EP1183120A1 - Giesswerkzeug und verfahren zur herstellung eines bauteils - Google Patents

Giesswerkzeug und verfahren zur herstellung eines bauteils

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EP1183120A1
EP1183120A1 EP00920651A EP00920651A EP1183120A1 EP 1183120 A1 EP1183120 A1 EP 1183120A1 EP 00920651 A EP00920651 A EP 00920651A EP 00920651 A EP00920651 A EP 00920651A EP 1183120 A1 EP1183120 A1 EP 1183120A1
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EP
European Patent Office
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casting
insert
casting tool
metal
tool
Prior art date
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EP00920651A
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English (en)
French (fr)
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EP1183120B1 (de
EP1183120B2 (de
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Tilmann Haug
Steffen Rauscher
Kolja Rebstock
Michael Scheydecker
Markus Walters
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Mercedes Benz Group AG
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DaimlerChrysler AG
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Publication of EP1183120B1 publication Critical patent/EP1183120B1/de
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    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
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    • C22C47/02—Pretreatment of the fibres or filaments
    • C22C47/06—Pretreatment of the fibres or filaments by forming the fibres or filaments into a preformed structure, e.g. using a temporary binder to form a mat-like element
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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C47/00—Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
    • C22C47/08—Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments by contacting the fibres or filaments with molten metal, e.g. by infiltrating the fibres or filaments placed in a mould

Definitions

  • the present invention relates to a casting tool and a method for producing a component according to patent claims 1 and 10.
  • a generic method is known from DE 197 10 671 C2. This results in a method in which a porous sacrificial body made of a ceramic material (insert) is inserted into a casting tool in a defined position and infiltrated with a molten metal (casting metal) under pressure. The infiltration of the insert with the cast metal creates a metal-ceramic composite material (reinforcing element) at the location of the insert. The cast component is then heated so that within the reinforcement There is a reaction between the ceramic material and the cast metal, which results in a composite material consisting of ceramic and intermetallic material phases that exceeds the reinforcement element in terms of wear resistance and rigidity.
  • the heating of the component in particular in the case of local reinforcements, can only be achieved with great technical effort and with high production costs. Furthermore, due to the process, bending stresses can damage the insert during infiltration.
  • the object of the present invention is therefore to provide a casting tool and a further improved method of the type mentioned above, so that light metal components with improved mechanical strength, in particular improved creep resistance, can be produced simply and inexpensively.
  • the inventive device according to claim 1 is characterized in that fixing elements are attached in the casting tool, which position the insert in a defined position.
  • the fixing elements are designed so that the bending moments that act on the insert are minimized. This is done according to the invention in such a way that forces acting on the insert are compensated for by collinear forces. This means that the lines of force of opposing forces lie on a straight line.
  • the insert is positioned in a mold cavity in such a way that it does not lie directly in the flow of a casting metal. To do this shielding elements are used. Ideally, these shielding elements are components of the mold cavity contour, such as. B. edges or walls that are predetermined by the component geometry.
  • the insert is preferably positioned in a side of the casting tool which is fixed with respect to a casting machine, since it does not experience any movement when the casting tool is closed, by means of which it could be displaced in its position. If the geometry of the component and / or the geometry of the casting tool so require, it is possible to position the insert in a movable side of the casting tool or on a slide. Furthermore, it is possible to position several insert parts in the casting tool, which can be located in the fixed side and / or the movable side and / or on a slide (claim 2).
  • the insert makes sense to position the insert on a wall of the mold cavity. It is important that the insert fills the surface of the mold wall with a precise fit.
  • the mold wall is a flat surface (claim 3).
  • lugs, pins, edges and / or shielding elements are located in the tool side opposite the insert (movable side if the insert is positioned on the fixed side) or can be used on sliders. (Claim 4).
  • the insert With various components, it is necessary that the insert is positioned freely in the space of the mold cavity.
  • the fixation is also done here by fixing elements.
  • the infiltration of the insert takes place evenly from all sides, ie isostatically, after the mold cavity has been completely filled. Isostatic infiltration has the advantage that the bending moments that act on the insert are reduced to a minimum (claim 6).
  • the cross section of a pouring plunger that conveys the casting metal is usually larger than the cross section of the opening of the mold cavity (gate). This results in an acceleration of the casting metal when m enters the mold cavity at a constant speed of the casting piston.
  • the speed of the cast metal in the area of the insert part should not be greater than eight times the maximum speed of the plunger. Therefore, the cross section of the gate should not be less than about one eighth of the cross section of the casting piston
  • Components of internal combustion engines and transmissions are particularly suitable for local reinforcement of light metal components using the device according to the invention.
  • very high demands are made on the properties of the materials used.
  • the flexural strength, the modulus of elasticity, the coefficient of expansion and the wear resistance are mentioned here.
  • Local reinforcements are particularly used, for example, in cylinder liners located in the cylinder crankcase.
  • wear resistance is important, on the one hand, and the rigidity of the liner, on the other. This is particularly important when the cylinder spacing is small, i.e. a narrow web width, because without reinforcement there is an undesirable bulging of the liner, which leads to a gap between the cylinder and liner through which fuel can escape unburned (blow-by effect).
  • a further application of local reinforcements are base bearing areas of a crankshaft (eg in the cylinder crankcase and / or in the crankcase lower part and / or in the bearing cover) and bearing areas in the gearbox housing.
  • the increased rigidity of the reinforcement element and the lower coefficient of expansion can be used here the higher creep resistance compared to the unreinforced light metal can be exploited. Due to the good wear resistance of the reinforcing elements, it is conceivable that they could also replace the bearing shells in the bearing bracket.
  • reinforcing elements are, for example, connecting rods, turbocharger blades or sliding blocks on a gear shift fork.
  • brake disks can be reinforced in the area of the friction ring, the increased wear resistance of the reinforcing element compared to the light metal being exploited.
  • a component in the form of a heat sink with a low coefficient of expansion and, at the same time, high thermal conductivity can be produced by using the device according to the invention through a targeted choice of the starting composition of the insert part.
  • the division of the casting process into three phases, pre-run, filling stroke and post-compression, which is customary in standard die casting, is used in a modified form in the method according to claim 10.
  • the three phases are defined by the speed of the casting piston depending on the degree of filling of the casting tool with the casting metal. For standard die casting, it is characteristic to move the casting piston slowly until the casting metal reaches the mold cavity (lead) and then to accelerate the casting piston (filling stroke). However, if there is a porous insert in the mold cavity, it is advantageous to accelerate the casting piston only when the insert is already surrounded by the casting metal. This prevents damage to the insert and reduces the reject rate.
  • the degree of filling of the mold cavity when the filling stroke is inserted depends on the position of the insert in the component and can vary between between 10% and 90%, in practice a degree of fullness of the mold cavity at the beginning of the full stroke between 50% and 80% has particularly been preserved.
  • fibers in composite materials generally results in an increase in the ductility of a composite material. This is because the fibers absorb the energy from cracks and the composite material thus has a higher breaking resistance.
  • the connection between the fiber and the matrix is particularly important. It has been found that in the process according to the invention, particularly high breaking resistances are achieved by metal fibers, in particular on the basis of iron, chromium, aluminum and yttrium.
  • the most favorable thickness of the fibers lies in a range between 20 ⁇ m and 200 ⁇ m, in particular between 35 ⁇ m and 50 ⁇ m (claim 13).
  • the speed of the casting piston is, depending on the degree of fullness of the casting tool, an important parameter of the method according to the invention. It has been found that the speed of the casting piston during the advance is between 0.1 m / s and 2 m / s is advantageous. In this interval, the speed of the casting piston can increase during the advance if this is expedient for the filling process. According to the invention, the speed of the casting piston during the full stroke is between 1 m / s and 5 m / s, so that a low speed in advance is linked to a low speed during the full stroke. The optimal speeds depend on the geometry of the mold cavity and are therefore specific to the mold.
  • the compression pressure results from the speed of the plunger during the filling stroke and from the plunger path during the filling stroke.
  • the filling stroke starts later than in the conventional pressure casting method, the maximum pressure achieved during the recompression is correspondingly lower than in the conventional pressure casting method. It is generally between 600 bar and 1200 bar, in most cases between 700 bar and 900 bar, the highest possible pressure being sought for good infiltration (claim 15).
  • the temperature of the cast metal in the process according to the invention is between 680 ° C. and 780 ° C.
  • the temperature should be chosen as high as possible, so that during the filling of the mold cavity and in particular during the infiltration of the insert the casting metal remains so hot that its temperature is above the liquidus temperature, therefore remains liquid and does not solidify, which could clog the pores of the insert. If the cast metal consists of an aluminum alloy, this absorbs hydrogen from the air at a temperature above 740 ° C, which damages the quality of the component to be cast from it. For this reason, the optimum temperature of the cast metal is between 700 ° C and 740 ° C (claim 16).
  • the insert can be preheated in an electrically heated chamber furnace, which is useful in the production of components in small quantities.
  • a continuous furnace is particularly suitable for series production. This ensures a continuous supply of the required inserts for production and, moreover, a constant temperature of the inserts can be set (claim 18).
  • the insert parts can be picked up by a casting robot and inserted into the casting tool. This saves time compared to manual insertion and ensures a precisely fitting positioning of the insert in the casting tool (claim 19).
  • the insert is infiltrated particularly well by the cast metal if it has a porosity between 30% and 80%. Particularly with a porosity of 50%, very good infiltration can be achieved, the insert having a comparatively high strength.
