DE10210420B4

DE10210420B4 - Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung von Laminatbauteilen

Info

Publication number: DE10210420B4
Application number: DE2002110420
Authority: DE
Inventors: Thomas Dipl.-Ing. Himmer; Andreas Prof. Dr.-Ing.habil. Uelze
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2002-03-06
Filing date: 2002-03-06
Publication date: 2004-05-06
Anticipated expiration: 2022-03-07
Also published as: DE10210420A1

Abstract

Vorrichtung zur Herstellung von Laminatbauteilen durch fügendes Verbinden einzelner konurierter plattenförmiger Elemente, bei der plattenförmige Elemente (3') als Schichtstapel (3) innerhalb einer bis auf eine Einführöffnung für einen Druckstempel (1) allseitig geschlossenen Druckkammer (4) angeordnet und Freiräume innerhalb der Druckkammer (4) mit einem den Schichtstapel (3) vollständig überdeckenden fließfähigen, inkompressiblen Medium (2) befüllt sind, auf das durch Bewegung des Druckstempels (1) eine Druckkraft ausübbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung von Laminatbauteilen. Sie ist insbesondere für eine kostengünstige Fertigung von Bauteilen, als Prototyp oder für kleine Losgrößen geeignet. Die erfindungsgemäß hergestellten Laminatbauteile können auch als Werkzeuge oder Matrizen für die weitere Herstellung anderer Produkte, z.B. für solche, die im Spritzgussverfahren hergestellt werden sollen eingesetzt werden. Das Herstellungsverfahren fällt auch unter die Begriffe des „Rapid Prototyping" and „Rapid Tooling".

Für die Herstellung solcher Laminatbauteile ist es bekannt, mittels dreidimensionaler Daten, die durch elektronische Konstruktionsprogramme erhalten worden sind, ein solches Bauteil in zweidimensionale Schei ben zu zerlegen. Mittels dieser Daten können durch herkömmliche Trennverfahren, wie z.B. Laser-, Wasserstrahlschneiden, Fräsen oder Erodieren entsprechend konturierte plattenförmige Elemente vorbereitet werden. Diese plattenförmigen Elemente können dann unterschiedliche Dimensionierungen, Randkonturen sowie ggf. auch in ihrem Inneren weitere Konturen aufweisen. Die einzelnen plattenförmigen Elemente werden dann übereinander gestapelt und miteinander verbunden.

Die Verbindung erfolgt häufig unter Verwendung organischer Haftvermittler, die auch als Folien auf die Oberflächen der plattenförmigen Elemente aufgeklebt sein können.

Eine andere Möglichkeit zur Verbindung, der einzelnen plattenförmigen Elemente miteinander, ist das Schweißen. Hierbei treten insbesondere Probleme bei einer größeren Anzahl von plattenförmigen Elementen, die für jeweils ein Bauteil erforderlich sind, auf. Eine gleichzeitige Verschweißung aller plattenförmigen Elemente ist, wenn überhaupt nur schwer zu realisieren, da durch entsprechend hohe Wärmeeinträge ein Bauteilverzug auftreten kann. Daher wird in der Regel eine sukzessive Verschweißung einzelner plattenförmiger Elemente nacheinander durchgeführt.

Durch solche Schweißverfahren können aber lediglich punktförmige oder linienförmige Verbindungen erreicht werden, wobei häufig mechanische/zerspanende Nachbearbeitungen der Bauteile durchgeführt werden müssen.

Unabhängig davon, ob die Verbindung durch ein Schweißverfahren oder durch Verklebung mit Haftvermittlern erreicht werden soll, müssen die einzelnen plattenförmigen Elemente exakt zueinander positioniert und so fixiert werden. Hierfür werden aufwendig zu handhabende gesonderte Klemmelemente eingesetzt, die an einem aus den plattenförmigen Elementen gebildeten Schichtstapel sicher und exakt befestigt werden müssen.

