Verfahren zur Herstellung von offenporigen Bauteilen aus Metall, Kunststoff oder Keramik mit geordneter Schaumgitterstruktur

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von offenporigen leichten Bauteilen aus Metall, Metalllegierungen, Kunststoff oder Keramik beliebiger Geometrie nach der Lehre des Anspruchs 1.

[0002] Zur Herstellung von Bauteilen hoher Festigkeit und Steifigkeit bei geringen Dichten sind aus dem Stand der Technik Verfahren bekannt, bei denen Metalle mit geeigneten Treibmitteln, z.B. Gasen, im flüssigen Zustand aufgeschäumt werden, um Bauteile mit oben genannten Merkmalen herzustellen. Diese bekannten Verfahren haben jedoch den Nachteil, dass durch das Einpressen der Gase während des Aufschäumvorganges Blasen entstehen, die unterschiedliche, nicht klar definierte bzw. vorhersagbare oder gewünschte Größen erreichen. Somit entstehen mittels dieser Verfahren Bauteile, die nur schwer einschätzbare mechanische Eigenschaften besitzen. Daneben dringen die Blasen bis an die Oberfläche der Bauteile und lassen keine definierte Außenhautdicke entstehen, welche für eine berechenbare statische Funktion notwendig wäre.

[0003] Daneben sind Verfahren bekannt, bei denen Gießinnenformen aus amorphen ungeordneten Gitterstrukturen hergestellt werden, die in einer Gießvorrichtung ausgegossen werden. Mit Hilfe dieser Gießinnenformen aus verbundenen Einzelkugeln lassen sich Bauteile mit offener oder geschlossener Außenwand herstellen, die eine amorphe undefinierte Gitterstruktur im Inneren aufweisen, da der im Gießverfahren verwendete Kernstapel aus einer Anhäufung ungeordnet miteinander verbundener Kugeln gebildet wird. Auch in diesem Fall ist aufgrund der Unvorhersehbarkeit des ungeordneten Gitteraufbaus im Inneren der Bauteile eine klare Definition der mechanischen Eigenschaften des Bauteils unmöglich.

[0004] Aus der EP 1 174 200 A2 geht ein Gießverfahren und ein Gusskern für die Verwendung in diesem Verfahren hervor, wobei die daraus resultierenden Bauteile leicht und offenporig sind. Dabei wird ein Zwischenraum zwischen einem Kern und einer äußeren Schale mit einer flüssigen Leichtmetallschmelze gefüllt, wobei die Schmelze zumindest in die Randzone des Kernes eindringt und die Schmelze im teilflüssigen Zustand mit Druck beaufschlagt wird, um eine Erstarrungsporosität zu vermeiden.

[0005] Bei dem Kern handelt es sich um einen verlorenen Kern, also einen Kern, der im finalen Bauteil nicht mehr vorhanden ist. Der Kern besteht hierzu aus einer größeren Anzahl mineralischer Schaumkugeln mit Kugeldurchmessern zwischen 1-8 mm, die an ihren Berührungspunkten miteinander verklebt sind. Damit stellt der Kern eine dreidimensionale dichte Kugelpackung dar, die als Kernstapel verwendet wird. Die aus dem Gießverfahren resultierenden Bauteile können offenporig sein, da es möglich ist, nur Randbereiche des Kernes mit Schmelze auszufüllen. Damit ergibt sich nach Entfall des Kernes jedoch mindestens eine Seite des Gussteils, welche offene Poren aufweist. Der Kernstapel besteht somit aus einer Kugelpackung, wobei die einzelnen Kugeln sich gegenseitig berühren, da sie miteinander verklebt sind. Eine Einstellung der Abstände der Kugeln - und damit eine Variation der Porenabstände - durch Verwendung von Stegen zwischen den Kugeln ist nicht vorgesehen.

[0006] Aus der WO 02/26419 A1 und der US-A-6 155 331 gehen jeweils ein Verfahren zur schichtweisen Herstellung von Gießformen und Gießkernen aus sandförmigen Materialien hervor. Dabei erfolgt die Herstellung der Gießkerne jeweils dadurch, dass zunächst Sandpartikel entsprechend der Kontur des herzustellenden Teils in einer Schicht mittels eines Binders miteinander verbunden werden. Nach Fertigstellung dieser Schicht wird über ihr eine neue Schicht aufgebaut, bei der ebenfalls wieder einzelne Sandpartikel untereinander mittels eines Binders verbunden werden und weiterhin auch eine Anbindung dieser Schicht an die vorher erstellte Schicht erfolgt. Der Gießkern ist somit schichtweise aufgebaut. Jedoch geht aus keiner der genannten Druckschriften eine Verbindung der einzelnen Partikel/Sandkörner der jeweiligen Schicht durch Stege hervor, des weiteren sind die darin offenbarten Gießkerne nicht zur Herstellung offenporiger Gussteile geeignet.

