DE102018205585A1 - Verfahren zur Herstellung eines wendelförmigen Gießmodells - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines wendelförmigen Gießmodells (1), bei dem ein strangförmiger Modellkörper (1'), insbesondere aus EPS, EPMA, Copolymer oder einem Wachs, mit einer zentrischen Längsachse (2), einem sich in Richtung der Längsachse (2) erstreckenden zentrischen Hohlraum (3) und einer den Hohlraum umgebenden Modellkörperwand (4) einerseits und ein Bearbeitungswerkzeug (5, 5') zum Erzeugen einer Ausnehmung (16) andererseits derart angeordnet werden, dass das Bearbeitungswerkzeug (5, 5') sich in Radialrichtung bezüglich der Längsachse (2) wenigstens teilweise durch die Modellkörperwand (4) hindurch erstreckt und dass das Bearbeitungswerkzeug (5, 5') und/oder der Modellkörper (1') um die Längsachse (2) des Modellkörpers oder eine zu dieser parallele Achse relativ zueinander rotierend angetrieben werden, wobei während oder abwechselnd mit der Rotationsbewegung (6) stetig oder wenigstens zeitweise eine Relativbewegung (7) zwischen dem Modellkörper und dem Bearbeitungswerkzeug in Richtung parallel zur Längsachse (2) erzeugt wird. Hierdurch gelingt das Einbringen einer wendelförmigen Ausnehmung in den Modellkörper und die Erzeugung eines wendelförmigen Gießmodells mit optimierter Raumnutzung.

Description

  • Die Erfindung liegt auf dem Gebiet des Maschinenbaus, konkreter auf dem Gebiet der Gießereitechnik, und ist mit besonderem Vorteil im sogenannten Lost-Foam-Verfahren einsetzbar. Sollen gewendelte Körper in einem Gießverfahren hergestellt werden, so eignet sich hierfür das Gießverfahren mit verlorener Form besonders gut.
  • Verlorene Formen können in Form von auflösbaren Modellkörpern hergestellt werden, die beispielsweise beim Metallguss durch die heiße Metallschmelze aufgelöst werden und sich verflüchtigen bzw. aus dem durch die verlorene Form eingenommenen Raum entweichen und durch die Metallschmelze verdrängt werden.
  • Die Herstellung derartiger Modellkörper, die im Wesentlichen die Form für die später im Gießverfahren herzustellenden Körper vorgeben, kann je nach der Komplexität der zu gießenden Körper aufwendig sein. Insbesondere bei der Herstellung von Federn oder Spulen kommen zusätzliche Anforderungen bezüglich der elektrischen Leitfähigkeit und/oder der Homogenität von Materialeigenschaften hinzu.
  • Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, derartige Modellkörper aus einem geeigneten Material, beispielsweise einem Schaumstoff oder einem Wachs, zu fräsen oder mittels eines Heißdrahts zu schneiden. Eine Serienproduktion ist beispielsweise durch das Schäumen mittels Schäumwerkzeugen denkbar. Oft müssen wegen der Komplexität der angestrebten Endprodukte Teilgeometrien separat hergestellt und zu einem Modellkörper zusammengefügt werden. Die Verbindungsstellen solcher Teilmodellkörper sind grundsätzlich problematisch, da sie während des Gießprozesses zu Gussfehlern bzw. Inhomogenitäten der Materialeigenschaften führen können. Je nach der Anzahl der zusammenzufügenden Teilmodellkörper kann dieses Zusammensetzungsverfahren sehr schnell unwirtschaftlich werden.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt vor dem Hintergrund des Standes der Technik die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines wendelförmigen Gießmodells zu schaffen, das mit geringem Aufwand die Herstellung auch komplexer Gießmodelle auch in Serie ermöglicht und dabei derart variabel ist, dass die Form des Gießmodells an geänderte Anforderungen des Gusskörpers leicht anpassbar ist.
  • Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Patentansprüche 2 bis 10 stellen mögliche Implementierungen des Verfahrens vor.
