DE4230970C1

DE4230970C1 - Verfahren zur Herstellung von Feingussteilen

Info

Publication number: DE4230970C1
Application number: DE4230970A
Authority: DE
Inventors: Markus Dipl Ing Nolte; Juergen Schaedlich-Stubenrauch; Eric Dipl Ing Neussl
Original assignee: NOLTE MARKUS DIPL ING DIPL WIR; SCHAEDLICH STUBENRAUCH JUERGEN
Current assignee: NOLTE MARKUS DIPL ING DIPL WIR; SCHAEDLICH STUBENRAUCH JUERGEN
Priority date: 1992-09-16
Filing date: 1992-09-16
Publication date: 1994-07-21
Anticipated expiration: 2012-09-17
Also published as: EP0660765B1; EP0660765A1; CA2144655A1; US5649585A; DE59307953D1; WO1994006582A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Faserverbund-Feingußteilen.

Es sind Präzisionsgießverfahren bekannt, demzufolge zunächst aus Wachs (DE 35 32 183 C2) oder aus Schaumstoff (DE 37 28 918 A1) ein Modell des Gußkörpers angefertigt und um das Modell herum eine Form aus temperaturbeständigem Ma terial errichtet wird. Durch Temperatureinwirkung wird an schließend das Material des Modells verflüssigt bzw. ver gast, und flüssiges Gußmetall kann in den freiwerdenden Raum hinein fließen.

Nach einem derartigen Verfahren lassen sich Feingußteile sehr komplexer Geometrie herstellen. Aufgrund einer solchen Geometrie und aufgrund der Tatsache, daß die nach diesem Verfahren gebildete keramische Form nur relativ niedrigen Drücken beim Einbringen des flüssigen Metalls in die Form standhält, wird bei diesem Verfahren die Verwendung von Verstärkungsfasern, also die Herstellung von Faserverbund teilen, noch nicht praktiziert.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art bereitzustellen, das die Herstellung von Faserverbund-Feingußteilen bei ver tretbarem Herstellungsaufwand ermöglicht.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs erwähn ten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß aus Fasern ho her Festigkeit und/oder Steifigkeit und einem Modellwerk stoff mindestens ein Modell-Vorkörper erzeugt wird, der Be standteil eines Modells oder das Modell selbst wird, daß dann um das Modell herum eine keramische Form aufgebaut wird und daß anschließend der Modellwerkstoff ausgeschmol zen, ausgebrannt und/oder vergast und schließlich flüssiges Metall in die Form eingebracht wird.

Ein solcher Modell-Vorkörper bietet weitreichende Gestal tungsfreiheit. Der Modell-Vorkörper kann also dem zu erzeu genden Gußteil leicht angepaßt werden. Damit kann der Fa serverlauf und die damit bezweckte Materialverstärkung im Gußteil plaziert an den gewünschten Stellen erreicht wer den. Wenn der Modell-Vorkörper das Modell selbst ist, d. h. wenn der Modell-Vorkörper schon unmittelbar die Form des zu erstellenden Gußteils einnimmt, braucht er nicht mehr durch das Aufbringen von Modellwerkstoff weitergebildet zu werden, was insbesondere bei einfachen Formen Vorteile bietet.

Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß als Fasern Mineralfasern verwendet wer den. Dabei kann es sich um Al₂O₃- oder SiC-Fasern handeln, die z. B. 10 µm dick sind. Der Umgang mit derartigen Fasern kann eine Gesundheitsgefährdung darstellen, wenn diese Fa sern freiliegen. Nach dem vorliegenden Verfahren ist es aber möglich, derartige Fasern maschinell zu Modell-Vorkör pern zu verarbeiten. Beim Handling dieser Modell-Vorkörper sind diese Fasern aber dann von dem Modellwerkstoff einge schlossen und demzufolge nicht mehr gesundheitsgefährdend.

Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß die Fasern in Form eines Bündels von Monofilamenten oder Multifilamenten oder als Gewebe, Vliese oder Gelege verwendet werden. Die Auswahl aus den hier ge gebenen Möglichkeiten kann nach den jeweiligen Formen und Erfordernissen des zu erstellenden Gußteils getroffen wer den.

