Weiterhin bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Verwendung einer solchen Vorrichtung.

Die Entwicklung von Bauteilen stellt heute neue Anforderungen an das Gießereiwesen. Dem steigenden Zeit-und Kostendruck läßt sich begegnen, indem das Dienstleistungsspektrum erwei- tert und eine Gießerei zum Full-Service-Anbieter wird, der die Produktentwicklung ganzheitlich übernimmt, und zwar von der Konstruktion der Gussteile bis zu ihrer Fertigung. Das erfordert jedoch unter anderem die Integration neuer Prozes- se. Viele Gießereien haben sich deshalb zum Beispiel durch die Investition in verschiedene Rapid-Prototyping und Rapid- Tooling-Technologien innerhalb, kürzester Zeit fest als Part- ner, vorrangig der Automobilindustrie, etabliert.

So ist es beispielsweise bekannt, mit einer Sinteranlage aus CAD-Daten auf direktem Weg Formen und Kerne aus harzumhülltem Formsand herzustellen. Dieses Verfahren heißt selektives La-

ser-Sintern. Dabei wird auf einer vorgesinterten Platte eine Schicht von harzumhülltem Formsand aufgetragen. Unter Ein- bringen von Energie mit einem schwenkbaren Laserstrahl werden genau die Sandflächen abgefahren, die in dieser Schicht aus- gehärtet werden sollen. Der Laserstrahl erwärmt lokal die Sandschicht und löst den Reaktionsprozess des Harzbinders aus und versintert an diesen Stellen den Formsand. Ist eine Schicht fertiggestellt, senkt sich der Bautisch um etwa 0,2 mm und anschließend wird eine neue Sandschicht aufgetragen.

Nach Abschluß des Bauprozesses kann die Bauplattform mit dem Sandpaket zum Entformen aus der Maschine entnommen werden.

Der lose, nicht thermisch beaufschlagte Sand wird entfernt und die entstandenen Formen bzw. Kerne entnommen. Die so her- gestellten Formen können mit allen gängigen Gusswerkstoffen abgegossen werden. Die Gussteile entsprechen dabei durch die verwendeten Formstoffe in ihren Eigenschaften exakt den spä- teren Serienbauteilen.

Darüber hinaus ist auch ein Verfahren bekannt, bei dem eine Schicht eines schüttfähigen Partikelmaterials in einem Be- reich auf einer Bauunterlage abgelagert wird. Darauf wird vollflächig ein Bindermaterial aufgetragen. Wiederum darauf wird ein das Bindermaterial aushärtender Härter in Form flüs- siger Tröpfchen mittels eines verfahrbaren Dosiergerätes auf die Schicht von Partikelmaterial und Bindermaterial in einem ausgewählten Teilbereich des Bereichs aufgetragen. Binderma- terial und Partikelmaterial bilden eine verfestigte Struktur, wo der Härter aufgetragen wird. Weitere Schichten werden je- weils durch Wiederholen der vorangehend genannten Schritte gebildet. Danach wird die verfestigte Struktur von nicht ver- festigten Anteilen des Partikelmaterials getrennt.

Um nun solche aus dem Stand der Technik bekannten sogenannten Rapid-Prototyping-Verfahren durchzuführen, sind verschiedene Vorrichtungen bekannt.

So ist beispielsweise aus der DE 198 46 478 AI eine Laser- Sinter-Maschine mit einem in einem Maschinengehäuse unterge- brachten Sinterbauraum bekannt, bei der im Bauraum eine Aus- gangsoptik eines Sinterlasers sowie darunter eine hohenver- fahrbare Werkstückplattform angeordnet sind. Weiterhin ist eine Materialzuführungseinrichtung mit einem Beschichter vor-- gesehen, der zur Zuführung von pulverartigem Sintermaterial aus einem Vorratsbehälter in dem Prozeßbereich über der Werk- stückplattform dient. In den Sinterbauraum ist ein einen Be- grenzungsrahmen bildender Wechselbehälter einsetzbar, in dem die Werkstückplattform als Behälterboden integriert ist und in den eine Trägervorrichtung, wie ein Scherenheber oder Tragarme, eingreift, auf der sich die Werkstückplattform beim Betrieb der Lasermaschine abstützt.

Der Wechselbehälter weist in seinem oberen Bereich auch Hal- te-oder Einhängeelemente, beispielsweise für einen Kran, auf, mit denen ein Austauschen des Wechselbehälters nach dem Fertigstellen des Modells durchgeführt werden kann.