  • Zudem bezieht sich die Erfindung auf eine Bearbeitungsvorrichtung gemäß Patentanspruch 11 und Implementierungen dieser Vorrichtung, die in den Patentansprüchen 12 bis 15 dargestellt sind.
  • Die Erfindung bezieht sich demnach auf ein Verfahren zur Herstellung eines wendelförmigen Gießmodells, bei dem ein strangförmiger Modellkörper, insbesondere aus EPS, EPMA, Copolymer oder einem Wachs, mit einer zentrischen Längsachse, einem sich in Richtung der Längsachse erstreckenden zentrischen Hohlraum und einer den Hohlraum umgebenden Modellkörperwand einerseits und ein Bearbeitungswerkzeug zum Erzeugen einer Ausnehmung andererseits derart angeordnet werden, dass das Bearbeitungswerkzeug sich in Radialrichtung bezüglich der Längsachse wenigstens teilweise durch die Modellkörperwand hindurch erstreckt und dass das Bearbeitungswerkzeug und/oder der Modellkörper um die Längsachse des Modellkörpers oder eine zu dieser parallele Achse relativ zueinander rotierend angetrieben werden, wobei während oder abwechselnd mit der Rotationsbewegung stetig oder wenigstens zeitweise eine Relativbewegung zwischen dem Modellkörper und dem Bearbeitungswerkzeug in Richtung parallel zur Längsachse erzeugt wird.
  • Das Bearbeitungswerkzeug ist derart ausgestaltet, dass es das Material des Modellkörpers verdrängt, entfernt oder erodiert oder auf andere Weise gezielt einen Hohlraum in dem Material erzeugt.
  • Ausgehend von einem Modellkörper, der beispielsweise als Prisma, Zylinder oder Quader ausgestaltet sein kann und der einen Hohlraum in seinem Inneren aufweist, wird somit durch ein Bearbeitungswerkzeug in den Modellkörper eine wendelförmige Ausnehmung eingebracht. Hierzu wird das Bearbeitungswerkzeug innerhalb des Hohlraums im Inneren des Modellkörpers angeordnet und derart geschwenkt, dass es die Modellkörperwand durchsetzt und das Material des Modellkörpers entfernt oder verdrängt. Das Bearbeitungswerkzeug kann hierzu, wie weiter unten noch detailliert dargestellt wird, beispielsweise sägeblattartig, raspelartig oder in Form eines Heizdrahts ausgestaltet sein.
  • Dadurch, dass das Bearbeitungswerkzeug um eine Längsachse des Modellkörpers rotieren bzw. schwenken kann, kann eine im Wesentlichen scheibenförmige Ausnehmung in den Modellkörper eingebracht werden. Gleichzeitig oder alternierend zu dieser Bewegung kann das Bearbeitungswerkzeug entlang der Längsachse des Modellkörpers bewegt werden, so dass die Bewegungsbahn des Bearbeitungswerkzeugs gegenüber der Längsachse des Modellkörpers schräggestellt ist und somit eine wendelartige Ausnehmung in der Modellkörperwand erzeugt wird.
  • Es kann bei einer nicht stetigen Vorschubbewegung des Bearbeitungswerkzeugs auch eine Ausnehmung entstehen, die kreisscheibenförmig in der Modellkörperwand angeordnet ist und stufenartig entlang der Längsachse des Modellkörpers fortgesetzt wird, um dann erneut als umlaufende scheibenförmige Ausnehmung fortgesetzt zu werden. Dies schafft eine stufenartig wendelförmige Ausnehmung in dem Modellkörper.
  • Jedenfalls entsteht hierdurch eine durchgehende Ausnehmung in dem Modellkörper, die so gestaltet ist, dass der stehenbleibende Teil des Modellkörpers für sich die Form einer Wendel aufweist. Wird dieses Gießmodell dann nach dem Verfahren der verlorenen Form mit einer Metallschmelze ausgegossen, um einen Gusskörper zu schaffen, so weist auch der Gusskörper die Form einer Wendel auf und kann beispielsweise als elektrische Spule oder als Schraubenfeder verwendet werden.