Wegen der wechselnden Geometrien und Dimensionierungen der Bauteile ist oft nicht möglich oder nur schwer möglich solche Klemmelemente zu befestigen bzw. es muss eine große Anzahl unterschiedlich gestalteter Klemmelemente vorgehalten werden.

Bei Verwendung solcher Klemmelemente zur Fixierung eines vorbereiteten Schichtstapels, ist es häufig nicht möglich während des Verbindens der plattenförmigen Elemente gleichzeitig ein Anpressen vorzunehmen. Zumindest kann keine gleichmäßige Kraftverteilung bei einem solchen Anspressen erreicht werden.

Anstelle der erwähnten Klemmelemente ist auch die Verwendung von stiftförmigen Führungs- oder Fixierelementen bekannt. Diese werden dann durch innerhalb des gesamten aus plattenförmigen Elementen gebildeten Schichtstapels ausgebildete Durchbrechungen geführt, so dass zumindest ein seitliches Verrutschen durch Führungselemente vermieden werden kann. Solche Fixierelemente sind in der Regel als Schraubverbindungen oder mittels Verstiftungen ausgeführt.

In diesen Fällen müssen jedoch zusätzliche miteinander fluchtende Durchbrechungen, z.B. in Form von Bohrungen in allen plattenförmigen Elementen ausgebildet werden, die in der Regel am fertigen Bauteil störend sind und aufwendig wieder verschlossen werden müssen.

Aus DE 42 12 989 A1 ist ein Werkzeug für die Herstellung von komplexen Bauteilen bekannt. Dabei soll eine Faserstruktur innerhalb eines geformten Werkzeuges, das eine starre Form aufweist, mittels einer nicht starren Gegenform, die aus einer Schüttung von Partikeln oder Pulver oder einem wollartigen Material besteht, verdichtet und in die letztendliche Form gebracht werden.

In GB 2 227 713 A ist ein Herstellungsverfahren für miteinander zu verbindende Keramiklaminate beschrieben, bei dem die miteinander zu verbindenden Keramiklaminate in ein ein Gehäuse bildendes Formwerkzeug eingelegt, um das Ganze eine flüssigkeitsdichte Umhüllung ausgebildet und innerhalb der Umhüllung ein Vakuum erzeugt wird. Anschließend erfolgt ein hydrostatischer Pressvorgang, um die Keramiklaminate miteinander zu verbinden.

Ein Verfahren zum Fügen ebenfalls keramischer Laminate ist in US 6,179,951 B1 beschrieben.

Dabei werden die einzelnen plattenförmigen Keramikelemente übereinander angeordnet und es soll ein Bauteil hergestellt werden, das zumindest eine nicht planare Oberfläche aufweist.

Zum Verbinden der keramischen plattenförmigen Elemente wird über einen Pressstempel eine Druckkraft auf einen entsprechenden Stapel ausgeübt, wobei zwischen dem Pressstempel und den übereinander gestapelten plattenförmigen Elementen elastische Polsterelemente eingelegt sind, über die die Druckkräfte auf die plattenförmigen Elemente übertragen werden können, ohne dass Zerstörungen auftreten.

Eine Formgebungsvorrichtung ist aus US 4,797,085 bekannt. Hierbei wird eine Form, die zumindest teilweise aus einer Formgedächtnislegierung gebildet ist, eingesetzt. Innerhalb der Form wird ein Werkstück angeordnet und durch eine Volumenreduzierung des Werkzeuginnenraumes, bei Über- oder Unterschreiten einer Sprungtemperatur der Formgedächtnislegierung Druckkräfte über ein ebenfalls in das Werkzeuginnere eingefülltes Pulver auf das Werkstück übertragen.

Aus JP 2000343242 A ist ein Werkzeug zum Diffusionsschweißen bekannt. Hierbei werden innerhalb einer Kammer miteinander durch Diffusionsschweißen zu verbindende Elemente angeordnet und auf diese eine Druckkraft ausgeübt. Innerhalb der Kammer wird ein Vakuum erzeugt und eine entsprechende Temperaturerhöhung führt dann zum Diffusionsschweißvorgang.

