EP1844881A2

EP1844881A2 - Method for producing open pored construction elements made of metal, plastic or ceramic with an ordered foam grid structure

Info

Publication number: EP1844881A2
Application number: EP07007332A
Authority: EP
Inventors: Ulrich Munz; Bernd Kuhs; Raimund Strub
Original assignee: Laempe & Mossner GmbH; Kurtz GmbH
Current assignee: Laempe & Mossner GmbH; Kurtz GmbH
Priority date: 2006-04-10
Filing date: 2007-04-10
Publication date: 2007-10-17
Anticipated expiration: 2027-04-10
Also published as: EP1844881B1; DE102006017104A1; US7588069B2; ATE456410T1; EP1844881A3; ES2338468T3; US20070296106A1; JP2007275992A; DE502007002714D1

Abstract

Production of light open-pore components made from metal, metal alloys, plastic or ceramic of random geometry comprises pouring the liquid material into a casting device (01), positioning a core stack (04) in a casting mold (03), casting and removing the core. The core stack is formed as a regular multi-dimensional core lattice (09) with defined core lattice surfaces (12) each formed by single regular core bodies (10).

Description

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.The invention relates to a method for the production of open-pored lightweight components made of metal, metal alloys, plastic or ceramic of any geometry according to the teaching of claim 1.

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.For the manufacture of high strength and low density structural members, processes are known in the prior art in which metals are treated with suitable blowing agents, e.g. Gases, are foamed in the liquid state to produce components with the above features. However, these known methods have the disadvantage that bubbles are produced by the injection of the gases during the foaming process, which reach different, not clearly defined or predictable or desired sizes. Thus, by means of these methods, components are produced which have difficult to assess mechanical properties. In addition, the bubbles penetrate to the surface of the components and do not create a defined outer skin thickness, which would be necessary for a calculable static function.

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.In addition, methods are known in which casting molds are produced from amorphous disordered lattice structures which are poured out in a casting apparatus. With the help of these casting molds Connected single spheres can be used to produce components with an open or closed outer wall, which have an amorphous undefined lattice structure in the interior, since the core stack used in the casting process is formed from an accumulation of disorderedly interconnected spheres. Also in this case, a clear definition of the mechanical properties of the component is impossible due to the unpredictability of the disordered lattice structure inside the components.

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.The object of the invention is to propose a method which allows the production of lightweight components made of metal, metal alloys, plastic or ceramic arbitrary geometry, in which by a clearly defined inner lattice structure of the core stack mechanical requirements, such as density, rigidity or strength of the component predictable are, and if necessary, a defined outer skin desired thickness can be produced.

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.Such components can be used under the umbrella term "light and stiff" and / or "energy and sound absorbing" everywhere where, for example, moving masses must have corresponding properties, e.g. in vehicle construction for road or rail, in aircraft or mechanical engineering / kinematics. Furthermore, components produced in this way are particularly suitable for heat exchangers of any type because of the open-pored and ordered foam grid structure, since they separate two spheres which are simply connected.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach der Lehre des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a method according to the teaching of claim 1.

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.According to the invention, the component is produced by pouring liquid material into a casting device when using the method for producing lightweight porous components made of metal, metal alloys, plastic or ceramic of any geometry. For this purpose, there is a core stack in the casting mold of the casting apparatus stored, drained and gutted. This core stack is designed as a regular multi-dimensional core lattice with defined core lattice planes, in which each lattice plane is composed of individual regular core bodies. This means that in the method, a casting device known from the prior art can be used, but in which the casting mold as a core stack differs in that it is constructed as a regular ordered core lattice. Here, the core lattice consists of at least one core lattice plane, which is composed of individual regular core bodies. Shape, size and number of core bodies and their spacing determine the porosity and the mechanical properties of the resulting from the process components. A closed outer shell of the components can be produced in that the core stack has a certain distance from the outer wall of the mold, which is then filled with the liquid material and forms the closed outer wall. The distance between the core stack and the outer wall of the mold determines the thickness of the component outer wall. Thus, with the aid of the method, a macroscopic regular lattice structure of the material can be produced, so that the component has a macroscopic structural structure and combines the structural advantages, namely low density, high rigidity and high strength, with the microscopic properties of the material. The application of the method thus serves to produce components which have metamaterialtypische properties, ie whose characteristic parameters not only determined by the parameters of the original material but also by the defined macroscopic structure of the component.

