ES2314948T3

ES2314948T3 - Procedimiento para la fabricacion de piezas de metal, material plastico o ceramica, con poros abiertos.

Info

Publication number: ES2314948T3
Application number: ES07000624T
Authority: ES
Inventors: Bernd Kuhs; Munz Ulrich; Strub Raimund
Original assignee: Kurtz GmbH; LAEMPE AND MOSSNER GmbH
Current assignee: Kurtz GmbH; LAEMPE AND MOSSNER GmbH
Priority date: 2006-01-16
Filing date: 2007-01-12
Publication date: 2009-03-16
Anticipated expiration: 2027-01-12
Also published as: PL1808241T3; DE502007000108D1; ATE408469T1; JP5166737B2; EP1808241A1; DE102006002227A1; JP2007268611A; DK1808241T3; SI1808241T1; EP1808241B1; US20070187858A1

Abstract

Procedimiento para la fabricación de piezas componentes ligeras de metal, material plástico o cerámica, de formas geométricas diversas, para su utilización en intercambiadores de calor o grupos refrigerantes, en el que se forman esferas (1) lo más uniformes posible con un material de base fino, preferentemente, arena de cuarzo o polvo de cuarzo, mediante un agente ligante y un procedimiento de conformación, preferentemente, mediante granulado, peletización u otro procedimiento de conformación, las esferas (1) prefabricadas se humectan o se recubren con el mismo agente ligante o con otro agente ligante, se colocan en un molde de la forma exterior deseada y, mediante un proceso de endurecimiento, se genera adherencia en los puntos de contacto y/o la formación de puentes de unión (2), las esferas (1) unidas entre sí mediante puentes de unión (2) o fusiones se extraen del molde y se colocan en el molde exterior o coquilla deseados, los espacios huecos (3) entre las esferas (1) se rellenan luego con metal líquido o una aleación de metal líquida o plástico líquido o una masa cerámica mediante los procesos conocidos en la fundición, preferentemente, un proceso a baja presión y, después de la solidificación del metal o de la masa, la totalidad del material de las esferas se quita y/o elimina del metal solidificado o de la masa solidificada, mediante vibración y/o lavado con agua, caracterizado porque se introducen serpentines de refrigeración o de calefacción directamente en el montón de esferas antes de que las esferas (1) se unan entre sí mediante procesos de endurecido.

Description

Procedimiento para la fabricación de piezas de metal, material plástico o cerámica, con poros abiertos.

La presente invención se refiere a un procedimiento para la fabricación de piezas componentes de metal, plástico o cerámica que presentan poros abiertos.

Estado de la técnica

Desde hace tiempo se intenta añadir a los metales agentes formadores de poros, por ejemplo, gases, para esponjarlos en estado líquido, a fin de conseguir una densidad menor y al mismo tiempo una mayor resistencia de las piezas fabricadas con ellos. Sin embargo, estos procedimientos conocidos presentan el inconveniente de que las burbujas (de gas) introducidas se generan de forma muy poco controlada y alcanzan tamaños diferentes y no claramente definidos. Además, las burbujas se desplazan hacia la superficie y no permiten que se forme una capa superficial definida, que sería necesaria para disponer de una función estática calculable.

El documento US 3210166 da a conocer un componente metálico esponjoso y un procedimiento para la fabricación del mismo. Según este procedimiento conocido, se prensan con un agente ligante esferas de sal en un molde, en calidad de reserva de sitios, y las esferas así unidas se colocan en un molde exterior adecuado para el componente. Seguidamente, las esferas de sal se eliminan lavándolas con agua.

El objeto de la invención es dar a conocer un procedimiento que permite fabricar piezas componentes de metal, plástico o cerámica, con un tamaño de poros definido, de baja densidad y, en caso necesario, con un espesor de capa exterior definido.

Esto se consigue mediante un procedimiento con las características de la reivindicación 1. Las reivindicaciones dependientes corresponden a perfeccionamientos útiles de la invención.