[0007] Der Zeitschriftenartikel .,Giesstechnische Herstellung offenporiger Metallschwämme mittels mineralischer Platzhalter", F. Grote, P. Busse, Materialwissenschaft und Werkstofftechnik, VCH Verlagsgesellschaft. Weinheim, DE, Bd. 31, 2000, Seiten 415-418, ISSN: 0933-5137 offenbart ein Herstellungsverfahren für einen Gießkern für offenporige Metallschwämme, wobei Platzhalter in beliebige Sand- oder Dauerformen geschüttet werden. Eine Variation oder Gradierung des Gießkerns ist lediglich durch eine geeignete Fraktionierung der Platzhalter möglich.

[0008] Somit ist aus dem Stand der Technik lediglich bekannt, verlorene Kerne für offenporige Gussteile derart herzustellen, dass Gießkerne als eine Schüttung von einzelnen, durch einen Binder miteinander verbundenen Kugeln mit bestimmtem Durchmesser hergestellt werden.

[0009] Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren vorzuschlagen, das die Herstellung von leichten Bauteilen aus Metall, Metalllegierungen, Kunststoff oder Keramik beliebiger Geometrie ermöglicht, bei dem durch einen klar definierten inneren Gitteraufbau des Kernstapels mechanische Anforderungen, wie Dichte, Steifigkeit oder Festigkeit des Bauteils vorhersagbar sind, und bei Bedarf eine definierte Außenhaut gewünschter Dicke hergestellt werden kann.

[0010] Solche Bauteile können unter dem Überbegriff "leicht und steif" und/oder "energie- und schallabsorbierend" überall dort eingesetzt werden, wo beispielsweise bewegende Massen entsprechende Eigenschaften aufweisen müssen, z.B. im Fahrzeugbau für Straße oder Schiene, im Flugzeugbau oder Maschinenbau/Kinematik. Weiterhin sind so erzeugte Bauteile durch die offenporige und geordnete Schaumgitterstruktur auch besonders für Wärmetauscher jeglicher Art geeignet, da sie zwei einfach zusammenhängende Sphären voneinander trennen.

[0011] Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach der Lehre des Anspruchs 1 gelöst.

[0012] Erfindungsgemäß wird bei Anwendung des Verfahrens zur Herstellung von leichten offenporigen Bauteilen aus Metall, Metalllegierungen, Kunststoff oder Keramik beliebiger Geometrie das Bauteil durch Eingießen flüssigen Materials in eine Gießvorrichtung hergestellt. Hierzu befindet sich in der Gießform der Gießvorrichtung ein Kernstapel, der gelagert, abgegossen und entkernt wird. Dieser Kernstapel ist als regelmäßiges mehrdimensionales Kerngitter mit definierten Kerngitterebenen ausgebildet, bei dem jede Gitterebene aus einzelnen regelmäßigen Kernkörpern aufgebaut ist. Dies bedeutet, dass in dem Verfahren eine aus dem Stand der Technik bekannte Gießvorrichtung verwendet werden kann, bei der sich jedoch die Gießinnenform als Kernstapel dadurch unterscheidet, dass sie als regelmäßiges geordnetes Kerngitter aufgebaut ist. Hierbei besteht das Kerngitter aus mindestens einer Kerngitterebene, die sich jeweils aus einzelnen regelmäßigen Kernkörpern zusammensetzt. Form, Größe und Anzahl der Kernkörper sowie deren Abstand bestimmen die Porosität und die mechanischen Eigenschaften der aus dem Verfahren hervorgehenden Bauteile. Eine geschlossene Außenhülle der Bauteile kann dadurch erzeugt werden, dass der Kernstapel einen gewissen Abstand von der Außenwand der Gießform aufweist, der dann mit dem flüssigen Material ausgefüllt wird und die geschlossene Außenwand bildet. Der Abstand zwischen dem Kernstapel und der Außenwand der Gießform bestimmt dabei die Dicke der Bauteilaußenwand. Somit kann mit Hilfe des Verfahrens eine makroskopische regelmäßige Gitterstruktur des Materials erzeugt werden, so dass das Bauelement eine makroskopische Tragwerksstruktur aufweist und die tragwerkstypischen Vorteile, nämlich geringe Dichte, hohe Steifigkeit und hohe Festigkeit, mit den mikroskopischen Eigenschaften des Materials kombiniert. Die Anwendung des Verfahrens dient somit der Herstellung von Bauteilen, die metamaterialtypische Eigenschaften aufweisen, d.h. deren charakteristische Parameter nicht nur von den Parametern des Ursprungsmaterials sondern auch von dem definierten makroskopischen Aufbau des Bauteils bestimmt wird.