  • the optimal pore diameter of the insert is between 1 ⁇ m and 100 ⁇ m, preferably 20 ⁇ m (claim 21).
  • FIG. 1 shows, in a first example, a basic illustration of a die casting machine with a sectional view of a casting tool, with an insert and a casting piston
  • FIG. 2 shows, in a second example, an enlarged sectional view of a casting tool detail, with an insert part, fixing elements and shielding element arranged therein,
  • FIG. 3 shows, in a third example, an enlarged sectional view of a casting tool detail, with an insert, fixing elements and shielding element,
  • FIG. 4 shows, in a fourth example, an enlarged sectional view of a casting tool detail, in which a shielding element and an insert part which is positioned on a slide of the casting tool are shown,
  • FIG. 5 shows, in a fifth example, an enlarged sectional drawing of a casting tool detail with an annular insert and fixing elements
  • Fig. 6 is an enlarged in a sixth example
  • FIG. 7a, 7b and 7c a schematic course of the filling of a mold cavity with a cast metal, 8 shows a penetration structure with a metallic material phase and a ceramic material phase.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a casting machine 12 with a casting tool 1, which comprises a casting run 2, a gate 3 with a defined cross section and a mold cavity 4 with a device for positioning the insertion part 5 by means of fixing elements 7.
  • the casting tool 1 consists of two parts which, in the ready-to-cast state, touch one another in a parting plane 15. One of these parts is a fixed side 16 which remains stationary with respect to the casting machine 12 when the casting tool 1 is opened, the other part consists of a movable side 17 which moves 12 m with the arrow when the casting tool 1 is opened with respect to the casting machine.
  • the casting tool is attached to a casting machine 12, which comprises a casting piston 11 with a defined diameter, through which the casting metal 13 is pressed at a defined speed m into the casting run 2 and subsequently through the gate 3 m into the mold cavity 4 of the casting tool 1.
  • the casting metal 13 For an optimal filling of the casting tool 1 with the casting metal 13, it is necessary that the casting metal 13 can reach all areas of the mold cavity 4 unhindered. Due to its kinetic energy, the casting metal 13 exerts a force on the insert 5, which can lead to bending moments that can exceed the strength of the insert 5. For this reason, the insert 5 is protected according to the invention by shielding elements 6 from the casting metal 13, so that the casting metal 13 flows around the insert 5 laterally. The force acting on the insert 5 is thus reduced.
  • the shielding element 6 is in the form of a wall of the mold cavity 6.
  • the insert 5 To further reduce the forces acting on the insert 5, it is necessary for the insert 5 to be fixed in such a way that the forces acting through the fixation cause the smallest possible bending moments, which is achieved according to the invention by essentially applying the fixing elements to the insert 5 occurring force counteracts a collinear force, that is, both forces lie on a straight line.
  • the insert 5 is fixed in one spatial direction by a nose 8 and the lower wall of the mold cavity 6, which also acts as a shielding element 6. Perpendicular to this, the insert 5 is fixed by a pin 9 and the side wall 18 of the mold cavity 4.
  • the lines of force of the forces acting on the insert lie in a straight line in both of the spatial directions mentioned.
  • the straight lines on which the lines of force of the collinear forces lie can be in any solid angle to each other.
  • a rectangular insert 5 is fixed from below by a shielding element 6, which in this example is in the form of an edge 10.
  • the fixation takes into account the collinearity of the Forces also by an edge 10.
  • the insert is fixed horizontally by pins 9.
  • annular insert 5 is shown, which is pushed onto a pin 9 in the fixed side 16 of the casting tool 1 and onto the wall 18 of the mold cavity by further pins 9, which are attached in the movable side 17 4 of the fixed side 16 is pressed.
  • the casting run 2 is located directly under the insert, when the casting metal 13 enters the mold cavity 4, it is guided through the shielding element 6 past the insert 5.
  • FIG. 4 Another exemplary embodiment according to the invention is shown in FIG. 4, in which the parting plane of the fixed side 16 is shown.
  • a cylindrical insert 5 is placed on two conical slides 14.
  • the slides are attached to either the fixed side 16 or the movable side 17 and can be moved out of the mold cavity 4 so far that the component can be removed from the mold.
  • the movable and the fixed side touch each other in a form-fitting manner in the parting plane 15 and can be separated for demolding the component.
  • the shielding element 6 is located under the insert 5 and in this example is configured in two parts, one part being in the fixed side 16 and the other part being in the movable side 17.
  • the principle of the exemplary embodiment shown in FIG. 4 is suitable for representing a liner in a cylinder crankcase as a reinforcing element. It is possible to use only a slide on which the insert is placed over its entire length.
  • FIG. 5 shows an annular insert 5 which is positioned in the fixed side 16.
  • the mold cavity 4 of the fixed side 16 and the insert 5 are congruent, so that there is no scope within the manufacturing tolerances.
  • the liquid cast metal is able to penetrate small gaps (> 0.1 mm). Ensuring tolerances of ⁇ 0.1 mm is only possible with great effort in the case of porous ceramic inserts, this applies in particular if one takes into account that the mold cavity has 29 bevels on the surfaces facing the parting plane for demolding the component. Accordingly, a spread of casting metal between the surfaces 29 and the insert 5 (which would lead to bending moments) is possible in principle under the conditions mentioned. This spread prevents the edge 10 of the movable side 17, at the same time this edge 10 acts as a fixing element.
  • the insert is positioned so that the surface 29 of the mold cavity 4 facing the parting plane serves as a shielding element 6.
  • FIG. 6 shows a sectional view of the mold cavity 4, in which an insert 5 provided with bores is placed on pins 9 which are fastened in the fixed side 16 of the casting tool. Additional pins 9 are fastened in the movable side 17 and fix the insert 5 while maintaining the collinearity of the forces acting on the insert 5.
  • a fixation of the insert part 5 according to FIG. 6 is expedient if, due to the component geometry, no external fixing elements are permitted at certain points.
  • the pins 9 shown in FIG. 5 on the movable side 17 could also be configured according to the invention by edges or lugs.
  • the shielding element 6 is attached in this example below the insert 5 so that it does not touch it. The method according to the invention is described below, which is illustrated by FIGS. 7a-7c.
  • the conventional die casting process is divided into three phases.
  • a first phase the casting piston 11 (see FIG. 1) moves at a constant speed to such an extent that the casting run 2 of the casting tool 1 is filled with casting metal 13 (lead).
  • a second phase the filling stroke, the casting piston 11 is accelerated and the mold cavity 4 is filled with casting metal 13.
  • the casting piston 11 is braked suddenly since the entire casting tool 1 is filled with casting metal 13, at the same time a pressure being built up on the casting metal 13 in the casting tool 1 that can be up to 1200 bar (post-compression).
  • the densification counteracts a shrinkage of the component due to solidification of the casting metal 13; at the same time, the pressure of the casting metal 13 is used in the method according to the invention for infiltration of the insertion part 5.
  • the speed of the casting metal 13 during the filling stroke can, depending on the design of the casting tool 1, be up to ten times as high as the speed in the lead.
  • the filling stroke speed in gate 3 is usually between 30 m / s and 50 m / s.
  • the speed of the cast metal in the gate v A is calculated using the following formula:
  • FIG. 7c shows the speed of the casting piston 11 v G as a function of the distance s G which the casting piston travels.
  • the first path of the advance s v takes place at the low speed v up to the degree of filling of the mold cavity 26, which is shown in FIG. 7a.
  • the casting piston 11 is then accelerated to the speed v F , which is maintained over the path of the filling stroke s F until the mold cavity is completely filled (FIG. 7b).
  • the pouring plunger 11 is braked abruptly (post-compression), the speed drops to v N , the pouring plunger 11 moving only slightly for post-compression of the casting metal s N.
  • the insert is infiltrated with the casting metal, which leads to the movement of the casting piston 11 s N.
  • the degree of filling 26 at the beginning of the filling stroke depends on the position of the insert 5 in the mold cavity 4 and on the geometry of the component and is between 10% and 90%.
  • the insert 5 would experience the lowest load if there was no acceleration during the filling stroke. In this case, however, optimal filling of the mold cavity 4 with the cast metal 13 could not be guaranteed.
  • the optimal filling of the mold cavity 4 and the Mechanical loading of the insert 5 are two criteria that are directly but oppositely influenced by the speed of the casting metal 13 during the filling stroke. In order to be able to meet both criteria, a filling level between 50% and 80% has proven itself in practice.
  • FIG. 8 shows an enlarged schematic illustration of a penetration structure of the reinforcing element 25.
  • the ceramic material phase 27 of the reinforcing element 25 is three-dimensionally networked and has an open pore system which is completely filled by the infiltrated casting metal, the metallic material phase 28.
  • the metal present in the penetration structure is identical to the solidified cast metal represented by the component and is continuously connected to it in a transition layer. Both material phases together form a dense and pore-free penetration structure.
  • a powder with the above-mentioned composition was mixed in a 5 mm star rotor mixer at stage II.
  • the powder then had a bulk density of 1.315 g / cm 3 .
  • This powder with a bulk density of 0.942 g / cm 3 or 1.315 g / cm 3 , was added cold to a press mold heated to 75 ° C. Air pockets have been removed.
