DE3546148C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs durch Tränken eines porösen Verstärkungswerkstoffs mit niedriger Dichte mittels eines geschmolzenen Metalls, insbesondere durch Druckgießen.

Zu den bedeutendsten porösen Verstärkungswerkstoffen mit niedriger Dichte gehört Keramik. Keramik besitzt einen hohen Schmelzpunkt, eine hervorragende Hitzebeständigkeit und eine hohe Härte und Festigkeit. Wegen dieser Eigenschaften wird Keramik für Maschinenteile eines Flugzeugs oder Schaufeln von Hochgeschwindigkeitsturbinen verwendet. Pulverisierte Keramik wird zudem auch für die Herstellung von keramisch beschichteten Metallen verwendet, um seine günstigen mechanischen Eigenschaften bei hohen Temperaturen auszunutzen.

Bezweckt wird mit der Erfindung die Schaffung einer Vorrichtung zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs durch Tränken eines porösen Verstärkungswerkstoffs mit niedriger Dichte, wie beispielsweise Keramik, mittels eines geschmolzenen Metalls, insbesondere durch Druckgießen, wobei die vorteilhaften Eigenschaften des porösen Verstärkungswerkstoffs mit denen des Metalls kombiniert werden sollen, um einen hochqualitativen Verbundwerkstoff zu erzielen.

Für das Druckgießen ist bereits eine vertikale Druckgießmaschine aus der US-PS 42 86 648 bzw. der US-PS 42 87 935 bekannt. Hierbei wird eine untere Gießkammer normalerweise in senkrechter Ausrichtung zu einem oberen Formhohlraum gehalten, jedoch zur Aufnahme des geschmolzenen Metalls in eine Stellung seitlich zu einer stationären Auflageplatte schräggestellt. Mit diesen vorbekannten Druckgießmaschinen wird jedoch kein Verbundwerkstoff hergestellt, sondern lediglich ein einziger Werkstoff gehandhabt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine vereinfachte und mit hoher Produktivität arbeitende Vorrichtung zur Herstellung eines hochfesten hitzebeständigen Verbundwerkstoffs zu schaffen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichnetenMerkmale gelöst. Bevorzugte Merkmale, die die Erfindung vorteilhaft weiterbilden, sind den nachgeordneten Patentansprüchen zu entnehmen.

Aufgrund des erfindungsgemäßen Aufbaus der Vorrichtung kann in vorteilhafter Weise ein Verbundwerkstoff verfügbar gemacht werden, bei dem geschmolzenes Metall fest in einem porösen Verstärkungswerkstoff mit niedriger Dichte zur Herstellung eines Hochleistungs-Verbundwerkstoffs integriert wird. Durch die vorrichtungsseitigen Merkmale wird eine außerordentlich einfache, schnelle und hoch qualitative Produktion von Verbundwerkstoff erreicht.

Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt eines wesentlichen Teils der Vorrichtung;

Fig. 2 eine Vorderansicht der Vorrichtung gemäß Fig. 1;

Fig. 3 eine Seitenansicht der Vorrichtung gemäß Fig. 1;

Fig. 4 einen vergrößerten Längsschnitt zur Darstellung einer bei der Vorrichtung verwendeten Spann- und Schließeinrichtung;

Fig. 5 eine teilweise weggebrochene Querschnittsansicht entlang der Schnittlinie A-A in Fig. 4;

Fig. 6 eine schematische Teilschnittansicht eines Teils der Gießkammer und des Aufnahmebehälters;

Fig. 7 einen Teilschnitt durch den Gießkolben; und

Fig. 8A und 8B Schnitte durch zwei verschiedene Ausbildungsformen des Inneren des Aufnahmebehälters.