[0013] Erfindungsgemäß werden zur Herstellung des Kerngitters einzelne Kerngitterebenen als durch Stege verbundene, kugelförmige, mehreckige oder sonstige voluminöse Kernkörper frei zu bestimmender Dimension in zwei oder mehreren Schichten gitterversetzt so miteinander verbunden, dass die vorher geschlichteten oder mit Kleber versehenen Kernkörper der einzelnen Ebenen mittels Binder- oder Kleberbrücken kontaktieren. Somit werden zunächst durch ein Kernbüchsenwerkzeug definierte Gitterebenen hergestellt. Eine Kerngitterebene ist dadurch gekennzeichnet, dass die kugelförmigen, mehreckigen oder sonstigen voluminösen Einzelkörper frei zu bestimmender Dimension mit Stegen untereinander verbunden sind. Die Kernkörper können somit jede beliebige Form aufweisen und von einer klassischen Kugelform abweichen, insbesondere können sie abgeflachtkugelförmig, mehreckig oder sonstig beliebig gestaltet sein. Eine Gitterebene kann aus zwei oder mehreren miteinander verbundenen Körpern bestehen und kann sowohl planeben als auch in sphärischer Ebene oder sonstig beliebig gekrümmt sein. Somit wird ein Kernstapel aus einzelnen Kerngitterebenen aufgebaut und kann so Schicht für Schicht das Bauteil ausfüllen.

[0014] Das Verfahren zur Herstellung der einzelnen Kerngitterebenen ist prinzipiell beliebig durchführbar. Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, die einzelnen Kerngitterebenen in einem ersten Arbeitsgang durch Verbinden der Kernkörper zu festen planaren, gebogenen oder beliebig gekrümmten Platten auszuformen. Erst durch Aufeinanderschichten der einzelnen Kerngitterebenen, insbesondere der sie darstellenden Platten, wird eine gewünschte Form des Kerngitters erzeugt. Durch solch einen schichtweisen Aufbau ist es vorteilhaft möglich, das Kerngitter unabhängig und nach der Herstellung der einzelnen Kerngitterebenen herzustellen, insbesondere ist es denkbar, Kerngitterebenen vorzufertigen, bei Bedarf in eine gewünschte Form zuzuschneiden und zu einem Kerngitter zusammenzusetzen. Dies ermöglicht eine günstige, rationelle und schnelle Herstellung des Kerngitters aus vorgefertigten Kerngitterebenen, insbesondere aus vorgefertigten Platten.

[0015] Grundsätzlich können die einzelnen Kerngitterebenen im ersten Arbeitsgang beliebig hergestellt werden. Anknüpfend an die oben skizzierte Ausführungsform ist es jedoch vorteilhaft, dass benachbarte Kernkörper durch Stege in einem einzigen Formgebungsverfahren zur Herstellung der Kerngitterebenen verbunden werden. Durch Stegverbindungen wird eine zuverlässige Fixierung der Kernkörper in der Kerngitterebene erreicht, so dass eine planare oder beliebig gekrümmte Form der Kerngitterebene stabil hergestellt werden kann.

[0016] Nachdem einzelne Kerngitterebenen nach den oben dargestellten Ausführungsformen hergestellt worden sind, müssen sie zur Erstellung eines Kernkörpers miteinander verbunden werden. Dies kann auf beliebige Weise geschehen, als besonders einfach erweist sich dies durch Verbindung der einzelnen Kerngitterebenen durch ein geeignetes Bindemittel und Härteverfahren, wie sie bei der Schaffung von Kernkörpern in der Gießereitechnik bereits bekannt sind. So kann beispielsweise eine Behandlung mit heißer Luft, mit Kohlendioxid oder mit einem Amin oder auch lediglich eine Wärmebehandlung durch Mikrowellen geeignet sein, die Kerngitterebenen miteinander zu verbinden. Als Bindemittel stehen viele unterschiedliche Gießereibindemittel auf organischer und anorganischer Basis zur Verfügung, die sich durch die Wärmeeinwirkung des heißen Metalls, Kunststoffs oder sonstigem gießfähigen Materials zersetzen, oder sie müssen wasserlöslich sein, um sich nach dem Abgießen des Gießmaterials wieder aus dem Bauteil entfernen zu lassen.

