DE4310247C2 - Verfahren zur Herstellung leichter, biege- und verwindungssteifer Werkstücke durch Verbundguß - Google Patents
Verfahren zur Herstellung leichter, biege- und verwindungssteifer Werkstücke durch VerbundgußInfo
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Description
Bei Positionier- und Bestücksystemen, wie z. B. SMD-Bestückau
tomaten muß die Positioniereinheit in X- und Y-Richtung ver
fahren werden können. Für die X-, Y-Positionierachsen wird
hierbei eine raumsparende Portalbauweise bevorzugt, bei wel
cher das Portal selbst beispielsweise in X-Richtung verfahr
bar ist, während eine im horizontalen Bereich des Portals
angeordnete Schlitteneinheit das Verfahren der daran befe
stigten Positioniereinheit in Y-Richtung ermöglicht. Um für
derartige Portale hohe Beschleunigungen mit geringen An
triebs- bzw. Bremsleistungen zu erreichen, ist die bewegte
Masse möglichst gering zu halten. Andererseits ergibt sich
jedoch die Notwendigkeit, die Portale biege- und verwindungs
steif zu gestalten.
Biege- und verwindungssteife Werkstücke werden meist als
Schweißkonstruktionen oder als Gußteile ausgeführt, wobei
gegebenenfalls aber auch Profile aus Stahl oder anderen Me
tallen eingesetzt werden können. Bei der Herstellung der
biege- und verwindungssteifen Werkstücke durch Feingießen
werden zunächst entsprechende Modelle bereitgestellt, wobei
diese sogenannten "verlorenen" Modelle meist aus Wachsen,
thermoplastischen Werkstoffen, Harnstoff oder deren Gemischen
bestehen. Die Herstellung entsprechender Gießformen erfolgt
dann durch wiederholtes Eintauchen der Modelle in eine
zähflüssige Formkeramik und nachfolgendes Trocknen, wobei
eine keramische Schale aus mehreren, fest miteinander
verbundenen Schichten entsteht. Je nach Art des verwendeten
Modellwerkstoffs werden die Modelle dann ausgeschmolzen, aus
gelöst oder ausgebrannt. Anschließend wird die keramische
Schale bei Temperaturen von über 1000°C gebrannt, wobei die
für das nachfolgende Gießen erforderliche Festigkeit erreicht
wird. Das Abgießen erfolgt in die noch heiße Formschale,
wobei als Werkstoffe für das Vergießen beispielsweise Stähle
verwendet werden. Nach der Entfernung bzw. Zerstörung der
Formschale erfolgt eine Nachbearbeitung durch Schleifen und
gegebenenfalls eine Wärmebehandlung.
Aus der DE-OS 23 54 254 und der DE 27 50 290 B2 sind bereits
Verfahren zur Herstellung von Metall-Keramik-Verbundkörpern
bekannt, bei welchen gegebenenfalls unter Verwendung eines
Modells zunächst eine erste Gießform hergestellt wird. In die
erste Gießform wird dann ein Keramikschlicker eingelassen,
worauf der resultierende keramische Formkörper aus der ersten
Gießform herausgenommen, getrocknet und gebrannt wird. An
schließend wird der keramische Formkörper in eine zweite
Gießform eingesetzt und zur Fertigstellung des Metall-Kera
mik-Verbundkörpers mit Metall umgossen.
Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem
zugrunde, ein rationelles Verfahren zur Herstellung von
Werkstücken zu schaffen, wobei diese Werkstücke einerseits
eine möglichst hohe Biege- und Verwindungssteifigkeit und
andererseits ein möglichst geringes Gewicht aufweisen sollen.