In den Figuren ist eine Vorrichtung zum Einbringen von geschmolzenem Metall, z. B. Aluminium, in einen nicht geschmolzenen Werkstoff dargestellt, beispielsweise einem porösen Körper aus fasrigen Werkstoffen, wie Siliciumnitridfasern, die nachfolgend als Keramikfasern bezeichnet werden. Wie in Fig. 2 gezeigt, sind zwei Ständer 2, die jeweils Rippen 2 a und ein Langloch 2 b besitzen, auf einem Grundteil 1 auf einer Bodenoberfläche befestigt. An deren oberen Ende ist eine erste feste Platte 3 waagerecht mittels zahlreicher Bolzen befestigt. Eine zweite feste Platte 4 ist oberhalb der ersten festen Platte 3 angeordnet. Die Platten 3 und 4 sind miteinander über ein Paar Säulen 5 verbunden und fest aneinander mittels Muttern 6 befestigt, die auf obere und untere Gewindeabschnitte der Säulen 5 geschraubt sind. Wie am besten aus Fig. 1 zu entnehmen ist, besitzt eine zylindrische Gießkammer 7 für heißes geschmolzenes Metall, die als Aufbewahrungskammer für das geschmolzene Metall dient, Flansche 7 a und 7 b, jeweils an ihren oberen und unteren Abschnitten. An ihrem äußeren Umfangsrand ist eine zylindrische Heizeinrichtung 8 befestigt. Die Gießkammer 7 ist an dem mittleren Abschnitt der ersten Platte 3 über ein zylindrisches wärmeisolierendes Werkstoffstück 9 befestigt, und der vertikalen Bewegung der Gießkammer 7 wird durch den Flansch 7 a und ein Verschlußring 7 c begegnet. Auf dem Flansch 7 a ist ebenfalls eine Heizeinrichtung 11 befestigt, und über ein wärmeisolierendes Werkstoffstück 10 gegenüber der Umgebung abgeschirmt. Vier Verbindungsstangen 12 erstrecken sich senkrecht durch die erste feste Platte 3 mit Abstand von der Gießkammer 7 und sind mit der Platte 3 über nicht dargestellte Schrauben verbunden. Mittels dieser Verbindungsstangen 12 wird ein Druckgießzylinder, der allgemein mit der Bezugszahl 13 versehen ist, gehalten. Der Druckgießzylinder 13 ist mit einer oberen Auflageplatte 15 versehen, die an den unteren Abschnitten der Verbindungsstange 12 mittels Muttern 14 befestigt ist. Ein zylinderförmiger Gehäusekörper 16 wird durch die obere Auflageplatte 15 und eine untere Auflageplatte 18 eingespannt, welche mit der oberen Auflageplatte 15 über vier Säulen 17 verbunden ist. Somit ist der Gehäusekörper 16 sicher befestigt. Eine Kolbenstange 19 ist dem Druckgießzylinder 13 zugeordnet. Die Kolbenstange 19 bewegt sich mittels Drucköl auf und ab, welches in den Gehäusekörper 16 eingeführt wird, und ihr Betätigungsende ist in einer hälftig-geteilten Kupplung 20 untergebracht. Ein Gießkolben 22, der mit der Kolbenstange 19 über ein Abstandsstück 21 (Fig. 1) innerhalb der Kupplung 20 verbunden ist, ist zu der Gießkammer 7 so ausgerichtet, daß er sich nach oben erstreckt und sich nach oben oder unten synchron mit der Aufwärts- oder Abwärtsbewegung der Kolbenstange 19 bewegt. Jede Drehbewegung des Gießkolbens 22 wird durch einen Keil 20 a verhindert. Wie in Fig. 1 gezeigt, ist ein Gießkolbenteil 24, das über einen Adapter 23 an dem oberen Ende des Gießkolbens 22 montiert ist, gleitend verschiebbar in ein Innenloch der Gießkammer 7 eingepaßt. Ein Entlüftungsring 25 ist auf einen mit einem Gewinde versehenen unteren Endabschnitt der Gießkammer 7 über ein Dichtelement 26 aufgeschraubt, und der Gießkolben 22 wird gleitend verschiebbar von dem Entlüftungsring 25 über ein Dichtelement 27 gehalten. Eine Wasserleitung 28 ist in dem mittleren Abschnitt einer Wasserzuführöffnung 22 a vorgesehen, die die axiale Mitte des Gießkolbens 22 durchsetzt. Ein Paar Düsen 29 und 30, die in den unteren Abschnitt des Gießkolbens 22 eingesetzt und mit einer Wasserspeisepumpe verbunden sind, sind jeweils zu der Wasserzuführöffnung 22 a und der Wasserleitung 28 geöffnet. Wenn Wasser der Düse 30 mittels der Wasserspeisepumpe zugeführt wird, steigt das Wasser innerhalb der Wasserleitung 28, tritt durch eine wassergekühlte Kammer 22 b, die in dem Gießkolbenteil 24 vorgesehen ist, und die Wasserzuführöffnung 22 a und kehrt dann zu der Wasserspeisepumpe über die Düse 29 zurück, wodurch ein Umwälzen zum Kühlen des Gießkolbens 22 erfolgt. Ein ringförmiger Luftkanal 31, der zwischen dem Entlüftungsring 25 und dem Gießkolben 22 gebildet ist, und ein kleiner Raum, der durch den in der Gießkammer 7 hochgehenden Gießkolben 22 und der Innenwandung der Gießkammer 7 gebildet wird, sind über eine Leitung 70 in dem Gießkolben 22 mit einer Saugpumpe verbunden, wie in Fig. 7 gezeigt. Ein reduzierter Druck in diesen Abschnitten kann im Gleichgewicht mit einem reduzierten Druck stehen, der durch eine später zu erläuternde Spann- und Schließeinrichtung 47 angegeben wird.