[0017] Das Verfahren zur Herstellung der einzelnen Kerngitterebenen kann dabei beliebig ausgeführt werden. Die Körper innerhalb der Kerngitterstruktur haben dabei jedoch eine definierte Größe, beispielsweise 10 mm und können in einem Gitternetz hergestellt werden. Dabei kann beispielsweise ein geeigneter Gießereikernsand mit einem bekannten Kernsandbinder versetzt werden und dieses Kerngitterebenen-Ausgangsmaterial durch ein geeignetes Kernherstellungsverfahren geformt und ausgehärtet werden. Zur Herstellung der einzelnen Kerngitterebenen ist es dabei besonders vorteilhaft, dass bekannte Betaset-, Coldbox-, Hotbox- oder Croning-Verfahren mit organischen Binderanteilen verwendet werden. Mit diesen bekannten Verfahren zur Herstellung von Gießformen können ohne besondere Umstellung des Gießereiprozesses kostengünstig und einfach die Kerngitterebenen hergestellt werden.

[0018] Dabei ist es besonders günstig, wenn bei der Herstellung der Kerngitterebenen wasserlösliche anorganische Binderanteile auf der Basis von Magnesiumsulfat, Phosphat oder Silikat oder einer Mischung aus diesen verwendet werden. Diese anorganischen Binder eignen sich vorzüglich, in preisgünstiger und einfacher Weise robuste Kerngitterebenen herzustellen, die zu komplexen Kernstapeln zusammengesetzt werden können.

[0019] Das Material, das zum Aufbau der einzelnen Kerngitterebenen verwendet wird, kann prinzipiell beliebig aus dem Bereich der Materialien, die herkömmlicherweise für Gießinnenformen verwendet werden, ausgewählt werden. Jedoch hat es sich bevorzugt gezeigt, dass sich zur Herstellung von Kerngitterebenen anorganische Mehle oder Sande, die insbesondere aus Quarz, Feldspat, Aluminiumoxid, Schamott, Olivin, Chromerz, Ton, Kaolin, Flussspat, Silikat oder Bentonit oder einer Mischung aus diesen bestehen, eignen. Aus diesen Materialien können besonders einfach Kernkörper hergestellt werden, und mit den oben angesprochenen Kernsandbindern verbunden werden, so dass sich besonders haltbare und leicht bearbeitbare Kerngitterebenen herstellen lassen.

[0020] Alternativ zu den oben angesprochenen Materialien ist es jedoch auch möglich, dass zur Herstellung der Kerngitterebenen Salze verwendet werden, insbesondere Natriumchlorid (NaCl), Kaliumchlorid (KCl), Kaliumsulfat (K₂SO₄) oder Magnesiumsulfat (Mg₂SO₄). Alternativ zu den oben dargestellten Mineralien können aus diesen Salzen die einzelnen Kerngitterebenen aufgebaut werden.

[0021] Form und Größe der Kernkörper innerhalb des Kerngitters können prinzipiell beliebig gewählt sein. Besonders vorteilhaft hat es sich jedoch herausgestellt, wenn die Kernkörper eine Größe von 1 mm bis 30 cm aufweisen. Insbesondere ist es besonders vorteilhaft, falls die Kernkörper einen Durchmesser von etwa 5 mm bis 20 mm aufweisen.

[0022] Nachdem nun einzelne Kerngitterebenen ausgehärtet sind, werden sie mit einem Bindemittel oder Kleber beschichtet bzw. geschlichtet und in zwei oder mehreren Ebenen übereinander gestapelt, so dass die Kernkörper der einzelnen Ebenen gitterversetzt miteinander kontaktieren. Mittels der erzeugbaren Schlichter-/Kleberbrücken werden die Kernkörper an den Kontaktpunkten/Kontaktflächen miteinander verbunden. Dies kann prinzipiell beliebig durchgeführt werden, es hat sich jedoch als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn die Kerngitterebenen teil- oder satzweise in einer mehrteiligen Sandwich-Kernbüchse hergestellt werden, wobei die Kerngitterebenen darin geschlichtet, miteinander montiert und in der Kernbüchse abgelegt werden.

[0023] Dabei hat es sich als besonders bevorzugt herausgestellt, wenn bei der Herstellung der Kerngitterebenen die verwendeten Kerngitterrahmen Bestandteile eines Werkzeugs, bevorzugt eines robotergesteuerten Werkzeugs, sind, die innerhalb eines Kernherstellungswerkzeugs angeordnet sind und das Schlichten, Montieren und Ablegen des Kerngitters außerhalb des Kernherstellungswerkzeugs vollzogen wird. Dies bedeutet, dass die einzelnen Kerngitterebenen mittels eines Kerngitterrahmens innerhalb eines Kernherstellungswerkzeugs hergestellt werden, bevorzugt durch ein robotergesteuertes Werkzeug, das den Kerngitterrahmen umfasst. Darauf folgend werden die einzelnen Kerngitterebenen aus dem Kernherstellungswerkzeug entnommen und das Schlichten, Montieren und Ablegen des Kerngitters wird außerhalb des Kernherstellungswerkzeugs durchgeführt.

