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Title:
PROCESS FOR PRODUCING FIBER COMPOSITE PRECISION CASTINGS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1994/006582
Kind Code:
A1
Abstract:
A process for producing fiber composite precision castings is disclosed. At least a preliminary pattern body, which is then used as part of a pattern or the pattern itself, is produced with fibers and with a pattern material. A ceramic mold is then formed around the pattern. The pattern material is then removed and liquid, liquid-solid or powdery metal is introduced into the mold; when powdery metal is introduced into the mold, it is at least partially liquefied. This process allows precision castings having an increased resistance to be produced with a relatively simple casting equipment.

Inventors:
Nolte
Markus, Sch�dlich-stubenrauch
J�rgen, Neussl
Eric
Application Number:
PCT/DE1993/000836
Publication Date:
March 31, 1994
Filing Date:
September 10, 1993
Export Citation:
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Assignee:
Nolte
Markus, Sch�dlich-stubenrauch
J�rgen, Neussl
Eric
International Classes:
B22C9/04; B22D19/14; B22F3/12; C22C47/02; C22C47/06; C22C47/08; (IPC1-7): B22C9/04; B22D19/14
Foreign References:
EP0071449A11983-02-09
DE1508655A11969-10-30
Other References:
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 16, no. 314 (M - 1278) 9 July 1992 (1992-07-09)
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 16, no. 422 (M - 1305) 4 September 1992 (1992-09-04)
See also references of EP 0660765A1
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Claims:
Ansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von FaserverbundFei gußteilen, dadurch gekennzeichnet, daß aus Fasern und einem Modellwerkstoff mindestens ein ModellVorkörper erzeugt wird, der Bestandteil eines Modells oder das Modell selbst wird, daß dann um das Modell herum eine keramische Form aufgebaut wird und daß anschließend der Modellwerkstoff entfernt und schließlich Metall flüssig, flüssigfest oder pulverförmig in die Form eingebracht wird, wobei im Falle einer pulverförmigen Einbringung das Metall in der Form zu¬ mindest teilweise verflüssigt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich¬ net, daß der Modellwerkstoff durch Ausschmelzen und/oder Ausbrennen und/oder Vergasen und/oder Auslösen entfernt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß Fasern mit speziellen mechanischen und/oder physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften verwendet werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü¬ che, dadurch gekennzeichnet, daß als Fasern Mineralfasern verwendet werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern in Form eines Bündels von Monofi lamenten oder Multifilamenten oder als Gewebe, Vliese oder Gelege oder als Faservorforml inge mit Binderbrücken verwendet werden.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü¬ che, dadurch gekennzeichnet, daß als Modellwerkstoff Wachs verwendet wird. ERSATZBLATT .
7. Verfahren nach einem der Anspruch 1 bis 5, da¬ durch gekennzeichnet, daß als Modellwerkstoff Kunststoff¬ harz verwendet wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü¬ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorkörper an den Enden oder Rändern von dem Modellwerkstoff befreit wird und die somit freiliegenden Faserpartien beim Aufbau der kerami¬ schen Form in diese fixiert eingebettet werden. lυ.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü¬ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorkörper durch ent¬ sprechende Formung den Erfordernissen hinsichtlich Geome¬ trie und Belastung des herzustellenden Feingußteils ange 15 paßt wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü¬ che, dadurch gekennzeichnet, daß das Modell allein aus min¬ destens einem Vorkörper gebildet wird. 0.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü¬ che, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Vorkörper zum Zwecke des Aufbaus eines Modells mit Modellwerkstoff umgeben werden.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü¬ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck in der Formumge¬ bung unter den Druck im Innern der Form abgesenkt wird.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü¬ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck im Innern der Form über den Druck in der Formumgebung erhöht wird. ERSATZBLATT.
Description:
VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON FASERVERBUND- FEINGUSSTEILEN

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Faserverbund-Feingußtei len.

Es ist ein Verfahren zur Herstellung von Feingußteilen be¬ kannt, bei dem unter Verwendung eines Model1Werkstoffs ein Modell gebildet, dann um das Modell herum eine keramische Form aufgebaut, anschließend der Modellwerkstoff ausge¬ schmolzen, ausgebrannt und/oder vergast und schließlich flüssiges Metall in die Form eingebracht wird.