Daneben wird in diesem Dokument auch beschrieben, den Wech- selbehälter wie eine Schublade in den Prozeßraum einzuschie- ben, wozu Führungen im Bereich der Seitenwandungen des Pro- zeßraumes vorgesehen sind.

Weiterhin sind Vorrichtungen bekannt, bei denen der Wechsel- behälter oder die Werkstückplattform mit Gabelstaplern oder Hubwagen in eine entsprechende Vorrichtung eingebracht werden können.

Bei allen aus dem Stand der Technik und der Praxis bekannten Vorrichtungen hat es sich jedoch als nachteilig erwiesen, dass das Be-und Entladen der Werkstückplattformen oder Wech- selbehälter relativ zeitintensiv und platzaufwendig ist.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vor- richtung zum schichtweisen Aufbau von Modellen bereitzustel- len, die einen möglichst geringen Platzbedarf hat und mit der es möglich wird, den Zeitaufwand weiter zu minimieren.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Vorrichtung zum schichtweisen Aufbau von Modellen der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass ein Einführen der Werkstückplattform in die Vorrichtung einerseits und ein Herausführen andererseits der Vorrichtung erfolgt.

Dadurch, dass die Werkstückplattform nun einerseits in die Vorrichtung beladen werden kann und andererseits entladen werden kann, kann die Zeit zwischen zwei Aufbauprozessen von Modellen minimiert werden, da während der Zeit, in der die eine Werkstückplattform entladen wird, bereits die nächste Werkstückplattform in die Vorrichtung geladen werden kann.

Weiterhin kann der Platzbedarf einer solchen Vorrichtung sehr gering gehalten werden, da keinerlei zusätzliche Bauteile nö- tig werden. Auch muß kein Freiraum, beispielsweise nach oben vorgesehen werden, um ein Be-und Entladen von oben zu ermög- lichen.

Unter dem Begriff Rahmen ist hierbei irgendeine äußere, der Vorrichtung einen Halt gebende Begrenzung zu verstehen, die auch zur Aufnahme von Bauteilen dient. Dadurch wird jedoch

nicht ausgeschlossen, dass die Vorrichtung im wesentlichen geschlossen sein kann oder noch zusätzlich ein geschlossenes Gehäuse aufweist.

Weist die Vorrichtung jedoch zur Stabilisierung im wesentli- chen nur einen offenen Rahmen auf, also eine Art Gerüst, so kann dieses beispielsweise sehr einfach an verschiedene Werk- stückplattformgrößen angepaßt werden. Daneben ermöglicht ein Rahmen auch eine gute Zugänglichkeit.

Das Ein-und Herausführen der Werkstückplattform kann über alle möglichen Fördermittel geschehen. So könnten beispiels- weise durch die Vorrichtung hindurchlaufende Förderbänder an- geordnet sein. Bevorzugt ist zum Ein-und Herausführen der Werkstückplattform aber mindestens eine Rollenbahn vorgese- hen. Bei Verwendung einer derartigen Rollenbahn sind keiner- lei mobile Fördereinrichtungen, wie Gabelstapler oder Hubwä- gen, erforderlich. Die Rollenbahn sollte dabei bevorzugt durch die Vorrichtung hindurch, im wesentlichen geradlinig, verlaufen.

Grundsätzlich könnte die Werkstückplattform zwar jede erdenk- liche Form aufweisen. Jedoch kann sie besonders leicht herge- stellt und in der erfindungsgemäßen Vorrichtung justiert wer- den, wenn sie in Draufsicht einen im wesentlichen rechtecki- gen oder quadratischen Querschnitt aufweist. Weist die Werk- stückplattform in Draufsicht einen im wesentlichen rechtecki- gen Querschnitt auf, so erfolgt das Ein-und Herausführen der Werkstückplattform vorzugsweise in einer Richtung mit einer kurzen Seite nach vorne, also im wesentlichen parallel zu den langen Seiten der Werkstückplattform.

Wird die Höhenverstellung der Werkstückplattform über minde- stens eine seitliche Linearführung am Rahmen erreicht, so sind keinerlei Führungselemente unter der Werkstückplattform notwendig. Die Führung läuft seitlich von der Werkstückplatt- form, vorzugsweise dabei an den Seiten, die im wesentlichen parallel zur Einfahrtrichtung liegen. Bei einer derartigen Ausgestaltung wird die Bauhöhe der Vorrichtung allein durch die Werkstückplattform und die Höhe des aufzubauenden Model- les bestimmt und nicht durch Führungen zum Heben der Werk- stückplattform unterhalb dieser, die eine sehr viel größere Bauhöhe bedingen.