[0024] Um die Herstellungsgeschwindigkeit und Effektivität bei der Herstellung des Kerngitters zu beschleunigen, hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn mindestens zwei Roboter im Takt arbeiten, wobei ein Roboter im Kernherstellungswerkzeug für die Kernherstellung arbeitet, während der zweite Roboter das Schlichten, Montieren und Ablegen des Kerngitters vollzieht. Hierdurch ist es möglich, dass simultan eine Kerngitterebene durch einen Roboter hergestellt wird, während außerhalb des Kernherstellungswerkzeugs ein zweiter Roboter bereits hergestellte Kerngitterebenen miteinander montiert, schlichtet und ablegt. Somit ist eine maximale Arbeitseffektivität und Produktivität bei der Herstellung des Kernstapels gegeben.

[0025] Der so hergestellte Kerngitterstapel kann nun wiederum in eine Gießform, z.B. eine Kokille, gelagert werden. Durch die Hohlräume zwischen den Kernkörpern der einzelnen Kerngitterschichten und über den Abstand zwischen dem montierten Kerngebilde und der Formwand lässt sich die spätere Geometrie und Außenwanddicke des Gussteils bestimmen. Durch ein geeignetes Gießverfahren werden so diese Hohlräume mit Metall, Kunststoff, Metalllegierungen oder einer keramischen Masse ausgefüllt. Vorzugsweise wird bei der Befüllung mit Metall das gesamte Kerngebilde vorher, z.B. in einem Ofen, erhitzt, um die Fließfähigkeit des Metalls bis in alle feinen Zwischenräume zu gewährleisten.

[0026] Während des Gießvorgangs ist es dabei vorteilhaft, dass das flüssige Material über den statischen Druck bis zur Höhe des Materialsumpfs in die Form fließt und danach durch ein Vakuum, das von einer Vakuumstation erzeugt wird, so weit in die Form gezogen wird, bis es die Form ausfüllt. Somit wird der Gießvorgang in zwei Phasen ausgeführt. Das flüssige Material läuft bis zur Höhe des Materialsumpfs in die Gießform, wobei der Materialsumpf durch Einströmen flüssigen Materials aus einem Ofen erzeugt wird. Nachdem der Pegel des flüssigen Materials innerhalb der Gießform durch statischen Druck die Höhe des Materialsumpfs erreicht hat, zieht eine Vakuumpumpe durch ein Vakuum das Material höher in die Form hinein, so dass letztendlich die gesamte Form von flüssigem Material ausgefüllt ist.

[0027] Nach dem Aushärten der Metallschmelze, des Kunststoffs oder der keramischen Masse kann dann sämtliches Kernmaterial durch Vibration, Strahlen oder durch Aufschwemmen mit Wasser aus dem Bauteil entfernt werden. Dazu wird mindestens eine Seite des Bauteils ohne Außenhaut erzeugt, oder es wird nachträglich die Außenhaut an geeigneter Stelle wieder geöffnet, z.B. aufgebohrt, so dass sich sämtliches Kernmaterial rückstandslos entfernen lässt, da sämtliche über die Binder-/Schlichterbrücken kontaktierten Kernkörper miteinander in Verbindung stehen.

[0028] Hierdurch können nun Bauteile definierter Außenhaut, definierter Porengröße und im Prozess wiederholbarer geordneter Schaumgitterstruktur hergestellt werden. Dies ist mit den bereits bekannten Verfahren aus dem Stand der Technik nicht möglich.

[0029] Im Folgenden wird das Verfahren und der Aufbau eines aus dem Verfahren hervorgehenden Bauteils an Hand von Zeichnungen näher erläutert.

[0030] Es zeigen:

Fig. 1

in schematischer Darstellung eine Gießvorrichtung des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 2

in schematischer Schnittdarstellung den Aufbau eines Kernstapels;

Fig. 3

in schematischer Darstellung einen Schnitt durch ein aus dem erfindungsgemäßen Verfahren hervorgehendes Bauteil.

In Fig. 1 ist eine Gießvorrichtung 01 schematisch dargestellt, in der eine Gießform 03 enthalten ist. In die Gießform 03 kann durch eine Gießzuführung 06 flüssiges Material aus einem Ofen eingefüllt werden, wobei das flüssige Material einen Gießsumpf 07 bildet. Dabei fließt das flüssige Material bis zur Höhe des statischen Drucks des Gießsumpfs 07 in die Gießform 03. Die Gießvorrichtung 01 ist so aufgebaut, dass die Gießform 03 an einer Trennfuge 05 geteilt werden kann, um das gegossene Bauteil aus der Gießform 03 zu entnehmen. Im Inneren der Gießform 03 befindet sich ein Kernstapel 04, der aus einzelnen Kerngitterebenen, die aus einzelnen Kernkörpern zusammengestellt sind, besteht und ein regelmäßiges Kerngitter bildet. Mit Hilfe einer Vakuumstation 02 wird durch eine Vakuumabführung 06 im Inneren der Gießform 03 ein Vakuum erzeugt, so dass das flüssige Material innerhalb des Kernstapels 04 hinaufgezogen wird, um die gesamte Gießform 03 auszufüllen.

