WO1999055476A1 - Vorrichtung und verfahren zum giessen von dreidimensional strukturierten gegenständen - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum giessen von dreidimensional strukturierten gegenständen Download PDF

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WO1999055476A1
WO1999055476A1 PCT/EP1999/002712 EP9902712W WO9955476A1 WO 1999055476 A1 WO1999055476 A1 WO 1999055476A1 EP 9902712 W EP9902712 W EP 9902712W WO 9955476 A1 WO9955476 A1 WO 9955476A1
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cores
prism
casting
channels
cast
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PCT/EP1999/002712
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Matti Williams
Jon Priluck
Johannes Dyring
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Jonathan Aerospace Materials Europe Ab
Jonathan Aerospace Materials Corporation
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    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D25/00—Special casting characterised by the nature of the product
    • B22D25/02—Special casting characterised by the nature of the product by its peculiarity of shape; of works of art
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    • B22C—FOUNDRY MOULDING
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    • B22C9/10—Cores; Manufacture or installation of cores
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    • B22D19/14—Casting in, on, or around objects which form part of the product the objects being filamentary or particulate in form

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and a method for casting three-dimensionally structured objects.
  • the present invention is intended for the casting of structures which have a relatively large empty volume, but the maximum distances between individual structural elements need not necessarily be large.
  • An example of such structures are three-dimensional lattices, in particular three-dimensional lattices with a regular structure.
  • Corresponding lattice works are, for example, the subject of the German patent application No. 1 97 21 586.6 filed for the same applicants.
  • the device has a plurality of casting cores, each essentially having the shape of a prism, each with at least three walls parallel to or slightly converging to an axis, the prism shapes or cross sections being chosen such that a plurality of cores with their prism surfaces can be placed tightly against one another and essentially filling the space, at least some of the prism surfaces having cutouts or casting channels which form a coherent spatial structure in the assembled state of the cores.
  • the term "prism” is to be understood in the context of the present application in a broader sense, so that it includes not only objects with a poligonal cross-section and flat side walls, but also those with wholly or partially curved cross-sectional contours and correspondingly concave or convex curved in one direction Surfaces.
  • the cores can also take the form of prisms twisted about their longitudinal axis or of prisms curved evenly about an axis perpendicular to the prism axis. B. be curved like a banana. In this case, however, the twist (pitch of the twist) or the curvature around the axis must be uniform so that demolding, ie. H. axially pulling out or unscrewing a core from a group to form a package of combined cores remains possible.
  • the present invention is constructed from a plurality of cores, which preferably have a prism shape, but it is essentially the side surfaces of the prism that are more or less parallel to an axis and less the end faces of such a prism. It would also be possible for the side surfaces of the prism not to run exactly parallel to an axis, but to converge in one direction, e.g. if curved castings or structures which vary in structure are to be produced.
  • the entire volume over which the three-dimensional structure is to extend can essentially be filled and the structure to be produced is then defined by recesses, channels and interstices which are in addition to the basic prismatic shape or are formed in the surfaces of the individual prism-shaped cores and which are arranged relative to one another in such a way that overall they form a coherent, three-dimensional structure. Twisted or evenly curved side surfaces of adjacent cores can and should be arranged continuously parallel to one another.
  • the cores can have any cross-sectional shape, as long as only the prism cross-sections which are suitably arranged next to one another have a complete surface coverage. - 3 -
  • the cores completely fill a predetermined volume of space in accordance with their length, of course with the exception of deliberately left open recesses and pouring channels, which cover at least part of the surfaces of the cores are provided. It is also possible to leave some cores completely without recesses, while others z. B. have recesses for pouring and thus for forming the three-dimensional structure on all of their prism surfaces. However, all cores can also be provided with corresponding cutouts on all surfaces. Depending on the cross-sectional shape, all cores can have a uniform cross-section or cores with different cross-sections can be provided.
  • the individual cores which form the casting cores are largely identical to other cores, so that a total of z. B. with a single type, possibly also with two or three different types of cores, which preferably differ only by slightly different runner channels and / or recesses.
  • the cores are expediently provided at least along one edge (alternatively in the case of concave or convex prism surfaces, also parallel to the prism axis along a prism surface) and preferably along all edges with casting channels which, for. B. can be produced by chamfering or grooving such an edge. As far as the cores then lie against one another with their edges, the chamfers or grooves form a common casting channel along the edges of neighboring cores.
  • the remaining recesses in the cores should preferably originate from the prism edges formed with cast channels, even if it is conceivable to provide recesses in the side surfaces themselves, which z. B. extend to the end face of the cores or are connected to the surface opposite sprues.
  • an embodiment of the invention is preferred, in which, in addition to the prisms, which are combined in the form of cast cores to form a larger assembly and which thus form a casting mold on their own, a multi-part casting housing is also provided, the interior of which is the outer shape is adapted to the group of composite cores or prisms and which has bores, casting channels, cutouts or the like which are connected to at least some of the casting channels or cutouts of the cores.
  • the individual prism-shaped cores can, depending on the shape of the desired component - 4 -
  • the cores have the shape of a prism with a triangular base area, the triangle preferably being an isosceles and particularly preferably an equilateral triangle.
  • the end face which only defines the cross section of the prism in your projection onto a plane perpendicular to the prism axis, does not necessarily have to be perpendicular to the longitudinal extension of the prism; rather, this end face or base area can also be beveled or structured and have any orientation (apart from parallelism) to the prism axis.
  • the side surfaces of the cores are not flat but z.
  • the composite cores are concave or convex with respect to the prism axis, with adjacent cores correspondingly having the reverse convex or concave curvature, so that the composite cores as a whole completely fill an area with their cross section, and preferably in any cross-sectional plane in any position with respect to the longitudinal axis the kernels.
  • the cores do not have exactly a prism shape, but rather side surfaces converging towards one another, i.e. approximately the shape of more or less tapering pyramids or truncated pyramids, which, for example, are oriented in parallel and in the same orientation. to curved structures such.
  • the shape of a prism is isosceles or equilateral - 5 -
  • triangular cross section preferred.
  • an embodiment is also preferred in which the individual cutouts and pouring channels in the surfaces of the triangular prism complement one another to form (imaginary) pyramid shapes.
  • oblique channels extending from a common point are provided on the common edge of these surfaces, which define the edges of a pyramid with a rectangular base area and which are therefore referred to below as "pyramid channels”.
  • These pyramid channels preferably span a square base area.
  • these pyramid channels are periodically arranged one behind the other in such a way that a row of imaginary pyramids arranged one behind the other inscribed in the prism results, with two successive pyramids each having a common base edge, which extends from one across the remaining side surface of the prism extending transverse channel is formed.
  • This transverse channel runs perpendicular to the pyramid axis.
  • a diagonal channel which connects diagonally opposite corners of the imaginary pyramid base surface to one another.
  • these diagonal channels run at 45 ° to the axis of the prismatic core. This pyramid structure is repeated periodically along the core.
  • the diagonal channels can be provided along both diagonals, but they can also be provided only along one diagonal and are each parallel to one another.
  • the prism-shaped cores according to the invention which in the assembled state define at least part of a casting mold, can at least partially consist of a structurally deformable or destructible material. This applies at least to the surface of the cores to a depth that corresponds to the maximum depth of the recesses provided in the surfaces.
  • Such casting core material could be foundry sand, for example. It would be possible to provide cores with the basic structure only with a corresponding layer of foundry sand, into which the desired structure is then applied - 6 -
  • Recesses and sprues are stamped with the help of presses, whereupon the mold is hardened or baked and sintered to the required extent, and the cores thus finished are then assembled.
  • the cores are made of a permanently dimensionally stable material and are formed in several parts with an inner profile and in turn a multi-part jacket, the outer surfaces of which define the outer prism shape and the inner sides of which are supported on the inner profile, so that the core as a whole is in this assembled state is stable.
  • the inner profile is axially removable from the core or collapsible, so that the support of at least one of the shell parts can be removed and this shell part then radially inwards, i.e. H. can be disengaged from a cast structure and the adjacent cores.
  • the inner profile could also be formed by a flexible, pneumatically or hydraulically inflatable hose or the adjoining jacket parts could be provided with seals or a tight fit, so that the cavity you created for an "inner profile" was pressurized with air or a hydraulic fluid could be.
  • the individual jacket parts could be connected to one another via hinges and thus be collapsible and unfoldable.
  • the jacket parts could also be clamped by hydraulic or pneumatic actuators (pistons and cylinders).
  • the inner profile has a constant cross-section over its length and correspondingly smooth outer surfaces, the jacket parts having compatible smooth inner surfaces so that the inner profile can be easily pulled out in the axial direction from the core formed by the inner profile and jacket parts.
  • the outer surface of the inner profile could also be designed to be slightly divergent, e.g. conical with a very small cone angle and the cladding profiles could define a correspondingly conical inner surface, so that when the individual cores are put together by axially displacing the inner profiles, the outer surface of the cores could be brought into very good contact with one another.
  • the hollow form is composed of a plurality of cores with a substantially constant cross-section such that the sum of the combined core cross-sections results in an essentially complete area coverage, the surfaces of the cores being essentially tight and flush and the cores essentially the intended casting space Completely fill in, with recesses only being provided in the core surfaces, which define the structure to be cast when the cores are assembled.
  • the cross sections of the cores are expediently polygonal, so that the cores as a whole have the shape of a prism, and in particular isosceles triangular or equilateral triangular cross-sectional shapes of the cores to be assembled are preferred.
  • cores with the same cross section are arranged side by side and one above the other and put together to form an essentially solid block.
  • the cores can, however, still differ in the shape and arrangement of the recesses provided in their surfaces, a variant being preferred which consists of at least two different groups of cores, which differ essentially by partly differently arranged recesses or pouring channels.
  • a variant of the production method is particularly preferred in which cores with the same triangular and at least three-triangular cross section are arranged next to one another, the longitudinal edges of adjacent cores touching one another and the side faces of the cores defining the base side of the triangular cross section lying in a common plane, whereupon corresponding cores with the same cross-sectional shape rotated by 180 ° are inserted appropriately into the gaps formed between the first row, so that their side faces defining the base side of the triangular cross-section also lie together in one plane parallel to the first-mentioned plane.
  • the individual recesses are preferably accessible from the end faces of the cores, in particular at the edges of the individual cores, which are chamfered accordingly are gutted.
  • the casting of the structure is then expediently carried out in such a way that from one end of the stacked cores all or at least some of the pouring channels open to this end are filled with the material to be cast. Suitable sprue devices can be provided for this. In addition, some channels can remain free as vents or air can be extracted along some channels.
  • the cores are expediently arranged in a housing or frame and are in this way held together, and external surfaces of the structure or castings to be cast can also be defined by such a housing or frame.
  • the end faces of the cores or prisms do not necessarily have to extend perpendicular to the prism axis; rather, this term generally refers to the surface which connects the surfaces which are parallel to the prism axis but are angled to one another or curved about an axis (parallel to the prism axis).
  • the method according to the invention also includes a corresponding demolding process, which in the simplest case consists in the destruction of the cores or at least part of the cores. I.e. depending on the design, not all cores have to be destroyed, but only a part of them and the cores to be destroyed may also have to be destroyed only in the area of their surfaces having the cutouts.
  • the cores are composed of several parts in such a way that they have an inner profile and a plurality of casing profiles which, in the assembled state, define the core shape, the inner profile being pulled out axially for extraction or else being collapsed or collapsed is brought, wherein the jacket of the core is multi-part and the interfaces, along which adjacent jacket parts adjoin each other, are aligned at least for one jacket part so that the jacket part in question can be moved radially inward, in the direction of the now collapsed or pulled-out inner profile and thus can be disengaged from the fabricated structure and axially withdrawn from the core area. If space has been created in this way, the other shell parts can be disengaged from the structure to be cast simultaneously or in succession, where appropriate also their interfaces must be designed accordingly, so that the radial inward movement in the direction of the inner profile is made possible.
  • reinforcing elements in the form of fibers, filaments, wires, rods or the like are introduced into the casting channels provided for casting the rod-shaped elements, the material of the reinforcing elements having a melting point which is at least equal is that of the casting material or flies higher.
  • reinforcing elements can be made of another material of higher tensile strength or they can also be identical to the cast material under certain circumstances, - 9 -
  • casting channels which are provided for receiving reinforcement elements, extend between different outer surfaces and essentially completely through the cast structure, i.e. that at least the casting channels, which are provided for the reinforcing elements, are aligned one behind the other and run straight overall or have only a slight curvature.
  • continuous reinforcement elements can be introduced, which from one outer surface of the cast structure to another, for. B. opposite surface range.