  • Ist bei der Anordnung des Hohlraums in dem Modellkörper dieser symmetrisch zur Längsachse des Modellkörpers angeordnet, so kann sich eine umlaufende Modellkörperwand mit gleichförmiger Dicke ergeben. Wenn der Hohlraum nicht symmetrisch in dem Modellkörper angeordnet ist, so ergibt sich eine Modellkörperwand mit variabler Dicker entlang des Umfangs des Modellkörpers. Der Hohlraum kann zudem entlang der Längsachse des Modellkörpers variieren, beispielsweise konisch oder pyramidenförmig zulaufen. Damit ergibt sich entlang der Längsachse des Modellkörpers eine veränderliche Wanddicke der Modellkörperwand. Diese Maßnahmen resultieren bei dem später entstehenden Gusskörper in einer veränderlichen Dicke der Windungen der entstehenden Spule oder der Feder. Auch die Steigung der wendelförmigen Ausnehmung in der Modellkörperwand kann während der Herstellung bzw. während des Einbringens der Ausnehmung in die Modellkörperwand variiert werden, indem die Geschwindigkeit der Vorschubbewegung des Bearbeitungswerkzeugs im Verhältnis zu der Rotationsgeschwindigkeit des Bearbeitungswerkzeugs variiert wird.
  • Eine Ausgestaltung des Verfahrens kann beispielsweise vorsehen, dass die Rotationsgeschwindigkeit der rotierenden Relativbewegung zwischen dem Bearbeitungswerkzeug und dem Modellkörper und/oder die Geschwindigkeit der Relativbewegung zwischen dem Bearbeitungswerkzeug und dem Modellkörper in Richtung der Längsachse während der Herstellung eines Modellkörpers zumindest während eines Zeitabschnitts konstant bleibt. Damit ergibt sich zumindest ein Abschnitt des Modellkörpers entlang seiner Achse, in dem die durch das Bearbeitungswerkzeug in den Modellkörper eingebrachte Ausnehmung die Form einer Wendel mit konstanter Steigung aufweist.
  • Grundsätzlich ist es auch möglich, dass die eingebrachte Ausnehmung entlang ihres Verlaufs abschnittsweise parallel zu der Längsachse des Modellkörpers verläuft, wenn nämlich in einem Zeitabschnitt die Rotationsbewegung des Bearbeitungswerkzeugs stillsteht und das Bearbeitungswerkzeug ausschließlich in Richtung parallel zur Längsachse des Modellkörpers bewegt wird. Andererseits kann die Ausnehmung auch stellenweise oder abschnittsweise in einer Ebene senkrecht zur Längsachse des Modellkörpers verlaufen, wenn nämlich in einem Zeitabschnitt der Bearbeitung das Bearbeitungswerkzeug ausschließlich durch eine Rotationsbewegung um die Achse des Modellkörpers bewegt wird, ohne dass in diesem Zeitabschnitt eine Vorschubbewegung parallel zur Längsachse des Modellkörpers erfolgt.
  • Es kann auch vorgesehen sein, dass die Rotationsgeschwindigkeit der rotierenden Relativbewegung zwischen dem Bearbeitungswerkzeug und dem Modellkörper und/oder die Geschwindigkeit der Relativbewegung zwischen dem Bearbeitungswerkzeug und dem Modellkörper in Richtung der Längsachse während der Herstellung eines Modellkörpers geändert wird. In diesem Fall stellt die wendelartige Ausnehmung im Modellkörper keine Wendel mit konstanter Steigung dar, sondern die Steigung der Wendel ist entlang der Längsachse des Modellkörpers variabel.
  • Es kann auch vorgesehen sein, dass zwei oder mehr Bearbeitungswerkzeuge gleichzeitig, insbesondere gemeinsam, relativ zu dem Modellkörper bewegt werden. In diesem Fall können beispielsweise gleichzeitig mehrere wendelartige Ausnehmungen in den Modellkörper eingebracht werden, die ineinander angeordnet und gegeneinander in Richtung der Längsachse des Modellkörpers verschoben sind. Auf diese Weise werden mehrere miteinander verzahnte wendelförmiger Modellkörper oder ein Modellkörper mit mehreren ineinander verzahnten wendelförmigen Abschnitten erzeugt.
  • Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens kann vorsehen, dass wenigstens ein Bearbeitungswerkzeug einen zwischen zwei Lagerpunkten gehaltenen Strang oder Streifen, insbesondere aus einem Metall, aufweist, der während der Relativbewegung des Modellkörpers und des Bearbeitungswerkzeugs gespannt gehalten wird. Von den Lagerpunkten kann beispielsweise einer innerhalb des Hohlraums des Modellkörpers und der zweite radial außerhalb des Modellkörpers angeordnet sein. Der zwischen diesen gespannt gehaltene Strang oder Streifen, der ein Bestandteil des Bearbeitungswerkzeugs ist, durchsetzt somit die Modellkörperwand und kann beispielsweise raspelartig oder sägeblattartig oder auch nach Art eines Heißdrahts beheizbar ausgestaltet sein.
  • Es ist jedoch auch möglich, dass wenigstens ein Bearbeitungswerkzeug einen strangförmigen oder streifenförmigen, ausschließlich an einem ersten seiner Enden gehaltenen Bearbeitungskörper aufweist. In diesem Fall ist das Bearbeitungswerkzeug ausreichend steif ausgebildet, so dass es an einem seiner Enden, insbesondere innerhalb des Hohlraums, gehalten und durch die Modellkörperwand bewegt werden kann. Das Bearbeitungswerkzeug kann in diesem Fall als steifer Draht oder Metallblatt oder ähnlich ausgebildet sein, wobei der Streifen, Draht oder das Blatt gerade oder auch gebogen ausgebildet sein kann. Insbesondere bei der Ausbildung als Heißdraht kann mittels einer Konturierung des Heißdrahts eine gewünschte Formgebung der einzelnen Wendelgänge des Modellkörpers erreicht werden. Es können auch mehrere solcher Bearbeitungswerkzeuge gleichzeitig verwendet werden, die unterschiedliche Anstellwinkel aufweisen, so dass ein Anschnitt der Kontur der einzelnen Wendelgänge des Modellkörpers erreicht werden kann.
  • Es kann beispielsweise auch vorgesehen sein, dass bei der Formung einer Ausnehmung in dem Modellkörper gezielt eine Markierung, beispielsweise durch eine Einkerbung, eingebracht werden kann, die in einem späteren Verfahrensschritt zur Positionierung eines Werkzeugs oder einer Form verwendet werden kann.
  • Es kann auch vorgesehen sein, dass wenigstens ein Bearbeitungswerkzeug eine rotierend antreibbare kreisrunde Scheibe aufweist. Durch die rotierend antreibbare kreisrunde Scheibe kann in den Modellkörper ein Schnitt eingebracht werden, wobei die kreisrunde Scheibe entweder als Messer oder als Kreissägeblatt ausgebildet sein kann.
  • Außer der Möglichkeit, durch spanende bzw. abtragende Bearbeitung eine Ausnehmung in den Modellkörper einzubringen, kann auch vorgesehen sein, dass wenigstens ein Bearbeitungswerkzeug während des Herstellungsverfahrens beheizt wird. Wird das Bearbeitungswerkzeug bis auf Temperaturen aufgeheizt, die im Bereich des Schmelzpunktes des Materials liegen, aus dem der Modellkörper besteht, so kann das Verfahren des Heißdrahtschneidens eingesetzt werden.
  • Wird eine spanende oder abtragende Bearbeitung mittels eines strangförmigen Bearbeitungswerkzeugs angestrebt, so kann vorgesehen sein, dass dieses während des Herstellungsverfahrens um seine Längsachse rotierend angetrieben wird. Das Bearbeitungswerkzeug kann dazu an seinem äußeren Umfang eine Zahnung oder Körnung oder zumindest eine Rauigkeit aufweisen, die zu einer raspelartigen Abtragung des Modellkörpers führen.