Bei allen bekannten Lösungen ist es nachteilig, dass für die in unterschiedlichsten Konturformen herzustellenden Bauteile keine gleichmäßige Kraftverteilung beim Zusammenpressen der einzelnen plattenförmigen Elemente während des Fügevorgangs über die jeweiligen gesamten miteinander zu verbindenden Oberflächen erreichbar ist.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, Möglichkeiten zur effektiven Herstellung von Laminatbauteilen vorzuschlagen, mit denen eine hohe Maß- und Konturgenauigkeit sowie eine erhöhte Festigkeit erreicht werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer die Merkmale des Anspruchs 1 aufweisenden Vorrichtung und einem Verfahren nach Anspruch 10 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen können mit den in den untergeordneten Ansprüchen bezeichneten Merkmalen erreicht werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird aus einer bis auf eine Einführöffnung allseitig geschlossenen Druckkammer, die bevorzugt einen der Einführöffnung gegenüberliegenden ebenen Boden aufweist, gebildet.

Ein Schichtstapel, der aus in an sich bekannter Form hergestellten plattenförmigen Elementen gebildet worden ist, kann in die Druckkammer eingesetzt werden.

Freiräume im Inneren der Druckkammer, insbesondere solche die zwischen Innenwandung der Druckkammer und dem Schichtstapel verblieben sind, sind mit einem fließfähigen, inkompressiblen Medium befüllt, wobei der gesamte Schichtstapel über die gesamte Fläche der Druckkammer mit diesem Medium überdeckt ist.

Mittels des Druckstempels, der durch die Einführöffnung in die Druckkammer bewegt werden kann, werden Druckkräfte über das fließfähige Medium auf die gesamte Oberfläche des aus den plattenförmigen Elementen gebildeten Schichtstapels ausgeübt. Dadurch können Druckkräfte orthogonal zu den Oberflächen der plattenförmigen Elemente auf diese wirken, die die einzelnen plattenförmigen Elemente sehr gleichmäßig zusammenpressen. In diesem Fall sind die plattenförmigen Elemente bevorzugt parallel zur wirksamen Fläche des Druckstempels ausgerichtet. Eine solche Ausrichtung ist aber insbesondere wegen der Kraftübertragungseigenschaften des fließfähigen, inkompressiblen Mediums nicht zwingend erforderlich, da eine Kraftübertragung auch in andere Richtungen erfolgen kann, was auch für die ohne weitere zusätzliche Hilfsmittel erreichbare sichere Fixierung der einzelnen plattenförmigen Elemente in der gewünschten Position innerhalb der Druckkammer bzw. im Schichtstapel, ausgenutzt wird. So wird eine seitliche Verschiebung von übereinander liegenden plattenförmigen Elementen vermieden.

Für eine verbesserte Fixierung besteht die Möglichkeit auch Hohlräume innerhalb des Schichtstapels mit dem fließfähigen Medium zu befüllen. Solche Hohlräume sind, z.B. durch in den einzelnen plattenförmigen Elementen vorab ausgebildete miteinander kommunizierenden Durchbrechungen gebildet. Diese Durchbrechungen können im fertigen Laminatbauteil Kanäle, beispielsweise in unterschiedlichster Form durch ein solches Bauteil geführte Kühlkanäle, bilden.

Durch die mit der Erfindung erreichbare flächige Verbindung der plattenförmigen Elemente, sind zusätzliche Massnahmen für die Abdichtung solcher Kanäle nicht erforderlich.

Desweiteren können durch diesen Effekt auch ohne weiteres Werkstoffe, wie z.B. Kunststoffe oder Aluminium in erfindungsgemäß hergestellten Werkzeugen unter Druckausübung bearbeitet werden, ohne dass ein solcher Werkstoff zwischen plattenförmige Elemente gelangen kann.

