DE19718886A1

DE19718886A1 - Verfahren zur Herstellung von porösen Formkörpern

Info

Publication number: DE19718886A1
Application number: DE1997118886
Authority: DE
Inventors: Marcus Dr Bienzle
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1997-05-03
Filing date: 1997-05-03
Publication date: 1998-11-05
Also published as: WO1998050186A1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von porösen Formkörpern, sowie einen Formkörper, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist. Darüberhinaus bezieht sich die Erfindung auch auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Poröse Formkörper werden in unterschiedlichsten Bereichen der Technik eingesetzt. Beispielsweise werden diese als Brennerplatten für Gasbrenner eingesetzt. Da bei wird der Brennerplatte Brenngas zugeleitet, das den Formkörper durchströmt. Das Brenngas entzündet sich innerhalb des Formkörpers, so daß hier eine vollständige Verbrennung erfolgen kann. Damit das Brenngas nicht von der Verbrennungszone ausgehend in den Gaszuführtrakt rückgezündet wird, dürfen die Poren im Formkörper ein gewisses Maß nicht übersteigen. Andererseits soll jedoch in der eigentlichen Verbrennungszone eine veränderte Porösizität vorliegen. Hierbei soll vor allem der Wärmetransport gesteuert werden. Aus diesem Grund wird der Formkörper aus einzelnen Teil-Formkörpern zusammengesetzt die unterschiedliche Porengrößen besitzen. Ein solcher Formkörper ist beispielsweise in der DE 43 22 109 A1 beschrieben.

Ein weiteres Anwendungsgebiet für poröse Formkörper ist der Leichtbausektor. Hier werden beispielsweise Wabenstrukturen verwendet, um Bauteilen mit kleinem Gewicht eine ausreichende Festigkeit zu verleihen. Die porösen Formkörper werden dabei im Sinterverfahren oder durch mechanische Nachbearbeitung hergestellt. Dies bedingt jedoch einen hohen Fertigungsaufwand. Zudem lassen sich Formkörper mit einer komplexen Porengeometrie nicht herstellen.

Zur Herstellung von Katalysatoren bei Automobilen werden ebenfalls Formkörper eingesetzt, die aus einem Keramikschaum mit einer stöcheometrischen Porenverteilung bestehen.

Vorteile der Erfindung

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art bereitzustellen, mit dem sich poröse Formkörper einfach und wirtschaftlich herstellen lassen.

Diese Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß Füllkörper aneinanderliegend in eine Form eingelegt werden, daß die zwischen den Füllkörpern gebildeten Hohlräume mit einem flüssigen Material ausgegossen werden, daß nach dem Vergießen das Material in einen festen Aggregatzustand überführt wird, und daß nach der Verfestigung die Füllkörper vom festen in den flüssigen oder gasförmigen Aggregatzustand überführt und aus dem Formkörper ausgeleitet werden.

Die Geometrie der Füllkörper legt bei diesem Verfahren die Porenstruktur des Formkörpers fest. Es läßt sich damit sowohl die Geometrie als auch die Größe der einzelnen Poren einstellen. Insbesondere können innerhalb eines Formkörpers gezielt Porenverläufe verändert werden. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können beliebige Materialen vergossen werden. Insbesondere metallische Bauteile lassen sich mit geringem Aufwand einfach herstellen. Auch die Außengeometrie des Formkörpers kann nahezu beliebig gestaltet werden, da sich die Füllkörper als Schüttung auch in sehr komplexe Formen einbringen lassen. Somit lassen sich beispielsweise teure Sinterverfahren ersetzen.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, die aus technischen Salzen gebildeten Füllkörper mittels Wasser aufgelöst und aus dem Formkörper ausgewaschen werden. Technische Salze haben den Vorteil, daß sie billig und temperaturbeständig sind. Infolge ihrer Temperaturbeständigkeit lassen sich daher auch Metalle mit einer relativ hohen Schmelztemperatur zu Formkörpern verarbeiten. Die technischen Salze können nach dem Erstarren der Schmelze mit Wasser absolut rückstandsfrei ausgefüllt werden, da sie chemisch gesehen eine echte Lösung mit Wasser eingehen.

Wenn vorgesehen ist, daß in die Form Füllkörper mit unterschiedlicher Größe eingelegt werden, dann kann auf einfache Weise eine variable Porenstruktur erzeugt werden. Beispielsweise können damit Brennerplatten gefertigt werden, die in der Brennzone eine sich verändernde Porenstruktur aufweisen.

In die zwischen den Füllkörpern gebildeten Hohlräume lassen sich beliebige Materialien eingießen. Beispielsweise können Metallschmelzen, Kunststoffschmelzen oder Schmelzen aus einem Kunststoff-Verbundmaterial eingebracht werden.