Auch das Be-und Entladen der Werkstückplatte ist sehr ein- fach, da nicht mittels Zusatzgeräten eine genaue Positionie- rung auf den Führungen notwendig ist und das Fördern in die Vorrichtung begrenzt ist.

Dadurch, dass die Vorrichtung sehr kompakt gebaut werden kann, wird auch eine viel steifere Bauweise bedingt und die Vorrichtung ist dadurch sehr stabil.

Ein Antrieb der Höhenverstellung kann auf viele verschiedene, dem Fachmann bekannte Art und Weisen erfolgen. So wäre es denkbar, dass beispielsweise zwei seitliche zur Höhenverstel- lung der Werkstückplattform'dienende Spindeln mit einem Motor angetrieben werden, wobei der Motor vorzugsweise eine Zahn- riemen-Kopplung antriebt. Auch könnte die Kopplung durch ein Stirnradgetriebe und Wellen erfolgen.

Darüberhinaus ist es ebenso denkbar, dass die Höhenverstel- lung über mindestens zwei, vorzugsweise seitlich angeordnete Getriebemotoren erfolgen. Bei einer derartigen Anordnung stö- ren sie beim Be-und Entladen nicht.

Die beiden Motoren sind dabei gemäß einer bevorzugten Ausfüh- rungsform der Erfindung über eine Koppelung miteinander ver- bunden. Die Koppelung kann dabei beispielsweise mechanisch mit Hilfe einer Königswelle erfolgen. Ebenso ist es auch denkbar, die Getriebemotoren über eine elektronische Koppe- lung im Master/Slave-Betrieb zu verbinden. Eine solche Koppe- lung bezeichnet ein Prinzip der Arbeitsteilung zwischen von- einander abhängigen Systemen, wobei der Master" (ein erster Motor) übergeordnete Aufgaben übernimmt und die Koordination, während der"Slave" (ein zweiter Motor) einzelne Teilaufgaben übernimmt.

Die Getriebemotoren sind vorzugsweise derart in der Vorrich- tung integriert, dass sie eine Kugelumlaufspindel antreiben, die ihrerseits wiederum über eine Spindelmutter an der Werk- stückplattform angelenkte Hubplatten antreiben.

Sehr häufig hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Werkstückplattform in einem Wechselbehälter eingesetzt wird und dieser als ganzes in die Vorrichtung ein-und herausführ- bar ist.

Weist die Werkstückplattform bzw. der Wechselbehälter eine im wesentlichen rechteckige Form in Draufsicht auf, so hat es sich gezeigt, dass möglichst viel Nebenzeiten eingespart wer- den können, wenn der Beschichtungsprozeß mit dem Beschichter über die kurze Werkstückplattformseite ausgeführt wird. Auch eine derartige Anordnung führt zu einer deutliche Zeiterspar- nis.

Es kann jedoch sein, dass zumindest ab einer bestimmten Länge des Beschichters dieser, je nach Ausführung, einen merklichen

Durchhang aufweist, der im BeschichtungsprozeS nicht mehr to- leriert werden kann. Ein solcher Durchhang kann durch eine einstellbare Beschichterkante ausgeglichen werden. Diese Be- schichterkante ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass sie eine geschliffene Stahlleiste aufweist, die in regelmäßigen Abständen durch Einstellschrauben justiert werden kann.

Zusätzlich kann durch diese Einstellschrauben auch die Nei- gung der Stahlleiste eingestellt werden.

Die Beschichtung erfolgt vorzugsweise über einen sogenannten Spaltbeschichter, der zwei Kanten aufweist. Dabei dient eine Kante zur Einstellung der Schichthöhe des jeweiligen Materi- als, wie beispielsweise des Formsandes und die zweite Kante definiert die Spaltbreite des Beschichters.

Daneben könnte die Beschichtung aber auch durch einen Walzen- beschichter vorgenommen werden. Dabei erfolgt das Auftragen des Materiales durch eine Walze. Diese dreht sich gegenläufig zur Beschichtungsrichtung und wird über das Baufeld bewegt, wobeisich eine Materialmenge in dünner Schicht ausbreitet..

Insbesondere dann, wenn es sich bei der Vorrichtung um eine Lasersintervorrichtung handelt, ist im oberen Bereich des Rahmens eine Ausgangsoptik eines Sinterlasers vorgesehen.

Daneben könnte es jedoch ebenso sein, dass im oberen Bereich des Rahmens ein Dosiersystem zum Zerstäuben von Flüssigkeiten und ein Drop-on-Demand-System vorgesehen sind, wodurch mit einer Art Tintenstrahltechnologie ein Modellaufbau erfolgen kann.