Insbesondere bei komplizierten Oberflächen- oder Randkonturen von Laminatbauteilen kann es vorteilhaft sein, innerhalb des fließfähigen und inkomressiblen Mediums Elemente oder Formkörper vor dem Pressvorgang mit dem Druckstempel lokal gezielt anzuordnen und gegebenenfalls auszurichten. Die Elemente oder -Formkörper können auch an der Innenwand der Druckkammer befestigt werden.

Mit diesen in das fließfähige Medium eingebetteten Elementen oder Formkörpern kann lokal gezielt Einfluss auf die Druckkraftrichtung genommen werden. Dabei kann die Größe und Ausrichtung von Flächen- oder Flächenbereichen dieser Elemente oder Formkörper ausgenutzt werden, um die Druckkräfte in ganz bestimmte Richtungen und demzufolge auf ganz bestimmte Teile/Bereiche des Laminatbauteiles zu verstärken.

Dadurch können auch Laminatbauteile, deren äußere Gestalt Hinterschneidungen aufweisen, hergestellt werden.

Es können unterschiedliche Materialien und Formen für solche erfindungsgemäß einzusetzenden fließfähigen Medien, entsprechend dem jeweiligen Material der plattenförmigen Elemente und der jeweils gewählten Art der Verbindung dieser Elemente, ausgewählt wer den, wobei insbesondere deren mechanische Festigkeit und ggf. auch die Temperaturbeständigkeit beachtet werden sollte.

Ein solches Medium kann in pulver-, kugelform aber auch als Granulat eingesetzt werden. Geeignete Materialien sind beispielsweise Keramiken, Metalle oder Gläser-. Insbesondere bei plattenförmigen Elementen aus höher festen Metallen, wie z.B. Stählen, ist Formsand ein geeignetes Medium. Es sollte eine Körnung eingehalten sein, bei der zumindest nahezu keine Körner zwischen plattenförmige Elemente eines Schichtstapels gelangen können.

Insbesondere bei erforderlichen höheren Druckkräften und Temperaturen können Kugeln aus Metall, bevorzugt Stahlkugeln vorteilhaft eingesetzt werden.

Mit der Erfindung können auch Laminatbauteile unter Verwendung von Haftvermittlern hergestellt werden. Solche Haftvermittler können dann auf zumindest eine der Oberflächen jeweils eines plattenförmigen Elementes aufgebracht sein, die mit einer Oberfläche eines zweiten plattenförmigen Elementes innerhalb des Schichtstapels in Berührung steht. Es können durch Erwärmung aktivierbare organische oder anorganische Haftvermittler eingesetzt werden. Unabhängig davon ob organische oder anorganische Haftvermittler eingesetzt werden, ist eine vollständige Beschichtung der gesamten Oberfläche der jeweiligen plattenförmigen Elemente vor dem eigentlichen Fügeprozess nicht zwingend erforderlich.

Besonders vorteilhaft können Lötverbindungen mittels zwischen plattenförmigen Elementen eingelegten Folien hergestellt werden. Hierfür können an sich bekannte Metallfolien aus einem metallischen Lot eingesetzt werden. Die Folien können aus einem Metall in amorpher Form gebildet sein. Dadurch kann mittels des metallischen Lotes ein besonders inniger Verbund der das Laminatbauteil bildenden plattenförmigen Elemente erreicht werden. Durch die verbesserte Duktilität amorpher Metal können auch relativ spröde Metalle bei den höheren auf die plattenförmigen Elemente wirkenden Kräfte, als Lot eingesetzt werden.

Es können aber auch Kunststofffolien, die mit einem geeigneten Metall beschichtet oder in denen ein solches Metall eingebettet ist, eingesetzt werden. Die organischen Folienkomponenten werden dann vor Erreichen der Schutztemperatur des Metalles in Form von Gasen ausgetrieben.

Bei den wirkenden Druckkräften ist die für die Herstellung von Lötverbindungen erforderliche Temperatur, wie beim Diffusionsschweißen ebenfalls kleiner als die eigentliche Schmelztemperatur des Lotes.

