DE1803599A1 - Verfahren zur Herstellung einer Metallform - Google Patents

Description

• "Verfahren zur Herstellungs einer Metallform" Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Metallform mit einer Wandung, in deren Außenseite mehrere Kanäle enden, von denen einige mit einem Hohlraum innerhalb der Hetallform in Verbindung stehen, während die anderen Kanäle oberhalb dieses Hohlraumes enden.
• Derartige Metallformen finden beispielsweise als Sinspritzdüse für Raketenmotoren Verwendung. Dabei weist die Metallform in der ziegel zwei Verteilerräume auf, die mit jeweils einer kruppe von Kanälen mit der Außenseite einer wandung der Metallform in Verbindung stehen. Diese Konstruktion ermöglicht ein getrenntes Einführen verschiedener otrömungsmedien (beispielsweise von flüssigem l'reibs-toff und einem Oxydierstoff) in eine Kammer, wo sie gemischt und geziindet werden.
• Um die Flüssigkeiten in einer derartigen Einspritzdüse richtig verteilen und dosieren zu können, müssen die Kanäle in einer ganz bestimmten Weise angeordnet sein und dürfen nur sehr geringe rl'oleranzen aufweisen. Bisweilen ist es außerdem zweckmäßig, wenn alle oder einige der Kanäle eine bestimmte Neigung zueinander bzw. zur ;enkrechten der Oberfläche der Reaktionskammerwand aufweisen.
• Bisher wurden derartige Kanäle gebohrt. Dieses Herstellungverfahren erwies sich als außerordentlich langwierig und kostspielig, da die Bohrer in der schwer schmelzbaren Schicht leicht abbrachen.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der Nachteile des bekannten Herstellungsverfahrens ein rationelles Verfahren zur Herstellung von Einspritzdüsen oder ähnlichen Bauteilen zu entwickeln. Dabei sollen mit Hilfe des neuen Verfahrens insbesondere die richtigen Abmessungen, die richtige Lage innerhalb des Bauteil es und der einzelnen Kanäle zueinander sichergestellt werden.
• In der älteren US-Patentschrift Nr. 3 022 230 des Erfinders wurde bereits ein Verfahren zur galvanischen Verbindung metallischer Körper mit Innenkanälen beschrieben und beansprucht. Die vorliegende Erfindung geht von diesem Stand der Technik aus und stellt eine Jeiterentwicklung dieses patentierten Verfahrens dar.
• Gemäß der erfindung wird die oben genannte Aufgabe durch folgende Verfahrensschritte gelöst: a) Verwendung einer Mutterplatte, aus der zwei Gruppen von Formstiften ragen; b) galvanisches Aufbringen einer ersten Metallschicht auf die Mutterplatte und um die Pormstifte herum, die auf beiden Seiten aus der Hetallschicht herausragen; c) Abtrennen der überstehenden Enden der einen Formstift-Gruppe in Höhe der freien Iletallschicht-Oberfläche; d) Aufbringen einer zerstörbaren Deckschicht auf die freie Metallschichtoberfläche in einer Schichtstärke, die kleiner ist als die freie Länge der über die freie Metallschichtoberfläche ragenden Enden der zweiten Formstift-Gruppe, wobei die Deckschicht mit Ausnehmungen versehen wird, die konzentrisch die Formstifte der zweiten Gruppe umgreifen und einen größeren J':irchmesser als diese Formstifte aufweisen; e) Aufbringen einer zweiten lletallschicht auf die Deckschicht und in deren Ausnehmun6ren, wobei sich die dadurch.billenden röhrenartigen Angüsse fest mit der ersten Metallschicht verbinden; f) ntfernung der Mutterplatte und aller Formstifte; g ) Zerstörung der De@kschicht.
• Die Mutterplatte Iült sich bei dieser Verfahren inner wieder verwenden. Die,beiden Formstift-ruppen bestimmen jeweils die größe und die Lage zweier verschiedener Kanalgruppen in dem herzustellenden Bauteil. Die erste Metallschicht kann beispielsweise aus Nickel bestehen.