In einer besonders ausgezeichneten Ausführungsform 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.In a particularly excellent embodiment, individual core lattice planes are connected to one another in the form of lattice-like, globular, polygonal or other voluminous core bodies of freely dimensioned dimension in two or more layers in such a way that the previously lightened ones are connected by webs or contact with adhesive core body of the individual levels by means of binder or adhesive bridges. Thus, first defined by a Kernbüchsenwerkzeug lattice planes are produced. A core lattice plane is characterized in that the spherical, polygonal or other voluminous individual bodies of freely determinable dimension are interconnected with webs. The core body can thus have any shape and deviate from a classic spherical shape, in particular they can be flattened spherical, polygonal or otherwise arbitrarily designed. A lattice plane may consist of two or more interconnected bodies and may be both plane and in the spherical plane or otherwise arbitrarily curved. Thus, a core stack is built up of individual core lattice planes and can thus fill the component layer by layer.

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.The method for producing the individual core lattice planes can in principle be carried out arbitrarily. It has proved to be particularly advantageous to form the individual core lattice planes in a first operation by connecting the core body to solid planar, curved or arbitrarily curved plates. Only by stacking the individual core lattice planes, in particular the plates representing them, is a desired shape of the core lattice generated. By such a layered structure, it is advantageously possible to produce the core grid independently and after the production of the individual core lattice planes; in particular, it is conceivable to prefabricate core lattice planes, to cut them into a desired shape if necessary and to assemble them into a core lattice. This allows a cheap, efficient and fast production of the core lattice from prefabricated core lattice planes, in particular from prefabricated plates.

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.In principle, the individual core lattice planes can be produced as desired in the first work step. However, following on from the embodiment outlined above, it is advantageous that adjacent core bodies be joined by webs in a single molding process for the production of the core lattice planes. By bridge connections a reliable fixation of the core body is achieved in the core lattice plane, so that a planar or arbitrarily curved shape of the core lattice plane can be made stable.

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.After individual core lattice planes have been fabricated according to the embodiments presented above, they must be interconnected to form a core body. This can be done in any way, as this is particularly easy by connecting the individual core lattice planes by a suitable binder and hardening process, as they are already known in the creation of core bodies in the foundry technology. For example, a treatment with hot air, with carbon dioxide or with an amine, or else only a heat treatment by microwaves, may be suitable for connecting the core lattice planes to one another. As binders, many different organic and inorganic foundry binders are available which decompose by the action of heat of the hot metal, plastic or other pourable material, or they must be water-soluble to be removed from the component after pouring the casting material ,

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.The process for producing the individual core lattice planes can be carried out arbitrarily. However, the bodies within the core grid structure have a defined size, for example 10 mm, and can be produced in a grid. In this case, for example, a suitable foundry core sand can be mixed with a known core sand binder and this core lattice layer starting material can be shaped and cured by a suitable core production process. To produce the individual core lattice planes, it is particularly advantageous that known betaset, coldbox, hotbox or croning processes with organic binder fractions are used. With these known methods for producing casting molds can be produced inexpensively and easily the core lattice planes without special conversion of the foundry process.

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.It is particularly advantageous if water-soluble inorganic binder components based on magnesium sulfate, phosphate or silicate or a mixture of these are used in the production of the core lattice planes. These inorganic binders are eminently suitable for inexpensively and easily producing robust core lattice planes which can be assembled into complex core stacks.

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.The material used to construct the individual core lattice planes can, in principle, be arbitrarily selected from the range of materials conventionally used for casting molds. However, it has preferably been found that inorganic flours or sands, which consist in particular of quartz, feldspar, aluminum oxide, chamotte, olivine, chrome ore, clay, kaolin, fluorspar, silicate or bentonite or a mixture of these, are suitable for the production of core lattice planes , From these materials, core bodies can be produced in a particularly simple manner, and connected to the above-mentioned core sand binders, so that it is possible to produce particularly durable and easily machinable core lattice planes.

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.However, as an alternative to the materials mentioned above, it is also possible that salts are used to prepare the core lattice planes, in particular sodium chloride (NaCl), potassium chloride (KCl), potassium sulfate (K ₂ SO ₄ ) or magnesium sulfate (Mg ₂ SO ₄ ). As an alternative to the minerals described above, the individual core lattice planes can be built up from these salts.