Insbesondere vorteilhaft hat sich die erfindungsgemäße Vor- richtung zur Verwendung bei einem Lasersinterverfahren oder einem Verfahren zum Aufbau von Gussmodellen aus Formsand, Gießereiharzen und entsprechenden Härtern erwiesen.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfol- gend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. In der Zeichnung zeigt dabei : Figur 1 eine dreidimensionale Darstellung einer erfindungs- gemäßen Vorrichtung mit einem eingesetzten Wechselbehälter gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ; Figur 2 eine dreidimensionale Darstellung der Vorrichtung von Figur 1 ohne eingesetzten Wechselbehälter ; und Figur 3 eine Detailansicht eines Ausschnittes der Darstel- lung von Figur 2.

In der Figur 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Auf- bau von Modellen dargestellt, wobei hier beispielhaft die Vorrichtung für ein Verfahren zum schichtweisen Aufbau von Gussmodellen aus Formsand, Gießereiharzen und Härtern einge- setzt werden soll.

Eine entsprechend anders ausgestattete erfindungsgemäße Vor- richtung wäre jedoch ebenso für andere Verfahren, wie bei- spielsweise einem selektivem Laser-Sinter-Verfahren, einsetz- bar.

Die dargestellte Vorrichtung weist einen Rahmen 1 auf, der als eine Art Gerüst dient, an dem weitere Bauteile direkt oder indirekt angelenkt sind. In der Vorrichtung ist eine im

wesentlichen in Z-Richtung höhenverfahrbare Werkstückplatt- form 17 eingesetzt, die wiederum in einem Wechselbehälter 2 eingesetzt ist. Werkstückplattform 17 und Wechselbehälter 2 weisen dabei in Draufsicht einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt auf.

Das Einführen der im Wechselbehälter 2 enthaltenen Werkstück- plattform 17 in die Vorrichtung erfolgt gemäß der gezeigten Ausführungsform einerseits in Richtung des Pfeiles 18 und ein Herausführen andererseits der Vorrichtung in Richtung des Pfeiles 19. Es ist dabei selbstverständlich, dass hierzu ent- sprechende Öffnungen im Rahmen 1 vorgesehen sein müssen.

Um das Ein-und Herausführen des Wechselbehälters 2 zu er- leichtern, ist auch eine Rollenbahn 3 vorgesehen, die hierbei geradlinig durch die Vorrichtung verläuft.

Die Beschickung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß der gezeigten Ausführungsform erfolgt über die Rollenbahn 3. Dies hat den Vorteil, dass die Vorrichtung beim Kunden Platz spa- rend in ein Rollenbahnsystem integriert werden kann. So sind vor Ort keine mobilen Fördereinrichtungen, wie Gabelstapler, Kräne oder Hubwagen, erforderlich.

Dadurch, dass die Vorrichtung beidseitig be-und entladen werden kann und durch den Einsatz mehrerer Werkstückplattfor- men 17 und Wechselbehälter 2 kann die Zeit zwischen zwei Bau- prozessen minimiert werden, da beim Entladen des einen Wech- selbehälters 2 direkt der nächste von der anderen Seite her beladen werden kann.

Nach der seitlichen Einfahrt des die Werkstückplattform 17 enthaltenden Wechselbehälters 2 mit einer kurzen Seite des

Wechselbehälters 2 bzw. der Werkstückplattform 17 nach vorne in Einfahrrichtung 18 in die Vorrichtung wird der Wechselbe- hälter 2 über pneumatisch betätigte Bolzen 8 in Einfahrrich- tung fixiert.

Weiterhin fahren seitlich, an den Längsseiten des Wechselbe- halters 2 vier Klauen 15, an jeder Seite zwei, in den Wech- selbehälter 2 ein, wobei die Klauen 15 unter die Werkstück- plattform 17 eingreifen.

Die Werkstückplattform 17 wird dabei an den Klauen 15 durch kegelige Auflagen festgelegt. Hierzu weist die Werkstück- plattform 17 entsprechende Ausnehmungen auf und die Klauen 15 greifen darin ein. Dabei sind vorzugsweise zwei kegelig aus- gebildete Klauen 15 vorgesehen, die diagonal zueinander ange- ordnet sind, damit die Werkstückplattform 17 in beiden Rich- tungen in die Vorrichtung eingesetzt werden kann. Die zwei kegeligen Auflagen der Klauen 15 sind derart ausgestaltet, dass sie die genaue Lage der Werkstückplattform bestimmen.

Die beiden anderen Klauen 15 sind dagegen flach ausgebildet, damit sich die Werkstückplattform 17 ausrichten kann. Derart ist die Werkstückplattform 17 in der Ebene genau definiert gelagert.

