limited or feasible only with considerable technical effort, if the complex geometry makes special demands on the casting tool. In many cases, components can not be manufactured by casting technology because of their geometric requirements, since their geometry is not demoldable, is prevented by undercuts at the mold removal or demoulding required demoulding or other casting requirements for the mold can not be implemented. For example, electric coils with high surface quality and as far as possible without draft angles have to be produced.

Stand der TechnikState of the art

Ein bekanntes Verfahren zum Gießen elektrischer Spulen ist das Feingussverfahren mit verlorenen Formen. Hierbei wird im ersten Prozessschritt ein positiv geformtes Modell der Spule aus z.B. einem Wachs oder einem Polymer hergestellt, das anschließend mit einer nicht-festen Einbettmasse umgossen wird, die anschließend abbindet und aushärtet. Das Modell wird aus der fest gewordenen Einbettmasse ausgeschmolzen und die Einbettmasse gegebenenfalls noch zusätzlich gebrannt, um eine maximale Festigkeit und Stabilität zu erreichen. Hierbei verbrennen gegebenenfalls zurückgebliebene oder nicht ausgeschmolzene Rückstände vom Modell nahezu vollständig. Anschließend erfolgt die Formfüllung des entstandenen Hohlraums in der Einbettmasse mit Metallschmelze. Nach Erstarrung der Metallschmelze wird die Einbettmasse anschließend zerstört, um das Gussteil freizulegen. Bei dieser Technik stellt allerdings bereits die gießtechnische Herstellung des positiv geformten Modells – in der Regel im Spritzgussverfahren mit Wachs in metallischen Dauerformen – eine technologische Herausforderung dar.One known method of casting electrical coils is the investment casting method with lost molds. Here, in the first process step, a positively shaped model of the coil is made of e.g. made of a wax or a polymer, which is then encapsulated with a non-solid investment, which then sets and cures. The model is melted from the solidified embedding mass and the investment material optionally additionally fired in order to achieve maximum strength and stability. In this case, possibly remaining or not melted residues of the model burn almost completely. Subsequently, the mold filling of the resulting cavity takes place in the investment with molten metal. After solidification of the molten metal, the investment is then destroyed to expose the casting. In this technique, however, the casting-technical production of the positively shaped model - usually by injection molding with wax in metallic permanent molds - represents a technological challenge.

Bei Nutzung einer Dauerform für die Herstellung einer elektrischen Spule ist zur Abbildung der einzelnen Leiter bzw. Windungen der Spule wahlweise die Verwendung einer kammförmig gestalteten Dauerform oder die Verwendung von ziehbaren Schiebern erforderlich. Hierfür ist zur Entformung des Gussteils aus der Gießform im Metallguss jedoch die Berücksichtigung von Entformungsschrägen erforderlich. Wird auf Entformungsschrägen verzichtet und das Gussteil aktiv aus dem Gießwerkzeug ausgeformt bzw. ausgestoßen, bilden sich erfahrungsgemäß Schlieren, Riefen und Kratzer auf dem Gussteil, die sog. Ziehstellen oder Ziehspuren. Diese beeinträchtigen die Oberfläche des Gussteils negativ.When using a permanent mold for the production of an electric coil, the use of a comb-shaped permanent mold or the use of drawable slides is required for imaging the individual conductors or windings of the coil. For this purpose, however, the demolding of the casting from the casting mold in metal casting, the consideration of Entformungsschrägen is required. If no draft angles are used and the casting is actively molded or ejected from the casting mold, experience shows that streaks, grooves and scratches on the casting, the so-called drawing points or drawing marks, form. These adversely affect the surface of the casting.

Die EP 2387135 A2 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Spule in Gusstechnik, bei dem eine die Spulengeometrie enthaltende Negativform als verlorene Form oder auch als Dauerform eingesetzt wird. Als Formstoff für die verlorene Form wird hierbei Sand oder eine Einbettmasse vorgeschlagen. Die Druckschrift führt auch die Nutzung mehrteiliger Segmente an, die vor oder während des Umformprozesses zum Herstellen der Negativform gefügt werden, ohne hierauf jedoch näher einzugehen.The EP 2387135 A2 describes a method for producing an electric coil in casting, in which a coil geometry containing negative mold is used as a lost form or as a permanent mold. As a molding material for the lost form here sand or an embedding mass is proposed. The document also mentions the use of multi-part segments, which are added before or during the forming process for producing the negative mold, but without going into detail here.

Die DE 102012006572 A1 beschreibt ein Verfahren, bei dem zunächst eine verlorene Gießform als Blockform hergestellt und anschließend als Formeinsatz in metallische Dauerformen eingelegt wird, um das Bauteil mittels Druckguss herzustellen. Als Formwerkstoff für die verlorene Form dient eine keramische Einbettmasse.The DE 102012006572 A1 describes a method in which initially a lost mold is produced as a block mold and then inserted as a mold insert in permanent metal molds to produce the component by die casting. The molding material used for the lost mold is a ceramic investment material.

Aus der DE 102012022331 A1 ist der Einsatz eines verlorenen Salzkernes bekannt, um Aluminium-Druckgussteile mit Hinterschneidungen zu realisieren. Derartige Salzkerne werden aus Salzen und Salzmischungen einstückig hergestellt und können nach dem Vergießen des Gussteils wieder herausgelöst werden.From the DE 102012022331 A1 is the use of a lost salt core known to realize die-cast aluminum parts with undercuts. Such salt cores are produced in one piece from salts and salt mixtures and can be dissolved out again after the casting has been cast.