  • the method according to the invention to the lattice block material structures already mentioned above, which, at least in the preferred variants, consistently have the property that the rod-shaped elements can be distinguished according to a plurality of essentially parallel groups, the rod-shaped elements of a group in part run parallel and are otherwise aligned one behind the other and thus extend continuously from one surface of the structure to another surface of the structure.
  • the thickness of the structure can also only correspond approximately to a filament length or length of a rod-shaped element or even less, insofar as these rod-shaped elements are arranged inclined in the thickness direction of the material, in this case many extend parallel, rod-shaped elements from one surface of the lattice block material to the other.
  • the insertion or introduction of the reinforcement elements is particularly simple because the relevant casting channels are then open to one of the surfaces, so that the reinforcement elements can be inserted from there, whereupon an outer shape of the surface in question for the actual casting process can cover.
  • a lattice block material with prestressed reinforcing elements is then obtained, which under certain circumstances has an even higher tensile strength and flexural strength.
  • the prestress can also be achieved by using a material with a greater coefficient of thermal expansion for the reinforcing elements than the cast material has.
  • the reinforcing elements can move and stretch freely in the casting channels during the casting, so that they take on a correspondingly longer length in the hot state of the casting and then have a tendency after the casting material has solidified, to contract again, which, however, is not possible with a sufficiently firm connection between the casting material and the reinforcing elements, so that the latter are thereby under tension, and the casting material is also subjected to a certain amount of prestress.
  • the good connection of the casting material to the reinforcing elements can be achieved, inter alia, by using structured reinforcing elements on their surface.
  • structured reinforcing elements on their surface.
  • reinforcement ropes which consist of braided or twisted individual wires or filaments.
  • lattice block material which consists of plastic, which could be reinforced with braided or twisted nylon or polyethylene tapes, for example.
  • the reinforcing elements are still impregnated and / or coated prior to casting, with an impregnation or coating which facilitates the wetting of the material of the reinforcing elements with the casting material. This is to ensure that the reinforcing elements are completely enveloped by the casting material, in particular if the reinforcing elements are loosely inserted into corresponding casting channels. It would also be possible, for example, to provide somewhat thicker coatings for the reinforcing elements, which more or less dissolve during casting and can possibly escape through openings provided for this purpose, such as layers of wax.
  • heating the reinforcement elements immediately before casting is, for example, heating the reinforcement elements immediately before casting.
  • the heating or heating can evaporate surface impurities and in general can - 1 1 -
  • Figure 1 is a partially broken perspective view of a core
  • FIG. 1 A in FIG. 1 and below, next to b), a plan view perpendicular to the same surface in accordance with arrow B in FIG. 1,
  • FIG. 3 a view from below of surface 2 of the core shown in FIG. 1,
  • FIG. 4 shows an end view of a group of stacked cores
  • Figure 5 is a top view of a group of several stacked according to Figure 4
  • FIG. 6 is a view similar to FIG. 5, but with cores which have end faces that run obliquely to the longitudinal direction of the cores,
  • FIG. 7 shows a detailed cross-sectional view of a possible core structure
  • FIG. 8 shows a further variant of a core structure with a conical inner profile
  • FIG. 9 again shows a realistic representation of a core with a triangular cross section in a perspective view
  • FIG. 10 shows the diagram of the construction of a shape composed of the cores according to FIG. 9,
  • FIG. 11 alternative cross-sectional shapes of space-filling cores,
  • FIG. 1 2 shows a casting block with a plurality of casting channels for a layer of a lattice block material
  • FIG. 1 3 shows the shape according to FIG. 1 2 with inserted reinforcing elements, in the form of tensioned wires, protruding reinforcing elements
  • Figure 1 5 another mold for a lattice block material, in which several layers or layers of lattice block structures can be produced simultaneously.
  • the prism-shaped core 1 which is shown essentially only with its surface structures in FIG. 1, is used to produce a three-dimensional lattice structure such as that shown in FIG. B. is described as an object of the German patent application 1 97 21 586.6.
  • the core 1 has the shape of a prism with a cross section in the form of an equilateral triangle, as is shown here in a perspective view through the end face 5 perpendicular to the imaginary axis of the prism.
  • the "axis" of a prism does not necessarily have a spatially fixed position, but essentially defines only one spatial direction, namely parallel to the prism edges.
  • the prism-shaped core also has three essentially equally sized side surfaces 2, 3 and 4, the surfaces 3, 4 adjoining one another along the upper edge 13 being essentially identical or mirror images of one another.
  • the surfaces 3, 4 adjoining one another along the upper edge 13 being essentially identical or mirror images of one another.
  • the prism is each provided with grooves or chamfers, whereby casting channels 6 and 6 'are defined.
  • Recesses extend from the cast channels 6, 6 'obliquely across the surfaces in a zigzag pattern, which are referred to here as pyramid channels 7 and which in principle have any, but preferably semicircular, cross section. Where the pyramid channels 7 of the two adjacent surfaces 3, 4 of the prism meet at the upper edge 13, they define the tip of an imaginary pyramid, the side edges of this pyramid being formed by the pyramid channels 7.
  • the pyramid channels 7 are arranged one behind the other in such a way that the individual pyramids abut each other at their base edges, each through at the bottom
  • the angles between the pyramid channels 7 are dimensioned such that the imaginary pyramids formed have a square base area, a diagonal channel 9 also extending along the underside 2 of the core 1 along a diagonal of this square base area.
  • the core 1 is shown broken away at the left end in FIG. 1 and has in principle any length, the pyramid structure formed by the channels 6, 7, 8 and 9 being repeated periodically.
  • the casting channels 6 along the edges of the prism shape define a series of lower base edges of the individual pyramids aligned one behind the other.
  • the pyramid edges 7 appear together with the lower base edges 6 as equilateral triangles, but you can see in the vertical plan view of the surface 3 according to Figure 2b that these triangular shapes are actually acute-angled, isosceles triangles, of course, none of them expressly It is worth mentioning that almost any variations are possible in the triangle angles, the cross-sectional shape of the core and other dimensions in order to obtain corresponding variations in the resulting three-dimensional lattice structures.
  • the present structure can also be produced by an arrangement of the cores rotated by 90 °, since the view laterally on cores arranged parallel and side by side according to FIGS. 1-6 coincides with the view on the end faces of the cores.
  • Figure 3 shows a view of the prism shown in perspective in Figure 1 from below, d.
  • H. 2 shows a view of the surface 2 lying at the bottom in FIG. 1, the square base areas of the individual pyramids formed by the transverse channels 8 and a section of the casting channels 6 being recognized, each of which is traversed by a diagonal channel 9.
  • both groups of diagonal channels 9, 9 ' can be provided on each core, so that one would then get by with a single type of core which would correspondingly generate additional diagonal struts on all pyramid bases.
  • FIG. 4 shows schematically in the lower row two groups of appropriately stacked, prism-shaped cores in a front view, while the first, lower row with its edges of aligned cores 1 with their lower surface 2 are arranged in a common, lower plane, are the cores 1 'In contrast, turned by 180 °, so that the surfaces 2' corresponding to the lower surfaces 2 in FIG. 1 form a common upper plane, the surfaces 2 'differing from the surfaces 2 originally only by the direction of the diagonal channels 9 and 9' However, which in the illustrated, stacked and inverted state of the cores 1 'means that the channels 9, 9' are now in the same - 14 -
  • FIG. 5 shows a plan view of a plane as defined by the surfaces 2 or 2 'in a stack according to FIG. 4, the structures lying below this plane not being shown. Essentially, only the transverse channels 8 and the diagonal channels 9 of the individual prism-shaped cores 1 can be seen, one of these cores being shown pulled out in FIG. 5 and the position of its edge 13 being indicated by a dashed line.
  • Figure 6 also shows the top view of the surfaces 2 or 2 'of an arrangement of cores, which in principle have the same configuration as the cores in Figures 1 to 4, only the end faces 2' not perpendicular to the prism axis but parallel to the Diagonal channels 9 and through a tip of the imaginary pyramids recognizable in FIG. 1, in FIG. 6 two adjacent cores are drawn out or extended analogously to FIG.
  • the edges 13 ′ again being shown in broken lines to indicate the spatial orientation and position of these prism-shaped ones
  • the diagonal channels 9 are aligned along a long side of this cuboid, which gives the resulting structure a particular bending stiffness with respect to a bend about an axis perpendicular to the extent of the diagonal channels 9.
  • the core is constructed from a total of four different parts, an inner profile 10 as a solid block or also as a hollow part with a constant outer cross section in the axial direction in the jacket parts 21, 22 and 23 inserted and can be pulled out of these - 1 5 -
  • Sheath parts 21, 22 and 23 each comprise a corner and in each case approximately half of two sides of the triangular profile cross section.
  • the corners themselves are provided with grooves which, in the assembled state, define corresponding casting channels 6 and 6 'with other, adjacent cores of the same cross-sectional configuration.
  • the channels 7, 8 and 9 are provided in the surface of the jacket parts 21, 22 and 23, the maximum depth of which is indicated by the dashed lines in the jacket parts.
  • the jacket parts 21, 22 and 23 adjoin one another along boundary surfaces 25, 26 and 27 which extend inclined to the surface of the jacket parts 21-23 in such a way that the boundary surfaces 25, 26, along which the jacket part 23 contacts the jacket parts 21 and 23, respectively . 22 adjoins, run approximately parallel or even slightly diverging in the downward direction in FIG. 7.
  • the interface 27 between the jacket part 21 and the jacket part 22 also runs parallel or slightly diverging with respect to the surface 24 shown on the left in the direction of the inner profile 10.
  • the individual inner profiles 10 of the respective cores can be pulled out in the axial direction for demolding, since they are not in engagement with the manufactured structure and because due to the entire structure, the manufactured structure - at least after removing any outer housing parts - is open at the end in the cross-sectional area of the inner profiles 10.
  • the jacket parts 23 can be moved downwards or into the area which was previously occupied by the inner profile 10 because of the parallel or slightly diverging boundary surfaces 25, 26.
  • the cast structures disengage from the channels 7 of the jacket part 23 shown in broken lines.
  • the jacket part 23 can also be pulled out of the manufactured structure in the axial direction.
  • the jacket part 21 can be moved obliquely to the top right in FIG. 7, ie again into the area that was previously occupied by the inner profile 10, the channels 7 or 8 or 9 also disengaging from the here cast structures occur and then the jacket part 21 can be pulled axially out of the cast structure.
  • the jacket part 22 is also moved radially into the area which was previously claimed by the inner profile 10, so that the channels 7 and 8 or 9 of the jacket part 22 also disengage from the cast structure and that - 1 6 -
  • Sheath part 22 can be pulled out of the structure. This is carried out in succession or in part also simultaneously with all cores of the structure, so that ultimately only the structure produced remains.
  • the jacket parts could instead be made in one piece from an easily destructible or deformable material, e.g. Foundry mold sand are formed, which after pulling out the inner profiles 10 e.g. could be detached from the fabricated structure by blasting.
  • an easily destructible or deformable material e.g. Foundry mold sand are formed, which after pulling out the inner profiles 10 e.g. could be detached from the fabricated structure by blasting.
  • FIG. 8 A variant of the structure shown in FIG. 7 is shown in FIG. 8, the inner profile 10 ′ shown there having a circular cross section, but, as can be seen in the lower part of FIG. 8, is slightly tapered in one direction.
  • the individual jacket parts 23', 21 'and 22' can be moved one after the other in this order into the central region, which was previously largely used by the inner profile 10 'and can then be pulled axially out of the cast structure.
  • the slightly conical shape of the inner profile 10 ' which could also be provided analogously in the embodiment according to FIG. 7, enables the jacket parts 21', 22 'and 23' to be a little more under tension and in better mutual contact with adjacent surfaces of cores bring. In addition, the axial pulling out of the inner profile 10 'is facilitated.
  • FIG. 9 shows recesses or casting channels that are more prominent and more pronounced in comparison to the core cross section, but which define the same structure as in the exemplary embodiment of FIGS. 1 to 8, with cast structures also having the recesses with a relatively small cross section , as they are shown in Figures 1 to 3, can be produced.
  • the absolute dimensions of such a core structure are not specified.
  • the core cross sections can vary from a few mm 2 to the order of a few m 2 .
  • Corresponding variations are possible in the recess cross sections, also relative to the core cross sections.
  • FIG. 10 again shows the diagram of the stacking of the various cores according to FIG. 9 into a larger shape. - 17 -
  • Figure 1 1 shows in a representation similar to Figure 4, the stacking of cores with different polygonal cross-sectional shapes, here specifically in the form of a pentagonal prism 31 and interposed triangular prismatic cores 32, all of which in the manner shown also to a cross-sectionally covering and thus overall space-filling structure can be put together.