Fig. 2 zeigt schematisch einen Schnitt durch den Kernstapel 03 der Fig. 1. Der Kernstapel 03 besteht dabei aus einem Kerngitter 09, bei dem einzelne, in diesem Fall kugelförmig ausgebildete Kernkörper 10 durch Brücken 11 miteinander verbunden sind. Die Brücken 11 der einzelnen Kerngitterebenen 12 können als Stege ausgebildet sein und beispielsweise durch ein Betaset-, Coldbox-, Hotbox- oder Croning-Verfahren mit organischen Binderanteilen hergestellt werden. Die einzelnen Kerngitterebenen werden dann mit Hilfe von Kleberbrücken durch Binder- oder Kleberbrücken miteinander kontaktiert.

Fig. 3 zeigt schematisch einen Schnitt durch ein Bauteil 13, das durch Eingießen von flüssigem Material in den Kernstapel 03, der aus dem Kerngitter 09 besteht, hervorgeht. Deutlich ist das ausgefüllte Material um die einzelnen Kernkörper zu erkennen.

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von leichten offenporigen Bauteilen aus Metall, Metalllegierungen, Kunststoff oder Keramik beliebiger Geometrie, bei dem das Bauteil durch Eingießen flüssigen Materials in eine Gießvorrichtung (01) hergestellt wird, wobei ein Kernstapel (04) in einer Gießform (03) gelagert, abgegossen und entkernt wird, und der Kernstapel (04) als regelmäßiges mehrdimensionales Kerngitter (09) mit definierten Kerngitterebenen (12) ausgebildet ist, bei dem jede Kerngitterebene (12) aus einzelnen regelmäßigen Kernkörpern (10) aufgebaut wird,
gekennzeichnet dadurch,
dass zur Herstellung des Kerngitters (09) einzelne Kerngitterebenen (12) als durch Stege verbundene, kugelförmige, mehreckige, oder sonstige voluminöse Kernkörper (10) frei zu bestimmender Dimension in zwei oder mehreren Schichten gitterversetzt so miteinander verbunden werden, dass die vorher geschlichteten oder mit Kleber versehenen Kernkörper (10) der einzelnen Ebenen (12) miteinander mittels Binder- oder Kleberbrücken kontaktieren.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass zur Herstellung des Kerngitters die Kernkörper (10) in einem ersten Arbeitsgang in einer Kerngitterebene (12) miteinander insbesondere zu festen planaren, gebogenen oder beliebig gekrümmten Platten verbunden werden, und erst durch Aufeinandcrschichten der einzelnen Kerngitterebenen (10), insbesondere der Platten, die gewünschte Form des Kerngitters (09) erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass in dem ersten Arbeitsgang zur Herstellung des Kerngitters benachbarte Kernkörper (10) durch Stege in einem einzigen Formgebungsverfahren zur Herstellung der Kerngitterebenen (12) verbunden werden.

4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Verbindung der einzelnen Kerngitterebenen (12) durch ein geeignetes Bindemittel und Härteverfahren erfolgt.

5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kerngitterebenen (12) durch bekannte Betaset-, Coldbox-, Hotbox-, oder Croning-Verfahren mit organischen Binderanteilen hergestellt werden.

6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kerngitterebenen (12) durch Verfahren mit wasserlöslichen, anorganischen Binderanteilen auf der Basis von Magnesiumsulfat, Phosphat oder Silikat oder einer Mischung aus diesen hergestellt werden.

7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das zur Herstellung der Kerngitterebenen (12) verwendete Material ein anorganisches Mehl oder Sand ist, insbesondere Quarz; Feldspat, Aluminiumoxid, Schamott, Olivin, Chromerz, Ton, Kaolin, Flussspat, Silikat oder Bentonit oder eine Mischung aus diesen.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass das zur Herstellung der Kerngitterebenen (12) verwendete Material ein Salz ist, insbesondere NaCl, KCl, K₂SO₄ oder Mg₂SO₄.

9. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kernkörper (10) innerhalb des Kerngitters (09) einen Durchmesser von 1 mm bis 30cm aufweisen.

10. Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kernkörper (10) innerhalb des Kerngitters (09) einen Durchmesser von 5mm bis 20mm aufweisen.

11. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kerngitterebenen (12) teil- oder satzweise in einer mehrteiligen Sandwich-Kernbüchse hergestellt werden, wobei die Kerngitterebenen (12) geschlichtet, miteinander montiert und in der Kernbüchse abgelegt werden.