Die hierfür eingesetzten Folien können, müssen aber nicht zwingend die jeweiligen plattenförmigen Elemente vollflächig überdecken.

Als anorganische Haftvermittler können für metallische Laminatbauteile bevorzugt auch Lote, also Metalle mit kleinerer Schmelztemperatur, als die der plattenförmigen Elemente, eingesetzt werden.

In anderer Form kann zwischen den einzelnen plattenförmigen Elementen eines Schichtstapels auch ein sinterbares oder glasbildendes Pulver deponiert werden. So kann die Verbindung benachbarter plattenförmiger Elemente auch durch Sinterung oder gebildetes Glas, ähnlich wie bei Verwendung von thermisch aktivierbaren Haftvermittlern, erfolgen.

Wie aus den letztgenannten Möglichkeiten deutlich wird, ist für viele einsetzbare Fügeprozesse eine zeitgleiche Erwärmung erforderlich. Hierzu kann eine erfindungsgemäße Vorrichtung innerhalb einer Heizeinrichtung (Ofen) angeordnet werden. Es besteht aber auch die Möglichkeit unmittelbar eine Heizeinrichtung vorzusehen. Diese kann bevorzugt unmittelbar an die Druckkammer angebracht aber auch in diese integriert werden.

So kann eine elektrische Widerstandsheizung, durch entsprechende Heizspulen erfolgen. In einigen Fällen kann aber auch eine Induktionsheizung mit entsprechenden Spulen und Frequenzgeneratoren eingesetzt werden, was jedoch nur bei bestimmten geeigneten Bauteilmaterialen und entsprechend geeignetem Druckkammermaterial möglich ist.

Besonders vorteilhaft kann die Erfindung eingesetzt werden, wenn metallische plattenförmige Elemente mittels Diffusionsschweißen zu einem Laminatbauteil miteinander verbunden werden sollen. Hierzu sollten die Oberflächen der plattenförmigen Elemente frei von Fett, Öl oder auch anderen schützenden Überzügen sein.

Dabei wirkt sich insbesondere die bereits angesprochene gleichmäßige Druckkraftverteilung über die Flächen günstig aus, so dass eine entsprechend gleichmäßige Diffusionsschweißverbindung der einzelnen plattenförmigen Elemente miteinander und somit eine entsprechend gleichmäßige Festigkeit und Stabilität des fertigen Laminatbauteils erzielt werden kann. Dadurch kann stoffschlüssiges Fügen von Metallen und Legierungen mit- und untereinander, also für gleiche Materialien aber auch Materialkombinationen erreicht werden.

Insbesondere bei einem solchen Diffusionsschweißen sollte innerhalb der Druckkammer, also in der unmittelbaren Umgebung des Schichtstapels eine Schutzgasatmosphäre, z.B. eine nahezu reine Argonatmosphäre eingestellt werden. Weitere geeignete Schutzgase sind Kohlendioxid, Stickstoff oder Helium. Es können durch Auswahl von Gasen bzw. Gasgemischen mit Wasserstoff oder Kohlenmonoxid auch reduzierende atmosphärische Bedingungen eingehalten werden. Bei Gasgemischen können endogene aber auch exogene Gase eingesetzt werden.

Es kann aber auch in der Druckkammer bei gegenüber dem Umgebungsdruck reduzierten Innendruck gearbeitet werden, wobei der Druck bis in die Nähe vom Vakuum reduziert werden kann.

Hierzu können entweder an Druckkammer oder Druckstempel bzw. auch an beiden entsprechende Gaszuführungen vorhanden sein, über die das inerte Gas in die Druckkammer geführt werden kann. Die Zufuhr kann vor und auch während des eigentlichen Fügeprozesses erfolgen. In jedem Fall sollte jedoch mittels des in die Druckkammer eingeführten Druckstempels die Einführöffnung durch den Druckstempel nahezu vollständig gasdicht verschlossen sein, um ein Entweichen des inerten Gases zu verhindern, zumindest jedoch weitestgehend zu vermeiden.