  • these cores 31, 32 analogously to the illustration in FIGS. 1-10, different channels can be formed, which overall define a spatially coherent structure, in this case with differently large empty spaces.
  • FIG. 1 2 one can recognize a casting block 41 with a sprue channel 42 and a series of casting channels 43, 44, 45, which overall span a flat lattice structure made of isosceles triangles, which fill a rectangular area.
  • FIG. 13 now shows how, for example, reinforcement elements in the form of wires 46 can be inserted into the continuous casting channels formed in this way along the hypotenuses 43, which can be held in a corresponding holder, so that they may also be under tension.
  • the wires could also be held or clamped or welded to the surface of the ingot 41.
  • a suitable counterpart to the shape shown in FIGS. 1 2 and 1 3 is then placed on the shape shown — and the casting material is entered through the sprue 42.
  • the casting material flows into all the channels 43, 44 and 45 and thereby envelops the individual wires 46. This can also be promoted by forming the two molded parts in mirror image to one another, that is to say casting channels of the same depth on both sides. - 1 8 -
  • the wires 46 are seen and that the wires 46 are stretched exactly in the middle of the casting channels, so that they are necessarily covered on all sides by the casting material.
  • the wires 46 can also be given a roughened surface or they can be provided with individual notches or dents in order to achieve better adhesion of the casting material to the wires 46.
  • such structuring of the wires 46 should not impair their tensile strength if possible.
  • FIG. 14 shows a flat layer piece 47 of a lattice block material, which is also described in more detail in the above-mentioned patent applications.
  • Two such layers include between them an intermediate layer made, for example, of a folded lattice, pyramids being formed by the folded lattice, the tips of which coincide with the corners of the triangles of the structure shown in FIGS. 12 to 14, so that these pyramid tips also these corners can be welded or otherwise connected.
  • the layer 47 shown in FIG. 14 has a considerably improved tensile strength, at least in the direction of the rod-shaped elements or casting channels 43.
  • Both sides of the lattice block material described above can be provided with corresponding reinforcing elements be equipped so that the tensile strength and the bending strength of the lattice block material can be significantly improved overall.
  • the rod-shaped elements of the lattice structure corresponding to the channels 44 and 45 can of course also be equipped with the same or similar reinforcing elements.
  • FIG. 1 5 shows another variant in the production of lattice block material, which as a result can have a structure very similar to the example described above.
  • the shape shown in Figure 1 5 consists of a large number of rod-shaped and in cross section in - 1 9 -
  • the entire block can be assembled from individual casting cores 50, 51 and then the reinforcing elements 46, 46 'and 46 "can be inserted into their respective channels from the exposed outer surfaces of this block. Then, for example, an outer one Housings are placed around the entirety of blocks 50, 51 before the individual channels of this structure are poured out.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Giessen von dreidimensional strukturierten Gegenständen. Um eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Giessen dreidimensional strukturierter Gegenstände zu schaffen, welche ein Giessen der herzustellenden Gegenstände in einer wiederzuverwendenden oder einfach herstellbaren Form ermöglichen und preiswert realisiert werden können, wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, dass die Vorrichtung mehrere Gusskerne (1; 31, 32) aufweist, die jeweils im wesentlichen die Form eines Prismas mit jeweils mindestens drei zu einer Achse parallelen oder leicht konvergierenden Wänden (2, 3, 4) haben, wobei die Prismenformen bzw. -querschnitte derart gewählt sind, dass mehrere Kerne (1; 31, 32) mit ihren Prismenflächen (2, 3, 4) im wesentlichen dicht und raumfüllend aneinanderlegbar sind, wobei mindestens ein Teil der Prismenflächen (2, 3, 4) Aussparungen oder Gusskanäle (6, 7, 8, 9) aufweist, die im zusammengesetzten Zustand der Kerne (1; 31, 32) eine zusammenhängende Struktur bilden, und dass hinsichtlich des Verfahrens die Hohlform aus mehreren Kernen mit prismenförmigem Querschnitt derart zusammengesetzt wird, dass die Prismenflächen im wesentlichen dicht und bündig aneinander anliegen und die Kerne den vorgesehenen Gussraum im wesentlichen vollständig ausfüllen, wobei Aussparungen in den Prismenflächen die zu giessende Struktur definieren.

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Gießen von dreidimensional strukturierten Gegenständen
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Gießen von dreidi mensional strukturierten Gegenständen.
Insbesondere ist die vorliegende Erfindung vorgesehen für das Gießen von Strukturen, die ein relativ großes Leervolumen haben, wobei aber die maximalen Abstände zwischen einzelnen Strukturelementen nicht unbedingt groß sein müssen. Ein Beispiel für solche Strukturen sind dreidimensionale Gitterwerke, insbesondere dreidimensionale Gitterwerke mit regelmäßiger Struktur. Entsprechende Gitterwerke sind z.B.. Gegenstand der für dieselben Anmelder eingereichten deutschen Patentanmeldung Nr. 1 97 21 586.6.
Die Herstellung solcher, oftmals zwar weitgehend regelmäßiger aber dennoch recht komplizierter dreidimensionaler Strukturen und Gitterwerke kann relativ aufwendig und kompliziert sein. Konkret kann man durch Gießen oder Blechbearbeitung verschiedene Unterstrukturen herstellen, wie z. B. ebene und gefaltete Gitter und kann anschließend diese Teilstrukturen an den dafür vorgesehenen Verbindungsstellen miteinander verbinden, z. B. durch Schweißen oder Kleben. Das getrennte Herstellen einzelner Strukturelemente und die anschließende präzise Ausrichtung und Verbindung ist allerdings ein recht aufwendiger und mitunter auch schwieriger Vorgang, insbesondere wenn die Zahl der Verbindungsstellen sehr groß wird. Zwar ist es auch möglich, z. B. zunächst Wachsmodelle oder andere verlorene Positive der zu gießenden Gegenstände herzustellen, die anschließend z. B. mit Formsand beschichtet, ausgehärtet und ausgeschmolzen werden, woraufhin anschließend die verbleibenden Hohlräume mit dem gewünschten Gußmaterial ausgegossen werden können. Hierbei ist jedoch die Herstellung des Modells ein zusätzlicher, recht aufwendiger Herstellungsvorgang.
Will man komplizierte dreidimensionale Gitterwerke, die auch massive räumliche oder auch flächige Teilbereiche beinhalten können, in anderer Weise durch Gießverfahren herstellen, wie dies z.B. vom Spritzgießen her bekannt ist, so bereitet die Herstellung entsprechender Form Werkzeuge, vor allem auch in der Weise, daß eine spätere Entformung ohne weiteres möglich ist, erhebliche Schwierigkeiten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es gegenüber diesem Stand der Technik, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Gießen dreidimensional strukturierter Gegenstände zu schaffen, welche ein Gießen der herzustellenden Gegenstände in einer wiederzuverwendenden oder einfach herstellbaren Form ermöglichen und preiswert realisiert werden können. - 2 -
Hinsichtlich der Vorrichtung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Vorrichtung mehrere Gußkerne aufweist, die jeweils im wesentlichen die Form eines Prismas mit je mindestens drei zu einer Achse parallelen oder leicht konvergierenden Wänden hat, wobei die Prismenformen bzw. -querschnitte derart gewählt sind, daß mehrere Kerne mit ihren Prismenflächen dicht und im wesentlichen raumfüllend aneinander anlegbar sind, wobei mindestens ein Teil der Prismenflächen Aussparungen oder Gußkanäle aufweist, die im zusammengesetzten Zustand der Kerne eine zusammenhängende räumliche Struktur bilden.
Der Begriff "Prisma" ist im Rahmen der vorliegenden Anmeldung in einem erweiterten Sinne zu verstehen, so daß er nicht nur Gegenstände mit poligonalem Querschnitt und ebenen Seitenwänden umfaßt, sondern auch solche mit ganz oder teilweise gekrümmten Querschnittumrissen und entsprechend in einer Richtung konkav oder konvex gekrümmten Oberflächen. Die Kerne können auch die Form von um Ihre Längsachse verdrillten Prismen oder von gleichmäßig um eine Achse senkrecht zur Prismenachse gekrümmten Prismen annehmen, also z. B. bananenförmig gekrümmt sein. Dabei muß dann allerdings die Verdrillung (Steigung der Verdrillung) bzw. die Krümmung um die Achse gleichmäßig sein, damit ein Entformen, d. h. ein axiales Herausziehen oder Herausdrehen eines Kernes aus einer Gruppe zu einem Paket zusammengefasster Kerne möglich bleibt.
Wesentlich für die vorliegende Erfindung ist ihr Aufbau aus einer Mehrzahl von Kernen, die vorzugsweise eine Prismenform haben, wobei es allerdings im wesentlichen auf die zu einer Achse mehr oder weniger parallelen Seitenflächen des Prismas und weniger auf die Stirnflächen eines solchen Prismas ankommt. Möglich wäre es auch, daß die Seitenflächen des Prismas nicht exakt parallel zu einer Achse verlaufen, sondern in einer Richtung konvergierend, wenn z.B. gekrümmte oder in der Struktur variierende Gußteile hergestellt werden sollen. Durch das Zusammenlegen der Prismen mit ihren seitlichen Flächen aneinander, kann das gesamte Volumen, über welches sich die dreidimensionale Struktur erstrecken soll, im wesentlichen ausgefüllt werden und die herzustellende Struktur wird dann definiert durch Aussparungen, Kanäle und Zwischenräume, die zusätzlich zu der prismatischen Grundform auf bzw. in den Oberflächen der einzelnen prismenförmigen Kernen ausgebildet sind und die relativ zueinander so angeordnet sind, daß sie insgesamt eine zusammenhängende, dreidimensionale Struktur bilden. Auch verdrillte oder gleichmäßig gekrümmte Seitenflächen benachbarter Kerne können und sollten durchgehend parallel zueinander angeordnet sein.
Die Kerne können eine im Prinzip beliebige Querschnittsform haben, solange nur die passend nebeneinander angeordneten Prismenquerschnitte insgesamt eine vollständige Flächenbedek- - 3 -
kung ergeben, so daß bei einem so gegebenen (über die Länge der Kerne im wesentlichen konstanten) Querschnitt die Kerne insgesamt entsprechend ihrer Länge ein vorgegebenes Raumvolumen vollständig ausfüllen, selbstverständlich mit Ausnahme bewußt freigelassener Aussparungen und Gießkanäle, die mindestens in einem Teil der Oberflächen der Kerne vorgesehen sind. Dabei ist es im übrigen möglich, einige Kerne vollständig ohne Aussparungen zu belassen, während andere z. B. auf all ihren Prismenflächen Aussparungen zum Ausgießen und damit zum Ausbilden der dreidimensionalen Struktur aufweisen. Es können jedoch auch sämtliche Kerne auf sämtlichen Flächen mit entsprechenden Aussparungen versehen sein. Je nach Querschnittsform können alle Kerne einen einheitlichen Querschnitt haben oder aber es können Kerne mit verschiedenen Querschnitten vorgesehen sein. Auch bei gleichem Querschnitt haben nicht notwendigerweise alle Kerne dieselbe Oberflächenausgestaltung, obwohl eine Ausgestaltung der Erfindung bevorzugt ist, bei welcher die einzelnen Kerne, welche die Gießkerne bilden, weitgehend identisch mit anderen Kernen ausgebildet sind, so daß man insgesamt z. B. mit einem einzigen Typ, eventuell auch mit zwei oder drei verschiedenen Typen von Kernen auskommt, die sich vorzugsweise nur durch geringfügig anders verlaufende Gußkanäle und/oder Aussparungen unterscheiden. Zweckmäßigerweise sind die Kerne mindestens entlang jeweils einer Kante (alternativ bei konkaven oder konvexen Prismenflächen auch parallel zur Prismenachse entlang einer Prismenfläche) und vorzugsweise entlang aller Kanten mit Gußkanälen versehen, die z. B. durch eine Abfasung oder Auskehlung einer solchen Kante hergestellt werden kann. Soweit die Kerne dann mit ihren Kanten aneinander anliegen, bilden die Abfasungen oder Auskehlungen entlang der Kanten benachbarter Kerne einen gemeinsamen Gußkanal.