Das Verfahren soll dabei insbesondere für die Herstellung
leichter, biege- und verwindungssteifer Portale für Positionier- und Bestücksysteme geeign
et sein.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die beim eingangs geschilderten Feingie
ßen als Gießform verwendete keramische Schale nicht zerstört werden muß, sondern als
keramische Außenschale eines durch Verbundguß erzeugten Verbundkörpers einen Teil des
herzustellenden Werkstücks bilden kann. Das Entformen kann dabei entfallen. Trotz dieser
Vereinfachung bietet auch das erfindungsgemäße Verfahren in gleicher Weise wie das
Feingießen die Möglichkeit zu optimalem Gestalten, wobei insbesondere die konstruktiven
Erfordernisse für eine hohe Biege- und Verwindungssteifigkeit berücksichtigt werden kön
nen. Der Hauptvorteil, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Werk
stücke liegt jedoch in den Materialeigenschaften der für die Außenschale verwendeten Kera
mik, wobei hier insbesondere der hohe Elastizitätsmodul und das geringe spezifische Ge
wicht hervorzuheben sind. So haben die meisten keramischen Werkstoffe gegenüber Stahl
einen um Faktor 1,5 höheren Elastizitätsmodul und ein um ca. 4 g/cm³ niedrigeres spezifi
sches Gewicht. Aufgrund dieser physikalischen Eigenschaften kann die keramische Außen
schale je nach dem Verhältnis zwischen Keramik und Kernwerkstoff in einem hohen Maße
zu der geforderten Biege- und Verwindungssteifigkeit beitragen, wobei sich gleichzeitig das
geringe spezifische Gewicht der Keramik günstig auf das Gesamtgewicht des Verbundkör
pers auswirkt. Mit der Erfindung lassen sich somit unter Verwendung geeigneter Keramiken
leichte und steife Werkstücke in nahezu beliebigen Formen, insbesondere auch als Hohlfor
men herstellen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Die Ausgestaltung nach Anspruch 2 ermöglicht eine gezielte Steuerung der Wandstärke der
keramischen Schale.
Die Weiterbildung nach Anspruch 3 bietet durch das wiederholte Eintauchen des Modells in
den Keramikschlicker und das nachfolgende Trocknen eine besonders einfache und wirt
schaftliche Möglichkeit, die keramische Schale herzustellen, wobei auch hier die Wand
stärke durch die Anzahl der Eintauchvorgänge relativ genau beeinflußt werden kann.
Die Ausgestaltung nach Anspruch 4 bietet die Möglichkeit, die keramische Schale mit Me
tall zu einem Keramik-Metall-Verbundkörper zu kombinieren, wobei gemäß Anspruch 5
Stahl für den Kern dieses Verbundkörpers bevorzugt wird.
Die Weiterbildung nach Anspruch 6 sieht vor, die keramische Schale mit Keramik zu füllen,
wobei hier dann für den gesamten Verbundkörper die Vorteile der Keramik im Hinblick auf
einen hohen Elastizitätsmodul, auf ein geringes spezifisches Gewicht und auf geringe ther
misch bedingte Dehnungen realisiert werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgen
den näher beschrieben.
Es zeigen
Fig. 1 ein mit dem erfindungsgemäßen Verfahren herzustellendes Werkstück in perspekti
vischer Darstellung,
Fig. 2 einen Querschnitt durch das zur Herstellung des in Fig. 1 dargestellten Werkstücks
verwendete Modell,
Fig. 3 einen Querschnitt durch eine mit dem in Fig. 2 dargestellten Modell hergestellte
keramische Schale nach dem Entfernen des Modells und nach dem Brennen und
Fig. 4 einen Querschnitt durch den fertigen Verbundkörper nach dem Vergießen der in Fig. 3
dargestellten keramischen Schale.
Fig. 1 zeigt stark vereinfacht in perspektivischer Darstellung ein Werkstück W, das als
Portal mit einem horizontalen Abschnitt und zwei vertikalen Schenkein ausgebildet ist. Das
Werkstück W soll dabei aus Gewichtsgründen als Hohlkörper ausgebildet sein, wobei diese
Hohlform in Fig. 1 jedoch nicht zu erkennen ist.
Zur Herstellung des in Fig. 1 aufgezeigten Werkstücks W wird zunächst, beispielsweise
aus Wachs, ein hohles Modell M angefertigt, dessen Querschnittsform aus Fig. 2 ersicht
lich ist.
Das Modell M wird anschließend durch wiederholtes Eintauchen in einen Keramikschlicker
und nachfolgendes Trocknen mit einer keramischen Schale S versehen, die sowohl die In
nenwandung als auch die Außenwandung des im Bereich der vertikalen Schenkel nach un
ten offenen Modells M überzieht.
Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch die keramische Schale S, nach dem Ausschmelzen des
Modells M und nach dem Brennen der Keramik. Zur Herstellung einer stabilen Form sind
die inneren und äußeren Wandungsteile der keramischen Schale S beispielsweise durch in der
Zeichnung nicht näher dargestellte Stege stellenweise miteinander verbunden.