Gerade bei der Herstellung elektrischer Spulen ist die Oberflächenqualität des hergestellten Bauteils sehr wichtig. Eine glatte, fehlerfreie bzw. fehlerarme Oberfläche ist für das anschließende Aufbringen einer homogenen elektrischen Isolationsbeschichtung erforderlich. Insbesondere bei lacktechnischer Applikation einer Isolationsbeschichtung auf der gegossenen elektrischen Spule ist der sog. Kanteneffekt zu vermeiden, der zu einer nicht homogenen Schichtbildung der Beschichtung an den Kanten der Spule führt. In der Regel muss daher nach der Herstellung der Spule noch eine Kantenverrundung erfolgen, die als Nachbearbeitung des Gussteils ausgeführt wird und dadurch zusätzlichen Aufwand verursacht.Especially in the production of electrical coils, the surface quality of the manufactured component is very important. A smooth, error-free or low-defect surface is required for the subsequent application of a homogeneous electrical insulation coating. In particular, in coating technology application of an insulation coating on the cast electrical coil so-called. Edge effect is to be avoided, which leads to a non-homogeneous layer formation of the coating at the edges of the coil. As a rule, therefore, after the production of the bobbin, an edge rounding must be carried out, which is carried out as a post-processing of the casting and thus causes additional expense.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Gießen eines Bauteils komplexer Geometrie anzugeben, bei dem das Bauteil mit hoher Oberflächenqualität erhalten wird. Das Verfahren soll sich insbesondere zur Herstellung elektrischer Spulen eignen und ohne Entformungsschrägen der eingesetzten Gießform auskommen.The object of the present invention is to provide a method for casting a component of complex geometry, in which the component with high surface quality is obtained. The method should be particularly suitable for the production of electrical coils and manage without draft angles of the mold used.

Darstellung der Erfindung Presentation of the invention

Die Aufgabe wird mit dem Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche oder lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie den Ausführungsbeispielen entnehmen.The object is achieved by the method according to claim 1. Advantageous embodiments of the method are the subject of the dependent claims or can be found in the following description and the embodiments.

Bei dem vorgeschlagenen Verfahren wird eine Gießform eingesetzt, von der wenigstens ein Formteil als verlorene Form ausgebildet ist. Das wenigstens eine als verlorene Form ausgebildete Formteil wird dabei aus einem Salz oder einer Salzmischung hergestellt. Weiterhin ist wenigstens ein äußerer Teil der Gießform, durch den eine äußere Geometrie des Bauteils festgelegt wird, oder wenigstens ein innerer Teil der Gießform, durch den eine innere Geometrie des Bauteils festgelegt wird, aus mehr als zwei Formsegmenten zusammengesetzt.In the proposed method, a casting mold is used, of which at least one molding is designed as a lost mold. The at least one formed as a lost mold molding is made from a salt or a salt mixture. Furthermore, at least an outer part of the casting mold, by which an outer geometry of the component is determined, or at least an inner part of the casting mold, by which an internal geometry of the component is determined, composed of more than two mold segments.

Durch diese Nutzung einer aus mehr als zwei Formsegmenten zusammengesetzten Gießform, von der wenigstens ein Formteil als verlorene Form aus einem Salz oder einer Salzmischung hergestellt wird, lassen sich komplexe Bauteile mit Hinterschneidungen und/oder Hohlräumen mit hoher Oberflächenqualität herstellen. So ermöglicht die Herstellung von Formteilen aus Salz auf gießtechnische Weise, insbesondere im Druckgussverfahren, sehr glatte Oberflächen des Formteils. Diese glatten Oberflächen bilden sich auch auf das damit gegossene Bauteil ab, das dann eine entsprechend hohe Oberflächenqualität aufweist. Die ein oder mehreren als verlorene Form ausgebildeten Formteile werden dabei vorzugsweise gießtechnisch hergestellt, besonders bevorzugt mittels Druckguss.By this use of a composite of more than two mold segments mold, of which at least one molded part is produced as a lost form of a salt or salt mixture, complex components with undercuts and / or cavities with high surface quality can be produced. Thus, the production of moldings from salt on casting technology, especially in the die casting process, allows very smooth surfaces of the molding. These smooth surfaces are also formed on the cast component, which then has a correspondingly high surface quality. The one or more formed as a lost form moldings are preferably produced by casting, particularly preferably by die casting.

In einer bevorzugten Ausgestaltung wird die gesamte Gießform vollständig als verlorene Form hergestellt. Die Gießform wird dabei vorzugsweise aus mehr als zwei übereinander gestapelten Formsegmenten zusammengesetzt. Gerade bei der Herstellung von komplexen Bauteilen mit sich periodisch wiederholenden Strukturen können auf diese Weise mehrere der Formsegmente identisch, d.h. als Gleichteile, ausgeführt werden. Dies vereinfacht die Herstellung und ermöglicht auch eine entsprechende Skalierung der herzustellenden Bauteile, bspw. der Anzahl der Spulenwindungen am Beispiel einer elektrischen Spule, ohne hierfür unterschiedliche Gießformen herstellen zu müssen. Die Formsegmente können natürlich auch individuell variieren oder gemischt kombiniert werden.In a preferred embodiment, the entire casting mold is completely manufactured as a lost mold. The mold is preferably composed of more than two stacked mold segments. In particular in the manufacture of complex components with periodically repeating structures, in this way several of the mold segments can be identical, i. as identical parts. This simplifies the production and also allows a corresponding scaling of the components to be produced, for example the number of coil turns using the example of an electrical coil without having to produce different casting molds for this purpose. Of course, the shape segments can also be individually varied or mixed.