Descripción de la invención

Según la invención, se fabrican previamente esferas (1) del tamaño de poros deseado. Estas esferas (1) pueden tener, por ejemplo, un diámetro de 5 mm, y se fabrican, por ejemplo, mezclando una arena de fundición adecuada o un polvo de cuarzo con un aglutinante de arena conocido en el proceso de fundición, y formando esferas (1) lo más uniformes posible mediante un proceso de conformación adecuado, por ejemplo, granulado, peletización o proyectado.

Las esferas (1) solidificadas se dotan o cubren de un agente ligante y luego se colocan en el molde deseado. Las esferas (1) se unen entre sí mediante un procedimiento adecuado para el agente ligante, por ejemplo, un tratamiento con aire caliente, con dióxido de carbono o con una amina, o simplemente mediante un tratamiento térmico con microondas. Preferentemente, esto se realiza mediante secado, o bien, según el tipo del agente ligante, haciendo circular un gas reactivo, por ejemplo una amina o dióxido de carbono, o bien mediante endurecimiento con microondas o permanencia en un horno de secado. Con ello, se generan los llamados puentes de unión (2) entre las esferas (1) individuales, solamente en los sitios en los que las esferas (1) están en contacto entre sí (ver el dibujo adjunto).

Según la invención, el procedimiento se utiliza en la fabricación de piezas componentes destinadas a intercambiadores de calor y grupos frigoríficos, así como para sustituir aletas refrigeradoras de todo tipo. En especial, las piezas componentes fabricadas según el procedimiento antes descrito con un material buen conductor del calor, por ejemplo, con aleaciones de aluminio y cobre, son singularmente adecuadas, debido a su buena permeabilidad al aire, para su utilización en grupos refrigeradores. En este caso, se obtiene una ventaja adicional de diseño cuando, según la invención, los serpentines refrigerantes que transportan el agente refrigerante se sitúan directamente entre las esferas (1) antes de la colada con el metal y antes de que las esferas (1) queden unidas entre sí. De esta manera, en una única operación, el serpentín o los tubos de refrigeración o calefacción se unen por fusión con el metal. Gracias a esta posibilidad de fabricación, no es necesario empujar posteriormente los tubos de refrigeración o calefacción a través de una estructura y fijar los mismos, como es habitual en los grupos refrigeradores o en los intercambiadores de calor convencionales. Además, es posible insertar en el montón de esferas tubos de refrigeración o calefacción en gran número y considerablemente más largos, según se desee, en forma de espiral o de ovillo, con lo que es posible obtener un intercambio de calor mucho mejor.

Se deben elegir agentes ligantes que se descomponen por el efecto térmico de un metal, plástico o cerámica calientes, o bien han de ser solubles en agua, de forma que se puedan eliminar de la pieza componente después de la colada con un metal, un plástico o una masa cerámica. Para ello, se dispone de muchos agentes ligantes de fundición diferentes, orgánicos y también inorgánicos.

El conjunto de esferas se puede colocar en un molde, por ejemplo, una coquilla. El espesor de la futura capa exterior de una pieza componente se puede fijar mediante la separación entre el conjunto de esferas y la pared de la coquilla. Seguidamente, mediante un procedimiento de fundición adecuado, se rellenan con el metal o el material plástico o con una masa cerámica, los espacios huecos (3) existentes entre las esferas (1), así como el espacio intermedio (4) conformado entre el conjunto de esferas y el molde exterior, por ejemplo, la coquilla. Preferentemente, en caso de relleno con un metal, todo el conjunto de esferas se calienta previamente en un horno, a fin de asegurar que el metal fluirá entrando en todos los pequeños espacios intermedios. En el caso de los metales, es adecuada, por ejemplo, una técnica habitual de fundición a baja presión. Para evitar que el medio de relleno penetre en el interior de las esferas (1), éstas se pueden impregnar previamente con un agente adecuado.