  • Alternativ oder zusätzlich kann ein strangförmiges Bearbeitungswerkzeug während des Herstellungsverfahrens auch vibrieren oder sich oszillierend in Richtung seiner Längsachse bewegen. Damit führt das Bearbeitungswerkzeug eine sägeartige oszillierende Bewegung zur Abtragung von Material des Modellkörpers aus. Der Hub dieser Oszillationsbewegung kann zwischen Bruchteilen von Millimetern und einigen Millimetern variieren.
  • Die Erfindung bezieht sich außer auf ein Verfahren der oben erläuterten Art auch auf eine Bearbeitungsvorrichtung für ein wendelförmiges Gießmodell. Die erfindungsgemäße Aufgabe wird bei einer solchen Bearbeitungsvorrichtung gelöst durch ein Bearbeitungswerkzeug zum Erzeugen einer Ausnehmung in einem Modellkörper sowie eine erste Antriebsvorrichtung zum rotierenden Antrieb eines Modellkörpers und/oder eines Bearbeitungswerkzeugs relativ zueinander um eine Achse, die parallel zur Längsachse des Modellkörpers oder mit dieser identisch ist, und eine zweite Antriebsvorrichtung zum translatorischen Antrieb des Modellkörpers und/oder des Bearbeitungswerkzeugs relativ zueinander in einer zur Längsachse des Modellkörpers parallelen Richtung.
  • Durch eine geeignet gesteuerte Bewegung des Bearbeitungswerkzeugs während seines Betriebs kann in abgestimmter Bewegung durch die erste und die zweite Antriebsvorrichtung der durch das Bearbeitungswerkzeug erzeugten Ausnehmung im Modellkörper die gewünschte Form gegeben werden. Die Antriebsvorrichtungen sind üblicherweise elektromechanischer Natur, also beispielsweise als Rotationsmotor oder als Linearmotor ausgebildet. Insbesondere dann, wenn eine Oszillationsbewegung des Bearbeitungswerkzeugs erzeugt werden soll, kann auch jede Art eines elektromagnetischen oder elektromechanischen Oszillators als Antrieb eingesetzt werden.
  • Grundsätzlich kann vorgesehen sein, dass das Bearbeitungswerkzeug dazu eingerichtet ist, eine oder mehrere Ausnehmungen in dem Modellkörper zu erzeugen, insbesondere den Modellkörper spanend oder erodierend oder durch lokales Aufschmelzen zu bearbeiten.
  • Unabhängig von der Art des Betriebs des Bearbeitungswerkzeugs sieht die Bearbeitungsvorrichtung vorteilhaft eine Steuereinrichtung vor, die die erste Antriebsvorrichtung sowie die zweite Antriebsvorrichtung koordiniert steuert.
  • Wird das Bearbeitungswerkzeug nach Art eines Heißdrahts betrieben, so erfordert dies eine Heizvorrichtung für das Bearbeitungswerkzeug.
  • Wird eine spanende oder raspelartige Bearbeitung des Modellkörpers durch das Bearbeitungswerkzeug angestrebt, so ergibt sich die Notwendigkeit einer Antriebsvorrichtung zum vibrierenden, oszillierenden oder um eine eigene Längsachse rotierenden Antrieb des Bearbeitungswerkzeugs.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Figuren einer Zeichnung gezeigt und nachfolgend erläutert. Dabei zeigt
    • 1 in einer perspektivischen Darstellung ein wendelförmiges Gießmodell,
    • 2 eine Bearbeitungsvorrichtung für einen Modellkörper,
    • 3 die Bearbeitungsvorrichtung aus 2 im Detail,
    • 4 ein Detail aus 3 in einem dort angedeuteten Schnitt,
    • 5 eine Ausführungsform eines Bearbeitungswerkzeugs sowie
    • 6 eine weitere Form einer Bearbeitungsvorrichtung.
  • 1 zeigt ein wendelförmiges Gießmodell 1, das aus einem Hohlzylinder mit einem innenliegenden Hohlraum 3 besteht, wobei in die Zylinderwand/ Modellkörperwand 4 eine wendelartige Ausnehmung 16 eingebracht worden ist. Die zwischen den einzelnen Gängen der wendelartig umlaufenden Ausnehmung 16 stehenbleibenden Teile der Zylinderwand 4 bilden einen wendelförmigen Körper, der als Gießmodell im Verfahren mit verlorener Form durch einen Metallgusskörper ausgegossen werden kann. Damit ist in einem nachfolgenden Gießverfahren ein metallischer Spulenkörper oder eine Schraubenfeder oder Spiralfeder herstellbar.