In einer bevorzugten Ausgestaltung werden die Formsegmente in Baukastenweise auf-, in- oder aneinandergesteckt und bauen somit schrittweise eine vollständige Gießform auf. Die Formsegmente können dabei beispielsweise über eine Nut-Passfeder-Verbindung oder über eine Passstift-Verbindung miteinander verbunden werden.In a preferred embodiment, the mold segments in modular way, put on, in or on each other and thus gradually build up a complete mold. The mold segments can be connected to each other, for example, via a groove-key combination or via a dowel pin connection.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird die vorangehend beschriebene Segmentbauweise nicht als gesamte Gießform, sondern als Formeinsatz für eine Dauerform verwendet. Der Formeinsatz kann dabei in einer Ausgestaltung die gesamte Geometrie des zu gießenden Bauteils vorgeben. In einer anderen Ausgestaltung wird der äußere Teil der Gießform, der die äußere Geometrie des zu gießenden Bauteils festlegt, als Dauerform ausgebildet und der innere Teil durch den Formeinsatz als verlorene Form in der oben beschriebenen Segmentbauweise.In a further advantageous embodiment, the segment design described above is not used as an entire casting mold, but as a mold insert for a permanent mold. The mold insert can pretend in one embodiment, the entire geometry of the component to be cast. In another embodiment, the outer part of the mold, which defines the outer geometry of the component to be cast, formed as a permanent mold and the inner part through the mold insert as a lost shape in the segmental design described above.

Die Zerlegung der Gießform oder des Formeinsatzes in einzelne Formsegmente ermöglicht eine flexible kostengünstige Herstellung komplexer Bauteile, die durch die Nutzung von Salzen oder Salzmischungen als Formstoff für die daraus gebildete verlorene Form auch eine hohe Oberflächenqualität aufweisen. Jedes Formsegment für sich ist vorzugsweise ohne Hinterschneidungen gestaltet und kann entsprechend mit einfachen Herstellungsverfahren gefertigt werden, vorzugsweise wiederum mit einem Gießverfahren oder auch Sinter- oder Pressverfahren. Die Formsegmente weisen im Bereich der Kavität, die zur Bildung des Bauteils mit Metallschmelze gefüllt wird, keine Entformungsschrägen auf. Somit können komplexe Bauteile mit mehreren planparallelen, flachen Teilflächen oder Windungen – vorzugsweise in der Geometrie elektrischer Spulen – gießtechnisch mit hoher Qualität hergestellt werden.The decomposition of the mold or the mold insert into individual mold segments allows flexible cost-effective production of complex components, which also have a high surface quality due to the use of salts or salt mixtures as a molding material for the lost form formed therefrom. Each mold segment is preferably designed without undercuts and can be manufactured according to simple production methods, preferably in turn with a casting process or sintering or pressing process. The mold segments have in the region of the cavity, which is filled to form the component with molten metal, no Entformungsschrägen. Thus, complex components with multiple plane-parallel, flat faces or turns - preferably in the geometry of electric coils - casting technology can be produced with high quality.

Die Füllung der zusammengesetzten Gießform kann über eine offenliegende Hohlraumstruktur erfolgen, falls diese vorhanden ist. Vorzugsweise weisen die Formsegmente jedoch entsprechende Strukturen auf, so dass sich nach dem Zusammensetzen ein gießtechnisch verwendbarer Anguss ergibt. Auf gleiche Weise kann auch ein Überlauf oder ein Entlüftungssystem realisiert werden. Zur Herstellung elektrischer Spulen wird der Anguss vorzugsweise auf der (kurzen) Seite des Wickelkopfes ausgeführt. Dies dient der Reduzierung der mechanischen Nacharbeit. Die zusammengesetzte Form kann, wie bereits oben ausgeführt, entweder direkt als Gießform verwendet und mit Metallschmelze gefüllt oder als Formeinsatz in eine Dauerform eingesetzt und durch die Dauerform stabilisiert werden.The filling of the composite mold can take place via an exposed cavity structure, if present. Preferably, however, the mold segments have corresponding structures, so that after casting a sprue which can be used by casting technology results. In the same way, an overflow or a ventilation system can be realized. To produce electrical coils, the sprue is preferably carried out on the (short) side of the winding head. This serves to reduce the mechanical reworking. The composite form can, as already stated above, either used directly as a casting mold and filled with molten metal or used as a mold insert in a permanent mold and stabilized by the permanent mold.

Die einzelnen Formsegmente können dabei so ausgeführt werden, dass bei inneren Bauteilkanten eine Kantenverrundung erreicht wird. Eine entsprechende Nachbearbeitung des Bauteils ist dann nicht mehr erforderlich. Bei der Herstellung einer elektrischen Spule als Gussteil können die Formsegmente bspw. so dimensioniert und hergestellt werden, dass sie jeweils eine Windung der Spule festlegen. Weiterhin können der innere und der äußere Teil der Gießform bei Herstellung einer elektrischen Spule so ausgeführt werden, dass sie ineinander greifen. Dadurch werden Grate auf der Innenseite der Spulenwindungen vermieden und auf die Oberfläche dieser Windungen oder in den Bereich der Kantenverrundung verlagert.The individual mold segments can be designed so that an edge rounding is achieved in the case of inner component edges. A corresponding post-processing of the component is then no longer necessary. In the production of an electric coil as a casting, the mold segments can, for example, be dimensioned and manufactured such that they each define one turn of the coil. Furthermore, the inner and the outer part can The mold are made in the manufacture of an electric coil so that they interlock. This avoids burrs on the inside of the coil turns and shifts them to the surface of these turns or into the area of the edge rounding.