• In einem zweckmäßigen Verfahren wird die leicht schmelzbare Deckschicht durch Herausschmelzen zerstört.
• Die I,utterplatte wird vorzugsweise schon vor dem Herausziehen der Formstifte entfernt.
• Um das Abtrennen der ersten Formstift-Gruppe zu erleichtern, kann die zweite Formstift-Gruppe vorher yorübergehend entfernt und nach dem Abtrennen wieder eingeführt werden.
• Eine vorteilhafte Weiterentwicklung des neuen Verfahrens ist gekennzeichnet durch ein die beiden Metallschichten miteinander verbindendes, vor Zerstörung der Deckschicht vorzugsweise galvanisch aufzubringendes Gehäuse, das zumindest einen zum Durchtritt für ein strömendes Medium in den Hohlraum dienenden Einlaßstutzen aufweist. Letzterer dient dann beim SchmeLzen der Deckschicht zum Abführen des dabei anfallenden Materials.
• Um den Einlaßstutzen vor der galvanischen Aufbringung des Gehäuses vorübergehend halten zu können, wird die Deckschicht zweckmäßig mit einer Nase versehen.
• Zur Bildung eines Bauteiles mit zwei voneinander getrennten Hohlräumen wird die zweite Formstift-Gruppe in Höhe der freien Oberfläche der zweiten Metallschicht abgetrennt, auf diese anschließend eine zweite zerstörbare Deckschicht aufgebracht und diese nach AuSbringung des Gehäuses zerstört, wobei letzteres einen zweiten Einlaßstutzen aufweist, der mit dem durch die Zerstörung der zweiten Deckschicht entstehenden zweiten Hohlraum in Verbindung steht. Dabei wird auch die leicht schmelzbare zweite Deckschicht durch Heraus schmelzen in einfacher weise zerstört.
• Ein besonders widerstandsfähiges Bauteil wird dann erzielt, wenn noch vor Herstellung der ersten Metallschicht auf die Muttem platte eine schwer schmelzbare Schicht aufgebracht wird, dieauch nach Entfernung der Mutterplatte fest mit der ersten Metallschicht verbunden bleibt.
• Ausgehend von demselben stand der 'technik und unter Ausnutzung desselben Lösungsprinzips kann die gleiche, oben definierte Aufgabe auch durch folgende Verfahrensschritte gelöst werden: a) Verwendung einer Mutterplatte, aus der zwei Hülsen-Gruppen ragen; b) galvanisches Aufbringen einer ersten Metallschicht auf die Mutterplatte und um die Hülsen herum, die auf beiden eiten aus der Metallschicht herausragen; c) Abtrennen der überstehenden Enden der einen Hülsenkruppe in Höhe der freien Metallschicht-Oberfläche; d) Aufbringen einer zerstörbaren Deckschicht auf die freie Metallschicht-Oberfläche in einer Schichtstärke, die kleiner ist als die freie Länge der über die freie Netallschicht-Oberfläche ragenden Enden der zweiten Hülsen-Gruppe; e) Aufbringen einer zweiten Metallschicht auf die Deckschicht und um die herausragenden Enden der zweiten Hülsen-Gruppe herum; f) Abtrennen der überstehenden Enden der zweiten Hülsen gruppe in Höhe der freien Oberfläche der zweiten Metallschicht; ß,.) tintfernung der Nutterplatte und Abtrennen der überstehenden Enden der Hülsen; h) Zerstörung der Deckschicht.
• Bei dem zweiten Herstellungsverfahren bestehen die Hülsen vorzugsweise aus rostfreiem Stahl, wobei die Kanäle durch den lichten Innendurchmesser der Hülsen gebildet werden. Bei dieser 11methode werden die Hülsen also nicht herausgezogen, so daß sich die galvanische Aufbringung von Angüssen zwischen den beiden Metallschichten erübrigt.