Es genügt beim Diffusionsschweißen eine Erwärmung, die unterhalb der Temperaturobergrenze, die dem 0,9- fachen der Schmelztemperatur des Materials der plattenförmigen Elemente, entspricht. Diese Aussage trifft sinngemäß auch auf die Herstellung der Verbindungen der einzelnen plattenförmigen Elemente durch Löten für die jeweilige Schmelztemperatur des Lotes zu.

Je nach auf das fließfähige Medium ausgeübten Drükken, im Bereich zwischen 1 bis 70 MPa und den daraus resultierenden auf das Laminatbauteil wirkenden Druckkräften, kann die erforderliche Temperatur auf Werte, die dem 0,5 bis 0,7-fachen der jeweiligen Schmelztemperatur entsprechen, reduziert werden.

Die erforderliche Zeit für die Herstellung der Verbindungen zwischen den plattenförmigen Elementen kann materialabhängig zwischen einigen Minuten bis zu mehreren Stunden liegen.

Die Einführöffnung der Druckkammer und der Druckstempel sollten also möglichst passgenau gefertigt sein und ein kleines Spaltmaß zwischen beiden eingehalten sein. Dieser Aspekt ist auch von Bedeutung, um einen unerwünschten Austritt des fließfähigen Mediums durch solche Spalte zu vermeiden.

Vorteilhaft kann an einer erfindungsgemäßen Vorrichtung auch ein schwingendes Element eingesetzt werden, mit dem zumindest das fließfähige Medium mit mechanischen Schwingungen beaufschlagt werden kann. Dadurch kann vor Beginn des eigentlichen Fügevorgangs zumindest eine Verdichtung des fließfähigen Mediums, mit einer vollständigen Ausfüllung von bis dahin verbliebenen Hohlräumen erreicht werden. Der Schwingungseinfluss, der dann selbstverständlich nicht auf das fließfähige Medium beschränkt ist, kann sich aber auch günstig auf den Fügeprozess auswirken, indem beispielsweise eine Verringerung der erforderlichen Temperatur erreicht werden kann.

Ein solcher Schwinger kann unmittelbar an der Druckkammer, dem Druckstempel oder auch an beiden angeordnet sein. Es sollten bevorzugt Frequenzen oberhalb 10 kHz und besonders bevorzugt Frequenzen im Ultraschallbereich eingesetzt werden.

Es besteht auch die Möglichkeit einen Volumenaufbau auf einem als Halbzeug vorliegenden Bauteil oder bei einem verschlissenen Werkzeug vorzunehmen. Dabei können auf ein solches Bauteil/Werkzeug entsprechend in Kontur .geschnittene plattenförmige Elemente, wieder als Schichtstapel aufgesetzt, dann die plattenförmigen Elemente untereinander und mit dem Bauteil/Werkzeug verbunden werden.