  • the press was closed under vacuum and relaxed at 300 and 600 KN for 5 min. Subsequently, uniaxial pressing was carried out under vacuum with a pressure of 1500 KN for 2 min. The press was slowly opening. This results in a green body pressed close to its final shape, which was dried at 60 ° C in a drying oven and then reworked to its final dimensions. Optionally, it can be cold isostatically pressed again after drying and before finishing.
  • the dried green body was heated in a tunnel oven to 100 ° C. in 60 minutes with air access and heated at this temperature for 90 minutes, followed by further temperature ramps, in 300 minutes to 400 ° C. and others 60 min to 550 ° C. At this point, the green body can be further heated up to 1150 ° C, which contributes to increasing its strength.
  • the cooled green body which was treated at a temperature of 550 ° C., then had a compressive strength of approximately 15 MPa, a flexural strength of 3 MPa and a porosity of approximately 45%. Green bodies which were annealed at 1150 ° C. showed a flexural strength of 30 MPa and a porosity of 35%.
  • Grunkorper after the described Processes manufactured and processed are called inserts below.
  • the porous ceramic insert 5 was preheated to a temperature of 500 ° C. in order to prevent the casting metal from cooling prematurely through the insert. It was then inserted in a casting mold in a defined position and fixed according to the invention. The mold was then closed and the mold cavity was cast with aluminum or an aluminum alloy to form the entire component.
  • aluminum or an aluminum alloy for example 99.9% pure aluminum or all aluminum alloys suitable for die casting can be used (for example GD 226 or GD 231).
  • the mold was tempered to 300 ° C during the casting process.
  • the specific pressure of the cast metal was between 600 and 800 bar, the temperature was around 680 to 750 ° C. The pressure was built up during the filling stroke after the casting tool had been filled 60%.
  • the duration of the filling of the casting tool was 100 ms at a piston speed of approximately 0.2 m / s (advance) to 1.8 m / s (filling stroke).
  • the locking time of the casting tool was about 10s to 40 s.
  • an aluminum die-cast component is obtained with a reinforcing element made of titanium oxide and aluminum with a bending strength of 400 MPa, a thermal conductivity of approximately 60 W / mK and a density of approximately 3.1 g / cm 3 .
  • the insert When pouring out the casting tool, the insert is infiltrated with the aluminum alloy AlSi9Cu3 (GD226) and at the same time the remaining intermediate areas in the casting tool, which have no insert, are poured out with the metal.
  • a component to be manufactured can be adapted in a favorable manner to its respective intended use. That's the way it is For example, it is possible to produce a cylinder crankcase with reinforced webs between the cylinder liners, with the insert being positioned in the area of the subsequent webs in the area of the later webs in the casting mold. The remaining empty areas of the die, which later enclose the crankcase, then represent the intermediate areas.
  • the casting tool is poured out or the insert is infiltrated at a filling temperature which is above the liquidus temperature of the casting metal, but is so low that there is no reaction with the ceramic insert.
  • the filling temperature is below 750 ° C.
  • the resulting brake disc can be heated in the area of the friction surfaces of the later friction ring in a manner known per se to or above a reaction temperature at which an intermetallic ceramic composite material is produced. The heating is therefore selective with respect to the brake disc. It can be done by induction or laser heating.
  • the energy input can be controlled in such a way that a gradient results, the ceramic-metal composite material of the reinforcing element being continuously transferred into the intermetallic-ceramic composite material.
  • a porous ceramic insert was produced using A1N as the ceramic powder and infiltrated with aluminum under the same conditions.
  • the die casting tool was a heat sink for power electronics.
  • the ceramic matrix strengthens the upper area of the heat sink, which means that the expansion nation coefficient between the electronic substrate and the heat sink is created with high thermal conductivity.
  • a porous ceramic insert was produced using SiC as raw powder and infiltrated with aluminum under the same conditions.
  • a porous ceramic insert was produced using Ti0 2 as the ceramic powder and infiltrated with a magnesium alloy (AZ 91) under the same conditions.
  • a porous ceramic insert was produced using Ti0 2 as the ceramic powder. 30% by volume (based on the total powder volume) of carbon reinforcing fibers in the form of short fibers with a length of 3 to 15 mm were added to the mixture. The porous ceramic insert was infiltrated with aluminum under the same conditions.
  • a porous ceramic insert was produced using Ti0 2 as the ceramic powder.
  • the insert was cold isostatically pressed in the form of a cylinder and infiltrated with aluminum under the same conditions.
  • the resulting component is a cylinder crank housing with a cylinder liner represented by a reinforcing element.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Giesswerkzeug (1) zur Fixierung eines porösen keramischen Einlegeteils (5) zur Herstellung eines durch das Einlegeteil (5) verstärkten Leichtmetall-Bauteils. Hierfür wird das Einlegeteil in dem Giesswerkzeug (1) so positioniert, dass jede Kraft, die zur Fixierung des Einlegeteils auftritt, durch eine kollineare Kraft ausgeglichen wird, was zur Minimierung der Biegemomente führt, die das Einlegeteil belasten. Ferner werden Abschirmelemente (6) eingesetzt, die das Einlegeteil vor einem, in das Giesswerkzeug einströmende Giessmetall schützen. Im weiteren wird ein Verfahren beschrieben, in dem die Geschwindigkeit eines Giesskolbens (11), der das Giessmetall in das Giesswerkzeug befördert, so geregelt wird, dass das Einlegeteil durch die kinetische Energie des Giessmetalls nicht beschädigt wird. Dies wird realisiert, indem das Giesswerkzeug mit geringer Geschwindigkeit so weit gefüllt wird, dass das Einlegeteil von diesem umspült ist. Anschliessend wird der Giesskolben beschleunigt, wodurch eine optimale Befüllung des Giesswerkzeuges mit dem Giessmetall gewährleistet wird.

Description

Gießwerkzeug und Verfahren zur Herstellung eines Bauteils
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gießwerkzeug und ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteiles nach den Patentansprüchen 1 und 10.
Zur Reduzierung der Bauteilmasse werden derzeit Anstrengungen unternommen, größere Einzelkomponenten aus Leichtmetallen, bspw. aus Aluminium oder Magnesium, im Druckgußverfahren herzustellen. Dies gilt insbesondere für den Automobilbau, wo zunehmend das Getriebegehäuse und der Motorblock von Kraftfahrzeugen aus Leichtmetallen gefertigt werden. Jedoch sind bei der Verwendung von Leichtmetallen die Steifigkeit, die Kriechbeständigkeit und die Verschleißbeständigkeit bei mechanisch belasteten Teilbereichen der Bauteile vor allem in höheren Temperaturbereichen unbefriedigend. Die mechanische Belastbarkeit von derartigen Leichtmetallbauteilen ist somit begrenzt .
Ein gattungsgemäßes Verfahren ist aus der DE 197 10 671 C2 bekannt. Hieraus geht ein Verfahren hervor, bei welchem ein poröser Opferkörper aus einem keramischen Material (Einlegeteil) in ein Gießwerkzeug lagedefiniert eingesetzt und unter Druck mit einer Metallschmelze (Gießmetall) infiltriert wird. Durch die Infiltration des Einlegeteils mit dem Gießmetall entsteht an der Stelle des Einlegeteils ein Metall-Keramik- Verbundwerkstoff (Verstärkungselement) . Anschließend wird das gegossene Bauteil erhitzt, so daß innerhalb des Verstärkungs- ele entes eine Reaktion zwischen dem keramischen Material und dem Gießmetall stattfindet, woraus ein Verbundwerkstoff aus keramischen und intermetallischen Materialphasen resultiert, der bezüglich der Verschleißbeständigkeit und Steifigkeit das Verstärkungselement noch übertrifft. Das Erhitzen des Bauteils ist jedoch insbesondere bei lokalen Verstärkungen nur mit hohem technischen Aufwand und mit hohen Fertigungskosten zu realisieren. Ferner kann es verfahrensbedingt aufgrund von Biegespannungen zu Beschädigungen des Einlegeteils während der Infiltration kommen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, ein Gießwerkzeug und ein weiter verbessertes Verfahren der oben genannten Art bereitzustellen, so daß Leichtmetallbauteile mit verbesserter mechanischer Belastbarkeit, insbesondere verbesserter Kriechbeständigkeit einfach und kostengünstig herstellbar sind.
Die Lösung der Aufgabe besteht in einer Vorrichtung (Gießwerkzeug) mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einem Verfahren nach Anspruch 10.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1 zeichnet sich dadurch aus, daß in dem Gießwerkzeug Fixierelemente angebracht sind, die das Einlegeteil lagedefiniert positionieren. Die Fixierelemente sind so ausgelegt, daß die Biegemomente, die auf das Einlegeteil wirken, minimiert sind. Dies geschieht erfindungsgemäß so, daß durch die Fixierelemente auf das Einlegeteil wirkende Kräfte durch kollineare Kräfte ausgeglichen werden. Das heißt, die Kraftlinien entgegengesetzter Kräfte liegen auf einer Geraden. Zusätzlich zu den erfindungsgemäßen Fixierelementen ist das Einlegeteil in einem Formhohlraum so positioniert, daß es nicht direkt im Ausbreitungsstrom eines Gießmetalls liegt. Um dies zu reali- sieren, werden Abschirmelemente eingesetzt. Im Idealfall sind diese Abschirmelemente Bestandteile der Formhohlraum-Kontur, wie z. B. Kanten oder Wände, die durch die Bauteilgeometrie vorgegeben sind. Es ist jedoch auch möglich, zusätzliche Fixierelemente so zu gestalten, daß sie den Fluß des Gießmetalls gegenüber dem Einlegeteil abschirmen. Gemeinsam verhindern die Fixierelemente und die Abschirmelemente eine Beschädigung des keramischen Einlegeteils und verringern somit die Ausschußquote bei einer Serienproduktion von verstärkten Leichtmetallbauteilen (Anspruch 1) .