Die Vorrichtung enthält ferner eine Behälterauflageplatte 32, die gleitend verschiebbar an den Säulen 5 so gehalten ist, daß sie auf- und abbewegbar ist.

Betätigungsenden der Kolbenstangen 35 von Öldruckzylindern 34, die an den gegenüberliegenden Seiten der Platte 3 befestigt sind, sind zum Angriff an Stützen 33 bringbar, die von gegenüberliegenden Seiten der Behälterauflageplatte 32 vorstehen. Durch Zufuhr von Öl in die Zylinder 34 zum Ausfahren oder Zurückziehen der Kolbenstangen 35 kann die Behälterauflageplatte 32 nach oben oder unten bewegt werden. Wie in Fig. 1 gezeigt, ist die Behälterauflageplatte 32 mit einem U-förmigen Behälterhalter 32 a versehen, dessen innere Umfangsfläche in Fig. 3 zur linken Seite offen ist. Ein mit viereckigen Flanschen versehener Aufnahmebehälter 36, der für Verstärkungswerkstoff vorgesehen ist, und der eine kreisförmige Öffnung 36 a besitzt, wird durch den Behälterhalter 32 a über eine Heizeinrichtung 37 und eine Wärmeisolierplatte 38 gehalten, welche an der äußeren Umfangsfläche des Aufnahmebehälters 36 befestigt ist. Dieser Aufnahmebehälter 36 kann durch die Öffnung (links in Fig. 3) auf den Behälter 32 a montiert oder von diesem demontiert werden. Die Innenöffnung 36 a des Aufnahmebehälters 36 ist an den oberen und unteren Öffnungsenden abgeschrägt, um sich verjüngende Flächen 36 b und 36 c zu bilden, die beim Eingriff satt jeweils an einer sich verjüngenden Fläche 50 b der Spann- und Schließeinrichtung 47 und einer sich verjüngenden Fläche 7 d der Gießkammer 7 anliegen. Die Abschrägung ist vorteilhaft, weil eine sich verjüngende Fläche fest gegen die andere gedrückt werden kann, wodurch der Zugang von Luft von außen selbst bei Durchführung einer Evakuierung verhindert wird, und weil für die ineinandergreifenden Teile eine exakte Zentrierung gewährleistet werden kann. Das oben erwähnte Paar Öldruckzylinder 34 ist zum Lösen des Eingriffs zwischen den sich verjüngenden Flächen 36 c und 7 d vorgesehen, indem sie den Aufnahmebehälter 36 zusammen mit der Behälterauflageplatte 32 so anheben, daß der Aufnahmebehälter 36 auf den Behälterhalter 32 a montiert oder von diesem demontiert werden kann. Andererseits ist an der ersten festen Platte 3 ein Träger 39 befestigt, und eine zu dem Aufnahmebehälter 36 offene Behälterbox 40 ist einstückig mit dem Träger 39 gebildet. Auf der Seitenoberfläche der Behälterbox 40 ist waagerecht ein Öldruckzylinder 41 zum Vorschieben und Zurückziehen des Behälters angebracht. Die Kolbenstange des Zylinders 41 erstreckt sich innerhalb der Behälterbox 40, und ihr Betätigungsende ist gleitend verschiebbar mit dem Aufnahmebehälter 36 verbunden, um nicht die vertikale Bewegung des Behälters 36 zu beeinträchtigen. An dem Bodenabschnitt der Behälterbox 40 sind Führungsbahnen vorgesehen. Durch Vorschieben oder Zurückziehen der Kolbenstange des Zylinders 41 mittels Drucköl schiebt sich der Aufnahmebehälter 36 auf den Führungsbahnen so vor oder zurück, daß er wahlweise entweder eine Stellung einnimmt, in der der Behälter 36 innerhalb der Behälterbox 40 mit Keramikfasern beschickt wird oder umgekehrt ein fertiges Verbundwerkstoff-Erzeugnis entnommen wird, oder er nimmt eine Stellung ein, in der heißes geschmolzenes Metall in die Keramikfasern zu deren Tränkung eingebracht wird. In der oberen Fläche der Behälterbox 40 ist eine Faserbeschickungsöffnung 42 gebildet. Auf der Oberfläche ist ein Öldruckzylinder 43 zum Auswerfen nach unten montiert. Durch Absenken seiner Kolbenstange mittels Drucköl wird ein mit dem heißen geschmolzenen Metall getränktes Produkt von dem Aufnahmebehälter 36 nach unten ausgestoßen.