Mit dem vorgeschlagenen Verfahren lassen sich Bauteile mit sehr komplexen Geometrien erzeugen. So ermöglicht das Verfahren bspw. für die Herstellung einer elektrischen Spule die Realisierung von Kantenverrundungen an der Innenseite bei Verwendung einer Dauerform in Verbindung mit einem Formeinsatz als verlorenes Formteil, die Realisierung von Kantenverrundungen an der Außenseite des Bauteils in Verbindung mit dem Verzicht auf Entformungsschrägen bei Verwendung einer Dauerform bzw. von Dauerformelementen sowie den Verzicht auf Entformungsschrägen in Kombination mit einer gezielten Verlagerung der Gratbildung. Durch den Einsatz von verlorenen Formteilen als verlorene Kerne oder Formeinsätze werden keine Entformungsschrägen benötigt. Das Verfahren hat Kostenvorteile bei komplexen Systemen, da in vielen Ausgestaltungen keine aufwändige Schiebertechnik erforderlich ist.The proposed method can produce components with very complex geometries. For example, for the production of an electric coil, the method makes it possible to realize edge rounding on the inside when using a permanent mold in conjunction with a mold insert as a lost molded part, the realization of edge rounding on the outside of the component in conjunction with the absence of draft angles in use a permanent form or of permanent mold elements and the absence of draft angles in combination with a targeted shift of burrs. Through the use of lost moldings as lost cores or mold inserts no draft angles are needed. The method has cost advantages in complex systems, since in many embodiments, no complicated slide technology is required.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Das vorgeschlagene Verfahren wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen anhand der Herstellung einer elektrischen Spule nochmals näher erläutert. Hierbei zeigen:The proposed method will be explained in more detail using exemplary embodiments in conjunction with the drawings with reference to the production of an electrical coil. Hereby show:

1 ein Beispiel für den Aufbau einer mit dem Verfahren gießtechnisch herzustellenden elektrischen Spule; 1 an example of the structure of an electric coil to be produced by casting with the method;

2 ein Beispiel für vier verlorene Formsegmente zur Bildung der Gießform oder des Formeinsatzes; 2 an example of four lost mold segments for forming the mold or mold insert;

3 die zusammengesetzten Formsegmente der 2; 3 the composite shape segments of the 2 ;

4 einen Schnitt durch die zusammengesetzten Formsegmente der 3; 4 a section through the composite mold segments of 3 ;

5 ein weiteres Beispiel für ein einzelnes Formsegment; 5 another example of a single mold segment;

6 ein Beispiel für zusammengesetzte Formsegmente der 5; 6 an example of composite shape segments of 5 ;

7 ein Beispiel für eine Dauerform, in die die Formsegmente der vorangegangenen Figuren eingesetzt werden können; 7 an example of a permanent mold, in which the mold segments of the preceding figures can be used;

8 die Dauerform der 7 mit einigen eingesetzten Formsegmenten; 8th the permanent form of 7 with some inserted mold segments;

9 ein Beispiel für die geometrische Ausgestaltung der Formsegmente im Querschnitt; 9 an example of the geometric configuration of the mold segments in cross section;

10 ein weiteres Beispiel für die geometrische Ausgestaltung der Formsegmente im Querschnitt; 10 another example of the geometric configuration of the mold segments in cross section;

11 ein weiteres Beispiel für die geometrische Ausgestaltung der Formsegmente im Querschnitt; 11 another example of the geometric configuration of the mold segments in cross section;

12 ein Beispiel für die Nutzung einer Dauerform zur Festlegung der äußeren Geometrie des Bauteils in Verbindung mit einem verlorenen Kern; 12 an example of using a permanent mold to define the outer geometry of the component in conjunction with a lost core;

13 ein Beispiel für eine Ausgestaltung des verlorenen Kerns als Weiterbildung der Ausgestaltung der 12; 13 an example of an embodiment of the lost core as a further development of the embodiment of the 12 ;

14 ein Beispiel für eine Ausgestaltung der Dauerform als Weiterbildung der Ausgestaltung der 12; 14 an example of an embodiment of the permanent form as a development of the embodiment of 12 ;

15 ein weiteres Beispiel für eine Ausgestaltung der Dauerform als Weiterbildung der Ausgestaltung der 12; 15 a further example of an embodiment of the permanent form as a development of the embodiment of 12 ;

16 ein Beispiel für eine Ausgestaltung der Dauerform und des verlorenen Kerns als Weiterbildung der Ausgestaltung der 12; 16 an example of an embodiment of the permanent form and the lost core as a development of the embodiment of 12 ;

17 ein weiteres Beispiel für eine Ausgestaltung der Dauerform und des verlorenen Kerns als Weiterbildung der Ausgestaltung der 16; 17 a further example of an embodiment of the permanent form and the lost core as a further development of the embodiment of 16 ;

18 ein weiteres Beispiel für eine Ausgestaltung der Dauerform und des verlorenen Kerns als Weiterbildung der Ausgestaltung der 16; 18 a further example of an embodiment of the permanent form and the lost core as a further development of the embodiment of 16 ;

19 ein weiteres Beispiel für eine Ausgestaltung der Dauerform und des verlorenen Kerns als Weiterbildung der Ausgestaltung der 16; 19 a further example of an embodiment of the permanent form and the lost core as a further development of the embodiment of 16 ;

20 ein weiteres Beispiel für eine Ausgestaltung der Dauerform und des verlorenen Kerns als Weiterbildung der Ausgestaltung der 12; 20 a further example of an embodiment of the permanent form and the lost core as a further development of the embodiment of 12 ;

21 ein weiteres Beispiel für eine Ausgestaltung der Dauerform und des verlorenen Kerns als Weiterbildung der Ausgestaltung der 20; 21 a further example of an embodiment of the permanent form and the lost core as a further development of the embodiment of 20 ;

22 ein weiteres Beispiel für eine Ausgestaltung der Dauerform und des verlorenen Kerns als Weiterbildung der Ausgestaltung der 20; 22 a further example of an embodiment of the permanent form and the lost core as a further development of the embodiment of 20 ;