• Die Deckschichten können aus niedrig schmelzenden Legierungen oder organischem Material wie beispielsweise Wachs oder thermoplastischem Kunststoff bestehen. In letzterem Fall müssen sie auf beiden Fall mit einer geeigneten leitenden Schicht (beispielsweise durch Sprühen) versehen werden, um die galvanische Verbindung mit der Metallschicht sicherzustellen. In der Zeichnung ist die Erfindung anhand zweier schematisch dargestellter Beispiele erläutert: Es zeigen: Fig. 1 - 5 im Querschnitt verschiedene Herstellungsstadien einer Hetallform entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren und Fig. 6 -10 ebenfalls im Querschnitt verschiedene Herstellungsstadien einer anderen Ausführungsform der Erfindung.
• Bei dem Verfahren gemäß den Figuren 1 - 5 gelangen zwei Formstift-Gruppen 11, 12 zur Verwendung, wobei zur Verbesserung der Übersichtlichkeit pro Gruppe nur jeweils zwei Formstifte dargestellt wurden. Diese Formstifte 11-, 12 stecken zunächst in Bohrungen der Mutterplatte 13 (siehe Fig. 1), die aus Metall, beispielsweise aus Aluminium oder Stahl, besteht. Auf die Mutterplatte 13 und um die Formstifte 11, 12 herum wird nun eine schwer schmelzbare Schicht 14 aus keramischem oder metallo-keramischem Material aufgebracht. Diese wird dann mit einem leitenden Anstrich 15 versehen, bevor eine erste, bei spielsweise aus Nickel bestehende Metallschicht 16 aufgalvanisiert wird, die sich nicht fest mit den nicht-leitenden Formstiften 11, 12 verbindet.
• In dem nächsten, in Fig. 2 dargestellten Verfahrensschritt wird die Mutterplatte 13 von der schwer schmelzbaren schicht 14 gelöst, die beide kaum aneinander haften. Die Mutterplatte 13 kann daraufhin mit neuen Formstiften versehen und zur Herstellung einer weiteren Metallform verwendet werden.
• Nach Lösung der 11utterplatte 13 ragen die Formstifte 11, 12 auf beiden Seiten der Schichten 14,1t heraus. Die überstehenden Enden der Formstifte 11 werden nunmehr in Höhe der freien Ob erfläche der ersten iietallschicht 16 abgetrennt. Dieser Arbeitsschritt wird, insbesondere bei Verwendung zahlreicher Formstifte 11 durch vorübergehendes Herausziehen der Formstifte 12 erleichtert, wie in Fig. 2 durch striciirn)unktierte Linien dargestellt.
• Nachdem die Formstifte 12 wieder eingeführt worden sind, wird eine schmelzbare Deckschicht 17 (siehe Fig. 3) auf die erste Metallschicht 16 aufgebracht. Die Deckschicht 17 weist Ausnehmungen 18 auf, deren Durcnmesser größer ist als jener der Formstifte 12 und die letztere eonzentrisch ungreifen- Die Deckschicht 17 ist vorzugsweise nicht leitend und wird auf ihrer freien weite mit einem leitenden Anstrich 21 versehen, um die galvanische Verbindung mit einer zweiten Metallschicht 19, die aus dem gleichen Material wie die erste Metallschicht 16 besteht, zu erleichtern. Bei Aufbringen der zweiten Metallschicht 19 entstehen durch Ausfüllen der Ausnehmungen 18 röhrenartige Angüsse 20, die sich fest mit der ersten Metallschicht 16 verbinden. Selbstverständlich werden bei Kathodenverbindung der ersten Metallschicht 16 in einem galvanischen Bad diese röhrenartigen Angüsse 20 zuerst gebildet, während die zweite Metallschicht 19 erst dann entstehen kann, wenn das die Angüsse 20 bildende Metall den leitenden Anstrich 21 erreicht hat.