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

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein Verfahren anzugeben, das die Herstellung von Faserve?— bund-Feingußtei len bei vertretbarem Herstellungsaufwand er- mögl icht.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs erwähn¬ ten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß aus Fasern und einem ModellWerkstoff mindestens ein Modell-Vorkörper er¬ zeugt wird, der Bestandteil eines Modells oder das Modell selbst wird, daß dann um das Modell herum eine keramische

ERSATZBLATT

Form aufgebaut wird und daß anschließend der Mod-ellwerk- stoff entfernt und schließlich Metall flüssig, flüssig-fest oder pulverförmig in die Form eingebracht wird, wobei im Falle einer pulverförmigen Einbringung das Metall in der Form zumindest teilweise verflüssigt wird. Ein solcher Vor¬ körper bietet weitreichende Gestaltungsfreiheit. Der Vor¬ körper kann also dem zu erzeugenden Gußteil leicht angepaßt werden. Damit kann der Faserverlauf und die damit bezweckte Materialverstärkung im Gußteil plaziert an den gewünschten Stellen erreicht werden.

Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß der Modellwerkstoff durch Ausschmelzen und/oder Ausbrennen und/oder Vergasen und/oder Auslösen entfernt wird.

Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß Fasern mit speziellen mechanischen und/oder physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften verwendet werden. Die Fasern können also in Hinblick auf die jeweils gewünschten Eigenschaften ausgewählt werden.

Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß als Fasern Mineralfasern verwendet wer- den. Dabei kann es sich um Al2θ3- oder SiC-Fasern handeln, die z.B. 10 μm dick sind. Der Umgang mit derartigen Fasern kann eine Gesundheitsgefährdung darstellen, wenn diese Fa¬ sern frei liegen. Nach dem vorliegenden Verfahren ist es aber möglich, derartige Fasern maschinell zu Vorkörpern zu verarbeiten. Beim Handling dieser Vorkörper sind diese Fa¬ sern aber dann von dem Modellwerkstoff eingeschlossen und demzufolge nicht mehr gesundheitsgefährdend.

Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß die Fasern in Form eines Bündels von Monofi lamenten oder Multifi lamenten oder als Gewebe, Vliese oder Gelege oder als Faservorformlinge verwendet werden. Die Auswahl aus den hier gegebenen Möglichkeiten kann nach

ERSATZBLATT

den jeweiligen Formen und Erfordernissen des zu erstellen¬ den Gußteils getroffen werden.

Nach einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß als Model 1Werkstoff Wachs verwendet wird. Dieser Modellwerkstoff ist der am häufigsten ange¬ wandte und in der Regel am einfachsten zu behandelnde. Für seine Entfernung aus der Form ist nur ein relativ niedriger Energieaufwand erforderlich.

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

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

Das erfindungsgemäße Verfahren kann ferner so ausgeführt werden, daß der Vorkörper durch entsprechende Formung den Erfordernissen hinsichtlich Geometrie und Belastung des herzustellenden Feingußteils angepaßt wird.

Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß das Modell allein aus mindestens einem Vorkörper gebildet wird. Der Vorkörper kann also schon un¬ mittelbar die Form des zu erstellenden Gußteils einnehmen, braucht also nicht mehr durch das Aufbringen von Model 1- werkstoff weitergebildet zu werden. Ein solches Vorgehen bietet insbesondere bei einfachen Formen Vorteile.

ERSATZBLATT

Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß ein oder mehrere Vorkörper zum Zwecke des Aufbaus eines Modells mit Modellwerkstoff umgeben wer¬ den. Auch auf diese Weise läßt sich eine ausreichend prä- zise Plazierung des bzw. der Vorkörper in dem Modell her¬ beiführen.