Die übrigen Aussparungen in den Kernen, die in den Seitenflächen der Prismen vorgesehen sind, sollten vorzugsweise von den mit Gußkanälen ausgebildeten Prismenkanten ausgehen, auch wenn es denkbar ist, in den Seitenflächen selbst Aussparungen vorzusehen, die sich z. B. bis zur Stirnseite der Kerne erstrecken oder aber die mit der Fläche gegenüberliegenden Angußanschlüssen verbunden sind. Darüberhinaus ist eine Ausgestaltung der Erfindung bevorzugt, bei welcher zusätzlich zu den Prismen, welche in Form von Gußkernen zu einer größeren Baugruppe zusammengefaßt werden und welche so insgesamt für sich allein bereits eine Gießform bilden, zusätzlich ein mehrteiliges Gußgehäuse vorgesehen ist, dessen Innenraum der äußeren Form der Gruppe von zusammengesetzten Kernen bzw. Prismen angepaßt ist und welches Bohrungen, Gußkanäle, Aussparungen oder dergleichen aufweist, welche mit mindestens einem Teil der Gußkanäle bzw. Aussparungen der Kerne in Verbindung stehen.
Die einzelnen prismenförmigen Kerne können je nach Form des gewünschten Bauteiles - 4 -
allesamt die gleiche Länge und wie bereits erwähnt, auch im wesentlichen die gleiche Form und Anordnung von Aussparungen haben, sie können jedoch teilweise auch eine abweichende Länge aufweisen, z.B. zum Zwecke der Anpassung an äußere Begrenzungsflächen, wenn das zu gießende Bauteil, in Längsrichtung der einzelnen Kerne gesehen, an verschiedenen Positionen unterschiedliche Abmessungen aufweist, oder aber es können massive oder auch andersartig strukturierte Einschlüsse in der dreidimensionalen Struktur vorgesehen sein, so daß im Bereich solcher Einschlüsse die Kerne entsprechend kürzer ausgebildet sind und stirnseitige Flächen aufweisen, welche die äußere Begrenzung eines solchen Einschlusses definieren. Z. B. könnten in eine dreidimensionale Struktur massive Rohrabschnitte eingegossen werden und die an ein solches Rohr anstoßenden Kerne hätten dementsprechend teilzylindrische Stirnflächen, die sich auch bis in den Seitenflächenbereich hinein erstrecken könnten.
Besonders bevorzugt ist eine Ausgestaltung der Erfindung, bei welcher die Kerne die Form eines Prismas mit dreieckiger Grundfläche haben, wobei das Dreieck vorzugsweise ein gleichschenkliges und besonders bevorzugt ein gleichseitiges Dreieck ist. Allerdings muß die Stirnfläche, die nur in Ihrer Projektion auf eine zu Prismenachse senkrechte Ebene den Querschnitt des Prismas definiert, nicht notwendigerweise senkrecht zur Längserstreckung des Prismas verlaufen; vielmehr kann diese Stirnfläche oder Grundfläche auch- abgeschrägt oder strukturiert sein und eine beliebige Ausrichtung (abgesehen von der Parallelität) zur Prismenachse haben. Im übrigen ist es selbstverständlich auch möglich, daß die Seitenflächen der Kerne nicht eben sondern z. B. bezüglich der Prismenachse konkav oder konvex gewölbt sind, wobei benachbarte Kerne dementsprechend die umgekehrte konvexe bzw. konkave Wölbung aufweisen, so daß die zusammengesetzten Kerne insgesamt mit ihrem Querschnitt eine Fläche vollständig ausfüllen, und zwar vorzugsweise in jeder Querschnittsebene in beliebiger Position bezüglich der Längsachse der Kerne.
Darüberhinaus wäre auch eine Variante der Erfindung denkbar, bei welcher die Kerne nicht exakt eine Prismenform haben, sondern aufeinanderzu konvergierende Seitenflächen, also in etwa die Form von mehr oder weniger spitz zulaufenden Pyramiden oder Pyramidenstümpfen, die sich bei paralleler und gleicher Orientierung z.B. zu gekrümmten Strukturen wie z. B. Hohlzylindern (wenn z. B. zwei gegenüberliegende Seitenflächen eines Prismas mit rechteckiger Grundfläche konvergieren und die anderen beiden parallel sind) oder Kugelschalen (wenn alle Seiten des Prismas aufeinanderzu konvergieren und benachbart in gleicher Orientierung nebeneinander angeordnet werden) zusammensetzen lassen.
Wie bereits erwähnt, ist jedoch die Form eines Prismas mit gleichschenklig oder gleichseitig - 5 -
dreieckigem Querschnitt bevorzugt. In dieser bevorzugten Ausgestaltung ist weiterhin eine Ausführungsform bevorzugt, bei welcher die einzelnen Aussparungen und Gießkanäle in den Oberflächen des dreieckigen Prismas sich zu (gedachten) Pyramidenformen ergänzen. Vorzugsweise sind in zwei gleich breiten Seitenflächen eines solchen Prismas an der gemeinsamen Kante dieser Flächen von einem gemeinsamen Punkt ausgehende, schräg verlaufende Kanäle vorgesehen, die die Kanten einer Pyramide mit rechteckiger Grundfläche definieren und die daher im folgenden als "Pyramidenkanäle" bezeichnet werden. Vorzugsweise spannen diese Pyramidenkanäle eine quadratische Grundfläche auf. Weiterhin sind in der bevorzugten Ausführungsform diese Pyramidenkanäle periodisch so hintereinander angeordnet, daß sich eine in das Prisma einbeschriebene Reihe unmittelbar hintereinander angeordneter, gedachter Pyramiden ergibt, wobei zwei aufeianderfolgende Pyramiden jeweils eine gemeinsame Grundkante haben, die von einem sich quer über die verbleibende Seitenfläche des Prismas erstreckenden Querkanal gebildet wird. Dieser Querkanal verläuft senkrecht zur Pyramidenachse.
Zusätzlich ist in der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung entlang der Grundfläche einer solchen Pyramide (die jeweils von einem Abschnitt der Kante der dritten Seitenfläche des dreiseitigen Prismas gebildet wird) ein Diagonalkanal, der diagonal gegenüberliegende Ecken der gedachten Pyramidengrundfläche miteinander verbindet. In der bevorzugten Ausführungsform, in welcher die Pyramiden eine quadratische Grundfläche definieren, verlaufen diese Diagonalkanäle unter 45 ° zur Achse des prismenförmigen Kerns. Entlang des Kernes wiederholt sich diese Pyramidenstruktur periodisch. Die Diagonalkanäle können entlang beider Diagonalen vorgesehen sein, sie können jedoch auch nur entlang einer Diagonalen vorgesehen sein und sind jeweils zueinander parallel. Bei einer solchen Ausgestaltung ist es außerdem zweckmäßig, wenn zwei Gruppen von Kernen vorgesehen sind, die sich nur dadurch unterscheiden, daß bei der einen Gruppe die Diagonalkanäle entlang einer ersten Diagonairichtung verlaufen, während sie bei der zweiten Gruppe entlang der verbleibenden Diagonalrichtung der Pyramidengrundflächen verlaufen. Eine entsprechende Ausführungsform ist in den Figuren dargestellt und wird im Zusammenhang mit diesen noch erläutert.
Die erfindungsgemäßen, prismenförmigen Kerne, die im zusammengesetzten Zustand mindestens einen Teil einer Gußform definieren, können mindestens teilweise aus einem strukturell verformbaren oder zerstörbaren Material bestehen. Und zwar gilt dies mindestens für die Oberflächen der Kerne bis in eine Tiefe, die der maximalen Tiefe der in den Flächen vorgesehenen Aussparungen entspricht. Ein solches Gußkemmaterial könnte z.B. Gießereiformsand sein. Dabei wäre es möglich, Kerne mit der Grundstruktur lediglich mit einer entsprechenden Schicht aus Gießereiformsand zu versehen, in welche dann die gewünschte Struktur an - 6 -
Aussparungen und Gußkanälen mit Hilfe von Pressen eingeprägt wird, woraufhin dann die Form in dem erforderlichen Maß gehärtet bzw. zusammengebacken und gesintert wird und anschließend die so fertiggestellten Kerne zusammengesetzt werden.
In einer alternativen Ausführungsform sind die Kerne aus einem dauerhaft formbeständigen Material hergestellt und sind mehrteilig mit einem Innenprofil und einem wiederum mehrteiligen Mantel ausgebildet, dessen Außenflächen die äußere Prismenform definiert und dessen Innenseiten an dem Innenprofil abgestützt werden, so daß insgesamt der Kern in diesem zusammenmontierten Zustand stabil ist. Dabei ist das Innenprofil jedoch axial aus dem Kern herausnehmbar oder in sich zusammenlegbar, so daß die Abstützung mindestens eines der Mantelteile aufgehoben werden kann und dieses Mantelteil dann radial einwärts, d. h. außer Eingriff mit einer gegossenen Struktur und den benachbarten Kernen gebracht werden kann. In diesem Zustand kann das Mantelteil dann axial herausgezogen werden und hernach sind auch die übrigen Mantelteile radial einwärts bzw. außer Eingriff mit den benachbarten Kernflächen und Gußstrukturen bewegbar und axial aus der Form herausnehmbar. Das Innenprofil könnte auch durch einen flexiblen, pneumatisch oder hydraulisch aufblähbaren Schlauch gebildet werden oder die aneinander grenzenden Mantelteile könne mit Dichtungen oder enger Passung versehen werden, so daß der von Ihnen gebildete Hohlraum für ein "Innenprofil" mit Luft .oder einer Hydraulikflüssigkeit unter Druck gesetzt werden könnte. In anderen Varianten könnten die einzelnen Mantelteile über Scharniere miteinander verbunden und so zusammenlegbar und auffaltbar sein. Die Mantelteile könnten auch durch hydraulische oder pneumatische Betätigungselemente (Kolben und Zylinder) aufgespannt werden.
Zweckmäßigerweise hat in einer Ausführungsform das Innenprofil über seine Länge hinweg einen konstanten Querschnitt und entsprechend glatte Außenflächen, wobei die Mantelteile hierzu kompatible glatte Innenflächen haben, so daß das Innenprofil leicht in axialer Richtung aus dem vom Innenprofil und Mantelteilen insgesamt gebildeten Kern herausgezogen werden kann. In dieser axialen Auszugsrichtung des Innenprofils könnte die Außenfläche des Innenprofils auch leicht divergierend ausgestaltet sein, z.B. kegelförmig mit einem sehr kleinen Kegelwinkel und die Mantelprofile könnten eine entsprechend kegelförmige Innenfläche definieren, so daß beim Zusammensetzen der einzelnen Kerne durch-axiales Verschieben der Innenprofile die Außenfläche der Kerne sehr gut miteinander in Anlage gebracht werden könnten.
Hinsichtlich des eingangs erwähnten Verfahrens zum Herstellen dreidimensional strukturierter Gegenstände durch Gießen in einer Hohlform wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe - 7 -
dadurch gelöst, daß die Hohlform aus mehreren Kernen mit im wesentlichen konstantem Querschnitt derart zusammengesetzt wird, daß die Summe der zusammengesetzten Kernquerschnitte eine im wesentlichen vollständige Flächenbedeckung ergibt, wobei die Oberflächen der Kerne im wesentlichen dicht und bündig aneinanderliegen und die Kerne den vorgesehenen Gußraum im wesentlichen vollständig ausfüllen, wobei lediglich in den Kernoberflächen Aussparungen vorgesehen sind, die im zusammengesetzten Zustand der Kerne die zu gießende Struktur definieren. Zweckmäßigerweise sind die Querschnitte der Kerne polygonförmig, so daß die Kerne insgesamt die Form eines Prismas haben und insbesondere sind gleichschenklig dreieckige oder gleichseitig dreieckige Querschnittsformen der zusammenzusetzenden Kerne bevorzugt.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens werden durchweg Kerne mit gleichem Querschnitt neben- und übereinander angeordnet und zu einem im wesentlichen massiven Block zusammengesetzt. Die Kerne können sich dabei aber noch durch die Form und Anordnung der in ihren Oberflächen vorgesehenen Aussparungen unterscheiden, wobei eine Variante bevorzugt ist, die aus mindestens zwei verschiedenen Gruppen von Kernen besteht, welche sich im wesentlichen durch teilweise unterschiedlich angeordnete Aussparungen bzw. Gießkanäle unterscheiden. Besonders bevorzugt ist eine Variante des Herstellungsverfahrens, bei welchem Kerne mit jeweils dem gleichen dreieckigen und mindestens .dreischenklig dreieckigen Querschnitt nebeneinander angeordnet werden, wobei sich die Längskanten benachbarter Kerne berühren und die die Grundseite des dreieckigen Querschnitts definierenden Seitenflächen der Kerne in einer gemeinsamen Ebene liegen, woraufhin entsprechende Kerne mit der gleichen Querschnittsform um 1 80° gedreht in die zwischen der ersten Reihe gebildeten Lücken passend eingesetzt werden, so daß auch deren die Grundseite des dreieckigen Querschnitts definierenden Seitenflächen gemeinsam in einer Ebene parallel zu der erst erwähnten Ebene liegen. Hierauf können dann weitere Reihen in derselben Ausrichtung gestapelt werden, so daß mit diesen Kernen ein beliebiges Raumvolumen ausfüllbar ist, wobei die einzelnen Aussparungen vorzugsweise von den Stirnseiten der Kerne her zugänglich sind, und zwar insbesondere an den Kanten der einzelnen Kerne, die entsprechend abgefast oder ausgekehlt sind.