  • Die Längsachse des Gießmodells 1 und des diesem zugrunde liegenden Modellkörpers 1' ist in den Figuren mit 2 bezeichnet.
  • In 2 ist schematisch ein Abschnitt eines Modellkörpers 1' perspektivisch dargestellt, wobei wie in 1 die Längsachse mit 2, der Hohlraum mit 3 und die Modellkörperwand/Zylinderwand mit 4 bezeichnet ist. Unterhalb des Modellkörpers 1' ist schematisch eine Bearbeitungsvorrichtung mit einem Bearbeitungswerkzeug 5 dargestellt, das in einer Rotationsbewegung, die durch den Pfeil 6 angedeutet ist, um die Längsachse 2 schwenkbar ist. Hierzu ist das Bearbeitungswerkzeug 5 an einem Arm 17 befestigt, der seinerseits an einer rotierend antreibbaren Welle 18 befestigt ist. Die Welle 18 ist mittels des Rotationsantriebs 11 antreibbar.
  • Zusätzlich ist ein in 2 nicht näher dargestellter zweiter Antrieb vorgesehen, der das Bearbeitungswerkzeug 5 in Richtung des Pfeils 7 translatorisch bewegt. Zudem kann ein weiterer Antrieb vorgesehen sein, der eine oszillierende Bewegung des Bearbeitungswerkzeugs 5 in Richtung seiner Längsachse 10 bewirkt, wobei die Bewegung schematisch durch den Doppelpfeil 8 angedeutet ist.
  • Das Bearbeitungswerkzeug 5 kann beispielsweise durch ein flaches Sägeblatt oder einen strangförmigen Raspelkörper sowie ein im Querschnitt rundes Sägeblatt realisiert sein. Es kann jedoch, wie in 5 dargestellt, auch ein Kreissägeblatt 9 aufweisen, das gesondert antreibbar ist.
  • Das Bearbeitungswerkzeug 5 ist so ausgebildet, dass es das Material des Modellkörpers 1' abtragen kann, um die Ausnehmung 16 in den Modellkörper einzubringen. Dazu kann das Bearbeitungswerkzeug 5 grundsätzlich außer einer spanenden Bearbeitung auch eine erodierende Bearbeitung ermöglichen oder den Modellkörper 1' aufschmelzen, wie weiter unten erläutert wird.
  • In 3 ist die Bearbeitungsvorrichtung detaillierter in perspektivischer Ansicht dargestellt. In der Figur ist der zu bearbeitende Modellkörper 1' der Übersichtlichkeit halber weggelassen, jedoch ist seine Längsachse 2 eingezeichnet, die mit der Längsachse der Welle 18 zusammenfällt. Die Welle 18 ist in einem Teleskoprohr 18' gelagert und gemeinsam mit dem Teleskoprohr 18' oder gesondert von diesem durch einen Rotationsantrieb 11 in Richtung des Pfeils 6 im Rahmen einer Rotationsbewegung antreibbar. Zudem ist die Welle 18 innerhalb des Teleskoprohrs 18' in Richtung des Pfeils 7 translatorisch vorschiebbar, wobei ein zweiter Antrieb 12 zum Antrieb der Welle 18 oder eines weiteren Teleskoprohrs, in dem die Welle 18 gleiten kann, in Richtung des Pfeils 7 vorgesehen ist. Die Antriebsbewegungen 6, 7 sind aufeinander abgestimmt und durch eine Steuereinrichtung 13 gesteuert, derart, dass beispielsweise bei gleichzeitiger Rotationsbewegung und Vorschubbewegung durch das Bearbeitungswerkzeug 5 eine regelmäßige Wendelform durchlaufen wird. Das Verhältnis der Geschwindigkeiten der Antriebe 11, 12 kann auch während der Bewegung geändert werden, so dass beispielsweise die Steigung der Wendel sprunghaft oder stetig geändert werden kann. Zudem kann auch eine der Bewegungen zeitweise ausgesetzt werden, so dass andere als regelmäßige Wendelformen erzeugt werden können.