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

Das erfindungsgemäße Verfahren erfordert für die genaue Plazierung der Fasern keine bleibende Bindung in Form von Binderbrücken oder dergl . zwischen den Fasern, wie dies bisher bei der Verwendung von Preforms bekannt ist. Dort behindern derartige Binderbrücken der Preforms die Me¬ tal 1infi Itration. Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann auf derartige Binderbrücken deshalb verzichtet werden, weil die Fasern in dem Vorkörper solange von dem Modellwerkstoff ge- halten werden, bis der Formhohlraum geschlossen ist und dann der Modellwerkstoff entfernt wird.

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

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

ER8ATZBLATT

Fig. 2 Beispiele von Querschnitten derartiger Formkör¬ per,

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel einer Hälfte eines Spritzgießwerkzeuges mit eingelegtem Vorkörper in 5 Draufsicht und Seitenansicht,

Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Hälfte ei¬ nes Spritzwerkzeugs mit eingelegtem Vorkörper,

Fig. 5 ein fertiges Modell mit an den Enden freiliegen¬ den Faserpartien und ι Fig. 6 das Modell nach Fig. 5 eingebettet in eine Form¬ schale.

In Fig. 1 ist schematisch dargestellt, wie aus "endlosen" Fasern 1 auf die gewünschte Länge zugeschnittene strangför-

15 mige Vorkörper 2 gebildet werden. Zu diesem Zwecke werden mehrere Fasern 1 mittels Rollen durch ein beheiztes Wachs¬ bad 4 hindurchgeführt und dort mit Wachs imprägniert, so daß alle einzelnen Fasern 1 mit Wachs benetzt sind. Der so imprägnierte Wachs-Faserstrang wird in einer beheizten Ma-

20 trize 5 zu dem gewünschten Querschnitt geformt und in einer nachfolgenden Kühleinrichtung 6 verfestigt. Der somit er¬ haltene, zunächst "endlose" Wachs-Fasei—Vorkörper wird mit¬ tels einer Trennvorrichtung 3 auf die gewünschten Längen abgelängt.

•**_ ε

Fig. 2 zeigt einige Beispiele verschiedener Querschnitte derartiger Vorkörper 2. Es lassen sich auf diese Weise Pro¬ file mit einer großen Packungsdichte der Fasern sowie Pro¬ file mit hohem Widerstandsmoment und Kombinationen daraus 30. realisieren. In Fig. 2 ist ferner ein flächig ausgebildeter Vorkörper 7 dargestellt, der z.B. in Form eines Gewebes er¬ stellt werden kann.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Hälfte 8 eines 35 aus zwei Hälften bestehenden Spritzgießwerkzeuges. In die¬ ser Hälfte 8 ist ein Vorkörper 2 eingelegt, um den herum ein Modell 9 aufgebaut ist. Dabei ragt der Vorkörper 2 an seinen beiden Enden über das Modell 9 hinaus. Nach dem Zu-

ER S ATZBLATT

sammensetzen des Spritzgießwerkzeuges wird der Vorkörper 2 durch einen Einspritzkanal 10 mit Modellwachs umspritzt und damit die Modellkontur ausgefüllt.

5 Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Hälfte 12 eines Spritzgießwerkzeuges, bei dem eingelegte Vorkörper 2 nicht aus dem Modellkörper austreten. Zum Einlegen der Vorkörper 2 in reproduzierbare Modellpositionen im Spritzgießwerkzeug können Wickelvorrichtungen eingesetzt werden. Nach 10 Schließen des Spritzgießwerkzeuges wird auch hier Modell¬ wachs eingespritzt, das den bzw. die Vorkörper umschließt, so daß ein Modell gebildet wird.

Fig. 5 zeigt ein fertiges Modell mit aus diesem austreten- 15 den freigelegten Faserenden. Diese Enden dienen zur Fixie¬ rung der Fasern 1 in einer Feingußformschale. Die freige¬ legten Faserpartien werden durch bei der Feingußformschalenherstel lung verwendeten Keramikschiicker und Besandungsmaterial umgeben und somit fest in der ent- 20 stehenden Formschale verankert. Der Modellwerkstoff wird dann ausgeschmolzen, ausgebrannt, vergast oder ausgelöst. Beim Einbringen des Metalls können die so in der Formschale verankerten Fasern nicht mehr aus ihrer vorgegebenen, ge¬ wünschten Position herausbewegt werden.

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

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