23 ein weiteres Beispiel für eine Ausgestaltung der Dauerform und des verlorenen Kerns als Weiterbildung der Ausgestaltung der 20; und 23 a further example of an embodiment of the permanent form and the lost core as a further development of the embodiment of 20 ; and

24 ein weiteres Beispiel für eine Ausgestaltung der Dauerform und des verlorenen Kerns als Weiterbildung der Ausgestaltung der 12. 24 a further example of an embodiment of the permanent form and the lost core as a further development of the embodiment of 12 ,

Wege zur Ausführung der ErfindungWays to carry out the invention

1 zeigt in der oberen Teilabbildung ein Beispiel für eine elektrische Spule 10, wie sie mit dem vorgeschlagenen Verfahren gegossen werden kann. Die untere Teilabbildung der 1 zeigt dabei lediglich zur Veranschaulichung die Spule 10 nochmals in auseinandergezogener Form, um die einzelnen Windungen 11 besser erkennen zu können. Für die gießtechnische Herstellung einer derartigen Spule mit dem vorgeschlagenen Verfahren wird im vorliegenden Beispiel ein Formeinsatz für eine metallische Dauerform genutzt, der aus übereinander gestapelten verlorenen Formsegmenten gebildet ist. Die einzelnen Formsegmente 1 sind dabei aus einem Salz oder einer Salzmischung hergestellt, vorzugsweise in einem Gießverfahren (insbesondere druckunterstütztes Gießen) oder in einem Press- bzw. Sinterverfahren. Geeignete Techniken sind dem Fachmann aus dem Stand der Technik, bspw. auch aus der bereits angeführten DE 102012022331 A1 , bekannt. Durch die gießtechnische Herstellung dieser Formsegmente 1 aus einem Salz oder einer Salzmischung wird eine hohe Oberflächenqualität der Segmente erreicht, die sich auf die Windungen der herzustellenden elektrischen Spule überträgt. 1 shows an example of an electrical coil in the upper part of the figure 10 how it can be poured with the proposed method. The lower part of the picture 1 shows only the illustration of the coil 10 again in an exploded form, around the individual turns 11 to recognize better. For the casting-technical production of such a coil with the proposed method, a mold insert for a permanent metal mold is used in the present example, which is formed from stacked lost mold segments. The individual shape segments 1 are produced from a salt or a salt mixture, preferably in a casting process (in particular pressure-assisted casting) or in a pressing or sintering process. Suitable techniques are those skilled in the art, for example. From the already mentioned DE 102012022331 A1 , known. By the casting technology production of these mold segments 1 From a salt or a salt mixture, a high surface quality of the segments is achieved, which transfers to the turns of the electrical coil to be produced.

Im Beispiel der 2 sind vier derartige Formsegmente 1 dargestellt, die zur Bildung des Formeinsatzes übereinander gestapelt werden. Sie können dabei bspw. über eine in der Figur nicht dargestellte Nut-Passfeder-Verbindung miteinander verbunden werden, um eine korrekte und lagetreue Montage der Formsegmente zu gewährleisten. 3 zeigt hierzu die übereinander gestapelten Formsegmente 1, 4 einen Schnitt durch diesen Stapel der Formsegmente. 5 zeigt ein Beispiel für ein Formsegment 1, das Löcher 12 für eine Passstift-Verbindung sowie seitliche Öffnungen 14 für das Befüllen und/oder Entlüften aufweist. 6 zeigt wiederum mehrere übereinander gestapelte Formsegmente 1 mit entsprechenden Öffnungen für das Befüllen und/oder Entlüften, wobei in diesem Beispiel Passstifte 13 zu erkennen sind.In the example of 2 are four such mold segments 1 represented, which are stacked on each other to form the mold insert. They can, for example, be connected to one another via a groove-feather key connection, not shown in the figure, in order to ensure correct and accurate assembly of the mold segments. 3 shows for this purpose the stacked mold segments 1 . 4 a section through this stack of mold segments. 5 shows an example of a mold segment 1 that holes 12 for a dowel connection and side openings 14 for filling and / or venting. 6 again shows several stacked form segments 1 with corresponding openings for filling and / or venting, in this example dowel pins 13 can be seen.

Die zusammengesetzten Formsegmente 1 werden anschließend in eine Dauerform 2 eingelegt und mit Metallschmelze gefüllt. Ein Beispiel für eine derartige Dauerform 2 ist in 7 dargestellt. Die Führung der Schmelze in die Kavität der Formsegmente sowie die Entlüftung erfolgt über ein für das Gießverfahren geeignetes Anschnitt- und Entlüftungssystem 3a, 3b. Im Beispiel der 7 ist dieses Anschnitt- und Entlüftungssystem 3a, 3b in der Dauerform realisiert und kann wahlweise auch in den Formsegmenten 1 abgebildet sein (vgl. 5 und 6). 8 zeigt beispielhaft die Dauerform 2 mit den darin eingelegten Formsegmenten 1.The composite shape segments 1 then become a permanent form 2 inserted and filled with molten metal. An example of such a permanent form 2 is in 7 shown. The guide of the melt in the cavity of the mold segments and the venting via a suitable for the casting gate and venting system 3a . 3b , In the example of 7 is this bleed and bleed system 3a . 3b realized in the permanent form and can optionally also in the mold segments 1 be pictured (cf. 5 and 6 ). 8th shows by way of example the permanent form 2 with the inserted therein shape segments 1 ,

Zur gezielten Verlagerung der Gratbildung beim Gießen an die Außenkante des Gussteils kann die Kavität für die einzelne Windung zur Abbildung des Gussteils nur einseitig in das Formsegment 1 eingebracht werden, wie dies im Beispiel der 9 dargestellt ist. Diese Figur zeigt, wie auch die 10 und 11, vier aufeinander gestapelte Formsegmente 1 im Querschnitt, in dem die Kavität 4 für die Bildung der Spulenwindungen 11 deutlich erkennbar ist.For targeted displacement of the burr formation during casting to the outer edge of the casting, the cavity for the single turn for imaging the casting can only one side into the mold segment 1 be introduced, as in the example of 9 is shown. This figure shows, as well as the 10 and 11 , four stacked shape segments 1 in cross section, in which the cavity 4 for the formation of the coil turns 11 is clearly visible.