Das Gießen der Struktur erfolgt dann zweckmäßigerweise in der Form daß von einer Stirnseite der gestapelten Kerne her alle oder zumindest ein Teil der zu dieser Stirnseite offenen Gießkanäle mit dem zu gießenden Material gefüllt werden. Hierzu können passende Angußvorrichtungen vorgesehen werden. Zusätzlich können auch einige Kanäle als Entlüftungen frei bleiben oder entlang einiger Kanäle kann ein Absaugen von Luft erfolgen. Zweckmäßigerweise sind die Kerne dabei in einem Gehäuse oder Gestell angeordnet und werden auf diese Weise zusammengehalten, wobei auch äußere Oberflächen der zu gießenden Struktur oder Angüsse durch ein solches Gehäuse oder Gestell definiert werden können.
Die Stirnflächen der Kerne bzw. Prismen müssen sich dabei nicht notwendigerweise senkrecht zur Prismenachse erstrecken; vielmehr wird mit diesem Begriff allgemein die Fläche bezeichnet, welche die zur Prismenachse parallelen, aber untereinander abgewinkelten oder um eine (zur Prismenachse parallele) Achse gekrümmten Flächen miteinander verbindet.
Zu dem erfindungsgemäßen Verfahren gehört auch ein entsprechender Entformungsvorgang, der im einfachsten Fall in der Zerstörung der Kerne oder mindestens eines Teils der Kerne besteht. D. h. je nach Ausgestaltung müssen nicht alle Kerne zerstört werden sondern nur ein Teil derselben und auch die zu zerstörenden Kerne müssen möglicherweise nur im Bereich ihrer die Aussparungen aufweisenden Oberflächen zerstört werden.
In einer anderen, bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die Kerne mehrteilig derart zusammengesetzt, daß sie ein Innenprofil und mehrere Mantelprofile aufweisen, die im zusammengesetzten Zustand die Kernform definieren, wobei das Innenprofil zum Entformen axial herausgezogen oder aber in sich zusammengelegt wird bzw. zum Kollabieren gebracht wird, wobei auch der Mantel des Kernes mehrteilig ist und die Grenzflächen, entlang welcher benachbarte Mantelteile aneinander anschließen, mindestens für ein Mantelteil so ausgerichtet sind, daß das betreffende Mantelteil radial einwärts, in Richtung des nunmehr kollabierten bzw. herausgezogenen Innenprofils bewegbar ist und damit mit der hergestellten Struktur außer Eingriff gebracht werden und axial aus dem Kernbereich herausgezogen werden kann. Wenn auf diese Weise Platz geschaffen worden ist, können gleichzeitig oder nacheinander auch die übrigen Mantelteile mit der zu gießenden Struktur außer Eingriff gebracht werden, wobei gegebenenfalls auch deren Grenzflächen entsprechend auszugestalten sind, daß das radiale Einwärtsbewegen in Richtung des Innenprofils ermöglicht wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden vor dem Gießen der Struktur in die für das Gießen der stabförmigen Elemente vorgesehenen Gußkanäle Verstärkungselemente in Form von Fasern, Filamenten, Drähten, Stangen oder dergleichen- eingebracht, wobei das Material der Verstärkungselemente einen Schmelzpunkt hat, der mindestens gleich dem des Gußmaterials ist oder höher-fiegt.
Diese Verstärkungselemente können aus einem anderen Material höherer Zugfestigkeit hergestellt sein oder sie können unter Umständen auch mit dem Gußmaterial identisch sein, - 9 -
jedoch sind sie dann nicht gegossene, sondern gezogene oder geschmiedete Elemente, die strukturell eine bessere Zugfestigkeit haben. Auf diese Weise wird vor allem die Zugfestigkeit und Biegefestigkeit der gesamten Struktur verbessert, während die Druckfestigkeit aufgrund der gegossenen Strukturelemente und aufgrund der gesamten Form der Struktur nach wie vor erhalten bleibt.
Bevorzugt ist dabei eine Ausführungsform der Erfindung, bei welcher die Gußkanäle, die für die Aufnahme von Verstärkungselementen vorgesehen sind, sich zwischen verschiedenen äußeren Oberflächen und im wesentlichen vollständig durch die gegossene Struktur hindurch erstrecken, d.h. daß mindestens die Gußkanäle, die für die Verstärkungselemente vorgesehen sind, hintereinander ausgerichtet sind und insgesamt gerade verlaufen oder eine nur geringe Krümmung aufweisen. In solche Gußkanäle lassen sich durchgehende Verstärkungselemente einbringen, die von einer äußeren Oberfläche der gegossenen Struktur zu einer anderen, z. B. gegenüberliegenden Oberfläche reichen.
Besonders bevorzugt ist die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf die oben bereits erwähnten Gitterblockmaterial-Strukturen, die zumindest in den bevorzugten Varianten durchgehend die Eigenschaft haben, daß die stabförmigen Elemente nach mehreren im wesentlichen parallelen Gruppen zu unterscheiden sind, wobei die stabförmigen Elemente einer Gruppe zum Teil parallel verlaufen und im übrigen hintereinander ausgerichtet sind und sich damit durchgehend von einer Oberfläche der Struktur zu einer anderen Oberfläche der Struktur erstrecken. Teilweise kann bei sehr dünnem, zum Beispiel plattenförmigem Gitterblockmaterial die Dicke der Struktur auch nur in etwa einer Filamentiänge bzw. Länge eines stabförmigen Elementes entsprechen oder noch geringer sein, soweit diese stabförmige Elemente in Dickenrichtung des Materials geneigt angeordnet sind, in diesem Fall erstrecken sich viele parallele, stabförmige Elemente von der einen Oberfläche des Gitterblockmaterials zur anderen.
Bei solchen Ausgestaltungen ist das Einlegen bzw. Einbringen der Verstärkungselemente besonders einfach, weil dann die betreffenden Gußkanäle zu einer der Oberflächen hin offen sind, so daß von dort aus die Verstärkungselemente eingeschoben werden können, woraufhin dann eine äußere Form die betreffende Oberfläche für den eigentlichen Gießvorgang abdecken kann.
Außerdem kann bei einer solchen Ausgestaltung, bei welcher sich Verstärkungselemente von einer äußeren Oberfläche zur anderen äußeren Oberfläche des zu gießenden Gegenstandes erstrecken, ein solches Verstärkungselement eingespannt werden und somit unter Zugs- - 10 -
pannung eingegossen werden. Man erhält dann ein Gitterblockmaterial mit vorgespannten Verstärkungselementen, was unter Umständen eine noch höhere Zugfestigkeit und Biegefestigkeit hat. Die Vorspannung kann man auch dadurch erzielen, daß man für die Verstärkungselemente ein Material mit einem größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten verwendet, als es das Gußmaterial hat. Man braucht dann lediglich dafür Sorge zu tragen, daß die Verstärkungselemente sich während des Gießens in den Gußkanälen frei bewegen und strecken können, so daß sie in dem heißen Zustand des Gusses eine entsprechend größere Länge annehmen und dann nach dem Festwerden des Gußmaterials die Tendenz haben, sich wieder zusammenzuziehen, was jedoch bei einer genügend festen Verbindung zwischen dem Gußmaterial und den Verstärkungselementen nicht möglich ist, so daß letztere dadurch unter Spannung geraten, ebenso wie auch das Gußmaterial eine gewisse Vorspannung erfährt.
Ansonsten ist es jedoch bevorzugt, für die Verstärkungselemente ein Material zu verwenden, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient in etwa mit dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Gußmaterials übereinstimmt.
Die gute Anbindung des Gußmaterials an die Verstärkungselemente kann man unter anderem dadurch erreichen, daß an ihrer Oberfläche strukturierte Verstärkungselemente verwendet werden. Zum Beispiel könnte man Verstärkungsseile verwenden, die aus geflochtenen oder verdrehten Einzeldrähten bzw. -filamenten bestehen. Ähnliches gilt auch für Gitterblockmaterial, welches aus Kunststoff besteht, welches zum Beispiel mit geflochtenen oder verdrehten Nylon- oder Polyethylenbändem verstärkt werden könnte.
Besonders zweckmäßig ist es außerdem, wenn die Verstärkungselemente vor dem Gießen noch imprägniert und/oder beschichtet werden, und zwar mit einer Imprägnierung bzw. Beschichtung, die das Benetzen des Materials der Verstärkungselemente mit dem Gußmaterial erleichtert. Hierdurch soll sichergestellt werden, daß die Verstärkungselemente vollständig von dem Gußmaterial umhüllt werden, insbesondere, wenn die Verstärkungselemente lose in entsprechende Gußkanäle eingelegt werden. Dabei wäre es zum Beispiel auch möglich, etwas dickere Beschichtungen für die Verstärkungselemente vorzusehen, die sich beim Gießen mehr oder weniger auflösen und gegebenenfalls durch dafür vorgesehene Öffnungen entweichen können, wie zum Beispiel Wachsschichten.
Eine Alternative oder Ergänzung zu den vorstehenden Maßnahmen besteht zum Beispiel in einer Erwärmung der Verstärkungselemente unmittelbar vor dem Gießen. Durch die Erwärmung bzw. Erhitzung können oberflächliche Verunreinigungen abgedampft werden und generell kann - 1 1 -
man durch die Erwärmung auch die Benetzungsfähigkeit der Verstärkungselemente für das Gußmateriai erhöhen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform und der dazugehörigen Figuren. Es zeigen:
Figur 1 eine teilweise weggebrochene, perspektivische Ansicht eines Kernes mit
Gußkanälen in den Oberflächen, wobei zur Verdeutlichung dieser Gußkern durchsichtig, jedoch ohne innere Strukturen dargestellt ist, Figur 2 im oberen Bereich a) eine Seitenansicht auf den Kern entsprechend dem Pfeil
A in Figur 1 sowie unten neben b) eine Draufsicht senkrecht auf dieselbe Fläche entsprechend dem Pfeil B in Figur 1 , Figur 3 eine Ansicht von unten auf die Fläche 2 des in Figur 1 dargestellten Kernes,
Figur 4 eine stirnseitige Ansicht auf eine Gruppe gestapelter Kerne,
Figur 5 eine Ansicht von oben auf eine gemäß Figur 4 gestapelte Gruppe mehrerer
Kerne, wobei ein Kern zur Verdeutlichung seitlich herausgezogen ist, Figur 6 eine Ansicht ähnlich Figur 5, jedoch mit Kernen, die schräg zur Längsrichtung der Kerne verlaufender Stirnflächen haben, Figur 7 eine dedaillierte Querschnittsansicht eines möglichen Kernaufbaus,
Figur 8 eine weitere Variante eines Kernaufbaus mit einem konischen Innenprofil,
Figur 9 nochmals in perspektivischer Ansicht eine realistische Darsteluung eines Kernes mit dreieckigem Querschnitt, Figur 10 das Schema des Aubaus einer aus den Kernen nach Figur 9 zusammengesetzten Form, Figur 1 1 alternative Querschnittformen von raumfüllenden Kernen,
Figur 1 2 einen Gußblock mit mehreren Gußkanälen für eine Schicht aus einem Gitterblockmaterial, Figur 1 3 die Form nach Figur 1 2 mit eingelegten Verstärkungselementen, in Form von gespannten Drähten, Figur 14 die daraus hergestellte Schicht eines Gitterblockmaterials mit den an den oberen und unteren Stirnseiten herausstehenden Verstärkungselementen, und Figur 1 5 eine andere Gußform für ein Gitterbiockmaterial, in welcher mehrere Lagen bzw. Schichten von Gitterblockstrukturen gleichzeitig herstellbar sind. - 12 -
Der in Figur 1 im wesentlichen nur mit seinen Oberflächenstrukturen dargestellte, prismenför- mige Kern 1 dient zur Herstellung einer dreidimensionalen Gitterstruktur, wie sie z. B. als ein Gegenstand der deutschen Patentanmeldung 1 97 21 586.6 beschrieben ist.