12. Verfahren nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass die zur Herstellung der Kerngitterebenen (12) verwendeten Kerngitterrahmen Bestandteile eines Werkzeugs, bevorzugt eines robotergesteuerten Werkzeuges, innerhalb eines Kemherstellungswerkzeugs sind, und das Schlichten, Montieren und Ablegen des Kerngitters außerhalb des Kernherstellungswerkzeugs vollzogen wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens zwei Roboter im Takt arbeiten, wobei ein Roboter im Kernherstellungswerkzeug für die Kernherstellung arbeitet, während der zweite Roboter das Schlichten, Montieren und Ablegen des Kerngitters vollzieht.

14. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das flüssige Material während des Eingießvorgangs über den statischen Druck bis zur Höhe des Materialsumpfes in die Form fließt, und danach durch ein Vakuum, das von einer Vakuumstation (02) erzeugt wird, so weit in die Form gezogen wird, bis es die Form ausfüllt.

Claims

1. A method for the manufacture of light open porous components of metal, metal alloys, plastic or ceramic of any geometry, wherein the component is manufactured through pouring liquid material into a casting device (01), wherein a core stack (04) is mounted in a casting mould (03), is cast and removed, and the core stack (04) is designed as a regular multi-dimensional core lattice (09) with defined core lattice planes (12), where each core lattice plane (12) is constructed of individual regular core bodies (10).
characterized in that
for the manufacture of the core lattice (09) individual core lattice planes (12) as core bodies (10) which are ball-shaped, polygonal or otherwise voluminous of freely determinable dimensions joined through ligaments are joined with one another in two or several layers lattice-offset so that the core bodies (10) previously smoothed or provided with adhesive of the individual planes (12) contact one another by means of binder or adhesive bridges.

2. The method according to claim 1,
characterized in that
for the manufacture of the core lattice the core bodies (10) are connected with one another in a first operation in a core lattice plane (12) more preferably into fixed planar, bent or randomly curved plates, and the desired shape of the core lattice (09) is only created through the stacking on top of one another of the individual core lattice planes (10), more preferably the plates.

3. The method according to claim 2,
characterized in that
in the first operation for manufacturing the core lattice adjacent core bodies (10) are connected with one another through ligaments in a single moulding method for the manufacture of the core lattice planes (12).

4. The method according to any one of the preceding claims,
characterized in that
the connection of the individual core lattice planes (12) takes place through a suitable binder and curing method.

5. The method according to any one of the preceding claims,
characterized in that
the core lattice planes (12) are produced through known betaset, coldbox, hotbox or croning methods with organic binder components.

6. The method according to any one of the preceding claims,
characterized in that
the core lattice planes (12) are manufactured through methods with water-soluble inorganic binder components on the basis of magnesium sulphate, phosphate or silicate or a mixture of these.

7. The method according to any one of the preceding claims,
characterized in that
the material used for manufacturing the core lattice planes (12) is an inorganic powder or sand, more preferably quartz, feldspar, aluminium oxide, refractory, olivine, chromium ore, clay, kaolin, fluospar, silicate or bentonite or a mixture of these.

8. The method according to one of the claims 1 to 6,
characterized in that
the material used for manufacturing the core lattice planes (12) is a salt, more preferably NaCl, KCl, K₂SO₄ or Mg₂SO₄.

9. The method according to any one of the preceding claims,
characterized in that
the core bodies (10) within the core lattice (09) have a diameter of 1 mm to 30 cm.

10. The method according to claim 9,
characterized in that
the core bodies (10) within the core lattice (09) have a diameter from 5 mm to 20 mm.

11. The method according to any one of the preceding claims,
characterized in that
the core lattice planes (12) by parts or sets are manufactured in a multi-part sandwich core box, wherein the core lattice planes (12) are smoothed, assembled with one another and placed in the core box.

12. The method according to claim 11,
characterized in that
the core lattice frames used for manufacturing the core lattice planes (12) are parts of a tool, preferably a robot-controlled tool, within a core manufacturing tool, and the smoothing, assembling and placing of the core lattice is performed outside the core manufacturing tool.

13. The method according to claim 12,
characterized in that
at least two robots work in cycle wherein one robot works in the core manufacturing tool for the core manufacture while the second robot performs the smoothing, assembling and placing of the core lattice.

14. The method according to any one of the preceding claims,
characterized in that
the liquid material during the pouring process flows into the mould up to the level of the material sump via the static pressure and thereafter is drawn into the mould until it fills out the mould through a vacuum produced by a vacuum station (02).