Nach einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß als Modellwerkstoff Wachs verwendet wird. Dieser Modellwerkstoff ist der am häufigsten ange wandte und in der Regel am einfachsten zu behandelnde. Für seine Entfernung aus der Form ist nur ein relativ niedriger Energieaufwand erforderlich.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann ferner so ausgeführt werden, daß als Modellwerkstoff Kunststoffharz verwendet wird. Aufgrund der ausgewählten Fasern und auch im Hinblick auf die jeweilige Raumform kann dieser Modellwerkstoff für spezielle Anwendungen besonders geeignet sein.

Nach einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß der Modell-Vorkörper an den Enden oder Rändern von dem Modellwerkstoff befreit wird und die somit freiliegenden Faserpartien beim Aufbau der keramischen Form in diese fixiert eingebettet werden. Auf diese Weise kann der Modell-Vorkörper besonders exakt in der Form und damit in dem zu erstellenden Gußteil plaziert werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann ferner so ausgeführt werden, daß der Modell-Vorkörper durch entsprechende For mung den Erfordernissen hinsichtlich Geometrie und Bela stung des herzustellenden Feingußteils angepaßt wird.

Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß ein oder mehrere Modell-Vorkörper zum Zwecke des Aufbaus eines Modells mit Modellwerkstoff umge ben werden. Auch auf diese Weise läßt sich eine ausreichend präzise Plazierung des bzw. der Modell-Vorkörper in dem Mo dell herbeiführen.

Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß der Druck in der Formumgebung unter den Druck im Innern der Form abgesenkt wird. In Ergänzung oder alternativ hierzu kann das erfindungsgemäße Verfahren so ausgeführt werden, daß der Druck im Innern der Form über den Druck in der Formumgebung erhöht wird. Aufgrund dieser Druckdifferenzen wird sichergestellt, daß durch Pressen und/oder Saugen die Zwischenräume zwischen den Fasern mit flüssigem Metall vollständig ausgefüllt werden. Das Pressen erfolgt durch Druckeinwirkung auf das in der Form befindli che flüssige Metall, das Saugen dadurch, daß die gasdurch lässige Form in einen Behälter eingesetzt wird, in dem Un terdruck herrscht.

Das erfindungsgemäße Verfahren erfordert für die genaue Plazierung der Fasern keine bleibende Bindung in Form von Binderbrücken oder dergl. zwischen den Fasern, wie dies bisher bei der Verwendung von Preforms bekannt ist. Dort behindern derartige Binderbrücken der Preforms die Me tallinfiltration. Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann auf derartige Binderbrücken deshalb verzichtet werden, weil die Fasern in dem Modell-Vorkörper so lange von dem Modellwerk stoff gehalten werden, bis der Formhohlraum geschlossen ist und dann der Modellwerkstoff entfernt wird.

Im folgenden Teil der Beschreibung werden einige Ausfüh rungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand von Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine Vorrichtung zur Herstellung von stab- oder blockförmigen Modell-Vorkörpern,

Fig. 2 Beispiele von Querschnitten derartiger Formkör per,

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel einer Hälfte eines Spritzgießwerkzeuges mit eingelegtem Modell-Vor körper in Draufsicht und Seitenansicht,

Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Hälfte ei nes Spritzwerkzeugs mit eingelegtem Modell-Vor körper,

Fig. 5 ein fertiges Modell mit an den Enden freiliegen den Faserpartien und

Fig. 6 das Modell nach Fig. 5 eingebettet in eine Form schale.

In Fig. 1 ist schematisch dargestellt, wie aus "endlosen" Fasern 1 auf die gewünschte Länge zugeschnittene strangför mige Modell-Vorkörper 2 gebildet werden. Zu diesem Zwecke werden mehrere Fasern 1 mittels Rollen durch ein beheiztes Wachsbad 4 hindurchgeführt und dort mit Wachs imprägniert, so daß alle einzelnen Fasern 1 mit Wachs benetzt sind. Der so imprägnierte Wachs-Faserstrang wird in einer beheizten Matrize 5 zu dem gewünschten Querschnitt geformt und in ei ner nachfolgenden Kühleinrichtung 6 verfestigt. Der somit erhaltene, zunächst "endlose" Wachs-Faser-Modell-Vorkörper wird mittels einer Trennvorrichtung 3 auf die gewünschten Längen abgelängt.