Das Einlegeteil wird bevorzugt in einer bezüglich einer Gießmaschine festen Seite des Gießwerkzeuges positioniert, da es so keine Bewegung beim Schließen des Gießwerkzeuges erfährt, durch die es in seiner Lage verschoben werden könnte. Wenn die Geometrie des Bauteils und/oder die Geometrie des Gießwerkzeuges es erfordern, ist es möglich, das Einlegeteil in einer beweglichen Seite des Gießwerkzeuges oder auf einem Schieber zu positionieren. Des weiteren ist es möglich mehrere Einlegeteile in dem Gießwerkzeug zu positionieren, die sich in der festen Seite und/oder der beweglichen Seite und/oder auf einem Schieber befinden können (Anspruch 2) .
Zur Minimierung der Biegemomente, die auf das Einlegeteil wirken, ist es sinnvoll, das Einlegeteil an einer Wand des Formhohlraums zu positionieren. Dabei ist es wichtig, daß das Einlegeteil paßgenau die Oberfläche der Gießwerkzeugwand ausfüllt. Im Idealfall handelt es sich bei der Gießwerkzeugwand um eine ebene Fläche (Anspruch 3) .
Die endgültige Fixierung des Einlegeteils erfolgt beim Schließen des Gießwerkzeugs. Hierfür sind Nasen, Stifte, Kanten und/oder Abschirmelernente (Fixierelemente) in der dem Einlegeteil gegenüberliegenden Werkzeugseite (bewegliche Sei- te, falls das Einlegeteil in der festen Seite positioniert ist) oder auf Schiebern einsetzbar. (Anspruch 4).
Bei der paßgenauen Positionierung des Einlegeteil an einer Wand des Formhohlraums, ist es von Bedeutung, daß kein Gießmetall zwischen das Einlegeteil und der Formhohlraumwand gerät. Dies hätte ein Anheben des Einlegeteils zur Folge und würde zusammen mit der Krafteinwirkung der Fixierelemente zu Biegemomenten führen, die eine Zerstörung des Einlegeteils zur Folge hätte. Dies kann verhindert werden, wenn z. B. durch Kanten der gegenüberliegenden Werkzeugseite die Berührungsfläche zwischen dem Einlegeteil und der Formhohlraumwand abgedichtet wird (Anspruch 5) .
Bei verschiedenen Bauteilen ist es erforderlich, daß das Einlegeteil frei im Raum des Formhohlraums positioniert ist. Die Fixierung erfolgt hier ebenfalls durch Fixierelemente. Die Infiltration des Einlegeteils erfolgt nach vollständiger Be- füllung des Formhohlraums gleichmäßig von allen Seiten, das heißt isostatisch. Eine isostatische Infiltration hat den Vorteil, daß die Biegemomente, die auf das Einlegeteil wirken auf ein Minimum reduziert sind (Anspruch 6) .
Alternativ und/oder zur Unterstützung der von außen wirkenden Fixierelemente ist es möglich, das Einlegeteil mit Bohrungen zu versehen und auf Stifte, die sich auf der festen Seite oder der beweglichen Seite oder auf einem Schieber befinden paßgenau zu positionieren. Dies ist von Vorteil, wenn die Konstruktion des herzustellenden Bauteils lokal keine Fixierelemente im Formhohlraum erlaubt, die im Bauteil als Hohlräume abgebildet werden (Anspruch 7) .
Der Querschnitt eines Gießkolbens, der das Gießmetall befördert, ist in der Regel größer als der Querschnitt der Öffnung des Formhohlraums (Anschnitt) . Hieraus resultiert eine Beschleunigung des Gießmetalls bei Eintritt m den Formhohlraum bei konstanter Geschwindigkeit des Gießkolbens. Zum Schutz des Emlegeteils gegenüber dem Gießmetall ist es ergänzend zu den Abschirmelementen zweckmäßig, die Geschwindigkeit des Gießmetalls gering zu halten. So hat sich m der Praxis herausgestellt, daß die Geschwindigkeit des Gießmetalls im Bereich des Emlegeteils nicht großer sein sollte als das Achtfache der maximalen Gießkolbengeschwmdigkeit . Daher sollte der Querschnitt des Anschnittes nicht weniger als etwa ein Achtel des Querschnittes des Gießkolbens betragen (Anspruch
Zur lokalen Verstärkung von Leichtmetallbauteilen unter Verwendung der erf dungsgemaßen Vorrichtung eignen sich insbesondere Bauteile von Verbrennungsmotoren und Getriebe. Hier treten sehr hohe Anforderungen an die Eigenschaften der verwendeten Materialien auf. Es sei hierbei die Biegefestigkeit, der E-Modul, der Ausdehnungskoeffizient und die Verschleißbeständigkeit genannt. Besondere Anwendung finden lokale Verstärkungen etwa bei im Zylmderkurbelgehause e gestzten Zy- l derlaufbuchsen. Bei Zylinderlaufbuchsen ist zum einen die Verschleißbeständigkeit von Bedeutung, zum anderen die Steifigkeit der Laufbuchse. Dies ist besonders wichtig be geringen Zylinderabstanden das heißt schmaler Stegbreite, da es hier ohne Verstärkung zu einer unerwünschten Aufwölbung der Laufbuchse kommt, die zu einem Spalt zwischen Zylinder und Laufbuchse fuhrt, durch den Kraftstoff unverbrannt entweichen kann (blow-by-Effekt) . Eine weitere Anwendung lokaler Verstärkungen sind Grundlagerbereiche einer Kurbelwelle (z. B. im Zylmderkurbelgehause und/oder im Kurbelgehauseunterteil und/oder im Lagerdeckel) sowie Lagerbereiche im Getriebege- hausen. Hierbei kann die erhöhte Steifigkeit des Verstar- kungselementes und der geringere Ausdehnungskoeffizient sowie die höhere Kriechbeständigkeit gegenüber dem unverstärkten Leichtmetall ausgenutzt werden. Aufgrund der guten Verschleißbeständigkeit der Verstärkungselemente ist es denkbar, daß diese auch die Lagerschalen im Lagerstuhl ersetzen könnten.
Weitere mechanisch belastete Bauteile oder Funktionselemente, die durch Verstärkungselemente verstärkt werden können, sind beispielsweise Pleuel, Turboladerschaufeln oder Gleitsteine auf einer Getriebeschaltgabel. Ferner können Bremsscheiben im Bereich des Reibringes verstärkt werden, wobei die gegenüber dem Leichtmetall erhöhte Verschleißbeständigkeit des Verstärkungselementes ausgenutzt wird.
Des weiteren kann durch gezielte Wahl der AusgangsZusammensetzung des Emlegeteils durch Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein Bauteil in Form eines Kühlkörpers mit geringem Ausdehnungskoeffizienten bei gleichzeitig hoher Wärmeleitfähigkeit hergestellt werden (Anspruch 9) .
Die im Standard-Druckguß übliche Einteilung des Gießvorganges in drei Phasen, Vorlauf, Füllhub und Nachverdichten, wird im erfindungsgemäßen Verfahren nach Patentanspruch 10 in veränderter Form angewendet. Die drei Phasen werden durch die Geschwindigkeit des Gießkolbens in Abhängigkeit des Füllgrades des Gießwerkzeugs mit dem Gießmetall definiert. Für den Standard-Druckguß ist es charakteristisch, den Gießkolben langsam zu bewegen, bis das Gießmetall den Formhohlraum erreicht (Vorlauf) und anschließend den Gießkolben zu beschleunigen (Füllhub) . Befindet sich jedoch ein poröses Einlegeteil im Formhohlraum, dann ist es von Vorteil, den Gießkolben erst dann zu beschleunigen, wenn das Einlegeteil bereits mit dem Gießmetall umgeben ist. Hierdurch wird eine Beschädigung des Einlegeteils vermieden und die Ausschußquote gesenkt. Der Füllgrad des Formhohlraums bei Einsetzen des Füllhubs ist von der Lage des Einlegeteils im Bauteil abhängig und kann zwi- schen 10 % und 90 % betragen, m der Praxis hat sich ein Fullgrad des Formhohlraums zu Beginn des Fullhubs zwischen 50 % und 80 % besonders bewahrt.