  • Die Funktion des Linearantriebs 12, des zweiten Antriebs, ist in 4 etwas detaillierter dargestellt. Es ist dort gezeigt, dass innerhalb des zweiten Antriebs 12 ein Zahnrad 12' drehbar gelagert und antreibbar ist, das in eine in die Welle 18 oder ein Halterohr, das die Welle 18 gleitend lagert, integrierte Zahnstange eingreift und somit die Welle 18 innerhalb des Teleskoprohrs 18' linear antreibt. Der Antrieb des Zahnrads 12' wird üblicherweise durch einen Elektromotor bewerkstelligt, der elektrisch mittels der Steuereinrichtung 13 steuerbar ist.
  • An der Welle 18 ist ein Arm 17 befestigt, der einen oszillierenden Linearantrieb 15 trägt. Durch den Linearantrieb 15 wird die Fortsetzung 17' des Arms 17 oszillierend in Richtung des Doppelpfeils 18 entlang der Achse 10 des Arms 17 bewegt. Das Bearbeitungswerkzeug 5 in Form einer Raspel, das am Ende des Arms 17 angeordnet ist, führt dadurch eine sägeartige Bewegung zur Abtragung von Material der Modellkörperwand durch.
  • In 6 ist ein abgewandeltes Konzept der Bearbeitungsvorrichtung gezeigt, bei dem wiederum innerhalb eines Teleskoprohrs 18' eine Welle 18 mittels eines Rotationsantriebs 11 rotierend in Richtung des Pfeils 6 antreibbar ist und bei dem die Welle 18 zudem mittels eines in 6 nicht detailliert dargestellten Linearantriebs in Richtung des Pfeils 7 antreibbar ist.
  • Das Bearbeitungswerkzeug 5' ist als Draht ausgebildet, der zwischen einer Heizvorrichtung 14 und einem an dem Arm 17 befestigten Halter 19 gespannt ist. Durch Beheizung des Heizdrahts 5' mittels der Heizvorrichtung 14 wird der Heizdraht auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes des Materials des Modellkörpers 1' gebracht, so dass der Heizdraht zum Heißschneiden verwendet werden kann und auf diese Weise eine Ausnehmung 16 in den Modellkörper 1' einbringt. Die Heizvorrichtung 14 kann beispielsweise als Stromquelle ausgebildet sein, die einen Heizstrom durch den Heizdraht 5' / das Bearbeitungswerkzeug 5' erzeugt, um diesen auf die nötige Temperatur zu bringen.
  • Durch die beschriebenen Ausgestaltungen der Bearbeitungsvorrichtung und des Verfahrens ist es möglich, ein Gießmodell 1 herzustellen, das eine optimale Volumenfüllung erlaubt, indem die Abmessungen der wendelförmigen Ausnehmung 16 gering gehalten werden. Damit ist auch eine entsprechende Volumenausnutzung durch den mit dem Gießmodell 1 erzeugten metallischen Gusskörper ermöglicht.