Nach dem Brennen der keramischen Schale erfolgt das Abgießen mit Stahl in die noch heiße
Schale, wobei der in Fig. 4 im Querschnitt dargestellten Verbundkörper bzw. das fertige
Werkstück W gemäß Fig. 1 entsteht. Zwischen den inneren und äußeren Wandungsteilen
der keramischen Schale bildet der Stahlguß nach dem Erkalten eine in Fig. 4 mit Z be
zeichnete Zwischenschicht. Wird für die keramische Schale S beispielsweise Zirkoniumdi
oxid verwendet, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient und dessen Elastizitätsmodul im
Bereich von Stahl liegt, so ergibt sich bei entsprechender Gewichtsersparnis eine besonders
innige und feste Verbindung zwischen dem aus Stahl bestehenden Kern und der keramischen
Schale des Verbundkörpers.
Das Vergießen der keramischen Schale kann aber auch mit Nichtmetallen, beispielsweise
mit thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoffen oder mit Gießharzen vorgenom
men werden.
Im Hinblick auf eine gewünschte hohe Biege- und Verwindungssteifigkeit in Verbindung
mit einem möglichst geringen Gewicht des Werkstücks W ist es besonders vorteilhaft, die
keramische Schale S mit einem keramischen Werkstoff auszugießen und das gesamte Gebilde
anschließend zu brennen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können für die Herstellung der keramischen Schale
keramische Werkstoffe aus der Gruppe der Oxide (Al₂O₃, ZrO₂, TiO₂), der Nitride
(Si₃N₄, TiN, BN), der Carbide (SiC, TiC, B₄C) und der Boride (TiB₂) verwendet werden,
sofern sie für das schichtweise Aufbringen auf das jeweilige Modell geeignet sind. Die vor
stehend aufgeführten keramischen Werkstoffe können auch für das Ausgießen der kerami
schen Schale verwendet werde.
Claims (6)
1. Verfahren zur Herstellung leichter, biege- und verwindungssteifer Werkstücke (W) durch
Verbundguß, bei welchem
- - aus einem ausschmelzbaren, auslösbaren und/oder ausbrennbaren Werkstoff ein Modell (M) hergestellt wird,
- - das Modell (M) durch Beschichten mit einem Keramikschlicker und anschließendes Trocknen mit einer keramischen Schale (S) versehen wird,
- - der Modellwerkstoff entfernt wird,
- - die keramische Schale (S) gebrannt wird und
- - die keramische Schale (S) zur Erzeugung eines Verbundkörpers mit keramischer Außen schale mit einem verfestigbaren Werkstoff vergossen wird, wobei
- - die Wandstärke der keramischen Schale (S) bei der Herstellung des Modells (M) be rücksichtigt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die keramische Schale (S) durch wiederholtes Beschichten mit dem Keramikschlicker
und nachfolgendes Trocknen aus mehreren, fest miteinander verbundenen Schichten aufge
baut wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die keramische Schale (S) durch wiederholtes Eintauchen in den Keramikschlicker und
nachfolgendes Trocknen aufgebaut wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die keramische Schale (S) mit Metall vergossen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die keramische Schale (S) mit Stahl vergossen wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die keramische Schale (S) mit einem keramischen Werkstoff vergossen wird und daß
das gesamte Gebilde nachfolgend gebrannt wird.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19934310247 DE4310247C2 (de) | 1993-03-30 | 1993-03-30 | Verfahren zur Herstellung leichter, biege- und verwindungssteifer Werkstücke durch Verbundguß |
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Applications Claiming Priority (1)
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DE19934310247 DE4310247C2 (de) | 1993-03-30 | 1993-03-30 | Verfahren zur Herstellung leichter, biege- und verwindungssteifer Werkstücke durch Verbundguß |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4310247A1 DE4310247A1 (de) | 1994-10-06 |
DE4310247C2 true DE4310247C2 (de) | 1995-07-20 |
Family
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---|---|---|---|
DE19934310247 Expired - Fee Related DE4310247C2 (de) | 1993-03-30 | 1993-03-30 | Verfahren zur Herstellung leichter, biege- und verwindungssteifer Werkstücke durch Verbundguß |
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DE102013216294A1 (de) * | 2013-08-16 | 2015-02-19 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine und Verfahren zur Herstellung eines Zylinderkopfes einer Brennkraftmaschine |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5116168B2 (de) * | 1972-11-01 | 1976-05-22 | ||
DE2750290C3 (de) * | 1977-11-10 | 1987-07-09 | Hoechst CeramTec AG, 8672 Selb | Verwendung eines gebrannten keramischen Formkörpers zur Herstellung von Metall-Keramik-Verbundkörpern |
-
1993
- 1993-03-30 DE DE19934310247 patent/DE4310247C2/de not_active Expired - Fee Related
-
1994
- 1994-03-07 CH CH65194A patent/CH686781A5/de not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
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