Der Kern 1 hat die Form eines Prismas mit einem Querschnitt in Form eines gleichseitigen Dreiecks, wie es hier in perspektivischer Darstellung durch die zur gedachten Achse des Prismas senkrechte Stirnfläche 5 gezeigt wird. Die "Achse" eines Prismas hat nicht notwendigerweise eine räumlich fest definierte Lage, sondern definiert im wesentlichen nur eine Raumrichtung, nämlich parallel zu den Prismenkanten.
Der prismenförmige Kern hat außerdem drei im wesentlichen gleichgroße Seitenflächen 2, 3 und 4, wobei die entlang der oberen Kante 13 aneinander angrenzenden Flächen 3, 4 im wesentlichen identisch bzw. spiegelbildlich zueinander ausgebildet sind. Entlang der in Figur
1 oberen Kante 13 sowie der beiden unteren Kanten 1 1 , 12 ist das Prisma jeweils mit Auskehlungen oder Abfasungen versehen, wodurch Gußkanäle 6 und 6' definiert werden. Von den Gußkanälen 6, 6' erstreckt sich schräg über die Oberflächen in einem Zick-zack-Muster Aussparungen, die hier als Pyramidenkanäle 7 bezeichnet werden und die im Prinzip einen beliebigen, vorzugsweise aber halbkreisförmigen Querschnitt haben. Dort wo die Pyramidenkanäle 7 der beiden benachbarten Flächen 3,4 des Prismas an der oberen Kante 13 zusammenstoßen, definieren sie die Spitze einer gedachten Pyramide, wobei die Seitenkanten dieser Pyramide von den Pyramidenkanälen 7 gebildet werden.
In dem Prisma sind die Pyramidenkanäle 7 derart hintereinander angeordnet, daß die einzelnen Pyramiden jeweils an ihren Grundkanten aneinanderstoßen, die jeweils durch an der Unterseite
2 des Prismas velaufenden Querkanal 8 definiert werden. Die Winkel zwischen den Pyramidenkanälen 7 sind so bemessen, daß die entstehenden, gedachten Pyramiden eine quadratische Grundfläche haben, wobei sich außerdem jeweils entlang einer Diagonalen dieser quadratischen Grundfläche ein Diagonalkanal 9 entlang der Unterseite 2 des Kernes 1 erstreckt. Der Kern 1 ist in Figur 1 am linken Ende weggebrochen dargestellt und hat eine im Prinzip beliebige Länge, wobei sich die von den Kanälen 6, 7, 8 und 9 gebildete Pyramidenstruktur periodisch wiederholt. Dabei definieren die Gußkanäle 6 entlang der Kanten der- Prismenform eine Reihe hintereinander ausgerichteter unterer Grundkanten der einzelnen Pyramiden. Die oberen Gußkanäle 6' definieren eine" Verbindung der Pyramidenspitzen, jedoch wird man im zusam mengesetzten Zustand mehrerer Kanäle erkennen, daß auch diese Gußkanäle 6' als Grundkanten von Pyramiden an benachbarten oder darübergestapelten, prismenförmigen Kernen angesehen werden können. - 13 -
In der Seitenansicht gemäß Figur 2a erscheinen die Pyramidenkanten 7 zusammen mit den unteren Grundkanten 6 als gleichseitige Dreiecke, man erkennt jedoch in der senkrechten Draufsicht auf die Fläche 3 gemäß Figur 2b, daß diese Dreieckformen tatsächlich spitzwinklige, gleichschenklige Dreiecke sind, wobei es selbstverständlich keiner ausdrücklichen Erwähnung bedarf, daß in den Dreieckswinkeln, der Querschnittform des Kernes und anderen Abmessungen nahezu beliebige Variationen möglich sind, um entsprechende Variationen in den entstehenden dreidimensionalen Gitterstrukturen zu erhalten. Die vorliegende Struktur läßt sich aber auch durch eine um 90° verdrehte Anordnung der Kerne erzeugen, da die Ansicht seitlich auf parallel nebeneinander angeordnete Kerne nach den Figuren 1 -6 mit der Ansicht auf die Stirnflächen der Kerne übereinstimmt.
Figur 3 zeigt eine Ansicht auf das in Figur 1 perspektivisch dargestellte Prisma von unten, d. h. eine Ansicht der in Figur 1 unten liegenden Fläche 2, wobei man die jeweils von den Querkanälen 8 und einem Abschnitt der Gußkanäle 6 gebildeten, quadratischen Grundflächen der einzelnen Pyramiden erkennt, die von jeweils einem Diagonalkanal 9 durchzogen werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es zweckmäßig, zwei verschiedene Gruppen von prismenförmigen Kernen 1 vorzusehen, die sich voneinander ausschließlich dadurch unterscheiden, daß bei der einen Gruppe die Diagonalkanäle 9 so verlaufen, wie in Figur 3 dargestellt, während bei der anderen Gruppe die Diagonalkanäle den gemäß 9' gestrichelt eingezeichneten Verlauf haben. Dies bedeutet, daß die eine Gruppe nach einem Wenden um 180° gegenüber der anderen Gruppe, d.h. so, daß die in Figur 1 obere Kante 13 nach unten und die untere Fläche 2 nach oben gewendet wird, die betreffenden Diagonalkanäle 9, 9' zwar im vertikalen Abstand zueinander, jedoch in derselben Raumrichtung verlaufen. Alternativ können jedoch auch beide Gruppen von Diagonalkanälen 9, 9' an jedem Kern vorgesehen sein, so daß man dann mit einem einzigen Typ von Kern auskäme, der entsprechend zusätzliche Diagonalverstrebungen an allen Pyramidengrundflächen erzeugen würde.
Figur 4 zeigt schematisch in der unteren Reihe zwei Gruppen entsprechend gestapelter, prismenförmiger Kerne in einer Stirnansicht, während die erste, untere Reihe mit ihren Kanten aneinander ausgerichteter Kerne 1 mit ihrer unteren Fläche 2 in einer gemeinsamen, unteren Ebene angeordnet sind, sind die Kerne 1 ' demgegenüber um 180° gewendet, so daß die den unteren Flächen 2 in Figur 1 entsprechenden Flächen 2' eine gemeinsame obere Ebene bilden, wobei die Flächen 2' sich von den Flächen 2 ursprünglich nur durch die Richtung der Diagonalkanäle 9 bzw. 9' unterscheiden, was jedoch in dem dargestellten, zusammengestapelten und gewendeten Zustand der Kerne 1 ' bedeutet, daß die Kanäle 9, 9' nunmehr in der gleichen - 14 -
Richtung und parallel zueinander in den beiden Ebenen verlaufen, die durch die Flächen 2 bzw. 2' definiert werden.
Wie gestrichelt angedeutet ist, können weitere Reihen von Kernen 1 , 1 ' auf die bereits vorhandenen Reihen aufgestapelt werden, wobei außerdem eine hier nicht dargestellte, äußere Form vorgesehen werden kann, die den rechten und linken Rand der hier gezeigten Stapel definiert.
Figur 5 zeigt eine Draufsicht auf eine Ebene, wie sie von den Flächen 2 oder 2' in einem Stapel gemäß Figur 4 definiert wird, wobei die unter dieser Ebene liegenden Strukturen nicht dargestellt sind. Im wesentlichen erkennt man also nur die Querkanäle 8 und die Diagonalkanäle 9 der einzelnen prismenförmigen Kerne 1 , wobei einer dieser Kerne in Figur 5 herausgezogen dargestellt ist und die Lage seiner Kante 13 mit einer gestrichelten Linie angedeutet ist.
Wie man sieht, definieren mehrere in der in Figur 4 dargestellten Weise nebeneinander und übereinander angeordnete Kerne 1 insgesamt eine räumliche Gitterstruktur mit der dargestellten Oberfläche. Bezüglich der sich insgesamt ergebenden räumlichen Struktur des so hergestellten Gitters wird auf die bereits mehrfach erwähnte DE 1 97 21 586.6 verwiesen.
Figur 6 zeigt ebenfalls die Draufsicht auf die Flächen 2 oder 2' einer Anordnung von Kernen, die im Prinzip die gleiche Ausgestaltung wie die Kerne in Figur 1 bis 4 haben, wobei lediglich die Stirnflächen 2' nicht senkrecht zu der Prismenachse verlaufen sondern parallel zu den Diagonalkanälen 9 und durch eine Spitze der in Figur 1 erkennbaren, gedachten Pyramiden, in Figur 6 sind zwei benachbarte Kerne analog zu Figur 5 herausgezogen bzw. verlängert dargestellt, wobei wiederum die Kanten 13' gestrichelt eingezeichnet sind, um die räumliche Orientierung und Lage dieser prismenförmigen Kerne 1 " zu verdeutlichen. Bei der sich daraus ergebenden Struktur in Form eines Quaders sind die Diagonalkanäle 9 entlang einer Längsseite dieses Quaders ausgerichtet, was der entstehenden Struktur eine besondere Biegesteifigkeit bezüglich einer Biegung um eine Achse senkrecht zur Erstreckung der Diagonalkanäle 9 verleiht.
In Figur 7 ist der Querschnitt eines Kernes, wie er z.B. in der äußeren Gestaltung den Figuren 1 bis 6 entsprechen könnte", im Detail dargestellt. Im vorliegenden Fall ist der Kern aus insgesamt vier verschiedenen Teilen aufgebaut, wobei ein Innenprofil 10 als massiver Block oder auch als Hohlteil mit konstantem äußeren Querschnitt in axialer Richtung in die Mantel teile 21 , 22 und 23 eingeschoben und auch aus diesen herausgezogen werden kann. Die - 1 5 -
Mantelteile 21 , 22 und 23 umfassen jeweils eine Ecke und jeweils in etwa die Hälfte zweier Seiten des dreieckigen Profilquerschnitts. Die Ecken selbst sind mit Auskehlungen versehen, welche im zusammengesetzten Zustand mit anderen, benachbarten Kernen gleicher Querschnittsgestaltung entsprechende Gußkanäle 6 bzw. 6' definieren. Außerdem sind, in der Zeichenebene der Figur 7 nicht sichtbar und deshalb nur gestrichelt eingezeichnet, in der Oberfläche der Mantelteile 21 , 22 und 23 die Kanäle 7, 8 bzw. 9 vorgesehen, deren maximale Tiefe durch die gestrichelten Linien in den Mantelteilen angedeutet ist.
Die Mantelteile 21 , 22 und 23 grenzen entlang von Grenzflächen 25, 26 und 27 aneinander, die zur Oberfläche der Mantelteile 21 - 23 geneigt verlaufen und zwar derart, daß die Grenz flächen 25, 26, entlang welcher das Mantelteil 23 an die Mantelteile 21 bzs. 22 angrenzt, in etwa parallel oder aber in Richtung nach unten in Figur 7 sogar leicht divergierend verlaufen. Auch die Grenzfläche 27 zwischen dem Mantelteil 21 und dem Mantelteil 22 verläuft bezüglich der links dargestellten Fläche 24 parallel oder in Richtung des Innenprofils 10 leicht divergierend.
Mit dieser Ausgestaltung wird der folgende Zweck verfolgt. Nachdem eine Struktur entsprechend den gestapelten Kernen hergestellt ist, wie sie z.B. in Figur 4 dargestellt ist, können zum Entformen die einzelnen Innenprofile 10 der jeweiligen Kerne in axialer Richtung herausgezogen werden, da sie mit der hergestellten Struktur nicht in Eingriff stehen und da aufgrund des gesamten Aufbaus die hergestellte Struktur - zumindest nach dem Entfernen etwaiger äußerer Gehäuseteile - stirnseitig im Querschnittsbereich der Innenprofile 10 offen ist.
Anschließend können die Mantelteile 23 wegen der parallelen oder leicht divergierenden Grenzflächen 25, 26 abwärts bzw. in den Bereich hineinbewegt werden, der zuvor von dem Innenprofil 10 eingenommen wurde. Dabei treten die gegossenen Strukturen außer Eingriff mit den gestrichelt eingezeichneten Kanälen 7 des Mantelteils 23. In diesem Zustand kann auch das Mantelteil 23 in axialer Richtung aus der hergestellten Struktur herausgezogen werden. Anschließend kann das Mantelteil 21 schräg nach rechts oben in Figur 7 bewegt werden, d. h. wiederum in den Bereich hinein, der zuvor von dem Innenprofil 10-in Anspruch genommen wurde, wobei auch hier die Kanäle 7 bzw. 8 bzw. 9 außer Eingriff mit den gegossenen Strukturen treten und anschließend das Mantelteil 21 axial aus der gegossenen Struktur herausgezogen werden kann. Schließlich wird auch das Mantelteil 22 radial in den Bereich verschoben, der zuvor von dem Innenprofil 10 beansprucht wurde, so daß auch die Kanäle 7 und 8 bzw. 9 des Mantelteils 22 mit der gegossenen Struktur außer Eingriff treten und das - 1 6 -
Mantelteil 22 aus der Struktur herausgezogen werden kann. Dies wird nacheinander oder teilweise auch gleichzeitig mit allen Kernen der Struktur durchgeführt, so daß letztlich nur die hergestellte Struktur übrig bleibt.