Soll die Gratbildung auf die Mitte des Gussteils verlagert werden, so wird die Kavität 4 zur Abbildung des Gussteils halbseitig in Ober- und Unterseite des Formsegmentes 1 eingebracht, wie dies in 10 beispielhaft dargestellt ist.If the burr formation is to be shifted to the middle of the casting, the cavity becomes 4 for imaging the casting half-way in the top and bottom of the mold segment 1 introduced, as in 10 is shown by way of example.

Für die Herstellung elektrischer Spulen wird vorzugsweise die Gratbildung gezielt in Höhe der Kantenverrundung des Gussteils verlagert. Hierzu wird die Kavität 4 zur Abbildung des Gussteils mit größerem Anteil in die Oberseite und mit geringerem Anteil in die Unterseite des jeweiligen Formsegmentes 1 eingebracht mit entsprechendem Formversatz. Dies ist in 11 beispielhaft dargestellt.For the production of electrical coils, the burr formation is preferably displaced in a targeted manner in the amount of the edge rounding of the casting. This is the cavity 4 for imaging the casting with a larger proportion in the top and a smaller proportion in the bottom of the respective mold segment 1 introduced with appropriate shape offset. This is in 11 exemplified.

Die in den 2 bis 11 dargestellten Formsegmente 1 können auch ohne äußere Dauerform eingesetzt werden, so dass sie die vollständige Gießform bilden. Eine Nutzung einer äußeren Dauerform ist jedoch aus Gründen der Stabilität vorteilhaft.The in the 2 to 11 illustrated mold segments 1 can also be used without external permanent mold, so that they form the complete casting mold. However, use of an external permanent form is advantageous for reasons of stability.

In den im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen wird die Kavität zur gießtechnischen Herstellung der komplexen Gussteilgeometrie durch die Kombination metallischer Dauerformelemente, die eine äußere Form des Gussteils festlegen, mit verlorenen Formsegmenten gebildet, die die innere Geometrie des Gussteils festlegen.In the embodiments described below, the cavity for the casting production of the complex casting geometry is formed by the combination of permanent metal elements that define an outer shape of the casting with lost mold segments that define the internal geometry of the casting.

In 12 ist hierbei eine Kombination aus einem innen liegenden Kern 5 aus verlorenem Kernmaterial (Salzkern) mit außen liegenden Dauerformelementen 6, 7 dargestellt, die vorzugsweise aus zwei Formhälften der Dauerform oder als ziehbare Schieberelemente ausgeführt sind. Die freiliegende innere Kavität 4 bildet das Gussteil ab. Die in der 12 dargestellten Pfeile deuten den Aufbau der Dauerformelemente 6, 7 als eine Vielzahl von ziehbaren Schieberelementen an.In 12 Here is a combination of an inner core 5 of lost core material (salt core) with external permanent elements 6 . 7 represented, which are preferably made of two mold halves of the permanent mold or as a drawable slide elements. The exposed inner cavity 4 forms the casting. The in the 12 Arrows show the structure of the permanent form elements 6 . 7 as a plurality of pullable slider elements.

In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Dauerformelemente 6, 7 und der innen liegende Kern 5 so ausgebildet, dass eine Kantenverrundung des Gussteils – auf der Innenseite abgebildet im innen liegenden verlorenen Kern 5 und auf der Außenseite abgebildet durch die Dauerformelemente 6, 7 – erhalten wird. Die Gratbildung auf der Innenseite wird dabei in Höhe der Kantenverrundung festgelegt. Dies wird durch die Positionierung der Trennebene zwischen innen liegendem Kern 1 und Dauerformelementen 6, 7 erreicht, wie dies auch in der 13 dargestellt ist. Eine Gratbildung auf der Außenseite wird ebenfalls in Höhe der Kantenverrundung gewählt, erzeugt durch einseitige Kavitätsbildung im Dauerformelement, wie dies in der 14 veranschaulicht ist.In a preferred embodiment, the permanent form elements 6 . 7 and the inner core 5 designed so that an edge rounding of the casting - pictured on the inside in the lost core inside 5 and on the outside imaged by the permanent mold elements 6 . 7 - is received. The burrs on the Inside is determined in the amount of edge rounding. This is done by positioning the parting plane between the inside core 1 and permanent features 6 . 7 achieved, as in the 13 is shown. Burr formation on the outside is also selected in the amount of edge rounding produced by one-sided cavity formation in the permanent mold element, as shown in FIG 14 is illustrated.

15 zeigt ein Beispiel, bei der die Gratbildung auf der Außenseite variabel entlang der Kantenverrundung positioniert wird. Hierzu wird eine zweiseitige Kavitätsbildung in den Dauerformelementen 6, 7 gewählt. 15 shows an example in which the burr formation on the outside is positioned variably along the edge rounding. For this purpose, a two-sided formation of cavities in the permanent mold elements 6 . 7 selected.