Bei der Infiltration des porösen keramischen Emlegeteils mit dem Gießmetall entsteht ein Durchdrmgungsgefuge . Das bedeutet, daß die offenen Poren des Emlegeteils, die über Kanäle miteinander verbunden sind durch das Gießmetall ausgefüllt werden. Jede Materialphase bildet demnach ein eigenes dreidimensionales Gerüst und beide Gerüste sind so miteinander verwebt, daß ein dichter Korper entsteht, das Verstarkungsele- ment . Ein Vorteil dieser Art der Verstarkungselemente gegenüber monolithischen Verstarkungselemente, z. B. aus Grauguß, besteht neben der Gewichtsersparnis darin, daß es keine scharfe Trennschicht zwischen dem Material des Bauteils und dem Material des Verstarkungselementes gibt. Vielmehr ist das Metall des Bauteils mit dem Metall des Verstarkungselementes identisch und mit diesem kontinuierlich verknüpft (Anspruch 11) •
An die Eigenschaften des Verstarkungselementes werden unterschiedliche Anforderungen gestellt, somit ist es im Sinne der Erfindung zweckmäßig, für verschiedene Anwendungen verschiedene keramische Rohpulver als Vorprodukte des Emlegeteils heranzuziehen. Ist z. B. eine hohe Harte oder Verschleißbeständigkeit gefordert, dann ist es vorteilhaft, Titankarbid oder Siliziumkarbid als Rohpulver zu verwenden. Im Falle von Bauteilen, die eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen müssen, ist das Siliziumkarbid oder das Alummiumnitrid em geeignetes keramisches Rohpulver. In vielen Fallen sind die mechanischen Eigenschaften wie Festigkeit, E-Modul, Kriechbestandig- keit oder Verschleißbeständigkeit unter Berücksichtigung der Rohstoffkosten für die Wirkungsweise des Verstarkungselementes von Bedeutung. Nach diesen Kriterien finden Rohpulver wie Titanoxid, Spinell, Mullit, Alummiumsilikate oder Tonmmera- le Verwendung (Anspruch 12) .
Der Einsatz von Fasern m Verbundwerkstoffen bewirkt im Allgemeinen eine Erhöhung der Duktilitat eines Verbundmateπals . Dies rührt daher, daß die Fasern die Energie von Rissen absorbieren und somit das Verbundmaterial einen höheren Bruchwiderstand aufweist. Hierbei ist die Anb dung zwischen der Faser und der Matrix besonders wichtig. Es hat sich herausgestellt, daß bei dem erf dungsgemaßen Verfahren durch Metallfasern insbesondere auf der Basis von Eisen, Chrom, Aluminium und Yttrium besonders hohe Bruchwiderstande erzielt werden. Die gunstigste Dicke der Fasern liegt m einem Bereich zwischen 20 μm und 200 um, insbesondere zwischen 35 μm und 50 μm (Anspruch 13) .
Die Geschwindigkeit des Gießkolbens ist m Abhangikeit des Fullgrades des Gießwerkzeuges ein maßgeblicher Parameter des erfmdungsgemaßen Verfahrens. Es hat sich herausgestellt, daß die Geschwindigkeit des Gießkolbens wahrend des Vorlaufs zwischen 0,1 m/s und 2 m/s von Vorteil ist. In diesem Intervall kann sich die Geschwindigkeit des Gießkolbens wahrend des Vorlaufes erhohen, wenn dies für den Fullvorgang zweckmäßig ist. Die Geschwindigkeit des Gießkolbens wahrend des Fullhubs betragt erfmdungsgemaß zwischen 1 m/s und 5 m/s, so daß eine niedrige Geschwindigkeit im Vorlauf mit einer niedrigen Geschwindigkeit wahrend des Fullhubs verknüpft ist. Die optimalen Geschwindigkeiten hangen jeweils von der Geometrie des Formhohlraums ab und sind demnach gießwerkzeugspezifisch. Im allgemeinen ist darauf zu achten, im Vorlauf die germgstmog- liche Gießkolbengeschwmdigkeit des angegebenen Intervalls zu wählen, die eine fehlerfreie Darstellung des Bauteils gewährleisten. Der Fullhub sollte mit einer möglichst hohen Geschwindigkeit im angegebenen Intervall erfolgen. Die opti a- len Geschwindigkeiten in den beschrieben Intervallen müssen für jede Bauteilgeometrie gesondert bestimmt werden (Anspruch 14) .
Der Druck des Nachverdichtens resultiert aus der Geschwindigkeit des Gießkolbens während des Füllhubs und aus dem Gießkolbenweg während des Füllhubs. Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens setzt der Füllhub später ein als im herkömmlichen Druckgußverfahren, der erzielte Maximaldruck während des Nachverdichtens ist dementsprechend niedriger als im herkömmlichen Druckgußverfahren. Er liegt im allgemeinen zwischen 600 bar und 1200 bar, in den meisten Fällen zwischen 700 bar und 900 bar, wobei für eine gute Infiltration ein möglichst hoher Druck anzustreben ist (Anspruch 15) .
Die Temperatur des Gießmetalls beträgt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren insbesondere bei der Verwendung von Aluminium- oder Magnesium-Legierungen zwischen 680° C und 780° C. Die Temperatur ist möglichst hoch zu wählen, damit während der Befüllung des Formhohlraums und insbesondere während der Infiltration des Einlegeteils das Gießmetall so heiß bleibt, daß sich dessen Temperatur oberhalb der Liquidustemperatur befindet, demnach flüssig bleibt und keine Erstarrung einsetzt, durch die die Poren des Einlegeteils verstopft werden könnten. Besteht das Gießmetall aus einer Aluminiumlegierung, nimmt dies bei Temperatur über 740° C Wasserstoff aus der Luft auf, was der Qualität des daraus zu gießenden Bauteils schadet. Aus diesem Grund beträgt die optimale Temperatur des Gießmetalls zwischen 700° C und 740° C (Anspruch 16) .
Ebenfalls um einer Erstarrung des Gießmetalls vor der Infiltration vorzubeugen, ist es von Vorteil, das Einlegeteil bei einer Temperatur zwischen 500° C und 800 °C vorzuheizen. Besonders vorteilhaft ist eine Vorheiztemperatur, die zwischen 600° C und 700° C liegt, da somit eine mögliche chemische Reaktion zwischen dem Gießmetall und dem Einlegeteil ausgeschlossen ist und gleichzeitig eine Erstarrung des Gießmetalls hinaus gezögert wird (Anspruch 17) .
Das Vorheizen des Einlegeteils kann in einem elektrisch beheizten Kammerofen erfolgen, was bei der Herstellung von Bauteilen in kleinen Stückzahlen zweckmäßig ist. Im Rahmen einer Serienproduktion ist jedoch ein Durchlaufofen besonders geeignet. Hierdurch wird eine kontinuierliche Bereitstellung der benötigten Einlegeteile für die Produktion gewährleistet und zudem ist eine konstante Temperatur der Einlegeteile einstellbar (Anspruch 18) . Im weiteren Verlauf der Prozeßkette können die Einlegeteile von einem Gießroboter aufgenommen werden und in das Gießwerkzeug eingelegt werden. Dies erspart Zeit gegenüber einem manuellen Einlegen und gewährleistet ein paßgenaues Positionieren des Einlegeteils im Gießwerkzeug (Anspruch 19) .
Besonders vorteilhaft für die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es, als Gießmetall Aluminium oder Magnesium, beziehungsweise Legierungen dieser Metalle zu verwenden. Diese Metalle weisen eine geringe Dichte auf und sind zum Vergießen in einem Druckgußverfahren gut geeignet (Anspruch 20) .
Das Einlegeteil wird besonders gut von dem Gießmetall infiltriert, wenn es eine Porosität zwischen 30 % und 80 % aufweist insbesondere bei einer Porosität von 50 % ist eine sehr gute Infiltration realisierbar wobei das Einlegeteil eine vergleichsweise hohe Festigkeit aufweist. Der optimale Porendurchmesser des Einlegeteils liegt zwischen 1 μm und 100 μm vorzugsweise bei 20 μm (Anspruch 21) . Im folgenden ist die Erfindung anhand von sechs Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in den folgenden Zeichnungen dargestellt sind, dabei zeigen:
Fig. 1 in einem ersten Beispiel eine Prinzipdarstellung einer Druckgußmaschine mit einer Schnittansicht eines Gießwerkzeuges, mit einem Einlegeteil und einem Gießkolben,
Fig. 2 in einem zweiten Beispiel eine vergrößerte Schnittansicht eines Gießwerkzeugdetails, mit einem in diesem angeordneten Einlegeteil, Fixierelementen und Abschirmelement,
Fig. 3 in einem dritten Beispiel eine vergrößerte Schnittansicht eines Gießwerkzeugdetails, mit einem Einlegeteil, Fixierelementen und Abschirmelement,
Fig. 4 in einem vierten Beispiel eine vergrößerte Schnittansicht eines Gießwerkzeugdetails, in der ein Abschirmelement und ein Einlegeteil, das auf einem Schieber des Gießwerkzeugs positioniert ist, gezeigt ist,
Fig.5 in einem fünften Beispiel eine vergrößerte Schnittzeichnung eines Gießwerkzeugdetails mit einem ringförmigen Einlegeteil und Fixirelementen,
Fig. 6 in einem sechsten Beispiel eine vergrößerte
Schnittzeichnung eines Gießwerkzeugdetails, mit einem Einlegeteil, in dem sich Bohrungen befinden und das auf Fixierelemente des Gießwerkzeuges aufgesteckt ist,
Fig. 7a, 7b und 7c einen schematischen Verlauf der Befüllung eines Formhohlraums mit einem Gießmetall, Fig. 8 ein Durchdπngungsgefuge mit einer metallischen Ma- teπalphase und einer keramischen Materialphase.
Figur 1 zeigt eine Prmzipdarstellung einer Gießmaschine 12 it einem Gießwerkzeug 1, das einen Gießlauf 2, einen Anschnitt 3 mit definiertem Querschnitt und einen Formhohlraum 4 mit einer Vorrichtung zur Positionierung des Emlegeteils 5 durch Fixierelemente 7 umfaßt. Ferner besteht das Gießwerkzeug 1 aus zwei Teilen, die sich im gießbereiten Zustand m einer Trennebene 15 berühren. Einer dieser Teile ist eine feste Seite 16, die bezuglich der Gießmaschine 12 beim Offnen des Gießwerkzeuges 1 ortsfest bleibt, der andere Teil besteht aus einer beweglichen Seite 17, die sich beim Offnen des Gießwerkzeugs 1 bezuglich der Gießmaschine 12 m Pfeilπch- tung bewegt.