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.The shape and size of the core body within the core grid can in principle be chosen arbitrarily. However, it has turned out to be particularly advantageous if the core bodies have a size of 1 mm to 30 cm. In particular, it is particularly advantageous if the core body has a diameter of about 5 mm to 20 mm.

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.Now that individual core lattice planes are cured, they are coated or sized with a binder or adhesive and stacked on top of each other in two or more planes so that the core bodies of the individual planes contact one another in a grid-offset manner. By means of the producible sizer / adhesive bridges, the core bodies are connected to one another at the contact points / contact surfaces. This can in principle be carried out arbitrarily, but it has been shown to be particularly advantageous if the core lattice planes are produced in part or in sets in a multipart sandwich core bushing, wherein the core lattice planes are sized therein, assembled with one another and deposited in the core bushing.

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.It has been found to be particularly preferred if, during the production of the core lattice planes, the core lattice frames used are components of a tool, preferably a robot-controlled tool, which are arranged within a core production tool and the finishing, assembly and removal of the core lattice is performed outside the core production tool. This means that the individual core lattice planes are produced by means of a core lattice frame within a core making tool, preferably by a robot controlled tool comprising the core lattice frame. Subsequently, the individual core lattice planes are removed from the core manufacturing tool, and the sizing, assembly and deposition of the core lattice is performed outside the core manufacturing tool.

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.In order to accelerate the production speed and efficiency in the production of the core grid, it has proven to be particularly advantageous if at least two robots work in tact, with one robot working in the core-making tool for core production, while the second robot is the finishing, assembling and depositing of the core Kerngitters completes. This makes it possible for a core lattice plane to be simultaneously produced by a robot while outside of the core manufacturing tool, a second robot already assembled, finished and deposited together core lattice planes. Thus, there is maximum work efficiency and productivity in the production of the core stack.

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.The core lattice stack thus produced may in turn be transformed into a casting mold, e.g. a mold, to be stored. Through the cavities between the core bodies of the individual core lattice layers and over the distance between the assembled core structure and the mold wall, the later geometry and outer wall thickness of the casting can be determined. By a suitable casting process so these cavities are filled with metal, plastic, metal alloys or a ceramic mass. Preferably, when filled with metal, the entire core is pre-formed, e.g. in an oven, heated to ensure the fluidity of the metal to all fine interstices.

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.During the casting process, it is advantageous that the liquid material flows through the static pressure to the level of the material sump in the mold and then pulled by a vacuum generated by a vacuum station, so far into the mold until it is the mold fills. Thus, the casting process is carried out in two phases. The liquid material runs up to the level of the material sump in the mold, wherein the material sump is generated by flowing liquid material from a furnace. After the level of liquid material within the mold has reached the level of the material sump by static pressure, a vacuum pump pulls the material higher into the mold by a vacuum, so that eventually the entire shape of liquid material is filled.

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.After curing of the molten metal, of the plastic or of the ceramic mass, all the core material can then be removed from the component by vibration, blasting or by floating with water. For this purpose, at least one side of the component is generated without outer skin, or it is subsequently the outer skin at a suitable location reopened, eg drilled out, so that all core material can be removed without leaving any residue, since all the core bodies contacted via the binder / intermediate bridges are in communication with each other.

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.In this way, it is now possible to produce components of defined outer skin, defined pore size and, in the process, repeatable ordered foam lattice structure. This is not possible with the already known methods of the prior art.

Im Folgenden wird das Verfahren und der Aufbau eines aus dem Verfahren hervorgehenden Bauteils an Hand von Zeichnungen näher erläutert.The method and structure of a component resulting from the method will be explained in more detail below with reference to drawings.

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.

Show it:

Fig. 1: a schematic representation of a casting apparatus of the method according to the invention;
Fig. 2: in a schematic sectional view of the structure of a core stack;
Fig. 3: a schematic representation of a section through an emerging from the process according to the invention component.