Wie man sich leicht vorstellen kann, könnten stattdessen die Mantelteile aber auch einstückig aus einem leicht zerstörbaren oder deformierbaren Material, wie z.B. Gießereiformsand gebildet werden, das nach dem Herausziehen der Innenprofile 10 z.B. durch Abstrahlen von der hergestellten Struktur gelöst werden könnte.
Eine Variante der in Figur 7 dargestellten Struktur ist in Figur 8 wiedergegeben, wobei das dort dargestellte Innenprofil 10' einen kreisförmigen Querschnitt hat, jedoch, wie man im unteren Teile der Figur 8 erkennt, in einer Richtung leicht konisch verjüngt ausgebildet ist. Die einzelnen Mantelteile 21 ', 22' und 23' sind mit ihren Innenflächen der Mantelfläche des Profils 10' angepaßt und die Grenzflächen 25', 26' und 27' sind analog zu den Flächen 25, 26 und 27 ausgebildet. Auch bei dieser Ausgestaltung können nach dem Herausziehen des konischen Innenprofils 10' die einzelnen Mantelteile 23', 21 ' und 22' nacheinander in dieser Reihenfolge in den zentralen Bereich hineinbewegt werden, der vorher weitgehend von dem Innenprofil 10' in Anspruch genommen wurde und können dann axial aus der gegossenen Struktur herausgezogen werden. Die leicht konische Form des innenprofils 10', die analog auch bei der Ausgestaltung nach Figur 7 vorgesehen sein könnte, ermöglicht es, die Mantelteile 21 ', 22' und 23' etwas mehr unter Spannung und in bessere wechselseitige Anlage mit benachbarten Flächen von Kernen zu bringen. Außerdem wird dadurch das axiale Herausziehen des Innen profils 10' erleichtert.
Die realistische Ausgestaltung eines Kernes in Figur 9 zeigt plastisch besser hervortretende und im Vrgleich zum Kernquerschnitt deutlicher ausgeprägte Ausparungen bzw. Gußkanäle, die aber dieselbe Struktur definieren wie im Ausführungsbeispiel der Figuren 1 bis 8, wobei auch gegossene Strukturen mit den mit relativ geringem Querschnitt dimensionierten Aussparungen, wie sie in den Figuren 1 bis 3 dargestellt sind, durchaus herstellbar sind. Die absoluten Maße einer solchen Kernstruktur sind dabei nicht festgelegt. Die Kernquerschnitte können von wenigen mm2 bis hin zur Größenordnung von einigen m2 variieren. Entsprechende Variationen sind bei den Aussparungsquerschnitten, auch relativ zu den Kemquerschnitten, möglich. Figur 10 zeigt nochmals das Schema des Aufeinanderstapelns der verschiedenen Kerne gemäß Figur 9 zu einer größeren Form. - 17 -
Figur 1 1 zeigt in einer Darstellung ähnlich Figur 4 die Stapelung von Kernen mit abweichenden polygonalen Querschnittsformen, hier konkret in Form eines fünfeckigen Prismas 31 und dazwischen angeordneter dreieckig prismatischer Kerne 32, die insgesamt in der dargestellten Weise auch zu einer im Querschnitt flächendeckenden und damit insgesamt raumfüllenden Struktur zusammensetzbar sind. In den Oberflächen dieser Kerne 31 , 32 können analog zu der Darstellung in den Figuren 1 - 10 verschiedene Kanäle ausgebildet sein, die insgesamt eine räumlich zusammenhängende Struktur, in diesem Fall mit unterschiedich großen Leerräumen, definieren. Es versteht sich, daß nicht nur polygonale Querschnitte, sondern auch runde Querschnitte für entsprechende Kerne vorgesehen werden können, die sich insgesamt auch zu einem im Querschnitt flächendeckenden Muster ergänzen, wobei auch die äußeren Begrenzungsflächen nicht wie in den dargestellten Ausführungsbeispielen eben und parallel sein müssen, sondern auch gekrümmt verlaufen können.
In Figur 1 2 erkennt man einen Gußblock 41 mit einem Eingußkanal 42 und einer Reihe von- Gußkanälen 43, 44, 45, die insgesamt eine ebene Gitterstruktur aus gleichschenkligen Dreiek- ken aufspannen, welche eine Rechteckfläche ausfüllen. Dabei gibt es insgesamt drei verschieden stabförmige Elemente, aus denen das gesamte Gitter aufgebaut ist, nämlich die mit 43 bezeichneten Hypothenusen der gleichschenkligen Dreiecke, sowie die beiden mit 44 und 45 bezeichneten Schenkel dieser gleichschenklig rechtwinkligen Dreiecke, die aufgrund der Tatsache, daß sie in unterschiedliche Richtungen geneigt verlaufen, hier unterschieden werden. Alle von rechts unten nach links oben verlaufenden Schenkel 44 verlaufen parallel zueinander und sind teilweise hintereinander in einer Linie ausgerichtet. Das Gleiche gilt auch für alle Schenkel 45 der Dreiecke und auch für die Hypothenusen 43, die bei der Gesamtheit der Dreiecke insgesamt parallel ausgerichtet sind und gruppenweise hintereinander entlang einer geraden Linie verlaufen.
Figur 13 zeigt nun, wie zum Beispiel in die auf diese Weise gebildeten durchgehenden Gußkanäle entlang der Hypothenusen 43 Verstärkungselemente in Form von Drähten 46 eingelegt werden können, die in einer entsprechenden Halterung festgehalten werden können, so daß sie möglicherweise auch unter Zugspannung stehen. Die Drähte könnten auch an der Oberfläche des Gußblockes 41 festgehalten bzw. festgeklemmt oder festgeschweißt werden. Ein passendes Gegenstück zu der in Figur 1 2 und 1 3 dargestellten Form wird dann auf die dargestellte Form aufgesetzt-ύnd das Gußmaterial wird durch den Eingußkanal 42 eingegeben. Das Gußmaterial strömt dabei in sämtliche Kanäle 43, 44 und 45 und umhüllt dabei die einzelnen Drähte 46. Dies kann man auch dadurch fördern, daß die beiden Formteile spiegelbildlich zueinander ausgebildet werden, also auf beiden Seiten jeweils gleich tiefe Gußkanäle vor- - 1 8 -
gesehen sind und daß die Drähte 46 genau in der Mitte der Gußkanäle gespannt werden, so daß sie notwendigerweise auf allen Seiten von dem Gußmaterial umhüllt werden. Bei Bedarf kann man den Drähten 46 auch eine aufgerauhte Oberfläche verleihen oder kann sie mit einzelnen Kerben oder Dellen versehen, um eine bessere Haftung des Gußmaterials an den Drähten 46 zu erreichen. Allerdings sollten solche Strukturierungen der Drähte 46 deren Zugfestigkeit nach Möglichkeit nicht beeinträchtigen. Alternativ wäre es auch möglich, die einzelnen Drähte 46 mit einem Material zu beschichten, das beim Gießen die Benetzung der Drähte mit dem Gußmaterial erleichtert.
Das letztlich daraus entstehende (Zwischen-)Produkt ist in Figur 14 dargestellt, die ein ebenes Schichtstück 47 eines Gitterblockmaterials zeigt, welches auch in den oben angegebenen Patentanmeldungen näher beschrieben ist. Zwei derartige Schichten schließen zwischen sich eine zum Beispiel aus einem gefalteten Gitter hergestellte Zwischenschicht ein, wobei durch das gefaltete Gitter Pyramiden gebildet werden, deren Spitzen jeweils mit den Ecken der Dreiecke der in den Figuren 12 bis 14 erkennbaren Struktur zusammenfallen, so daß diese Pyramidenspitzen mit diesen Ecken verschweißt oder sonstwie verbunden werden können. Dies geschieht auch auf der gegenüberliegenden Seite, wo allerdings die Dreiecksstruktur geringfügig verschoben bzw. um eine zur Papierebene senkrechte Achse um 180° gedreht werden muß, damit auch die Pyramidenspitzen auf der Unterseite der mittleren Schicht, die aufgrund der wechselseitigen Faltung gegenüber den Spitzen auf der Oberseite versetzt sein müssen, mit den Ecken der Dreiecke zusammenfallen. Wenn alle drei Schichten miteinander verbunden sind, ist ein einfaches Gitterblockelement fertiggestellt.
Aufgrund der in den Kanälen 43 bzw. in den entsprechenden stabförmigen Gitterelementen verlaufenden Verstärkungsdrähte 46 hat die in Figur 14 dargestellte Schicht 47 eine erheblich verbesserte Zugfestigkeit, jedenfalls in Richtung der stabförmigen Elemente bzw. Gußkanäle 43. Beide Seiten des vorstehend beschriebenen Gitterblockmaterials können mit entsprechenden Verstärkungselementen ausgestattet werden, so daß dadurch die Zugfestigkeit und auch die Biegefestigkeit des Gitterblockmaterials insgesamt deutlich verbessert werden kann. Es versteht sich, daß selbstverständlich auch die den Kanälen 44 und 45 entsprechenden, stabförmigen Elemente der Gitterstruktur mit den gleichen oder ähnlichen Verstärkungselementen ausgestattet werden können.
Figur 1 5 zeigt eine andere Variante in der Herstellung von Gitterblockmaterial, das im Ergebnis eine dem vorstehend beschriebenen Beispiel sehr ähnliche Struktur haben kann. Die in Figur 1 5 dargestellte Form besteht aus einer großen Anzahl stabförmiger und im Querschnitt im - 1 9 -
wesentlichen mit der Form eine gleichseitigen Dreiecks ausgebildeter Gußkerne 50, sowie Gußkerne 51 , die, bezogen auf das Querschnittsprofil, in umgekehrter Orientierung angeordnet sind. Dargestellt ist hier nur die unterste Lage der dreieckigen Stäbe 50, die man aufgrund ihrer wahlweisen Einschubbarkeit auch als Gußkerne bezeichnet, sowie einer der Gußkerne 51 aus der obersten Lage. In der dargestellten Orientierung liegt aber auch zwischen je zwei der unteren Gußkerne 50 je einer der Gußkerne 51 in der dargestellten Orientierung und es können dann weitere Lagen dieser Gußkerne darauf angeordnet werden. Dabei sind in den Wänden und Grundflächen dieser dreieckigen Gußkerne jeweils Gußkanäle vorgesehen, die im zusammengesetzten Zustand eines Blockes aus sehr vielen derartiger Gußkerne 50, 51 , miteinander ausgerichtet sind. Konkret verlaufen also in Richtung derjenigen Gußkanäle, die an dem oberen Gußkern 51 mit Verstärkungselementen 46 dargestellt sind, weitere Gußkanäle der Gußkerne in den darunter liegenden Lagen, so daß sich praktisch alle Gußkanäle der zusammengesetzten Gußkerne immer von einer Außenfläche des gesamten Gußblockes zu einer anderen Außenfläche erstrecken. Das Gleiche gilt auch für die Gußkanäle, welche die Verstärkungselemente 46' aufnehmen und auch für die Verstärkungselemente 46", die horizontal entlang der Dreiecksspitzen verlaufen, wobei allerdings, wie man an dem oberen Gußkern 51 erkennt, in diesem Bereich an der Grundfläche eines dazwischen liegenden Gußkernes entsprechende Kanäle zusätzlich angeordnet sind, in welchen die Verstärkungselemente 46" verlaufen. Diese Gußkanäle können jedoch auch so verlaufen, daß die Verstärkungselemente diagonal zu der Grundfläche der gesamten Gußform angeordnet werden müssen. Selbstverständliche können die Gußkanäle in den Seitenwänden der Gußkerne auch einen anderen Verlauf haben als in Figur 15 dargestellt, wobei nach Möglichkeit jeder Gußkanal immer an den Kanten der dreieckigen Gußkerne mit mindestens einem anderen Gußkanal zusammentreffen sollten.
Konkret kann bei dieser Ausführungsform der gesamte Block aus einzelnen Gußkernen 50, 51 zunächst zusammengesetzt werden und anschließen können von den freiliegenden Außenflächen dieses Blockes her die Verstärkungselemente 46, 46' und 46" in ihre jeweiligen Kanäle eingeschoben werden. Danach kann zum Beispiel noch ein äußeres Gehäuse um die Gesamtheit der Blöcke 50, 51 herum angeordnet werden, bevor die einzelnen Kanäle dieser Struktur ausgegossen werden.
