DE4225530A1

DE4225530A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Bauteilen

Info

Publication number: DE4225530A1
Application number: DE19924225530
Authority: DE
Inventors: Gerd Krueger
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1992-08-01
Filing date: 1992-08-01
Publication date: 1994-02-03

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstel len von Bauteilen nach dem Oberbegriff des ersten An spruchs sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Es ist allgemein bekannt, Bauteile aus Faserverbundwerk stoff dadurch herzustellen, daß zuerst der Verbundwerk stoff mit einer flüssigen Metallschmelze getränkt wird. Nach deren Aushärten wird dann der Verbundwerkstoff durch spanabhebende Bearbeitung in die Bauteilkontur umgeformt. Nachteilig hierbei ist es, daß die Verstärkungskomponenten in dem Verbundwerkstoff hierbei zum Teil erheblich beschädigt werden. Ein weiterer Nach teil besteht darin, daß die Faserausrichtung während der Bauteilherstellung nicht berücksichtigt wird, so daß deren Wirkung auf das Bauteil nicht genutzt werden kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen von endkonturnahen Verbundbauteilen aus faserverstärkten Verbundwerkstoffen aufzuzeigen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeich nenden Merkmale des ersten Anspruchs gelöst. Aufgrund des ersten Schrittes in Verbindung mit dem zweiten Schritt wird die Infiltration und die anschließende Formgebung in einem gemeinsamen Arbeitsschritt durchgeführt. Dadurch ist es möglich, daß sich die Fasern entsprechend der äußeren Bauteilkontur ausrichten. Weiterhin werden da durch Porositäten im Werkstoff vermieden. Ein nicht zu vernachlässigender Vorteil besteht auch darin, daß die Bauteilform in weiten Bereichen unabhängig von der Geometrie des Vorformkörpers ist, so daß es durch dieses Verfahren möglich wird, eine Vielzahl von Bauteilen herzustellen. Dadurch vermindern sich auch die Herstellungskosten bei gleichzeitiger Erhöhung der Produktivität.

Das Verfahren kann in zwei aufeinander folgenden Schritten durchgeführt werden. Es ist aber denkbar, daß es in einem einzigen Schritt abläuft, vorausgesetzt, die Einleitung des Druckes wird so durchgeführt, daß zunächst nur die Infiltration des Verformkörpers erfolgt und - nachdem diese nahezu oder gänzlich abgeschlossen ist - dann die Pressung in die Bauteilkontur. Dies kann beispielsweise durch eine Wegsteuerung - bei Verwendung eines Stempels - geschehen.

Die Weiterbildungen nach den Ansprüchen 2 bis 4 stellen Optimierungsmaßnahmen dar.

Anspruch 5 beschreibt eine bevorzugte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Der Vorteil besteht darin, daß in einer einzigen Vorrichtung beide Schritte durchge führt werden können, was eine nicht unerhebliche Zeiter sparnis darstellt. Dadurch werden ebenfalls die Herstel lungskosten vermindert und die Produktivität erhöht.

Die Weiterbildungen nach den Ansprüchen 6 bis 9 stellen bevorzugte Optimierungsmaßnahmen dar. Insbesondere wird durch die Weiterbildung nach den Ansprüchen 8 und 9 der Vorteil erreicht, daß unterschiedliche Bauteile im zweiten Schritt leicht und einfach hergestellt werden können.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Es stellen dar:

Fig. 1 Einen schematisierten Querschnitt nach einer ersten Ausführungsform;

Fig. 2a, b Eine alternative Ausführungsform zu Fig. 1.

Die in den Figuren dargestellten Vorrichtungen dienen nur dazu, das Verfahren und die wesentlichen Bauteile einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens näher zu er läutern, ohne jedoch auf steuerungstechnische und allgemein übliche verfahrenstechnische Einzelheiten Bezug zu nehmen.

In Fig. 1 ist mit 1 eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bezeichnet. Sie besteht aus dem Gehäuse 2, welches durch die Düsenplatte 3 mit der Düsenöffnung 3.1 in zwei Räume 4 und 5 unterteilt ist. Der erste Raum 4 beinhaltet den Vorformkörper 6 und die Metallschmelze 7 sowie einen Stempel 8.

Im Raum 5 ist die Bauteilform 9 eingesetzt.

Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet wie folgt:
In den Raum 4 wird ein vorgewärmter faserverstärkter Vorformkörper 6 eingelegt. Anschließend wird die Schmelze 7 zugeführt und über dem Vorformkörper 6 eingelagert. Über den Stempel 8 wird dann die flüssige Schmelze 7 in den Vorformkörper 6 gepreßt. Hierbei müssen Infiltrati onsdruck und Stempelgeschwindigkeit so zueinander ange paßt sein, daß es nicht zu einem Durchdrücken des Vorformkörpers 6 durch die Öffnung 3.1 in der Düsenplatte 3 kommt.

Sobald der Vorformkörper 6 vollständig infiltriert ist, wird die Kraft des Stempels 8 erhöht. Dadurch werden die schmelze und der Vorformkörper durch die Düsenöffnung 3.1 in den unteren Raum 5, der die Bauteilform 9 enthält, ge drückt. Die Düsenöffnung 3.1 ist direkt mit dem Einlauf in die Bauteilform 9 verbunden. Der durch die Düsenöff nung 3.1 gepreßte Vorformkörper 6 kann dann in der Bau teilform 9 unter Druck erstarren. Wesentlich hierbei ist, daß während des Durchdrückens durch die Düsenöffnung 3.1 das infiltrierte Metall noch flüssig ist. Dadurch kann es einen schützenden Mantel um die Fasern des Vorformkörpers legen, die diese vor der Zerstörung bewahren. Darüber hinaus können sich durch diesen Preßvorgang die Fasern der Bauteilform anpassen bzw. ausrichten. Dadurch wird ein optimaler Faserverlauf entsprechend der Bauteilkontur erzielt.

In Fig. 2 ist eine Variante zu der Ausbildung nach Fig. 1 dargestellt. Sie unterscheidet sich dadurch, daß in dem Raum 5 die Bauteilform auswechselbar angeordnet ist und gegen eine Verschlußplatte 10 ausgetauscht werden kann. Die Verschlußplatte 10 wird immer dann vorgesehen, wenn mit Hilfe des Stempels 8 die flüssige Schmelze 7 in den Vorformkörper 6 infiltriert wird. Dadurch ist es möglich, den vom Stempel 8 ausgeübten Druck besser auf die Bedingungen im Vorformkörper 6 abzustimmen, ohne daß be fürchtet werden muß bzw. berücksichtigt werden muß, daß der Vorformkörper durch die Düsenöffnung 3.1 in den Raum 5 gepreßt wird. Nach der vollständigen Infiltration wird die Verschlußplatte 10 verschoben und gegen die Bauteil form 9 ausgetauscht. Durch die anschließende Erhöhung des Preßdruckes wird das noch flüssige Metall mit dem Vorfom körper in die Bauteilform 9 gepreßt und kann dort unter Druck erstarren.

Nach dem Erstarren wird die Bauteilform 9 wieder gegen die Verschlußplatte 10 ausgetauscht. Das fertige Bauteil kann dann der Bauteilform 9 entnommen werden. Gleichzeitig oder anschließend kann ein neuer Herstell vorgang beginnen.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen von Bauteilen aus faserverstärkten Verbundwerkstoffen, indem zuerst ein poröser Vorformkörper mit Metallschmelze getränkt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorformkörper mit der Metallschmelze unter Aufbringung eines ersten äußeren Druckes infiltriert wird und daß anschließend durch Erhöhung des äußeren Druckes der infiltrierte Vorformkörper in eine der Bauteilkontur entsprechende Form gepreßt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der infiltrierte Vorformkörper über eine Düsenöffnung in die Form gepreßt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorformkörper vor der Infiltration erwärmt wird.

4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Pressen in die Form bei noch flüssiger, infiltrierter Metallschmelze durchgeführt wird.

5. Vorrichtung zur Herstellung von Bauteilen aus Verbundwerkstoffen, bei der Verbundwerkstoff mit einer Metallschmelze getränkt wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Form (1) mit einem ersten Formhohlraum (4) vorgesehen ist, in der ein Stempel (8) bewegbar angeordnet ist, daß im Bereich der dem Stempel gegenüberliegenden Seite des Formhohlraumes eine Düsenplatte (3) angeordnet ist, hinter der ein zweiter Formhohlraum (5) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Formhohlraum (4) mit einer Zuführeinrichtung für eine Metallschmelze versehen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Formhohlraum (4) beheizbar ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Formhohlraum (5) austauschbar aufgebaut ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Formhohlraum (5) durch eine Schließplatte (10) verschließbar ist.