Una vez solidificada la masa fundida de metal, de plástico o de masa cerámica, todo el material de esferas se puede eliminar de la pieza componente mediante vibración o lavado con agua. Para ello, se fabrica sin capa exterior, como mínimo, uno de los lados de la pieza componente, o bien se vuelve a abrir posteriormente la capa exterior en un lugar adecuado, por ejemplo, taladrando orificios, de forma que se pueda eliminar sin que queden residuos todo el material de esferas, ya que están unidos entre sí todos los espacios huecos formados entre las esferas (1) a través de los puentes de unión (2). Los pasos entre los espacios huecos esféricos resultantes serán tanto mayores cuanto mayores hayan sido los puentes de unión (2) previamente configurados, es decir, cuanto más agente ligante se haya utilizado para unir las esferas (1).

Gracias a ello, ahora también se pueden fabricar piezas componentes grandes con conformación definida, con un tamaño de poros claramente determinado y una capa exterior definida de modo preciso, lo que no era posible con los procedimientos hasta ahora descritos.

Una realización especial de la invención consiste en que con la masa fundida de metal, el plástico o la masa cerámica se mezclan fibras, las cuales necesariamente, durante el proceso de fundición, en los espacios intermedios entre las esferas (1), se orientan a lo largo de los canales formados, con lo que pueden conducir a un sustancial aumento de la resistencia. Dichas fibras pueden ser, por ejemplo, de carbono, minerales o sintéticas, y deberán estar seleccionadas con una longitud que permita que se orienten en los espacios intermedios entre las esferas (1). Las piezas componentes fabricadas de esta manera se pueden utilizar en todos los sitios en los que se requieren piezas livianas pero de elevada estabilidad y resistencia. Esto sucede, en especial, en la fabricación de automóviles y aviones, así como en el sector aeroespacial. También serían posibles aplicaciones en las industrias de la construcción, la maquinaria y el mueble.

Una variante especial de fabricación consiste en colocar las esferas (1) antes descritas en un molde, unirlas mediante puentes de unión (2) solidificados y luego rellenar los espacios huecos (3) con un material conductor del calor, preferentemente una aleación de aluminio, no totalmente sino sólo recubriendo el conjunto de esferas y sus espacios huecos (3). Con ello, una vez eliminado el material de las esferas, se forman dos espacios huecos pasantes separados entre sí, un espacio hueco pasante para el agente de refrigeración o calefacción, y otro espacio hueco pasante entrelazado, separado del anterior, para el medio a enfriar o calentar. Para la fabricación de un intercambiador de calor de esta clase no es necesario instalar tubos de refrigeración o de calefacción. En este caso, las esferas (1) se fabrican, preferentemente, con polvo fino de cuarzo y un agente ligante resistente al calor; preferentemente, tanto para la fabricación como para unir las esferas (1) entre sí se emplea como agente ligante un material inorgánico, como los conocidos ligantes de arena de fundición, por ejemplo, un silicato, sulfato de magnesio y/o un fosfato. El conjunto de esferas se debería llevar, como mínimo, hasta la temperatura del metal para rellenar. De esta manera se asegura que, después de un llenado inicial completo de los espacios huecos (3), el metal aún no se haya solidificado y el metal sobrante pueda fluir y volver a salir de los espacios huecos (3). De este modo se recubren con metal prácticamente todas las superficies, pero después de la salida del metal se vuelve a formar un espacio hueco pasante entre las esferas (1). Una vez solidificado el metal, se elimina mediante lavado todo el material de las esferas, con lo que se libera el segundo espacio hueco pasante, el cual está totalmente separado del formado en primer lugar. Durante la conformación se pueden tener en cuenta las conexiones para los dos espacios huecos o cámaras, y fundirse al mismo tiempo durante la operación de fundición. En caso de que se produzcan fugas entre los dos espacios huecos o cámaras, las mismas se pueden cerrar introduciendo, por ejemplo, un barniz sellante en uno o en los dos espacios huecos o cámaras.