Das Gießwerkzeug ist an einer Gießmaschine 12 befestigt, die einen Gießkolben 11 mit definiertem Durchmesser umfaßt, durch den das Gießmetall 13 mit einer definierten Geschwindigkeit m den Gießlauf 2 und im weiteren Verlauf durch den Anschnitt 3 m den Formhohlraum 4 des Gießwerkzeuges 1 gedruckt wird.
Für eine optimalen Befüllung des Gießwerkzeugs 1 mit dem Gießmetall 13 ist es notwendig, daß das Gießmetall 13 alle Bereiche des Formhohlraums 4 ungehindert erreichen kann. Durch seine kinetische Energie übt das Gießmetall 13 eine Kraft auf das Einlegeteil 5 aus, die zu Biegemomenten fuhren kann, die die Festigkeit des Einlegeteils 5 übersteigen können. Aus diesem Grund wird erfmdungsgemaß das Einlegeteil 5 durch Abschirmelemente 6 vor dem Gießmetall 13 geschützt, so daß das Gießmetall 13 das Einlegeteil 5 lateral umfließt. Die Krafteinwirkung auf das Einlegeteil 5 wird somit reduziert. In Figur 1 ist das Abschirmelement 6 in Form einer Wand des Formhohlraums 6 ausgebildet. Zur weiteren Reduktion der auf das Einlegeteil 5 wirkenden Kräfte ist es notwendig, daß die Fixierung des Einlegeteils 5 so erfolgt, daß die durch die Fixierung wirkenden Kräfte möglichst geringe Biegemomente hervorrufen, was erfindungsgemäß erzielt wird, indem im wesentlichen durch die Fixierelemente auf das Einlegeteils 5 auftretenden Kraft eine kollineare Kraft entgegenwirkt, das heißt, beide Kräfte auf einer Geraden liegen.
In Figur 1 erfolgt die Fixierung des Einlegeteils 5 in einer Raumrichtung durch eine Nase 8 und der unteren Wand des Formhohlraums 6, die gleichzeitig als Abschirmelement 6 fungiert. Senkrecht dazu wird das Einlegeteil 5 durch einen Stift 9 und der seitlichen Wand 18 des Formhohlraums 4 fixiert. In beiden genannten Raumrichtungen liegen die Kraftlinien, der auf das Einlegeteil wirkendnen Kräfte auf einer Geraden. Die Geraden, auf denen die Kraftlinien der kollinearen Kräfte liegen, können in jedem beliebigen Raumwinkel zueinander stehen.
Bei der Positionierung des Einlegeteils 5 im Gießwerkzeug 1 ist bei der Konstrunktion darauf zu achten, Konturen des Formhohlraums, die der Darstellung der Bauteilgeometrie dienen, als Abschirmelemente heranzuziehen, wie das in Figur 1 veranschaulicht ist. Ist diese Möglichkeit aus Gründen der Konstruktion nicht gegeben, werden Abschirmelemente verwendet, wie sie in Figur 2 und in Figur 3 gezeigt sind.
In einem weiteren Beispiel wird, wie in Figur 2 gezeigt, ein rechteckiges Einlegeteil 5 durch ein Abschirmelement 6, das in diesem Beispiel in Form einer Kante 10 ausgebildet ist, von unten fixiert. Auf der gegenüberliegenden Seite erfolgt die Fixierung unter Berücksichtigung der Kollinearität der Kräfte ebenfalls durch eine Kante 10. Die waagrechte Fixierung des Einlegeteils erfolgt durch Stifte 9.
In Figur 3 ist in einem weiteren Beispiel ein ringförmiges Einlegeteil 5 gezeigt, das in der festen Seite 16 des Gießwerkzeuges 1 auf einen Stift 9 aufgeschoben ist und durch weitere Stifte 9, die in der beweglichen Seite 17 angebracht sind, an die Wand 18 des Formhohlraums 4 der festen Seite 16 gedrückt wird. Der Gießlauf 2 befindet sich direkt unter dem Einlegeteil, beim Eintritt des Gießmetalls 13 in den Formhohlraum 4 wird dieses durch das Abschirmelement 6 am Einlegeteil 5 vorbeigeleitet.
Ein weiteres erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel zeigt Figur 4, in der die Trennebene der festen Seite 16 dargestellt ist. Ein zylinderförmiges Einlegeteil 5 ist auf zwei konischen Schiebern 14 aufgesetzt. Die Schieber sind entweder auf der festen Seite 16 oder der beweglichen Seite 17 befestigt und lassen sich so weit aus dem Formhohlraum 4 heraus fahren, daß das Bauteil entformt werden kann. Die bewegliche und die feste Seite berühren sich formschlüssig in der Trennebene 15 und können zur Entformung des Bauteils getrennt werden. Das Abschirmelement 6 befindet sich unter dem Einlegeteil 5 und ist in diesem Beispiel zweiteilig ausgestaltet, wobei sich der eine Teil in der festen Seite 16, der andere Teil in der beweglichen Seite 17 befindet. Das Prinzip des in Figur 4 gezeigten Ausführungsbeispiels ist dafür geeignet, eine Laufbuchse in einem Zylinderkurbelgehäuse als Verstärkungselement darzustellen. Es ist möglich lediglich einen Schieber zu verwenden, auf den das Einlegeteil auf seiner gesamten Länge aufgesetzt wird.
In Figur 5 ist ein ringförmiges Einlegeteil 5 gezeigt, das in der festen Seite 16 positioniert ist. Der Formhohlraum 4 der festen Seite 16 und das Einlegeteil 5 sind kongruent ausgelegt, so daß im Rahmen der Fertigungstoleranzen kein Spielraum existiert. Das flüssige Gießmetall ist jedoch in der Lage, kleine Spalte (> 0,1 mm) zu durchdringen. Die Gewährleistung von Toleranzen < 0, 1 mm ist bei porösen keramischen Einlegeteilen nur mit hohem Aufwand möglich, dies gilt insbesondere dann, wenn man berücksichtigt, daß der Formhohlraum an den zur Trennebene zugewandten Flächen 29 Schrägen zur Entformung des Bauteils aufweist. Demnach ist eine Ausbreitung von Gießmetall zwischen den Flächen 29 und dem Einlegeteil 5 (die zu Biegemomenten führen würde) unter den genannten Bedingungen prinzipiell möglich. Diese Ausbreitung verhindert die Kante 10 der beweglichen Seite 17, gleichzeitig fungiert diese Kante 10 als Fixierelement. In Figur 5 ist das Einlegeteil so positioniert, daß die zur Trennebene zugewandte Fläche 29 des Formhohlraums 4 als Abschirmelement 6 dient.
In Figur 6 ist eine Schnittansicht des Formhohlraums 4 gezeigt, in dem ein mit Bohrungen versehenes Einlegeteil 5 auf Stifte 9 aufgesetzt ist, die in der festen Seite 16 des Gießwerkzeuges befestigt sind. Weitere Stifte 9 sind in der beweglichen Seite 17 befestigt und fixieren das Einlegeteil 5 unter Wahrung der Kollinearität der auf das Einlegeteil 5 wirkenden Kräfte. Eine Fixierung des Emlegeteils 5 gemäß Figur 6 ist zweckmäßig, wenn durch Vorgaben der Bauteilgeometrie an bestimmten Stellen keine äußeren Fixierelemente zulässig sind. Die in Figur 5 gezeigten Stifte 9 auf der beweglichen Seite 17 könnte erfindungsgemäß auch durch Kanten oder Nasen ausgestaltet sein. Ferner ist es möglich, den Formhohlraum 4 so zu gestalten, daß die Formhohlraumwand 18 der beweglichen Seite 17 direkt an dem Einlegeteil 5 anliegt und dieses fixiert. Das Abschirmelement 6 ist in diesem Beispiel unterhalb des Einlegeteils 5 so angebracht, daß es dieses nicht berührt. Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren beschrieben, das durch Fig. 7a - 7c verdeutlicht ist.
Der konventionelle Druckgußvorgang ist zeitlich in drei Phasen unterteilt. In einer ersten Phase bewegt sich der Gießkolben 11 (vgl. Figur 1) mit einer konstanten Geschwindigkeit soweit, daß der Gießlauf 2 des Gießwerkzeuges 1 mit Gießmetall 13 gefüllt wird (Vorlauf) . In einer zweiten Phase, dem Füllhub, wird der Gießkolben 11 beschleunigt und der Formhohlraum 4 mit Gießmetall 13 befüllt. In einer dritten Phase wird der Gießkolben 11 schlagartig abgebremst, da das gesamte Gießwerkzeug 1 mit Gießmetall 13 gefüllt ist, wobei gleichzeitig ein Druck auf das Gießmetall 13 im Gießwerkzeug 1 aufgebaut wird, der bis zu 1200 bar betragen kann (Nachverdichten) . Durch das Nachverdichten wird einer Schrumpfung des Bauteils durch eine Erstarrung des Gießmetalls 13 entgegengewirkt, gleichzeitig wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren der Druck des Gießmetalls 13 zur Infiltration des Emlegeteils 5 genutzt.