Claims (15)

  1. Verfahren zur Herstellung eines wendelförmigen Gießmodells (1), bei dem ein strangförmiger Modellkörper (1'), insbesondere aus EPS, EPMA, Copolymer oder einem Wachs, mit einer zentrischen Längsachse (2), einem sich in Richtung der Längsachse (2) erstreckenden zentrischen Hohlraum (3) und einer den Hohlraum umgebenden Modellkörperwand (4) einerseits und ein Bearbeitungswerkzeug (5, 5') zum Erzeugen einer Ausnehmung (16) andererseits derart angeordnet werden, dass das Bearbeitungswerkzeug (5, 5') sich in Radialrichtung bezüglich der Längsachse (2) wenigstens teilweise durch die Modellkörperwand (4) hindurch erstreckt und dass das Bearbeitungswerkzeug (5, 5') und/oder der Modellkörper (1') um die Längsachse (2) des Modellkörpers oder eine zu dieser parallele Achse relativ zueinander rotierend angetrieben werden, wobei während oder abwechselnd mit der Rotationsbewegung (6) stetig oder wenigstens zeitweise eine Relativbewegung (7) zwischen dem Modellkörper und dem Bearbeitungswerkzeug in Richtung parallel zur Längsachse (2) erzeugt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsgeschwindigkeit der rotierenden Relativbewegung (6) zwischen dem Bearbeitungswerkzeug (5, 5') und dem Modellkörper (1') und/oder die Geschwindigkeit der Relativbewegung (7) zwischen dem Bearbeitungswerkzeug und dem Modellkörper in Richtung der Längsachse (2) während der Herstellung eines Modellkörpers zumindest während eines Zeitabschnitts konstant bleibt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsgeschwindigkeit der rotierenden Relativbewegung (6) zwischen dem Bearbeitungswerkzeug (5, 5') und dem Modellkörper (1') und/oder die Geschwindigkeit der Relativbewegung (7) zwischen dem Bearbeitungswerkzeug und dem Modellkörper in Richtung der Längsachse (2) während der Herstellung eines Modellkörpers geändert wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehr Bearbeitungswerkzeuge (5, 5') gleichzeitig, insbesondere gemeinsam, relativ zu dem Modellkörper (1') bewegt werden.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Bearbeitungswerkzeug (5, 5') einen zwischen zwei Lagerpunkten gehaltenen Strang oder Streifen, insbesondere aus einem Metall, aufweist, der während der Relativbewegung des Modellkörpers (1') und des Bearbeitungswerkzeugs (5, 5') gespannt gehalten wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Bearbeitungswerkzeug (5, 5') einen strangförmigen oder streifenförmigen, ausschließlich an einem ersten seiner Enden gehaltenen Bearbeitungskörper aufweist.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Bearbeitungswerkzeug (5, 5') eine rotierend antreibbare kreisrunde Scheibe (9) aufweist.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Bearbeitungswerkzeug (5, 5') während des Herstellungsverfahrens beheizt wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Bearbeitungswerkzeug (5, 5') strangförmig ausgebildet ist und während des Herstellungsverfahrens um seine Längsachse (10) rotierend angetrieben wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Bearbeitungswerkzeug (5, 5') strangförmig ausgebildet ist und während des Herstellungsverfahrens vibriert oder sich oszillierend in Richtung seiner Längsachse (10) bewegt.
  11. Bearbeitungsvorrichtung für ein wendelförmiges Gießmodell (1), gekennzeichnet durch ein Bearbeitungswerkzeug (5, 5') zum Erzeugen einer Ausnehmung (16) in einem Modellkörper (1') sowie eine erste Antriebsvorrichtung (11) zum rotierenden Antrieb eines Modellkörpers (1') und/oder eines Bearbeitungswerkzeugs (5, 5') relativ zueinander um eine Achse, die parallel zur Längsachse (2) des Modellkörpers oder mit dieser identisch ist, und eine zweite Antriebsvorrichtung (12) zum translatorischen Antrieb des Modellkörpers (1') und/oder des Bearbeitungswerkzeugs relativ zueinander in einer zur Längsachse (2) des Modellkörpers parallelen Richtung (7).
  12. Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Bearbeitungswerkzeug (5, 5') dazu eingerichtet ist, eine oder mehrere Ausnehmungen (16) in dem Modellkörper (1') zu erzeugen, insbesondere den Modellkörper spanend oder erodierend oder durch lokales Aufschmelzen zu bearbeiten.
  13. Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung (13), die die erste Antriebsvorrichtung (11) sowie die zweite Antriebsvorrichtung (12) koordiniert steuert.
  14. Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, gekennzeichnet durch eine Heizvorrichtung (14) für das Bearbeitungswerkzeug (5, 5').
  15. Bearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 12, 13 oder 14, gekennzeichnet durch eine dritte Antriebsvorrichtung (15) zum vibrierenden, oszillierenden oder um eine eigene Längsachse (10) rotierenden Antrieb des Bearbeitungswerkzeugs (5, 5').
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