Andererseits ist auf der zweiten festen Platte 4 ein Spannzylinder 44 mit einer Kolbenstange 45 befestigt, die nach unten gerichtet ist. An dem Betätigungsende der Kolbenstange 45 ist eine bewegliche Auflageplatte 46 angebracht, die unter Führung durch die Säulen 5 in einer senkrechten Richtung bewegbar ist. Auf der unteren Fläche der beweglichen Auflageplatte 46 ist eine Spann- und Schließeinrichtung, die allgemein mit der Bezugsziffer 47 gekennzeichnet ist, mittels eines ringförmigen Befestigungselements 48 befestigt. Wie detailliert in Fig. 4 und 5 gezeigt, besitzt die Spann- und Schließeinrichtung 47 ein Gehäuse, bestehend aus einem scheibenförmigen Ventilkörper 50, der zwei mittlere Bolzen 49′ und 49 gekoppelte Teile aufweist, einem ringförmigen Montageblock 51, einer zylindrischen Ventilführung 52, die passend in eine Innenöffnung 50 a eingesetzt ist, welche in dem Ventilkörper 50 ausgebildet ist, und aus einem zylindrischen Kopfblock 53 mit geschlossener Oberseite, der passend in einer Innenöffnung 51 a befestigt ist, die in dem Montageblock 51 gebildet ist. Auf dem unteren Abschnitt des Ventilkörpers 50 ist die oben erwähnte sich verjüngende Fläche 50 b gebildet. Ein Ventil 54, das passend in der Ventilführung 52 befestigt ist, ist nach oben und nach unten bewegbar. Ein mit einem Gewinde versehener Spitzenabschnitt des Ventils 54 ist in ein Gewindeloch eines Kolbens 55 eingeschraubt, der an dem oberen Abschnitt der Ventilführung 52 vorgesehen ist. Mittels einer Schraubendruckfeder 56, die zwischen dem Kolben 55 und dem geschlossenen oberen Ende des Kopflocks 53 angeordnet ist, ist das Ventil 54 so vorgespannt, daß es einen an seinem unteren Abschnitt vorgesehenen Ventilsitz 57 öffnet. Oberhalb des Ventilsitzes 57 ist in der Ventilführung 52 ein ringförmiger Luftkanal 58 vorgesehen. Der Luftkanal 58 ist mit einer Saugpumpe über einen Luftkanal 59 und einer Öffnung 60 verbunden, die in dem Ventilkörper 50 vorgesehen ist. Durch Betätigung der Saugpumpe wird ein oberhalb des nicht geschmolzenen Werkstoffs innerhalb des Aufnahmebehälters 36 vorherrschender Druck verringert. Die Spann- und Schließeinrichtung 47 enthält ferner einen Schnappmechanismus 61, der mit einer Kugel versehen ist, die über einen Bolzen und eine Feder mit Druck beaufschlagt wird und die das Ventil 54 in dessen geöffneter Stellung zu halten vermag. Der Schnappmechanismus 61 ist so ausgebildet, daß er das Schließen des Ventils 54 verhindert, während der Druck über die Öffnung 60 verringert wird. Die Spann- und Schließeinrichtung 47 enthält ferner eine Düse 62, die in dem Motageblock 51 eingesetzt ist und zu einem Luftkanal 63 um den Kolben 55 öffnet. Die Düse 62 ist mit einer Druckluftquelle zum Öffnen und Schließen des Ventils 54 mittels Luft verbunden. Die beiden