• Jede Metallschicht 16, 19 kann sofort nach ihrer Aufbringung gemäß den üblichen Spezifikationen nachbearbeitet oder abgeschliffen werden. Hierbei werden alle Formstifte 11, 12 an ihren unteren Enden in Höhe der freien Oberfläche der schwer schmelzbaren Schicht 14 abgetrennt. Das gleiche geschieht mit den freien Enden der langen Formstifte 12 in Höhe der freien Oberfläche der aus einem hochschmelzbaren Metall bestehenden zweiten Metallschicht 19. Auf diese wird anschließend eine zweite Deckschicht 22 aufgebracht, die aus einer niedrig schmelzenden Legierung, wie z. B. einem eutektischen Gemenge aus Wismut, Blei, Zinn und Kadmium mit einem Schmelzpunkt von 70° C bestehen kann. diene derartige Legierung ist beispielsweise unter dem Handelsnamen "Cerrobend" erhältlich.
• Bis auf die freie Oberfläche der schwer schmelzbaren Schicht 14 wird nunmehr das gesamte Bauteil mit einem Gehäuse 23 umgeben, das aus demselben Metall, beispielsweise Nickel, wie die beiden Metallschichten 16,19 bestehen kann.
• Das Gehäuse 23 weist zwei Einlaßstutzen 24, 25 auf, die an der Deckschicht 17 bzw. an der zweiten Deckschicht 22 enden.
• Diese aus Metall bestehenden Stutzen werden zunächst durch Nasen 17a bzw. 22a an den Schichten 17, 22 gehalten. Durch die Ausbildung des Gehäuses 23 werden die Einlaßstutzen 24,25 schließlich in ihrer Lage fixiert. Die Deckschichten 17 und 22 werden nunmehr ausgeschmolzen, wobei die Schmelze über die jeweiligen Einlaßstutzen 24, 25 abläuft, die anschließend mit den dadurch gebildeten Hohlräumen 26, 27 in Verbindung stehen. Ersterer bildet eine Verteilerkammer, die über Kanäle 28 mit der Atmosphäre in Verbindung steht. Diese Kanäle wurden durch Entfernen der Formstifte 11 aus den Schichten 14, 15, 16 gebildet.
• Der Hohlraum 27 stellt eine zweite Verteilerkammer dar, die über Kanäle 29 mit der Atmosphäre in Verbindung steht. Diese Kanäle ergaben sich durch Herausnehmen der Formstifte 12 aus den Schichten 14, 15, 16, den röhrenartigen Angüssen 20 und der zweiten Metallschicht 19.
• Das in Fig. 5 dargestellte fertige Bauteil stellt einen Düsenkörper dar, aus dem durch die Kanäle 28 und 29 zwei Medien ausströmen können, die durch die Einlaßstutzen 24, 25 zugeführt wurden.
• Bei dem in den Figuren 6 - 10 dargestellten Verfahren wird wiederum von einer Mutterplatte 13' ausgegangen, die mit Hülsen 11', 12' aus nicht-rostendem Stahl ausgestattet ist, die jewells eine Mittelbohrung kapillarer Größenordnung aufweisen.
• Der Durchmesser dieser Bohrungen entspricht dem gewünschten Wanaldurchmesser, während bei dem zuerst beschriebenen Verfahren der Kanaldurchmesser durch den Außendurchmesser des äeweils verwendeten Formstiftes bestimmt wurde. Vie Fig. 6 zu entnehmen ist, können die Hülsen 11' und 12' zueinander sowie zur Senkrechten der Oberfläche der Mutterplatte 13' geneigt sein.
