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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Gussteils
nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Aus
der
DE 10 2005
011 019 B4 der Anmelderin, deren Inhalt durch Referenz
aufgenommen wird, sind eine Herstellung und eine Verwendung eines
zerstörbaren Formkerns, insbesondere eines zerstörbaren
Formkerns aus grüner Keramik, für den metallischen
Guss bekannt. Zur Herstellung des Formkerns wird eine porös
ausgestaltete Urform verwendet.
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Des
Weiteren sind aus der
DE
10 2005 031 212 B4 der Anmelderin, deren Inhalt ebenfalls
durch Referenz aufgenommen wird, ein zerstörbarer Formkern
für den metallischen Guss, ein Herstellverfahren, eine
Urform und eine Verwendung bekannt. Der zerstörbare Formkern
für den metallischen Guss enthält keramische Mikropartikel,
wobei die Mikropartikel durch Salz miteinander verbunden sind und
der Formkern mit einer Beschichtung versehen ist, die ihn gegen
Wasser schützt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren
zur Herstellung eines Gussteils anzugeben.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren
zur Herstellung eines Gussteils mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
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Bevorzugte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen angegeben.
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In
einem Verfahren zur Herstellung eines Gussteils unter Verwendung
eines mittels einer Urform ausgeformten Formteils aus Keramikschlicker wird
der Keramikschlicker, welcher keramische Mikropartikel und eine
Salzlösung enthält, gefroren und gefriergetrocknet.
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Im
erfindungsgemäßen Verfahren wird als Urform ein
Wachsmodell des Gussteils hergestellt, zum Herstellen des als eine
Gussaußenform ausgebildeten Formteils wird das Wachsmodell
in eine Hilfsform eingelegt, in welche der Keramikschlicker eingefüllt
wird, der Keramikschlicker wird in der Hilfsform eingefroren und
das entstandene Formteil wird mit dem integrierten Wachsmodell aus
der Hilfsform entnommen und gefriergetrocknet, das Wachsmodell wird
durch Erwärmen des Formteils aus diesem ausgeschmolzen,
das Gussteil wird durch Spritzgießen eines Kunststoffs
in das Formteil erzeugt und das Formteil wird durch Einlegen in
Wasser aufgelöst.
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Mittels
des Verfahrens können Prototypenkunststoffteile in kürzester
Zeit, d. h. innerhalb von zwei bis drei Tagen, mit Serienmaterial,
in Serienfertigung und zu geringen Kosten hergestellt werden. Dadurch
können im Vergleich zur Herstellung von Prototypen aus
Polyurethan mittels Silikonwerkzeugen eine Prototypenherstellungsphase
und eine Herstellungszeit von ca. einem Monat eingespart werden.
Mit diesen Prototypen können alle Erprobungstests durchgeführt
werden, z. B. Pulsertest, Flammtest, Hitzetest, Kältetest,
Foggingtest, Festigkeitstest und Crashtest. In einer frühen
Phase einer Entwicklung erhält man auf diese Weise bereits
alle notwendigen Informationen über einzusetzende Bauteile und
kann sehr schnell Änderungen durchführen, bevor
eine teure Prototypenwerkzeugfertigung durchgeführt wird.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
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Dabei
zeigt:
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1 schematisch
einen Verfahrensablauf eines Verfahrens zur Herstellung eines Gussteils.
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1 zeigt
schematisch einen Verfahrensablauf eines Verfahrens zur Herstellung
eines Gussteils, wobei als Gussteile Kunststoffbauteile in einem Kunststoffspritzgussverfahren
hergestellt werden.
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In
einem ersten Verfahrensschritt S1 wird anhand von Bauteildaten eines
herzustellenden Kunststoffbauteils und unter Berücksichtigung
einer Schwindung für einen Kunststoffspritzguss ein Wachsmodell
des Kunststoffbauteils aus Paraffinwachs mittels eines Rapid Prototyping
Verfahrens hergestellt, beispielsweise mittels Laminated Object Manufacturing
oder mittels der pulverbasierten Verfahren 3d-Drucken oder Selektives
Laser Sintern. Anschließend wird das Wachsmodell, falls
erforderlich, nachbehandelt und mit einem Einspritzkanal versehen.
Um beim Spritzvorgang eine optimale Füllung zu erreichen,
werden des Weiteren vorteilhafterweise zusätzliche Materialsteiger
am Wachsmodell angebracht. Da jedes Wachsmodell ein verlorenes Modell
ist, d. h. nur einmal verwendet werden kann, werden auf diese Weise
Spritzgussbedingungen optimiert und eine Wahrscheinlichkeit eines
Fehlgusses minimiert.
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In
einem zweiten Verfahrensschritt S2 wird das Wachsmodell in eine
Hilfsform eingelegt, welche einer Innengeometrie eines Spritzgusswerkzeugs entspricht
und vorteilhafterweise bereits vorgekühlt ist. Ein bereits
vorher angesetzter und beispielsweise mittels eines Topfrollers
angemischter Keramikschlicker aus einer Salzlösung und
keramischen Mikropartikeln, dessen bevorzugte Herstellungsweise
in den Druckschriften
DE
10 2005 011 019 B4 und
DE 10 2005 031 212 B4 offenbart ist, wird
in die Hilfsform eingegossen und das Wachsmodell damit umgossen.