Fig. 2 zeigt einige Beispiele verschiedener Querschnitte derartiger Modell-Vorkörper 2. Es lassen sich auf diese Weise Profile mit einer großen Packungsdichte der Fasern sowie Profile mit hohem Widerstandsmoment und Kombinationen daraus realisieren. In Fig. 2 ist ferner ein flächig ausge bildeter Modell-Vorkörper 7 dargestellt, der z. B. in Form eines Gewebes erstellt werden kann.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Hälfte 8 eines aus zwei Hälften bestehenden Spritzgießwerkzeuges. In die ser Hälfte 8 ist ein Modell-Vorkörper 2 eingelegt, um den herum ein Modell 9 aufgebaut ist. Dabei ragt der Modell- Vorkörper 2 an seinen beiden Enden über das Modell 9 hin aus. Nach dem Zusammensetzen des Spritzgießwerkzeuges wird der Modell-Vorkörper 2 durch einen Einspritzkanal 10 mit Modellwachs umspritzt und damit die Modellkontur ausge füllt.

Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Hälfte 12 eines Spritzgießwerkzeuges, bei dem eingelegte Modell-Vorkörper 2 nicht aus dem Modellkörper austreten. Zum Einlegen der Mo dell-Vorkörper 2 in reproduzierbare Modellpositionen im Spritzgießwerkzeug können Wickelvorrichtungen eingesetzt werden. Nach Schließen des Spritzgießwerkzeuges wird auch hier Modellwachs eingespritzt, das den bzw. die Modell-Vor körper umschließt, so daß ein Modell gebildet wird.

Fig. 5 zeigt ein fertiges Modell mit aus diesem austreten den freigelegten Faserenden. Diese Enden dienen zur Fixie rung der Fasern 1 in einer Feingußformschale. Die freige legten Faserpartien werden durch bei der Feingußformschalenherstellung verwendeten Keramikschlicker und Besandungsmaterial umgeben und somit fest in der ent stehenden Formschale verankert, so daß das beim Gießen ein strömende flüssige Gießmetall die Fasern nicht mehr aus ihrer vorgegebenen Position heraus bewegen kann.

Fig. 6 schließlich zeigt das Modell gemäß Fig. 5 in einer aus Keramikschlicker und Besandungsmaterial gebildeten Feingußformschale.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Faserbund-Fein gußteilen, dadurch gekennzeichnet, daß aus Fasern hoher Fe stigkeit und/oder Steifigkeit und einem Modellwerkstoff mindestens ein Modell-Vorkörper erzeugt wird, der Bestand teil eines Modells oder das Modell selbst wird, daß dann um das Modell herum eine keramische Form aufgebaut wird und daß anschließend der Modellwerkstoff ausgeschmolzen, ausge brannt und/oder vergast und schließlich flüssiges Metall in die Form eingebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß als Fasern Mineralfasern verwendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern in Form eines Bündels von Monofilamenten oder Multifilamenten oder als Gewebe, Vliese oder Gelege verwendet werden.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß als Modellwerkstoff Wachs verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da durch gekennzeichnet, daß als Modellwerkstoff Kunststoff harz verwendet wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß der Modell-Vorkörper an den Enden oder Rändern von dem Modellwerkstoff befreit wird und die somit frei liegenden Faserpartien beim Aufbau der keramischen Form in diese fixiert eingebettet werden.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß der Modell-Vorkörper durch entsprechende Formung den Erfordernissen hinsichtlich Geometrie und Belastung des herzustellenden Feingußteils angepaßt wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Modell-Vorkörper zum Zwecke des Aufbaus eines Modells mit Modellwerkstoff umgeben werden.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck in der Formumge bung unter den Druck im Innern der Form abgesenkt wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck im Innern der Form über den Druck in der Formumgebung erhöht wird.