Schnappmechanismen 61 sind so vorgesehen, daß sie, wie in Fig. 5 dargestellt, um 180° versetzt liegen. Die Düse 62 ist um 90° bezüglich des Schnappmechanismus nur aus Veranschaulichungsgründen versetzt und liegt tatsächlich in gleicher Orientierung mit einem der Schnappmechanismen 61. Die so ausgebildete Spann- und Schließeinrichtung 47 senkt sich gemeinsam mit der beweglichen Auflageplatte 46 in eine Position ab, die in Fig. 1 durch eine gestrichelte Linie angedeutet ist, damit die sich verjüngende Fläche 50 b gegen die sich verjüngende Fläche 36 b des Aufnahmebehälters 36 gedrückt werden kann, um damit den Öffnungsabschnitt des Aufnahmebehälters 36 luftdicht zu verschließen.

Es wird nun das Tränken geschmolzenen Metalls mit einer derart ausgebildeten Vorrichtung beschrieben. Als erstes müssen Keramikfasern, die beispielsweise aus Siliciumnitrid bestehen, mit einer Fülldichte von 20 bis 30%, die für das Schaffen eines porösen Körpers erforderlich ist, in den innerhalb der Behälterbox 40 angeordneten Aufnahmebehälter 36 eingebracht werden. Die derzeit verwendeten Keramikfasern bestehen aus einem fasrigen nicht-geschmolzenem Werkstoff, der aus einer extrem dünnen Faser besteht, deren Länge etwa 10mal größer als der Durchmesser ist, beispielsweise ein Durchmesser von 2 bis 3 µm und eine Länge von 20 bis 30 µm, oder ein Durchmesser von 10 µm und eine Länge von 100 µm. Die bei den Keramikfasern angewendete Wärmebehandlung kann bei innerhalb des Aufnahmebehälters untergebrachten Keramikfasern durchgeführt werden. Alternativ kann eine Wärmebehandlung bei den Keramikfasern außerhalb des Aufnahmebehälters zuvor ausgeführt, und danach werden die wärmebehandelten Fasern in dem Aufnahmebehälter 36 untergebracht. Die Heizeinrichtung 37 wird bis auf etwa 450° C erwärmt. Wenn der Gießkolben 22 abgesenkt ist, werden andererseits die Heizeinrichtungen 8 und 11, die an der Gießkammer 7 für heißgeschmolzenes Metall vorgesehen sind, bis auf etwa 760° C erwärmt, wobei diese Temperatur höher als der Schmelzpunkt von Aluminium von 660° C liegt, und danach wird das heißgeschmolzene Aluminium in die Gießkammern 7 für heißes geschmolzenes Metall eingeführt. In einem solchen Fall kann selbstverständlich das geschmolzene Aluminium unmittelbar in die Gießkammer 7 gegossen werden. Alternativ ist eine relativ dünne wärmeisolierende Hülse 65, beispielsweise aus Keramik, an der inneren Umfangsfläche der Gießkammer 7 für heißes geschmolzenes Metall angebracht oder einstückig als hitzefeste Beschichtung mit dieser gebildet, wie in Fig. 6 dargestellt, und das heiße, geschmolzene Metall wird in die auf diese Weise wärmeisolierten Gießkammer 7 gegossen, wodurch es ermöglicht wird, eine Verringerung der Temperatur und eine Oxdidation des heißen, geschmolzenen Metalls zu verhindern.