Man erhält damit ein Gitterblockmaterial, welches sowohl hinsichtlich Druckfestigkeit als auch hinsichtlich Zug- und Biegefestigkeit höchste Anforderungen erfüllt und dabei außergewöhnlich leicht ist. - 20 -
Es versteht sich, daß diese Art des Einlegens von Verstärkungselementen aber auch auf andere Gußteile angewendet werden kann, die mindestens teilweise stabförmige Strukturelemente aufweisen.

Claims

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P a t e n t a n s p r ü c h e
Vorrichtung zum Gießen von dreidimensional strukturierten Gegenständen, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung mehrere Gußkerne (1 ; 31 , 32) aufweist, die jeweils im wesentlichen die Form eines Prismas mit jeweils mindestens drei zu einer Achse parallelen oder leicht konvergierenden Wänden (2, 3, 4) haben, wobei die Prismenformen bzw. -querschnitte derart gewählt sind, daß mehrere Kerne (1 ; 31 , 32) mit ihren Prismenflächen (2, 3, 4) im wesentlichen dicht und raumfüllend anein- anderlegbar sind, wobei mindestens ein Teil der Prismenflächen (2, 3, 4) Aussparungen oder Gußkanäle (6, 7, 8, 9) aufweist, die im zusammengesetzten Zustand der Kerne (1 ; 31 , 32) eine zusammenhängende Struktur bilden.
Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß mindestens bei einem Teil der prismenförmigen Kerne Gußkanäle (6, 6') entlang der Prismenkanten in Form von Abfasungen oder Auskehlungen der Kanten (1 1 , 12, 1 3) vorgesehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß von den Gußkanälen (6, 6') der Prismenkanten ( 1 1 , 12, 1 3) ausgehende Aussparungen in den Prismenflächen (2, 3, 4) vorgesehen sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein mehrteiliges Gußgehäuse vorgesehen ist, dessen Innenraum der äußeren Form einer Gruppe zusammengesetzter Kerne ( 1 ; 31 , 32) angepaßt ist und welches Bohrungen, Gußkanäle oder Aussparungen aufweist, welche mit mindestens einem Teil der Gußkanäle (6, 6') bzw. Aussparungen der Kerne (1 ; 31 , 32) in Verbindung stehen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerne ( 1 ; 31 , 32) teilweise eine unterschiedliche Länge haben.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die kürzeren Kerne vorgeformte Stirnflächen als Gußbegrenzungsflächen für Eingüsse versehen sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß alle Kerne eine gemeinsame Grundstruktur in der äußeren Form bzw. den vorgesehenen Aussparungen und Gußkanälen aufweisen. - 22 -
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Gruppen von Kernen vorgesehen sind, die sich mindestens durch die unterschiedliche Anordnung mindestens eines Teils ihrer Gußkanäle bzw. Aussparungen unterscheiden.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß minde stens ein Teil der Kerne einen gleichschenklig dreieckigen Prismenquerschnitt hat.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der Kerne einen gleichseitig dreieckigen Prismenquerschnitt hat.
1 1 . Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenflächen (2, 3, 4) der Kerne zu den Prismenkanten schräg verlaufende Pyramidenkanäle (7) aufweisen, die entlang der gedachten Kanten einer dem Prisma einbeschriebenen Pyramide mit vorzugsweise quadratischer Grundfläche verlaufen.
12. Vorrichtung nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Pyramidenkanäle sich mehrfach wiederholen und im Abstand hintereinander angeordnet sind entsprechend der Hintereinanderanordnung einer Reihe gedachter, dem Prisma einbeschriebener Pyramiden mit vorzugsweise quadratischer Grundfläche, wobei jeweils zwei einander zugewandter Grundkanten benachbarter Pyramiden einander berühren.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei Prismenkanten miteinander verbindende und sich senkrecht zu den Prismenkanten erstreckende Querkanäle (8) vorgesehen sind.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer Prismenfläche (2) mehrere Querkanäle (8) parallel in einem Abstand vorgesehen sind, welcher in etwa der Breite der betreffenden Prismenfläche (2) entspricht.
1 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 1 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Flächen (2) des Prismas Diagonalkanäle (9)- aufweist, welche sich vorzugsweise unter einem Winkel von 45 ° zu den die Prismenfläche (2) begrenzenden Kanten (1 1 , 12) des Prismas erstrecken.
1 6. Vorrichtung nach Ansprüchen 14 und 1 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Querkanäle entlang gegenüberliegender Grundkanten von gedachten, dem Prisma einbeschriebenen - 23 -
Pyramiden verlaufen, während die Diagonalkanäle diagonal entlang über die quadrati sehen Grundflächen der gedachten Pyramiden verlaufen.
1 7. Vorrichtung nach Anspruch 1 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Gruppen von prismenförmigen Kernen vorgesehen sind, die sich durch die Richtung der Diagonalen unterscheiden, entlang welcher die Diagonalkanäle verlaufen.
1 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 1 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche (5) des prismenförmigen Kerns ( 1 ; 31 , 32) senkrecht zur Achse des Prismas verläuft.
1 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 1 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche (5') geneigt zur Achse des Prismas verläuft.
20. Vorrichtung nach Anspruch 16 und 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche des prismenförmigen Kerns (1 ; 31 , 32) parallel zu dem Diagonalkanal (9) verläuft.
21 . Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der Kerne (1 ; 31 , 32) mindestens teilweise aus einem strukturell verformbaren und/oder zerstörbaren Material besteht.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die die Gußstrukturen bzw. -kanäle bildenden Oberflächen der Kerne ( 1 ; 31 , 32) aus dem strukturell verformbaren bzw. zerstörbaren Material bestehen.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß das strukturell verformbare bzw. zerstörbare Material Gießereisand ist.
24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der Kerne ( 1 ; 31 , 32) mehrteilig ausgebildet ist mit einem Innenprofil (10) und einem wiederum mehrteiligen Mantel (21 , 22, 23), dessen Außenflächen die Prismenform definieren und deren Innenflächen von dem Innenprofil'' formstabil abgestützt werden, wobei-das Innenprofil (10) entweder axial aus den Mantelteilen (21 , 22, 23) herausziehbar oder aber auf einen kleineren Profilquerschnitt zusammenlegbar ist, und wobei die einzelnen Mantelteile (21 , 22, 23) hernach und gegebenenfalls in einer vorgegebenen Reihenfolge in den vom Innenprofil freigegebenen Bereich radial einwärts - 24 -
bewegbar und axial aus der gegossenen Struktur herausziehbar sind.
25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Innenprofil (10) mit einem durchgehend konstanten Profilquerschnitt hat sowie einen dreiteiligen Mantel, dessen Innenflächen an den Querschnitt des Innenprofils angepaßt sind, wobei die Mantelteile (21 , 22, 23) entlang von Grenzflächen (25, 26, 27) aneinanderstoßen und wobei beide Grenzflächen (25, 26) mindestens eines Mantelteiles (23) in Richtung auf das Innenprofil ( 10) parallel oder divergierend ausgebildet sind und wobei die Grenzflächen (25, 26) dieses Mantelteiles (23) in Richtung des Innenprofils (10) innerhalb der bzw. zwischen den gegenüberliegenden Grenzflächen der benachbarten Mantelteile (21 , 22) liegen.
26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die verbleibenden zwei Mantelteile entlang einer schräg verlaufenden Grenzfläche (27) aneinander anliegen, die parallel oder leicht divergierend bezüglich der von dem ersten Mantelteil (23) definierten Prismenflächen verläuft.
27. Verfahren zum Herstellen dreidimensional strukturierter Gegenstände durch Gießen in eine Hohlform, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlform aus mehreren Kernen mit prismenförmigem Querschnitt derart zusammengesetzt wird, daß die Prismenflächen im wesentlichen dicht und bündig aneinander anliegen und die Kerne den vorgesehenen Gußraum im wesentlichen vollständig ausfüllen, wobei Aussparungen in den Prismenflächen die zu gießende Struktur definieren.
28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere gleichartige Kerne (1 ) nebeneinander angeordnet und aufeinander gestapelt werden.
29. Verfahren nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei verschiedene Gruppen von Kernen vorgesehen sind, welche in wechselseitiger Berührung komplementär zueinander gestapelt werden.
30. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerne Prismen mit gleichschenklig dreieckigem Querschnitt sind, wobei eine erste Reihe von Kernen parallel mit einander entsprechenden Prismenebenen in einer gemeinsamen Ebene nebeneinander angeordnet wird, wobei sich die Prismenkanten der benachbarten Kerne berühren, woraufhin eine zweite Reihe in einer um 180° relativ zu den ersten Kernen - 25 -
gewendeten Position in die zwischen der ersten Reihe der Kerne verbliebenen Lücken eingesetzt wird und wobei gegebenenfalls auf der so gebildeten ebenen oberen Fläche der zusammengesetzten Kerne eine weitere Reihe von Kernen in entsprechender Ausrichtung wie die erste Reihe auf den oberen Flächen der zweiten Reihe von Kernen angeordnet wird.
31 . Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 30, wobei die dreidimaensional strukturierten Gegenstände stabförmige Elemente aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Gießen in die für das Gießen der stabförmigen Elemente vorgesehenen Gußkanäle mindestens teilweise Verstärkungselemente in Form von Fasern, Filamenten, Drähten, Stangen oder dergleichen eingebracht werden, wobei das Material der Verstärkungselemente einen Schmelzpunkt hat, der mindestens gleich dem des Gußmaterial oder höher als dieser ist.
32. Verfahren nacheinem der Ansprüche 31 , dadurch gekennzeichnet, daß sich mindestens ein Teil der Gußkanäle für stabförmige Elemente zwischen gegenüberliegenden Oberflächen im wesentlichen vollständig durch die gegossene Struktur hindurch erstreckt.
33. Verfahren nach Anspruch 31 oder 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Gußkanäle eine Gitterblockmaterial-Struktur bilden (LBM-Struktur), die im wesentlichen durch regelmäßige, zu Pyramiden ergänzte Dreiecke gebildet wird, deren Seiten den Gußkanälen entsprechen und die zu einer raumfüllenden Struktur zusammengesetzt sind.
34. Verfahren nach einem der Ansprüche 31 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungselemente sich durchgehend entlang miteinander im wesentlichen auf einer Geraden ausgerichteter, stabförmiger Elemente der Struktur angeordnet sind.
35. Verfahren nach einem der Ansprüche 31 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungselemente vor dem Gießen imprägniert oder beschichtet werden, und zwar vorzugsweise mit einem Material, welches die Benetzung der Verstärkungselemente mit dem Gußmaterial erleichtert.
36. Verfahren nach eineπvder Ansprüche 31 bis 35, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungselemente eine strukturierte Oberfläche aufweisen.
37. Verfahren nach einem der Ansprüche 31 bis 36, dadurch gekennzeichnet, daß die Ver- - 26 -
Stärkungselemente beim Gießen unter Zugspannung in den Kanälen gehalten werden.
38. Verfahren nach einem der Ansprüche 31 bis 37, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungselemente aus einem Material ähnlicher thermischer Ausdehnung bestehen wie sie das Gußmaterial aufweist.
39. Verfahren nach einem der Ansprüche 31 bis 38, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungselemente eine höhere, spezifische Zugfestigkeit haben als das Gußmaterial.
40. Verfahren nach einem der Ansprüche 31 bis 38, dadurch gekennzeichnet, daß die Ver- stärkungseiemente unmittelbar vor dem Gießen erwärmt werden.
41 . Gußteil, welches mindestens teilweise eine Struktur aufweist, die aus im wesentlichen stabförmigen Elementen gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens mit einem Teil der stabförmigen Elemente Verstärkungselemente in Form von Fasern, Filamenten, Drähten, Stangen oder dergleichen vergossen sind.
42. Gußteil nach Anspruch 41 , dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungselemente mindestens in einer Gruppe von stabförmigen Elementen vorgesehen sind, die zueinander parallel und in der Nähe einer äußeren Oberfläche der Struktur verlaufen.
43. Gußteil nach Anspruch 41 oder 42, dadurch gekennzeichnet, daß das Gußteil die Struktur von Gitterblockmaterial hat, welches aus regelmäßigen Dreiecken besteht, die raumfüllend zu einer räumlichen Struktur zusammengesetzt sind.
44. Gußteil nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, daß es aus Filamenten bzw. stabförmigen Elementen zusammengesetzt ist, die aus mindestens sieben und höchstens acht verschiedenen Gruppen jeweils paralleler, stabförmiger Elemente gebildet sind.
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