Die Höhenverstellung der Werkstückplattform 17 erfolgt über mindestens eine seitliche Linearführung 12 am Rahmen 1. Daher sind keinerlei Führungselemente unter der Werkstückplattform 17 notwendig. Die Linearführungen 12 laufen seitlich der Werkstückplattform 17, und zwar an den Seiten, die im wesent- lichen parallel zur Einfahrtrichtung 18 liegen.

Die Verschiebung der Werkstückplattform 17 wird über zwei je- weils seitlich am Rahmen 1 angeordnete Getriebemotoren 5 er-

zeugt, die über eine elektronische Koppelung im Master/Slave- Betrieb arbeiten und je eine Kugelumlaufspindel 13 antreiben, die wiederum über eine Spindelmutter 14 zwei Hubplatten 16 antreibt. Die je an einer Seite angeordneten beiden Klauen 15 sind dabei an einer Hubplatte 16 zur Höhenverstellung befe- stigt.

Nach dem Festlegen der Werkstückplattform 17 in der Vorrich- tung wird diese zu Beginn des Bauprozesses in die oberste Po- sition gefahren und ist für den Start des Aufbaurozesses be- reit.

In der Vorrichtung oben ist eine Materialzuführeinrichtung mit einem Beschichter 4 angebracht. Der Beschichter 4 dient zur Zuführung von Material, hier Formsand, aus einem Vorrats- behälter 10, der fest mit dem Rahmen 3 verbunden ist, in ei- nen Prozeßbereich über der Werkstückplattform 17. Seinerseits wird der Vorratsbehälter 10 über ein Vakuumfördersystem 9 mit dem Formsand versorgt. Der Formsand wird mittels des Be- schichters 4 in einer definierten Schichtdicke auf die Werk- stückplattform 17 aufgebracht.

Der Befüllvorgang des Beschichters 4 erfolgt über eine Rüt- telschiene 11, die über einen Pneumatikrüttler in Schwingung versetzt wird. Die Schwingrinne 11 ist über Festkörpergelenke 20 am Vorratsbehälter 10 befestigt. Durch eine Vibration der Schwingrinne 11 wird Sand in den entsprechend positionierten Beschichter 4 gefördert.

Um möglichst gleichmäßig über die komplette Länge der Schwin- grinne 11 den Formsand fördern zu können, ist ein gleichmäßi- ges Sandniveau im Vorratsbehälter 10 erforderlich. Unter- schiedliche Formsandniveaus haben nämlich einen unterschied-

lichen Druck auf den Dosierspalt an der Schwingrinne 11 zur Folge und damit auch unterschiedliche Dosiervolumina. Da die Befüllung des Vorratsbehälters 10 durch das Vakuumfördersy- stem 9 allerdings nur punktuell in etwa mittig erfolgt, muß durch eine entsprechende Einrichtung das Niveau ausgeglichen werden. Dies erfolgt mit zwei Förderschnecken, die aus der Mitte heraus in gegensätzlicher Richtung fördern. Derart kann eine ausreichende Nivellierung des Formsandes mit wenig Auf- wand erfolgen.

Wie der Figur 1 zu entnehmen ist, wird der Beschichtungspro- zeß mittels des Beschichters 4 über die kurze Baufeldseite der in Draufsicht einen rechteckigen Querschnitt aufweisenden Werkstückplattform 17 ausgeführt. Dadurch kann eine deutliche Zeitersparnis erreicht werden, da der zurückzulegende Weg viel kürzer ist.

Da jedoch der Beschichter 4 über seine Länge einen merklichen Durchhang aufweisen kann, ist gemäß der gezeigten bevorzugten Ausführungsform der Beschichter 4 mit einer einstellbaren Be- schichterkante versehen, mit der ein Durchhang ausgeglichen werden kann.

Mittels eines angepassten Dosiersystems zum Zerstäuben von Flüssigkeiten 6 wird danach Gießereiharz in einem bestimmten, erwünschten Volumenverhältnis auf den Formsand aufgetragen.

Anschließend daran werden auszuhärtende Flächen des Sand- Harz-Gemisches mit einem geeigneten Härter verklebt, der über ein sogenanntes drop-on demand-system"7 nach Art eines Tin- tenstrahl-Druckkopfes selektiv aufgebracht wird.

Danach wird die Werkstückplattform 17 abgesenkt und der Vor- gang solange wiederholt, bis das Gussmodell erstellt ist.

Woran sich das Entladen des Wechselbehälters 2 andererseits aus der Vorrichtung heraus anschließt, während gleichzeitig ein neuer Wechselbahälter beladen wird.