• Auf die Hutterplatte 13' wird eine schmelzbare 'Urennschicht 30 gegossen und mit einer leitenden schicht versehen, um die Galvanisierung mit einer ersten Metallschich-t 16' zu gewährleisten, die wiederum aus Nickel bestehen kann. Gemäß Fig. 7 werden die kürzeren Hülsen 11' in Höhe der freien Oberfläche der ersten I'Le-tallschicht 1G' abgetrennt, während die längeren Hülsen 12 von denen nur eine dargestellt ist, über diese Schicht hinausragen. Zur Trennung der Hutterplatte 13' von der ersten Metallschicht 16' wird - wie Fig. 7 erkennen läßt - die Trennschicht 30 längs durchteilt, wobei auch die Hülsen 11' und 12' durchschnitten werden. Anschließend werden die beiden Hälften der Schicht 30 herausgeschmolzen, so daß die Mutterplatte 13' nach Entfernung der in ihr noch befindlichen Hülsenenden wieder verwendet werden kann.
• Die in der ersten Metallschicht 16' verbleibenden Hülsen 11', 12' werden in Höhe der freien Unterfläche der Schicht 16' abgetrennt (siehe Fig. 8). Daraufhin wird eine schmelzbare Deckschicht 17' auf die andere Oberfläche der Schicht 16' gegossen bzw. sonstwie aufgebracht. Die herausragenden Enden der Hülsen 12' werden von der Deckschicht 17' fest umgeben.
• Auf letztere wird dann eine zweite Metallschicht 19' aufgalvanisiert, die sich fest mit den Hülsen 12' verbindet. Deren herausragendes Ende wird dann mit der Oberfläche der Schicht 19' plan geschnitten (siehe Fig. 9). Nach Herausschmelzen der Deckschicht 17' entsteht eine Verteilerkammer 26', die mit dem Raum unterhalb der ersten Metallschicht 16' durch die Bohrungen der Hülsen 11' in Verbindung steht. Die Bohrungen der Hülsen 12' bilden Kanäle, die den Raum oberhalb der zweiten Metallschicht 19' mit dem unterhalb der ersten Metallschicht 16' verbinden.
• Gemäß Fig. 10 kann nunmehr ein Gehäuse 23' mit Einlaßstutzen 24' und 25' das Bauteil gemäß Fig. 9 umschließen und dadurch eine weitere Verteilerkammer 27' bilden, die mit den Bohrungen aller Hülsen 12' in Verbindung steht. Das Gehäuse 23' kann entweder separat hergestellt oder aber gemäß den Fig. 4 und 5 galvanisch um das Bauteil aufgebracht werden. Selbstverständlich ist es möglich, massive Formstifte gemäß den Figuren 1 - 5 mit Hülsen gemäß den Figuren 6 - 10 zu kombinieren.

Claims (12)

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung einer Metallform mit einer Wandung, in deren Außenseite mehrere Kanäle enden, von denen einige mit einem Hohlraum innerhalb der Metallform in Verbindung stehen, während die anderen Kanäle oberhalb dieses Hohlraumes enden, gekennzeichnet durch folgende Verfahrens schritte: a) Verwendung einer Mutterplatte (13), aus der zwei Gruppen (11,12) von Formstiften ragen; b) galvanisches Aufbringen einer ersten Ifetallschicht (16) auf die Mutterplatte (13) und um die Formstifte (11, 12) herum, die auf beiden Seiten aus der Metallschicht (16) herausragen; c) Abtrennen der überstehenden Enden der einen Formstiftkruppe (11) in Höhe der freien Metallschicht-Oberfläche; d) Aufbringen einer zerstörbaren Deckschicht (17) auf die freie Metallschicht-Oberfläche in einer Schichtstärke, die kleiner ist als die freie Länge der über die freie Iietallschicht-Oberfläche ragenden Enden der zweiten Formstift-Gruppe (12), wobei die Deckschicht (17) mit Ausnehmungen (1U) versehen wird, die konzentrisch die Formstifte der zweiten Gruppe (12) umgreifen und einen größeren Durchmesser als diese Formstifte aufweisen; e) Aufbringen einer zweiten Metallschicht (19) auf die i)eckschict (17) und in deren Ausnehmungen (18), wobei sich die dadurch bildenden, röhrenartigen Angüsse (20) Cb r.t der ersten iletallschicht (16) verbinden; ' Entfernung der Isutter-,latte (13) und aller Formstifte (11, 12); g) Zerstörung der Deckschicht (17).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die leicht schmelzbare Deckschicht (17) durch Herausschmelzen zerstört wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mutterplatte (13) vor dem Herausziehen der Formstifte (11, 12) entfernt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Formstift-Gruppe (12) vor dem Abtrennen der ersten Formstift-Gruppe (11) vorübergehend entfernt und anschließend wieder eingeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein die beiden Metallschichten (16, 19) miteinander verbindendes, vor Zerstörung der Deckschicht (17) anzubringendes Gehäuse (23), das zumindest einen zum Durchtritt für ein strömendes Medium in den Hohlraum (26) dienenden Einlaßstutzen (24) aufweist.