Die Geschwindigkeit des Gießmetalls 13 während des Füllhubs kann je nach Auslegung des Gießwerkzeuges 1 bis zu zehn mal so hoch sein wie die Geschwindigkeit im Vorlauf. Die Füllhubgeschwindigkeit beträgt im Anschnitt 3 üblicherweise zwischen 30 m/s und 50 m/s. Allgemein wird die Geschwindigkeit des Gießmetalls im Anschnitt vA mit folgender Formel berechnet:
mit SG = Querschnitt des Gießkolbens [m2 ] vG = Geschwindigkeit des Gießkolbens [m/s]
SA = Querschnitt des Anschnittes [m2 ] vA = Geschwindigkeit des Gießmetalls am Anschnitt [m/s .' Durch die kinetische Energie, die das Gießmetall 13 hierbei besitzt, kann es zu Beschädigungen des Einlegeteils 5 kommen. Um dem vorzubeugen, wird erfindungsgemäß der Vorlauf mit einer geringen Geschwindigkeit des Gießkolbens vv(0,l m/s - 1,5 m/s) so weit gefüllt, daß das Einlegeteil 5 bereits mit Gießmetall umgössen ist. Der Füllgrad 26 des Formhohlraums 4 beträgt beispielsweise ca. 80 % (Figur 7a) . Anschließend erfolgt eine Beschleunigung des Gießkolbens 11 während des Fullhubs und der Formhohlraum wird mit höherer Geschwindigkeit des Gießkolbens vF (1 m/s - 5 m/s) zu 100 % mit Gießmetall gefüllt (Figur 7 b). In Figur 7c ist die Geschwindigkeit des Gießkolbens 11 vG als Funktion des Weges sG gezeigt, den der Gießkolben zurücklegt. Die erste Wegstrecke des Vorlauf sv erfolgt mit der geringen Geschwindigkeit v bis zu dem Füllgrad des Formhohlraums 26, der in Figur 7a gezeigt ist. Anschließend erfolgt die Beschleunigung des Gießkolbens 11 auf die Geschwindigkeit vF, die über den Weg des Füllhubs sF bis zur vollständigen Füllung des Formhohlraums beibehalten wird (Figur 7b) . Nun wird der Gießkolben 11 abrupt abgebremst (Nachverdichten) , die Geschwindigkeit fällt auf vN ab, wobei sich der Gießkolben 11 zum Nachverdichten des Gießmetalls nur geringfügig weiterbewegt sN. In dieser Phase des Nachverdichtens wird das Einlegeteil mit dem Gießmetall infiltriert, was zu der Bewegung des Gießkolbens 11 sN führt.
Der Füllgrad 26 zu Beginn des Füllhubs ist abhängig von der Position des Einlegeteils 5 im Formhohlraum 4 und von der Geometrie des Bauteils und beträgt zwischen 10 % und 90 %. Die geringste Belastung würde das Einlegeteil 5 erfahren, wenn keine Beschleunigung während des Füllhubs stattfinden würde. Hierbei könnte jedoch eine optimale Befüllung des Formhohlraums 4 mit dem Gießmetall 13 nicht gewährleistet werden. Die optimale Befüllung des Formhohlraums 4 und die mechanische Belastung des Einlegeteils 5 sind zwei Kriterien, die direkt aber gegenläufig von der Geschwindigkeit des Gießmetalls 13 während des Füllhubs beeinflußt werden. Um beide Kriterien erfüllen zu können, hat sich in der Praxis ein Füllgrad bewährt, der zwischen 50 % und 80 % liegt.
Figur 8 zeigt eine vergrößerte schematische Darstellung eines Durchdringungsgefüges des Verstärkungselements 25. Die keramische Materialphase 27 des Verstärkungselements 25 ist dreidimensional vernetzt und weist ein offenens Porensystem auf, das durch das infiltrierte Gießmetall, der metallischen Materialphase 28, vollständig ausgefüllt ist. Das in dem Durch- dringungsgefüge vorliegende Metall ist mit dem erstarrten Gießmetall, das durch das Bauteil dargestellt wurde, identisch und mit diesem in einer Übergangsschicht kontinuierlich verbunden. Beide Materialphasen zusammen bilden ein dichtes und porenfreies Durchdringungsgefüge.
Die vorliegende Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen zum Verfahren näher erläutert.
Beispiel 1
1. Herstellung des Einlegeteils
Zur Pulveraufbereitung wurden 95 Gew.-% Ti02 als Keramikpulver und 5 Gew.-% Kohlenstoffpulver mit 15 Gew.-% (bezogen auf die Keramik-Kohlenstoff-Mischung) PEG-Pulver als Bindemittel in einem Sternrotor-Mischer 15 s auf Stufe II und 1 min auf Stufe I gemischt. Die resultierende Mischung hatte eine Schüttdichte von 0,750 g/cm3. Es wurden 3 Gew.-% (bezogen auf diese Mischung) Wasser zugegeben und nochmals in dem Sternro- tor-Mischer 15 s auf Stufe II und 1 min auf Stufe I gemischt. Das resultierende Pulver wies nun eine Sch ttdichte von 0,942 g/cm3 auf.
Zum Pulverrecycling wurde ein Pulver mit der o.g. Zusammensetzung in einem Sternrotor-Mischer 5 mm auf Stufe II gemischt. Das Pulver wies anschließend eine Schuttdichte von 1,315 g/cm3 auf.
Dieses Pulver mit einer Schuttdichte von 0,942 g/cm3 bzw. 1,315 g/ cm3 wurde kalt in eine auf 75°C aufgeheizte Preßform gegeben. Luftnester wurden entfernt. Die Presse wurde unter Vakuum geschlossen und bei 300 und 600 KN für 5 min entspannt. Anschließend wurde mit 1500 KN Preßkraft 2 min unia- xial unter Vakuum gepreßt. Die Presse wurde langsam geöffnet. Hieraus resultiert ein endformnah gepreßte Grunkorper der bei 60°C im Trockenofen getrocknet und anschließend auf Endmaß nachearbeitet wurde. Optional kann er nach dem Trocknen und vor dem Endbearbeiten nochmals kaltisostatisch gepreßt werden.
Zum Ausbrennen der organischen Bestandteile ("Entbindern") wurde der getrocknete Grunkorper in einem Tunnelofen unter Luftzutritt in 60 min auf 100°C erhitzt und bei dieser Temperatur 90 min beheizt, anschließend erfolgten weitere Temperaturrampen, in 300 min auf 400°C und in weiteren 60 min auf 550°C. An dieser Stelle ist ein weiteres Aufheizen des Grun- korpers auf bis zu 1150° C möglich, was zur Steigerung seiner Festigkeit beitragt.
Der abgekühlte Grunkorper, der bei einer Temperatur von 550° C behandelt wurde wies anschließend eine Druckfestigkeit von ca. 15 MPa, eine Biegefestigkeit von 3 MPa und eine Porosität von etwa 45 % auf. Grunkorper, die bei 1150° C 1 h geglüht wurden, zeigten eine Biegefestigkeit von 30 MPa und eine Porosität von 35 %. Grunkorper, die nach dem beschriebene Verfahren hergestellt und bearbeitet wurden werden im folgenden Einlegeteile genannt.
2. Druckinfiltration
Das poröse keramische Einlegeteil 5 wurde auf eine Temperatur von 500°C vorgeheizt, um eine vorzeitige Abkühlung des Gießmetalls durch das Einlegeteil zu verhindern. Anschließend wurde es in einem Gießwerkzeug lagedefiniert eingelegt und erfindungsgemäß fixiert. Danach wurde das Gießwerkzeug geschlossen und der Formhohlraum zum Formen des gesamten Bauteils mit Aluminium oder einer Aluminiumlegierung ausgegossen. Dazu können bspw. 99,9 % reines Alumimium oder auch alle für den Druckguß geeigneten Aluminiumlegierungen verwendet werden (bspw. GD 226 oder GD 231) . Im einzelnen wurde das Werkzeug während des Gießprozesses auf 300°C temperiert. Der spezifische Druck des Gießmetalls betrug zwischen 600 und 800 bar, die Temperatur lag bei etwa 680 bis 750°C. Der Druckaufbau erfolgte während des Füllhubs nach einer 60%igen Füllung des Gießwerkzeugs. Die Dauer der Befüllung des Gießwerkzeuges betrug 100 ms bei einer Kolbengeschwindigkeit von etwa 0,2 m/s (Vorlauf) bis 1,8 m/s (Füllhub). Die Zuhaltezeit des Gießwerkzeuges betrug etwa 10s bis 40 s. In diesem Ausführungsbeispiel erhält man ein Aluminium-Druckgußbauteil mit einem Verstärkungselement aus Titanoxid und Aluminium mit einer Biegefestigkeit von 400 MPa, einer Wärmeleitfähigkeit von etwa 60 W/mK und einer Dichte von etwa 3,1 g/cm3.
Beim Ausgießen des Gießwerkzeugs wird das Einlegeteil mit der Aluminiumlegierung AlSi9Cu3 (GD226) infiltriert und gleichzeitig die verbleibenden Zwischenbereiche im Gießwerkzeug, die kein Einlegeteil aufweisen, mit dem Metall ausgegossen. Hierbei kann ein herzustellendes Bauteil in günstiger Weise seinem jeweiligen Verwendungszweck angepaßt werden. So ist es bspw. möglich, ein Zylinderkurbelgehäuse mit verstärkten Stegen zwischen den Zylinderlaufbuchsen herzustellen, wobei im Gießwerkzeug entsprechend endformnah geformte Einlegeteil im Bereich der späteren Stege erfmdungsgemaß positioniert werden. Die verbleibenden leeren Bereiche der Druckgußform, die das spätere Kurbelgehäuse umschließen, stellen dann die Zwischenbereiche dar.