Bei der in 16 dargestellten beispielhaften Ausführungsform wird ein Teil der Kavität für die Windungen der elektrischen Spule durch den innen liegenden Kern 5 gebildet. Die Kavität 4 wird dabei anteilig durch den innen liegenden Kern 1 und durch die Dauerformelemente 6, 7 gebildet, wie dies in der 16 dargestellt ist. Auch hier ist die Dauerform wieder mit ziehbaren Schieberelementen ausgeführt. Es können jedoch auch zwei Formhälften mit entsprechender Innenkontur verwendet werden. 17 zeigt die Ausgestaltung der 16 nochmals mit einem Detail. Die Kantenverrundung des Gussteils wird auf der Innenseite durch den innen liegenden verlorenen Kern 1 und auf der Außenseite durch die Dauerformelemente 6, 7 abgebildet. Dadurch entsteht keine Gratbildung auf der Innenseite, sondern auf der Ober- bzw. Unterseite der Leiter- bzw. Windungsfläche. Diese Gratbildung wird durch die Positionierung der Trennebene zwischen innen liegendem Kern 5 und Dauerformelement erzeugt, wie dies in 17 veranschaulicht ist.At the in 16 Illustrated exemplary embodiment, a portion of the cavity for the turns of the electric coil through the inner core 5 educated. The cavity 4 is thereby proportionally by the inner core 1 and by the permanent form elements 6 . 7 formed as in the 16 is shown. Again, the permanent form is again performed with pullable slide elements. However, it is also possible to use two mold halves with a corresponding inner contour. 17 shows the embodiment of 16 again with a detail. The edge rounding of the casting is on the inside by the lost core inside 1 and on the outside by the permanent mold elements 6 . 7 displayed. This creates no burr formation on the inside, but on the top or bottom of the conductor or winding surface. This burr formation is due to the positioning of the parting plane between the inner core 5 and permanent mold element, as shown in FIG 17 is illustrated.

Durch die Ausgestaltung der Dauerformelemente 6, 7 kann die Gratbildung auf der Außenseite in Höhe der Kantenverrundung durch einseitige Kavitätsbildung im Dauerformelement erzeugt werden. Dies ist in 18 veranschaulicht.Due to the design of the permanent mold elements 6 . 7 For example, the burr formation on the outside at the level of the edge rounding can be produced by one-sided cavity formation in the permanent mold element. This is in 18 illustrated.

19 zeigt eine Ausgestaltung, bei der die Gratbildung auf der Außenseite variabel entlang der Kantenverrundung positioniert wird. Dies wird durch zweiseitige Kavitätsbildung in den Dauerformelementen 6, 7 erreicht. 19 shows an embodiment in which the burr formation is positioned on the outside variable along the edge rounding. This is achieved by bilateral cavity formation in the permanent elements 6 . 7 reached.

Die Ausgestaltung der 20 zeigt einen innen liegenden Kern 1 aus verlorenem Kernmaterial mit erhöhten Stegen, die in die Kavitäten der außen liegenden Dauerformelemente 6, 7 eingreifen. Die Dauerformelemente können wiederum aus zwei Formhälften oder – wie im vorliegenden Beispiel – als ziehbare Schieberelemente ausgeführt sein. Die freiliegende innere Kavität 4 bildet wiederum das Gussteil ab. Die Ausgestaltung der 20 mit den erhöhten Stegen am innen liegenden Kern 5 hat den Vorteil, dass die Dauerformelemente 6, 7 in den verlorenen Kern 5 greifen (oder umgekehrt) und sich damit beide gegenseitig stützen.The design of the 20 shows an inner core 1 of lost core material with raised lands extending into the cavities of the external permanent mold elements 6 . 7 intervention. The permanent mold elements can in turn be made of two mold halves or - as in the present example - as a drawable slide elements. The exposed inner cavity 4 again forms the casting. The design of the 20 with the raised ridges on the inside core 5 has the advantage that the permanent form elements 6 . 7 in the lost core 5 grab (or vice versa) and thus mutually support each other.

21 zeigt eine Weiterbildung dieser Ausgestaltung, bei der die Kantenverrundung des Gussteils auf der Innenseite durch die Stege des innen liegenden verlorenen Kerns 1 und auf der Außenseite durch das Dauerformelement 6, 7 abgebildet wird. Eine zweiseitige Gratbildung auf der Innenseite wird durch Einschieben des Steges 8 vom innen liegenden verlorenen Kern 5 in die Kavität der Dauerformelemente 6, 7 erzeugt. Diese Gratbildung kann auf der Außenseite in Höhe der Kantenverrundung auftreten, wenn eine einseitige Kavitätsbildung in den Dauerformelementen 6, 7 gewählt wird. Dies ist in 22 veranschaulicht. Die Gratbildung kann, wie in 23 dargestellt, auch variabel entlang der Kantenverrundung positioniert werden, wenn in den Dauerformelementen 6, 7 eine zweiseitige Kavitätsbildung gewählt wird. 21 shows a further development of this embodiment, in which the edge rounding of the casting on the inside by the webs of the inner lost core 1 and on the outside by the permanent mold element 6 . 7 is shown. A two-sided burr formation on the inside is made by inserting the web 8th from the lost core inside 5 into the cavity of the permanent mold elements 6 . 7 generated. This burr formation can occur on the outside in the amount of edge rounding, if a one-sided cavity formation in the permanent mold elements 6 . 7 is selected. This is in 22 illustrated. The burr formation can, as in 23 also be positioned variably along the edge rounding when in the permanent mold elements 6 . 7 a two-sided cavity formation is selected.