Wenn vorgesehen ist, daß die Füllkörper über eine Heizvorrichtung mit Wärmeenergie beaufschlagt werden, und daß das Maß der eingebrachten Wärmeenergie über eine Steuervorrichtung vorbestimmt wird, dann kann auch die Temperatur der zwischen den Füllkörpern gehaltenen Schmelze kontinuierlich heruntergefahren werden. Damit wird erreicht, daß sämtliche Hohlräume gleichmäßig ausgefüllt werden. Zudem kann vorgesehen sein, daß während des Ausgießens ein kleinerer Druck in den Hohlräumen erzeugt wird als er in dem flüssigen Material vorherrscht. Das flüssige Material wird dann zielgerichtet in jeden Hohlraum eingeleitet.

Eine vorteilhafte Weitergestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor daß nach dem Ausleiten der in den flüssigen oder gasförmigen Aggregatzustand überführten Füllkörper die Hohlräume in dem Formkörper mit einem Füllmaterial zumindest teilweise ausgefüllt werden. Dies ermöglicht auf einfache Weise die Ausbildung von Ver bundwerkstoffen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand des in der einzigen Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt schematisch in Seitenansicht eine Form 13, die teilweise mit Füllkörpern 10 ausgefüllt ist. In der rechten Bildhälfte sind dabei Füllkörper 10 in Form von gleich großen Kugeln übereinander gelegt.

In der linken Bildhälfte ist exemplarisch die Verwendung von eiförmigen Füllkörpern 10 angedeutet. Die Füllkörper 10 haben dabei unterschiedliche Größenabmessungen. Unten auf dem Boden der Form 13 sind kleine Füllkörper 10 angeordnet. Die darüberliegenden Füllkörper 10 haben vergrößerte Volumina.

Wenn die Form 13 mit den Füllkörpern 10, die in Form von Schüttgut vorliegen können, ausgefüllt ist, dann kann flüssiges Material M in die Form 13 eingegossen werden. Das Material M kann hierbei eine Metallschmelze, flüssiger Kunststoff oder dgl. sein. Es dringt in die Hohlräume 12 ein, die zwischen den einzelnen Füllkörpern 10 entstanden sind. Damit sich die Form 13 gleichmäßig mit dem Schmelzbad ausfüllt, wird mittels einer Heizvorrichtung und Wärmeenergie die Füllkörper 10 eingebracht.

Weiterhin kann die Form 13 Luftaustrittskanäle aufweisen, durch die überschüssige Luft, die sich zwischen den Hohlräumen 12 befindet, entweichen kann. Insbesondere kann mittels einer Absaugvorrichtung ein Druck erzeugt werden, der geringer ist als der Druck der Schmelze. Damit wird dieser in sämtliche Hohlräume 12 eingesaugt.

Wenn die Form 13 mit dem flüssigen Material M komplett ausgefüllt ist, wird die Wärmeeinbringung durch die Heizvorrichtung 11 zurückgefahren, bis die Schmelze erstarrt. Der so gebildete Formkörper kann aus der Form 13 dann entnommen und einer Nachbehandlung unterzogen werden. Hierbei werden die Füllkörper in einen flüssigen oder gasförmigen Aggregatzustand überführt. Beispielsweise sind als Füllkörper technische Salze (z. B. Natriumchlorid) verwendet, die ausgewaschen werden können. An der Stelle, an denen ursprünglich die Füllkörper in den Formkörpern vorlagen, sind nun Poren entstanden.

Dabei weist der Formkörper dort, wo gleich große Füllkörper 10 verwendet wurden, eine einheitliche Porenstruktur auf. Infolge der unterschiedlich großen Füllkörper 10 verändert sich auch die Porenstruktur im Formkörper. Anstelle der in der Zeichnung gezeigten Füllkörper 10 lassen sich auch beliebige andere Geometrien von Füllkörpern 10 verwenden.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von porösen Formkörpern, dadurch gekennzeichnet,
daß Füllkörper (10) aneinanderliegend in eine Form (13) eingelegt werden,
daß die zwischen den Füllkörpern (10) gebildeten Hohlräume (12) mit einem flüssigen Material (M) ausgegossen werden,
daß nach dem Vergießen das Material (M) in einen festen Aggregatzustand überführt wird, und
daß nach der Verfestigung die Füllkörper (10) vom festen in den flüssigen oder gasförmigen Aggregatzustand überführt und aus dem Formkörper ausgeleitet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus technischen Salzen gebildeten Füllkörper (10) mittels Wasser aufgelöst und aus dem Formkörper ausgewaschen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die Form (13) Füllkörper (10) mit unterschiedlicher Größe eingelegt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume (12) zwischen den einzelnen Füllkörpern (10) mit einer Metallschmelze oder mit einem Kunststoff oder einem Kunststoff-Verbund material ausgegossen werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Füllkörper (10) über eine Heizvorrichtung (11) mit Wärmeenergie beaufschlagt werden und
daß das Maß der eingebrachten Wärmeenergie über eine Steuervorrichtung vorbestimmt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß während des Ausgießens ein kleinerer Druck in den Hohlräumen erzeugt wird, als er in dem flüssigen Material vorherrscht.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche I bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Ausleiten der in den flüssigen oder gasförmigen Aggregatzustand überführten Füllkörper (10) die Hohlräume (12) in dem Formkörper mit einem Füllmaterial zumindest teilweise ausgefüllt werden.

8. Formkörper, hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7.

9. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7.