Nachfolgend soll die Erfindung beispielhaft näher erläutert werden.
Dabei zeigt:
1: in einer Schnittdarstellung und in schematischer Form eine Vorrichtung zur Herstellung eines Metalllaminatbauteils.
In 1 ist in schematischer Form ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gezeigt.
Innerhalb einer Druckkammer 4, mit quadratischem oder auch rechteckigem Querschnitt ist ein aus hier dreizehn plattenförmigen Elementen 3' gebildeter Schichtstapel 3, mit einem unteren planar auf dem ebenen Boden der Druckkammer 4 angeordneten unterstem platten förmigen Element 3', eingesetzt.
Dabei sind die obersten sechs plattenförmigen Elemente 3' mit unterschiedlichen Konturen versehen und die hier unteren sieben plattenförmigen Elemente 3' jeweils gleich dimensioniert und in gleicher Kontur ausgebildet.
Im Gegensatz zur Darstellung besteht mit der erfindungsgemäßen Lösung, insbesondere wegen der Eigenschaften des fließfähigen Mediums 2, die Möglichkeit ein sich nach unten verjüngendes Laminatbauteil herzustellen. Dabei können im unteren Teil des Schichtstapels 3 kleiner dimensionierte plattenförmige Elemente 3' angeordnet werden, die dann mit dem fließfähigen Medium „unterfüttert" werden, so dass die Freiräume zwischen Innenwandung der Druckkammer 4 und dem Schichtstapel 3 auch in diesen Bereichen, die Hinterschneidungen ähnlich sind, mit dem fließfähigen Medium 2 ausgefüllt sind.
Die plattenförmigen Elemente 3' sind aus MnCrW4 Stahl und sollen mittels Diffusionsschweißen zu einem Laminatbauteil miteinander verbunden werden. Die Oberflächen der plattenförmigen Elemente 3' wurden vorab gebürstet oder geschliffen, wobei eine Oberflächenrauheit Rt von 5 bis 10 μm erreicht worden ist.
Die Freiräume innerhalb der Druckkammer 4 wurden dann vollständig mit Formsand, als fließfähiges Medium 2, also auch die Zwischenräume zwischen den inneren Wandungen der Druckkammer 4 und dem Schichtstapel 3 ausgefüllt. Wie weiter deutlich wird, ist der gesamte Schichtstapel vom fließfähigen Medium (2) Formsand überdeckt.
Nach einer ggf. durchgeführten Vorverdichtung des Formsandes 2 wird der Druckstempel 1 durch die Einführöffnung in das Innere der Druckkammer 4 bewegt, so dass die Einführöffnung verschlossen gehalten wird. Durch eine nichtdargestellte Gaszuführung strömt Argon als Inertgas in das Innere der Druckgaskammer 4.
Durch entsprechende Weiterbewegung des Druckstempels 1 wirken Druckkräfte auf den Formsand, als fließfähiges Medium 2 und es erfolgt eine gleichmäßige Verteilung des Formsandes innerhalb der Druckkammer 4, was nachfolgend zu einer nahezu gleichmäßigen Druckkraftwirkung auf die gesamte Oberfläche des Schichtstapels 3 führt.
Bei einer Druckkraftbeaufschlagung von Druckkräften in Höhe von ca. 10 N/mm² und einer Temperatur im Bereich von 1000 bis 1050 °C erfolgt die vollflächige Verbindung der plattenförmigen Elemente 3' durch Diffusionsschweißen. Die für ein solches Diffusionsschweißen erforderlichen Temperaturen liegen deutlich unterhalb der jeweiligen Schmelztemperatur des für ein Laminatbauteil eingesetzten Metalles oder einer Legierung. Insbesondere beim Einsatz von Legierungen können intermetallische Phasen in Grenzflächenbereichen gebildet werden, die sich ebenfalls vorteilhaft auf die Eigenschaften des fertigen Laminatbauteils bzw. die Festigkeit der Verbindung der einzelnen plattenförmigen Elemente 3' untereinander, auswirken können.
Nach einer Abkühlung kann der Formsand, als fließfähiges Medium aus der Druckkammer 4 entfernt und einer Wiederverwendung zugeführt werden, da keine Veränderung seiner mechanischen und chemischen Eigenschaf ten, auch nur in Ansätzen erfolgt ist. Es treten auch keine Kontaminationen durch organische Komponenten, wie sie aus der Gießereitechnik bekannt sind und dort ein erhebliches Entsorgungs- bzw. Wiederaufbereitungsproblem darstellen, auf.
Das fertige Laminatbauteil kann dann ebenfalls aus der Druckkammer 4 entnommen werden.