Claims

1. Procedimiento para la fabricación de piezas componentes ligeras de metal, material plástico o cerámica, de formas geométricas diversas, para su utilización en intercambiadores de calor o grupos refrigerantes, en el que se forman esferas (1) lo más uniformes posible con un material de base fino, preferentemente, arena de cuarzo o polvo de cuarzo, mediante un agente ligante y un procedimiento de conformación, preferentemente, mediante granulado, peletización u otro procedimiento de conformación, las esferas (1) prefabricadas se humectan o se recubren con el mismo agente ligante o con otro agente ligante, se colocan en un molde de la forma exterior deseada y, mediante un proceso de endurecimiento, se genera adherencia en los puntos de contacto y/o la formación de puentes de unión (2), las esferas (1) unidas entre sí mediante puentes de unión (2) o fusiones se extraen del molde y se colocan en el molde exterior o coquilla deseados, los espacios huecos (3) entre las esferas (1) se rellenan luego con metal líquido o una aleación de metal líquida o plástico líquido o una masa cerámica mediante los procesos conocidos en la fundición, preferentemente, un proceso a baja presión y, después de la solidificación del metal o de la masa, la totalidad del material de las esferas se quita y/o elimina del metal solidificado o de la masa solidificada, mediante vibración y/o lavado con agua, caracterizado porque se introducen serpentines de refrigeración o de calefacción directamente en el montón de esferas antes de que las esferas (1) se unan entre sí mediante procesos de endurecido.

2. Procedimiento, según la reivindicación 1, caracterizado porque la formación de esferas se realiza mediante la adición de agua al material de base.

3. Procedimiento, según la reivindicación 1, caracterizado porque el agente ligante es de tipo orgánico, preferentemente, una resina que endurece mediante un gas de amina.

4. Procedimiento, según la reivindicación 1, caracterizado porque el agente ligante es un agente ligante soluble en agua a base de sulfato de magnesio, fosfato o silicato, o de una mezcla de los mismos.

5. Procedimiento, según la reivindicación 1, caracterizado porque el material de relleno del espacio hueco es una resina sintética, por ejemplo, un poliuretano, epóxido, poliéster, acrilato, o un termoplástico, que se puede endurecer mediante enfriamiento y/o mediante una reacción con un endurecedor adecuado.

6. Procedimiento, según la reivindicación 1, caracterizado porque el rellenado de los espacios huecos (3) se realiza con una máquina para moldear por inyección de por sí conocida y con una presión relativamente elevada.

7. Procedimiento, según la reivindicación 1, caracterizado porque el material que rellena el espacio hueco consiste en una masa cerámica o una barbotina cerámica de las que se emplean para fabricar cerámicas de alta calidad, la cual se puede endurecer mediante secado y/o reacción con un endurecedor adecuado y/o cocción en un horno.

8. Procedimiento, según la reivindicación 7, caracterizado porque las piezas obtenidas después de la eliminación del material de las esferas se vuelven a cocer a una temperatura superior.

9. Procedimiento, según la reivindicación 1, caracterizado porque el material utilizado para fabricar las esferas (1) es un polvo de cuarzo.

10. Procedimiento, según la reivindicación 1, caracterizado porque el material utilizado para fabricar las esferas (1) es un polvo orgánico o arena, o consiste en una mezcla de, por ejemplo, cuarzo, feldespato, óxido de aluminio, tierra refractaria, olivino, mineral de cromo, arcillas, caolines, espato flúor, silicatos, bentonita, etc., o es una de estas sustancias.

11. Procedimiento, según la reivindicación 1, caracterizado porque el material utilizado para fabricar las esferas (1) es una sal, por ejemplo, NaCl, KCl, K_{2}SO_{4} o Mg_{2}SO_{4}.

12. Procedimiento, según la reivindicación 1, caracterizado porque el material utilizado para fabricar las esferas (1) es un polvo de metal.

13. Procedimiento, según la reivindicación 1, caracterizado porque el material utilizado para fabricar las esferas (1) es un material orgánico, por ejemplo, un acetato de polivinilo soluble en agua, un PVP o un acrilato o un granulado de plástico o un polvo de, por ejemplo, polietileno, polipropileno, teflón, etc.

14. Procedimiento, según la reivindicación 1, caracterizado porque el agente ligante utilizado para fabricar las esferas (1) y/o el agente ligante utilizado para unir las esferas (1) entre sí es solamente agua.