24 zeigt schließlich eine Ausgestaltung, bei dem der verlorene Kern 5 ein integriertes Einlegeteil 9 aufweist, das bei der Herstellung dieses verlorenen Kerns 5 integriert wird. Nachdem der verlorene Kern 5 vergossen wurde, kann das integrierte Einlegeteil 9 herausgezogen werden und zerstört bzw. beschädigt den verlorenen Kern, um diesen einfacher zu entformen. Bei diesem Einlegeteil 9 kann es sich um ein mechanisch stabiles Element aus Stahl, Eisen, Kunststoff usw. handeln oder um einen Draht, ein Seil oder ein Gewebe. Das Einlegeteil 9 wird derart ausgestaltet, dass es beim Herausziehen aus dem verlorenen Kern 5 zur Beschädigung bzw. Zerstörung des Kerns 5 führt. 24 finally shows an embodiment in which the lost core 5 an integrated insert 9 that's in the making of this lost core 5 is integrated. After the lost core 5 The integrated insert can be cast 9 be pulled out and destroyed or damaged the lost core to demold this easier. In this insert 9 it can be a mechanically stable element of steel, iron, plastic, etc. or a wire, a rope or a fabric. The insert 9 is designed so that when it comes out of the lost core 5 for damage or destruction of the core 5 leads.

Das vorgeschlagene Verfahren lässt sich mit unterschiedlichen Gießtechniken für den Metallguss verwenden, bspw. dem Druckguss, dem Semi-Solid-Verfahren/Thixocasting, dem Niederdruckguss, dem Kokillenguss oder dem Metall-Injection-Molding. Für den Guss des Bauteils wird die Gießform mit einer metallischen Schmelze gefüllt, vorzugsweise mit einer Schmelze aus Aluminium, Kupfer, Zink, Magnesium, Stahl, Eisen, Gusseisen und deren Legierungen. Für eine bessere Infiltrier- und Füllbarkeit mit Metallschmelze kann die Gießform vor dem Gießen thermisch aufgeheizt werden. Die als verlorene Form ausgebildeten Formteile können so ausgebildet sein, dass sie aufgrund thermischer und/oder mechanischer Spannungen nach dem Füllen mit der Metallschmelze durch die erstarrende Metallschmelze gesprengt bzw. aufgebrochen werden.The proposed method can be used with different casting techniques for metal casting, for example. Die casting, semi-solid process / thixocasting, low pressure casting, chill casting or metal injection molding. For the casting of the component, the casting mold is filled with a metallic melt, preferably with a melt of aluminum, copper, zinc, magnesium, steel, iron, cast iron and their alloys. For better infiltration and fillability with molten metal, the mold can be thermally heated prior to casting. The formed as a lost form moldings may be formed so that they are blasted or broken due to thermal and / or mechanical stresses after filling with the molten metal by the solidifying molten metal.

Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Formsegmente mold segments
22: Dauerform permanent mold
3a3a: Anschnittsystem gating system
3b3b: Entlüftungssystem venting system
44: Kavität cavity
55: innen liegender verlorener Kern inside lost core
66: Dauerformelement Permanent mold element
77: Dauerformelement Permanent mold element
88th: erhöhter Steg elevated bridge
99: integriertes Einlegeteil integrated insert
1010: elektrische Spule electric coil
1111: Spulenwindung coil turn
1212: Loch hole
1313: Passstift dowel
1414: seitliche Öffnungen lateral openings

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 2387135 A2 [0005]
DE 102012006572 A1 [0006]
DE 102012022331 A1 [0007, 0045]

Claims

Method for casting a component ( 10 ) complex geometry, in particular by means of die casting, in which a casting mold is used, of which at least one molded part ( 1 . 5 ) is formed as a lost form, wherein - the at least one formed as a lost form molding ( 1 . 5 ) is produced from a salt or a salt mixture, and - at least an outer part of the casting mold, by which an outer geometry of the component is determined, or at least an inner part of the casting mold, by which an internal geometry of the component is determined, of more than two shape segments ( 1 ) is composed.

A method according to claim 1, characterized in that the casting mold is completely produced as a lost mold.

A method according to claim 1, characterized in that the mold is formed from a permanent mold with a mold insert received therein, wherein the mold insert is completely manufactured as a lost mold.

A method according to claim 2, characterized in that the casting mold consists of more than two stacked mold segments ( 1 ) is composed.

A method according to claim 3, characterized in that the mold insert from more than two stacked mold segments ( 1 ) is composed.

Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the mold segments ( 1 ) are designed so that they have no Entungsungsschrägen.

A method according to claim 1, characterized in that the outer part of the casting mold as a permanent mold ( 2 ) and the at least one inner part is produced as a lost mold.

A method according to claim 7, characterized in that the inner part is composed of more than two stacked sub-segments.

A method according to claim 7 or 8, characterized in that the inner part is carried out so that an edge rounding is achieved in the case of inner component edges.

Method according to one of claims 1 to 9, characterized in that an electrical coil as a component ( 10 ) is poured.

A method according to claim 4 or 5, characterized in that an electrical coil as a component ( 10 ) and the mold segments ( 1 ) are designed so that they each define a turn of the coil.

Method according to one of claims 7 to 9, characterized in that an electrical coil as a component ( 10 ), wherein the inner and outer parts of the mold are made to intermesh.

Method according to one of claims 1 to 12, characterized in that the at least one molded part formed as a lost shape ( 1 . 5 ) is prepared by casting from the salt or salt mixture, in particular by means of die casting.

Method according to one of claims 1 to 13, characterized in that the mold segments ( 1 ) are chosen and dimensioned so that they have no undercuts.

Method according to one of claims 1 to 14, characterized in that several of the mold segments ( 1 ) are executed identically.

Method according to one of claims 1 to 15, characterized in that the mold segments ( 1 ) are connected to each other via a groove-key connection or a dowel pin connection.

Method according to one of claims 1 to 16, characterized in that the mold segments ( 1 ) are performed so that an edge rounding at edges of the component ( 10 ) is achieved.

Method according to claim 17, characterized in that the molding segments ( 1 ) are carried out in such a way that burrs on the component ( 10 ) lie in the area of the edge rounding.