In Fig. 1 , a casting apparatus 01 is shown schematically, in which a mold 03 is included. In the mold 03, liquid material can be filled from a furnace through a casting feed 06, wherein the liquid material forms a casting sump 07. In this case, the liquid material flows up to the level of the static pressure of the casting sump 07 into the casting mold 03. The casting apparatus 01 is constructed such that the casting mold 03 can be divided at a parting line 05 in order to remove the cast component from the casting mold 03. Inside the mold 03 is a core stack 04, which consists of individual core lattice planes, which are composed of individual core bodies, and forms a regular core lattice. With the help of a vacuum station 02 by a vacuum discharge 06 in the interior of the mold 03, a vacuum is generated so that the liquid material is pulled up within the core stack 04 to fill the entire mold 03.
2 shows schematically a section through the core stack 03 of FIG. 1. The core stack 03 consists of a core grid 09, in which individual, in this case spherically formed core body 10 are connected by bridges 11. The bridges 11 of the individual core lattice planes 12 may be embodied as webs and be produced, for example, by a betaset, coldbox, hotbox or croning process with organic binder fractions. The individual core lattice planes are then contacted with the help of adhesive bridges by binder or adhesive bridges.
Fig. 3 shows schematically a section through a component 13, which emerges by pouring liquid material into the core stack 03, which consists of the core grid 09. The filled material is clearly visible around the individual core bodies.

Claims

Process for the production of lightweight open-pore components made of metal, metal alloys, plastic or ceramic of any geometry,
characterized by
in that the component is produced by pouring liquid material into a casting apparatus (01), wherein a core stack (04) is stored, poured and cored in a casting mold (03), and the core stack (04) is defined as a regular multidimensional core grid (09) Core lattice planes (12) is formed, wherein each core lattice plane (12) of individual regular core bodies (10) is constructed.

Method according to claim 1,
characterized,
that for the production of the core grid (09) individual core lattice planes (12) connected by webs, spherical, polygonal, or other voluminous core body (10) freely determinable dimension in two or more layers gridded are connected together so that the previously sized or with Adhesive provided core body (10) of the individual levels (12) contact each other by means of binder or adhesive bridges.

Method according to claim 1 or 2,
characterized,
that the core body (10) in a first operation in a core lattice plane (12) are connected to each other in particular to solid planar, curved or arbitrarily curved plates, and only by stacking the individual core lattice planes (10), in particular the plates, the desired shape of the core grid (09) is generated.

Method according to claim 3,
characterized,
that in the first operation for manufacturing the core lattice adjacent core bodies (10) are connected by webs in a single molding method for manufacturing the core lattice planes (12).

Method according to one of claims 2 to 4,
characterized,
in that the connection of the individual core lattice planes (12) takes place by means of a suitable binder and hardening method.

Method according to one of the preceding claims,
characterized,
that the core lattice planes (12) are prepared by known Betaset-, coldbox, hotbox or Croning process with organic binder components.

Method according to one of the preceding claims,
characterized,
in that the core lattice planes (12) are produced by processes with water-soluble, inorganic binder constituents based on magnesium sulfate, phosphate or silicate or a mixture of these.

Method according to one of the preceding claims,
characterized,
that the material used for manufacturing the core lattice planes (12) is an inorganic flour or sand, especially quartz, feldspar, alumina, chamotte, olivine, chromium ore, clay, kaolin, fluorspar, silicate or bentonite or a mixture of these.

Method according to one of claims 1 to 7,
characterized,
that for manufacturing the core lattice planes (12) material used is a salt, in particular NaCl, KCl, K ₂ SO ₄ or Mg ₂ SO _4.

Method according to one of the preceding claims,
characterized,
that the core body (10) within the core lattice (09) have a diameter of 1mm to 30cm.

Method according to claim 9,
characterized,
that the core body (10) within the core lattice (09) have a diameter of 5mm to 20mm.

Method according to one of the preceding claims,
characterized,
in that the core lattice planes (12) are produced in part or in sets in a multipart sandwich core bushing, wherein the core lattice planes (12) are leveled, assembled with one another and deposited in the core bushing.

Method according to claim 12,
characterized,
in that the core lattice frames used to make the core lattice planes (12) are components of a tool, preferably a robotic tool, within a core making tool, and the finishing, assembly and removal of the core lattice is performed outside the core making tool.

Method according to claim 13,
characterized,
that at least two robots work in tandem, with one robot working in the core-making tool for core-making, while the second robot performs the sizing, assembly and removal of the core grid.

Method according to one of the preceding claims,
characterized,
that the liquid material to the amount of material sump flows during the potting process by the static pressure in the mold, and thereafter through a vacuum produced by a vacuum station (02) is drawn so far in the mold until it fills the mold ,