Eine keramische wärmeisolierende Hülse 66 kann auch für den Aufnahmebehälter 36 vorgesehen sein, wie in Fig. 6 gezeigt, um dieselben Wirkungen für die Haarkristalle zu erzielen. Es ist erforderlich, daß der Werkstoff für die wärmeisolierenden Hülsen 65 und 66 unter verringertem Druck kein Gas erzeugt. In dieser Hinsicht wird Keramik bevorzugt. Für denselben Zweck kann auch ein Werkstoff mit einer thermisch-gespritzten Schicht verwendet werden. Wenn ein Werkstoff verwendet wird, der wahrscheinlich Gas erzeugt, wie beispielsweise Asbest, wird die Hülse aus diesem Werkstoff, die an die Innenfläche der Gießkammern 7 bzw. des Behälters 36 angebracht wird, zunächst durch eine (nicht dargestellte) Heizeinrichtung zur Entgasung erwärmt, und danach wird das geschmolzene Metall oder ein Haarkristallkörper eingeführt; oder andererseits kann diese Hülse an der Außenseite der Vorrichtung zum Entgasen erwärmt werden und darauffolgend in den Behälter plaziert und das geschmolzene Metall eingegossen werden.

Beim Gießen des geschmolzenen Metalls kann vorzugsweise ein Verfahren verwendet werden, das beispielsweise in dem US-Patent Nr. 45 05 307 offenbart ist, um eine unerwünschte Berührung des geschmolzenen Metalls mit Luft zu verhindern.

Gemäß dem Gießverfahren wird das geschmolzene Metall zunächst in eine an den Boden eine Abgabeöffnung für geschmolzenes Metall aufweisende Gießpfanne gegossen, wobei die Öffnung geschlossen ist. Ein Bodenabschnitt der Gießpfanne wird dann in eine Injektionshülse (entsprechend der Gießkammern für geschmolzenes Metall gemäß er Erfindung) eingesetzt, und die Öffnung wird geöffnet, damit der Austritt des geschmolzenen Metalls aus der Gießpfanne bis zu einem unteren Abschnitt der Injektionshülse eingesetzt und angehoben wird, während sie kontinuierlich das geschmolzene Metall in der Weise abgibt, daß die durchschnittliche Steiggeschwindigkeit verringert wird, wenn das Niveau des geschmolzenen Metalls in der Gießpfanne abnimmt.