6. Verfahren nach Anspruch 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß das beim Schmelzen der Deckschicht (17) anfallende Material über den Einlaßstutzen (24) abgeführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (23) galvanik ch aufgebracht wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht (17) mit einer Nase (17a) versehen wird, mit deren Hilfe der Einlaßstutzen (24) vor der galvanischen Aufbringung des Gehäuses (23) vorübergehend gehalten wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Formstift-Gruppe (12) in Höhe der freien Oberfläche der zweiten Metallschicht (19) abgetrennt wird, daß auf diese anschließend eine zweite zerstörbare Deckschicht (22) aufgebracht und diese nach Aufbringung des Gehäuses (23) zerstört wird, wobei letzteres einen zweiten Einlaßstutzen (25) aufweist, der mit dem durch die Zerstörung der zweiten Deckschicht (22) entstehenden zweiten Hohlraum (27) in Verbindung steht.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß auch die leicht schmelzbare zweite Deckschicht (22) durch Herausschmelzen zerstört wird.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß noch vor Herstellung der ersten Metallschicht (16) auf die Mutterplatte (13) eine schwer schmelzbare Schicht (14) aufgebracht wird, die auch nach Entfernung der Hutterplatte (13) fest mit der ersten Metallschicht (16) verbunden bleibt.

12. Verfahren zur Herstellung einer Metallform mit einer fJandung, in deren Außenseite mehrere Kanäle enden, von denen einige mit einem Hohlraum innerhalb der Metallform in Verbindung stehen, während die anderen Kanäle oberhalb dieses Hohlraumes enden gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: a) Verwendung einer Mutterplatte (13'), aus der zwei Hülsen-Gruppen (11', 12') ragen; b) galvanisches Aufbringen einer ersten iletallschicht (1G') auf die Mutterplatte (13') und um die Hülsen (11', 12') herum, die auf beiden Seiten aus der Metallschicht (16') herausragen; c) Abtrennen der überstehenden Enden der einen Hülsen-Kruppe (11') in Höhe der freien Metallchicht-Oberfläche; d) Aufbringen einer zerstörbaren Deckschicht (17') auf die freie IIetallschicht-Oberiläche in einer Schicht stärke, die kleiner ist; als die freie Länge der über die freie IIetallschicjjt-Oberfläche ragenden Enden der zweiten Hülsen-Gruppe (12'); e) Aufbringen einer zweiten Metallschicht (19') auf die Deckschicht (17') und uni die herausragenden Enden der zweiten Hülsen-Gruppe (12') herum; f) Abtrennen der überstehenden bilden der zweiten Hülsen-Gruppe (12') in Höhe der freien Oberfläche der zweiten Metallschicht (19'); ) Entfernung der Mutterplatte (13') tud Abtrennen 2er überstehenden Enden der Hülsen (11', 12'); h) Zerstörung der Deckschicht (17'j.

L e e r s e i t e