Das Ausgießen des Gießwerkzeuges bzw. die Infiltration des Einlegeteils erfolgt bei einer Befüllungstemperatur, die oberhalb der Liquidustemperatur des Gießmetalls liegt, aber so niedrig ist, daß keine Reaktion mit dem keramischen Einlegeteil stattfindet. Insbesondere bei Aluminium als befüllendes Metall liegt die Befüllungstemperatur unterhalb 750°C. Bei der Bremsscheibenherstellung kann die resultierende Bremsscheibe nach dem Befüllen im Bereich der Reibflächen des späteren Reibrings in an sich bekannter Weise auf oder oberhalb einer Reaktionstemperatur erhitzt, werden, bei der ein Intermetallic-Keramik-Verbundwerkstoff entsteht. Die Erhitzung erfolgt bezüglich der Bremsscheibe also selektiv. Sie kann durch Induktions- oder durch Laserbeheizung erfolgen. Der Energieeintrag kann so gesteuert werden, daß ein Gradient resultiert, wobei der Keramik-Metall-Verbundwerkstoff des Verstärkungselement stufenlos in den Intermetallic-Keramik- Verbundwerkstoff übergeht.
Beispiel 2
Analog zu Beispiel 1 wurde ein poröses keramisches Einlegeteil unter Verwendung von A1N als Keramikpulver hergestellt und unter denselben Bedingungen mit Aluminium infiltriert. Das Druckgußwerkzeug stellte einen Kühlkörper für Leistungselektronik dar. Die keramische Matrix verstärkt den oberen Bereich des Kühlkörpers, wodurch eine Anpassung des Ausdeh- nungskoeffizienten zwischen Elektroniksubstrat und Kühlkörper bei gleichzeitig hoher Wärmeleitfähigkeit geschaffen wird.
Beispiel 3
Analog zu Beispiel 2 wurde ein poröses keramisches Einlegeteil unter Verwendung von SiC als Rohpulver hergestellt und unter denselben Bedingungen mit Aluminium infiltriert.
Beispiel 4
Analog zu Beispiel 1 wurde ein poröses keramisches Einlegeteil unter Verwendung von Ti02 als Keramikpulver hergestellt und unter denselben Bedingungen mit einer Magnesiumlegierung (AZ 91) infiltriert.
Beispiel 5
Analog zu Beispiel 1 wurde ein poröses keramisches Einlegeteil unter Verwendung von Ti02 als Keramikpulver hergestellt. Dabei wurden der Mischung 30 Vol.-% (bezogen auf das Gesamt- Pulvervolumen) Kohlenstoff-Verstärkungfasern in Form von Kurzfasern mit einer Länge von 3 bis 15 mm zugesetzt. Das poröse keramische Einlegeteil wurde unter denselben Bedingungen mit Aluminium infiltriert.
Beispiel 6
Analog zu Beispiel 1 wurde ein poröses keramisches Einlegeteil unter Verwendung von Ti02 als Keramikpulver hergestellt. Das Einlegeteil wurde kaltisostatisch in Form eines Zylinders gepreßt und unter denselben Bedingungen mit Aluminium infiltriert. Das resultierende Bauteil ist ein Zylinderkurbeige- häuse mit einer durch ein Verstärkungselement dargestellten Zylinderlaufbuchse .
.o.O.o

Claims

Patentansprüche
1. Gießwerkzeug (1) mit einer Fixierung eines porösen keramischen Einlegeteils (5) zur Herstellung eines durch das Einlegeteil (5) lokal verstärkten Bauteils, dadurch gekennzeichnet, daß das Gießwerkzeug Fixierelemente (7, 8, 9, 10) zur Positionierung des Emlegeteils (5) aufweist, durch die auf das Einlegeteil (5) wirkende Kräfte durch entsprechende kollineare Kräfte ausgleichbar sind, und daß das Gießwerkzeug (1) Abschirmelemente (6) aufweist, mittels welcher das Einlegeteil während des Gießvorgangs vom Hauptausbreitungsstrom eines Gießmetalls (13) abgeschirmt ist.
2. Gießwerkzeug (1) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das Einlegeteil in einer festen Seite des Gießwerkzeugs
(16) und/oder in einer beweglichen Seite des Gießwerkzeugs
(17) und/oder auf einem Schieber des Gießwerkzeugs (14) positioniert ist.
3. Gießwerkzeug (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Einlegeteil (5) paßgenau an einer Wand (18) eines Formhohlraums (4) anliegt.
4. Gießwerkzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die endgültige Positionierung und Fixierung des Emlegeteils (5) im Gießwerkzeug (1) beim Schließen des Gießwerk- zuegs (1) erfolgt.
5. Gießwerkzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang zwischen dem Einlegeteil (5) und der diesem benachbarten Wand (18) des Formhohlraums (4) durch Kanten eines korrospondierenden Teils des Gießwerkzeugs und/oder durch einen Schieber (14) gegenüber dem Gießmetall abdichtbar ist.
6. Gießwerkzeug (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Einlegeteil (5) frei im Raum des Gießwerkzeuges (1) positioniert ist und durch Stifte (9) und/oder Nasen (8) und/oder Kanten (10) gehalten ist und von allen Seiten eine isostatische Infiltration ermöglicht ist.
7. Gießwerkzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 b s 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Einlegeteil (5) mit Bohrungen (19) versehen ist und auf Stifte (9) des Gießwerkzeugs (1) aufsetzbar ist.
8. Gießwerkzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gießwerkzeug (1) einen Anschnitt (3) mit einer definierten Querschnittsflache zur Befüllung eines Formhohlraums (4) umfaßt und daß die Querschnittsflache so groß gewählt wird, daß die Geschwindigkeit des Gießmetalls (13) gegenüber der Geschwindigkeit eines Gießkolbens (11) beim Eintritt m den Formhohlraum (4) weniger als das Achtfache betragt .
9. Gießwerkzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil ein Funktionsbauteil im Verbrennungsmotor, im Getriebe eines Automobils oder eine Bremsscheibe, oder ein Kühlkörper ist.
10. Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mit einem lokalen Verstärkungselement (25) aus einem Metall-Keramik-Verbund- Material umfassend folgende Schritte:
Herstellung eines porösen keramischen Einlegeteils (5) aus keramischen Vorprodukten, lokale Positionierung des Einlegeteils (5) in einem Gießwerkzeug (1), das einen Gießlauf (2), einen Anschnitt (3) und einen Formhohlraum (4) aufweist,
Befüllen des Gießwerkzeuges (1) mit einem Gießmetall (13) durch einen Gießkolben (11) und gleichzeitiger Infiltration des Einlegeteils (5) bei erhöhtem Druck, zur Darstellung des lokalen Verst rkungselementes, dadurch gekennzeichnet, daß ein Vorlauf die Befüllung des Gießlaufs (2) und die Befüllung von mindestens 10 % des Formhohlraums (4) mit dem Gießmetall (13) umfaßt und daß die Geschwindigkeit des Gießkolbens (11) während des Vorlaufs geringer ist als während eines Füllhubs.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das lokale Verstärkungselement (25) des Bauteils aus einer keramischen Materialphase (27) und einer metallischen Materialphase (28) besteht, wobei jede Materialphase ein eigenes dreidimensionales Gerüst aufweist und beide Materialphasen zusammen in Form eines Durchdringungsgefüges vorliegen.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohpulver des keramischen Vorprodukts entweder aus einzelnen der folgenden Bestandteile oder Mischungen hieraus besteht: Ti02, Si02, TiC, SiC, Spinell, Mullit, Aluminiumsilikate Tonmineralien.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß daß dem keramischen Vorprodukt zur Herstellung des Einlegeteils (5) keramische, metallische, mineralische oder Kohlenstoff-Fasern in Form von Lang- oder Kurzfasern, Filzen oder Geweben beigegeben werden.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit des Gießkolbens (11) während des Vorlaufs zwischen 0,1 m/s und 2 m/s beträgt und während des Füllhubs zwischen 1 m/s und 5 m/s beträgt.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14 dadurch gekennzeichnet, daß der Maximaldruck auf das Gießmetall zwischen 600 bar und 1200 bar, insbesondere zwischen 700 bar und 900 bar liegt.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Gießmetalls für Aluminium- oder Magnesiumlegierungen (13) zwischen 680 und 780°C, vorzugsweise zwischen 700°C und 740°C beträgt.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Einlegeteil (5) auf eine Temperatur zwischen 500 °C und 800°C insbesondere zwischen 600°C und 700°C vorgeheizt wird.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorheizen des Einlegeteils in einem Kammerofen oder in einem Durchlaufofen erfolgt.
19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Einlegen des Einlegeteils (5) in das Gießwerkzeug (1) mit Hilfe eines Gießroboters erfolgt.
2O.Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gießmetall (13) aus Aluminium oder aus Magnesium oder aus einer Aluminium-Legierung oder einer Magnesium- Legierung besteht.
21. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Einlegeteil eine Porosität zwischen 30 % und 80 % und Porendurchmesser zwischen 1 μm und 100 μm aufweist.
o.O.o,
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