15. Procedimiento, según la reivindicación 1, caracterizado porque el agente ligante utilizado para fabricar las esferas (1) y/o el agente ligante utilizado para unir las esferas (1) entre sí consta de agua y una sal disuelta en el agua.

16. Procedimiento, según la reivindicación 1, caracterizado porque el agente ligante utilizado para fabricar las esferas (1) y/o el agente ligante utilizado para unir las esferas (1) entre sí es sulfato de magnesio.

17. Procedimiento, según la reivindicación 1, caracterizado porque el agente ligante utilizado para fabricar las esferas (1) y/o el agente ligante utilizado para unir las esferas (1) entre sí es un silicato, preferentemente, silicato de sodio.

18. Procedimiento, según la reivindicación 1, caracterizado porque el agente ligante utilizado para fabricar las esferas (1) y/o el agente ligante utilizado para unir las esferas (1) entre sí es un fosfato.

19. Procedimiento, según la reivindicación 1, caracterizado porque el agente ligante utilizado para fabricar las esferas (1) y/o el agente ligante utilizado para unir las esferas (1) entre sí es un agente ligante utilizado habitualmente en el proceso de fundición para fabricar moldes y noyos.

20. Procedimiento, según la reivindicación 1, caracterizado porque las esferas (1) tienen un diámetro de 0,2 mm a 30 cm.

21. Procedimiento, según la reivindicación 1, caracterizado porque las esferas (1) tienen un diámetro de, preferentemente, 4 a 8 mm.

22. Procedimiento, según la reivindicación 1, caracterizado porque las esferas (1) se fabrican según un procedimiento de conformación conocido.

23. Procedimiento, según la reivindicación 1, caracterizado porque las esferas (1) se fabrican mediante un proceso de granulado, preferentemente en un peletizador o un granulador pulverizador.

24. Procedimiento, según la reivindicación 1, caracterizado porque las esferas (1) se fabrican mediante la introducción del material de forma en dos semicápsulas y mediante prensado o inyección de aire comprimido.

25. Procedimiento, según la reivindicación 1, caracterizado porque las esferas (1) se calientan antes de rellenar el espacio hueco (3) entre las esferas (1) con un metal o una aleación de metal.

26. Procedimiento, según la reivindicación 1, caracterizado porque las esferas (1) se calientan hasta 800ºC antes de rellenar el espacio hueco (3) entre las esferas (1) con una aleación de aluminio.

27. Procedimiento, según la reivindicación 1, caracterizado porque las esferas (1) se calientan hasta 1.600ºC antes de rellenar el espacio hueco (3) entre las esferas (1) con una aleación de hierro.

28. Procedimiento, según la reivindicación 1, caracterizado porque las esferas (1) solamente se humectan con un metal líquido o un material plástico o una barbotina cerámica, y el material sobrante se vuelve a quitar de los espacios huecos (3).

29. Procedimiento, según la reivindicación 1, caracterizado porque después de eliminar el material de las esferas se generan dos espacios huecos pasantes separados.

30. Procedimiento, según las reivindicaciones 1 ó 29, caracterizado porque las tomas de conexión necesarias para los huecos ya se han tenido en cuenta durante la conformación y se moldean al mismo tiempo que se rellenan los espacios huecos.

31. Procedimiento, según la reivindicación 29, caracterizado porque las posibles faltas de estanqueidad entre los dos espacios huecos pasantes o cámaras se cierran con un agente sellante.

32. Procedimiento, según la reivindicación 1, caracterizado porque el metal líquido, la aleación de metal líquida o la masa cerámica contienen fibras cuya longitud se ha seleccionado de forma que, durante la operación de rellenado, en los espacios intermedios (3) entre las esferas se orientan a lo largo de los canales formados por los espacios intermedios (3).

33. Procedimiento, según la reivindicación 32, caracterizado porque las fibras tienen una longitud de 3 a 4 mm.

34. Procedimiento, según la reivindicación 32, caracterizado porque las fibras son fibras de carbono, vidrio, minerales o sintéticas.