Claims

Vorrichtung zur Herstellung von Laminatbauteilen durch fügendes Verbinden einzelner konurierter plattenförmiger Elemente, bei der plattenförmige Elemente (3') als Schichtstapel (3) innerhalb einer bis auf eine Einführöffnung für einen Druckstempel (1) allseitig geschlossenen Druckkammer (4) angeordnet und Freiräume innerhalb der Druckkammer (4) mit einem den Schichtstapel (3) vollständig überdeckenden fließfähigen, inkompressiblen Medium (2) befüllt sind, auf das durch Bewegung des Druckstempels (1) eine Druckkraft ausübbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckkammer (4) beheizbarist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung innerhalb einer Heizeinrichtung angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in oder an der Wandung der Druckkammer (4) elektrische Spulen als Heizelemente angeordnet sind.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das fließfähige Medium (2) pulver-, kugelförmig oder in Granulatform ausgebildet ist.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das fließfähige Medium (2) Formsand ist.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das fließfähige Medium (2) aus einer Keramik, einem Glas oder einem Metall besteht.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Druckkammer (4) und/oder dem Druckstempel (1) mindestens eine Zuführung für ein Gas oder ein Gasgemisch vorhanden ist.
Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Druckkammer (4) und/oder dem Druckstempel (1) mindestens ein schwingendes Element angebracht ist.
Verfahren zur Herstellung von Laminatbauteilen durch fügendes Verbinden einzelner konturierter plattenförmiger Elemente, bei dem plattenförmige Elemente (3') zu einem Schichtstapel (3) innerhalb einer bis auf eine Einführöffnung für einen Druckstempel (1) allseitig geschlossenen Druckkammer (4) angeordnet werden, anschließend Freiräume innerhalb der Druckkammer (4), den Schichtstapel (3) vollständig überdekkend mit einem fließfähigen, inkompressiblen Medium (2) befüllt und durch Bewegung des Druckstempels (1) in Richtung auf den Schichtstapel über das fließfähige, inkompressible Medium (2) auf die plattenförmigen Elemente (3') ausgeübt und dadurch die einzelnen plattenförmigen Elemente (3') miteinander verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass metallische plattenförmige Elemente (3') bei Erwärmung und mittels einer innerhalb der Druckkammer (4) eingestellten Schutzgas- oder reduzierenden Atmosphäre durch Diffusionsschweißen oder Löten miteinander verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Erwärmung auf Temperaturen, die unterhalb dem 0,9-fachen der Schmelztemperatur des Materials der plattenförmigen Elemente (3') liegen, durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass fließfähiges Medium (2) auch in im Schichtstapel (3) ausgebildete Hohlräume eingefüllt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckstempel (1) passgenau in die Einführöffnung der Druckkammer (4) eingeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckkammer (4) vor Beginn der Druckkraftausübung des Druckstempels (1) auf das fließfähige Medium (2) mit einem Gas oder Gasgemisch befüllt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass metallische plat tenförmige Elemente (3') mit geschliffener oder gebürsteter Oberfläche eingesetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils mindestens eine Oberfläche eines plattenförmigen Elementes (3') zumindest bereichsweise mit einem Haftvermittler oder einem Lot versehen wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen plattenförmige Elemente (3') Folien aus einem metallischen Lot oder Folien mit einem metallischen Lot angeordnet werden.
verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass ein amorphes metallisches Lot verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen die plattenförmigen Elemente (3') ein sinterbares oder glasbildendes Pulver eingebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass Druckkammer (4) und/oder Druckstempel (1), bei Ausübung der Druckkraft auf den Schichtstapel (3), in Schwingung versetzt wird/werden.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass Schwingungen im Ultraschallbereich eingesetzt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die plattenförmigen Elemente (3') innerhalb der Druckkammer (4) parallel zum Druckstempel (1) ausgerichtet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass vor Beginn der Druckkraftausübung des Druckstempels (1) innerhalb des fließfähigen, inkompressiblen Mediums (2) die Druckkraftrichtung gezielt beeinflussende Elemente oder Formkörper angeordnet und/oder an der Innenwand der Druckkammer (4) befestigt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass in der Druckkammer (4) ein Druck, unterhalb des Umgebungsdruckes eingestellt wird.