Als Keramikschlicker wird bevorzugt ZrSiO
4 verwendet.
Danach wird die Hilfsform vorzugsweise auf einen sich bewegenden
Arbeitstisch, d. h. auf einen so genannten Rütteltisch
gelegt, damit alle Luftblasen aus dem Keramikschlicker entweichen.
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In
einem dritten Verfahrensschritt S3 wird der Keramikschlicker in
der Hilfsform in einer Gefriertruhe bei ca. –40°C
bis –80°C eingefroren, da das Salz im Keramikschlicker
eine Gefrierpunkterniedrigung von –10°C bis –20°C
bewirkt. Der Keramikschlicker ist üblicherweise nach ca.
einer Stunde völlig eingefroren. Danach wird die Hilfsform
geöffnet und ein entstandener gefrorener Keramikblock,
welcher ein als Gussaußenform ausgebildetes Formteil für
das Kunststoffspritzgussverfahren bildet, wird entnommen. Das aus
der Hilfsform entnommene Formteil, d. h. der Keramikblock, in welchem
das Wachsmodell noch integriert ist, wird in einen Gefriertrockner
gelegt und bei einer Stellflächentemperatur zwischen –30°C und –10°C,
wobei die Stellflächentemperatur eine linear ansteigende
Rampe aufweist, und bei einer Kondensatortemperatur von –80°C
sowie einem Vakuum von etwa 0,5 Pa (5 mTorr) getrocknet. Dieser Trocknungsvorgang
dauert je nach Größe des Keramikblocks ein bis
zwei Tage.
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In
einem vierten Verfahrensschritt S4 wird der Keramikblock in einem
Trockenschrank auf eine Temperatur von 60°C bis 80°C,
bevorzugt 60°C erwärmt. Eine Verweildauer im Trockenschrank
beträgt vorzugsweise eine Stunde. Dadurch wird eine Restfeuchte
in der Keramik eliminiert und gleichzeitig das Wachsmodell aus dem
Keramikblock ausgeschmolzen, wodurch das als Gussaußenform
ausgebildete Formteil fertiggestellt ist.
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In
einem fünften Verfahrensschritt S5 wird das erwärmte
Formteil aus dem Trockenschrank entnommen und in das für
eine Spritzgussmaschine vorbereitete Spritzgusswerkzeug eingelegt.
Die Spritzgussmaschine wurde vorzugsweise bereits vorbereitet, d.
h. auf Temperatur gebracht und auf alle Parameter des jeweils herzustellenden
Gussteils eingestellt. Die Temperatur der Spritzgussmaschine wird an
eine notwendige Verarbeitungstemperatur eines jeweils zu verarbeitenden
thermoplastischen Kunststoffmaterials angepasst. Im Spritzgussvorgang
wird das Formteil mit Serienmaterial des herzustellenden Kunststoffbauteils
gefüllt. Nach dem Einspritzen des Serienmaterials wird
das Spritzgusswerkzeug in der Spritzgussmaschine geöffnet
und das mit Kunststoff gefüllte, als Keramikblock ausgebildete
Formteil wird aus dem Spritzgusswerkzeug entnommen.
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In
einem sechsten Verfahrensschritt S6 wird das als Keramikblock ausgebildete
Formteil in einen Behälter mit Wasser gelegt. Durch den
Salzgehalt der Keramik des Formteils wird diese vom Wasser aufgelöst,
so dass das Formteil vom Kunststoffbauteil gelöst und vollständig
von diesem entfernt wird. Bereits nach einigen Minuten kann das
Kunststoffbauteil aus dem Wasserbehälter zur Qualitätsprüfung
entnommen werden.
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Mittels
des Verfahrens können Prototypenkunststoffteile in kürzester
Zeit, d. h. innerhalb von zwei bis drei Tagen, mit Serienmaterial,
in Serienfertigung und zu geringen Kosten hergestellt werden. Dadurch
können im Vergleich zur Herstellung von Prototypen aus
Polyurethan mittels Silikonwerkzeugen eine Prototypenherstellungsphase
und eine Herstellungszeit von ca. einem Monat eingespart werden.
Mit diesen Prototypen können alle Erprobungstests durchgeführt
werden, z. B. Pulsertest, Flammtest, Hitzetest, Kältetest,
Foggingtest, Festigkeitstest und Crashtest. In einer frühen
Phase einer Entwicklung erhält man auf diese Weise bereits
alle notwendigen Informationen über einzusetzende Bauteile und
kann sehr schnell Änderungen durchführen, bevor
eine teure Prototypenwerkzeugfertigung durchgeführt wird.
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Bezugzeichenliste
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- S1
- erster Verfahrensschritt
- S2
- zweiter Verfahrensschritt
- S3
- dritter Verfahrensschritt
- S4
- vierter Verfahrensschritt
- S5
- fünfter Verfahrensschritt
- S6
- sechster Verfahrensschritt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102005011019
B4 [0002, 0015]
- - DE 102005031212 B4 [0003, 0015]