Revendications

1. Procédé pour la fabrication d'éléments constructifs légers à pores ouverts en métal, en alliages métalliques, en matière plastique ou en céramique de géométries quelconques, dans lequel l'élément constructif est fabriqué par le coulage d'un matériau liquide dans un dispositif de coulée (01), une pile de noyaux (04) est placée dans un moule (3), est coulée et dénoyautée, la pile de noyaux (04) étant façonnée en forme d'une grille de noyaux (09) multidimensionnelle régulière présentant des plans de grilles de noyaux (12) définis, chaque plan de grilles de noyaux (12) étant constitué de corps de noyaux (10) individuels réguliers,
caractérisé en ce que,
pour la fabrication de ladite grille de noyaux (09), des plans de grilles de noyaux (12) individuels, en forme de corps de noyaux (10) sphériques, polygonales ou autrement volumineux de dimensions librement déterminables étant liés entre eux au moyen d' âmes, sont reliés entre eux en deux ou plusieurs couches au travers de grilles décalées de telle manière que les corps de noyaux (10) desdits plans individuels (12) étant préalablement lissés ou munis d'un adhésif entrent en contact les uns avec les autres au moyen de ponts de liaison ou de ponts adhésifs.

2. Procédé selon la revendication 1,
caractérisé en ce que,
pour la fabrication de la grille de noyaux, dans une première phase de fabrication les corps de noyaux (10) sont reliés entre eux dans un plan de grilles de noyaux (12) afin de former de préférence de plaques solides planaires, courbées ou bien coudées d'une façon quelconque, la forme souhaitée de la grille de noyaux (09) étant créée seulement au moyen d'un empilement des plans de grilles de noyaux (10) individuels, en particulier des plaques.

3. Procédé selon la revendication 2,
caractérisé en ce que,
dans la première phase de fabrication de la grille de noyaux, des corps de noyaux (10) voisins sont reliés entre eux au moyen d' âmes dans un seul processus de façonnement pour la fabrication des plans de grilles de noyaux (12).

4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce que
le lien entre les plans de grilles de noyaux (12) individuels est réalisé par l'application d'un agent liant susceptible et d'une procédure de durcissement.

5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce que
les plans de grilles de noyaux (12) sont fabriqués au moyen de procédures connues du Bétaset, du Coldbox, du Hotbox ou bien du Croning en utilisant des composants organiques de l'agent liant.

6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce que
les plans de grilles de noyaux (12) sont fabriqués au moyen de procédures utilisant des composants anorganiques hydrosolubles de l'agent liant sur la base de sulfate de magnésium, de phosphate ou de silicate ou bien d'un mélange de ces derniers.

7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce que
le matériau utilisé pour la fabrication des plans de grilles de noyaux (12) est une poudre ou un sable anorganique, en particulier du quartz, du feldspath, de l'oxyde d'aluminium, de la chamotte, de l'olivine, du minerai de chrome, de l'argile, du kaolin, de la fluorine, du silicate ou du bentonite ou bien un mélange de ces derniers.

8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6,
caractérisé en ce que
le matériau utilisé pour la fabrication des plans de grilles de noyaux (12) est un sel, en particulier le NaCl, le KCl, le K₂SO₄ ou bien le Mg₂SO₄.

9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce que
les corps de noyaux (10) dans la grille de noyaux (09) présentent un diamètre de 1 mm à 30 cm.

10. Procédé selon la revendication 9,
caractérisé en ce que
les corps de noyaux (10) dans la grille de noyaux (09) présentent un diamètre de 5 mm à 20 mm.

11. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce que
les plans de grilles de noyaux (12) sont fabriqués à la pièce ou par lots dans une boîte à noyaux en plusieurs parties de structure sandwich, les plans de grilles de noyaux (12) étant lissés, assemblés entre eux et placés dans la boîte à noyaux.

12. Procédé selon la revendication 11,
caractérisé en ce que
les cadres des grilles de noyaux utilisés pour la fabrication des plans de grilles de noyaux (12) constituent des composants d'un outil, de préférence d'un outil contrôlé au moyen de robots, en dedans d'un outil pour la fabrication des noyaux, sachant que le lissage, l'assemblage et le placement de la grille de noyaux sont exécutés en dehors de l'outil pour la fabrication des noyaux.

13. Procédé selon la revendication 12,
caractérisé en ce qu'
au moins deux robots travaillent en cycle, un robot travaillant en dedans de l'outil pour la fabrication afin de fabriquer les noyaux, le deuxième robot exécutant parallèlement le lissage, l'assemblage et le placement de la grille de noyaux.

14. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce que
le matériau liquide coule dans le moule au cours du processus de coulée au moyen de la pression statique jusqu'au niveau du bassin de coulée et est ensuite tiré dans le moule au moyen d'un vacuum généré par une station de vacuum (2) jusqu'à ce que le moule soit rempli de celui-ci.

Zeichnung