Andererseits wird die Kolbenstange 35 des Zylinders 34 vorgeschoben, und die Behälterauflageplatte 32 wird so hochgehoben, daß der Behälterhalter 32 a sich in einer Höhe zur Aufnahme des Behälters 36 befindet. Dann wird die Kolbenstange des Zylinders 41 vorgeschoben, um den Aufnahmebehälter 36 in den Behälterhalter 32 zu drücken. Nachdem der Behälter 36 aufgenommen ist, wird die Kolbenstange 35 des Zylinders 34 zurückgezogen, und die Behälterauflageplatte 32 wird abgesenkt, wodurch die sich verjüngende Fläche 36 c des Behälters 36 gegen die sich verjüngende Fläche 7 d der Gießkammer 7 für heißes, geschmolzenes Metall gedrückt wird. Wenn danach die Kolbenstange 45 des Spannzylinders 44 vorgeschoben schoben wird, um die bewegliche Auflageplatte 46 abzusenken, wird die einstückig mit der beweglichen Auflageplatte 46 ausgebildete Spann- und Schließeinrichtung 47 abgesenkt, um die Öffnung des Aufnahmebehälters 36 zu schließen. Auf diese Weise wird die sich verjüngende Fläche 50 b gegen die sich verjüngende Fläche 36 gedrückt. Hierdurch werden die oberen und unteren Öffnungsabschnitte der Gießkammern 7 und des Behälters 36 durch die Spann- und Schließeinrichtung 47 und den Gießkolben 22 luftdicht verschlossen. Wenn demgemäß die Kolbenstange 19 des Druckgießzylinders 13 vorgeschoben wird, steigt der mit der Kolbenstange 19 mittels der Kupplung 20 verbundene Gießkolben 22 mit einer Geschwindigkeit von beispielsweise 30 m/min, um einen auf das heiße, geschmolzene Metall unterhalb der Haarkristalle innerhalb des Aufnahmebehälters 36 ausgeübten Druck zu erhöhen. Durch eine derartige Druckanwendung wird das heiße, geschmolzene Aluminium aus der Gießkammer 7 in den Aufnahmebehälter 36 übertragen und in den Raum zwischen den Haarkristallen eingedrückt. Auf diese Weise wird das heiße, geschmolzene Aluminium in die Haarkristalle zu deren Tränken eingebracht. Bei einem derartigen Druckbeaufschlagungsvorgang wird Luft aus der Düse 62 in den Kanal 63 eingeführt. Dementsprechend wird die Schraubendruckfeder 56 durch den Kolben 55 zusammengedrückt, und der Ventilsitz 57 wird durch das Ventil 54 geschlossen. Somit wird das heiße, geschmolzene Aluminium, das in die Haarkristalle eingebracht ist, erhärtet, da die Temperatur innerhalb des Haarkristallbehälters etwa 450° C beträgt, wobei diese Temperatur niedriger als der Schmelzpunkt liegt. Der nächste Verfahrensschritt besteht daher darin, die Kolbenstange 45 des Spannzylinders 44 zurückzuziehen, um die Spann- und Schließeinrichtung 47 anzuheben, und den Gießkolben 22 des Druckgießzylinders 13 abzusenken. Wenn die Kolbenstange 35 des Zylinders 34 vorgeschoben wird, um den Aufnahmebehälter 36 gemeinsam mit der Behälterauflageplatte 32 anzuheben, wird der Aufnahmebehälter 36 von der Gießkammer 7 für heißes, geschmolzenes Metall getrennt. Wenn demgemäß die Kolbenstange des Zylinders 41 zurückgezogen wird, wird der Aufnahmebehälter 36 in die Behälterbox 40 längs der Führungsbahnen transferiert. Wenn darauffolgend die Kolbenstange des Zylinders 43 vorgeschoben wird, wird ein Erzeugnis innerhalb des Aufnahmebehälters 36 nach unten ausgeworfen.

Bei dem oben erwähnten Ausführungsbeispiel wurde beschrieben, daß ein Druck, der zum Tränken erforderlich ist, mittels des Druckgießzylinders 13 erhöht wird. In Ergänzung zu diesem Verfahren kann das Tränken auch durch Reduzieren eines oberhalb der Haarkristalle vorherrschenden Drucks ohne Vorschub des Gießkolbens 22 durch synchrones Reduzieren dieses Druckes mit dem Gießkolbenvorschub, oder durch Verringern des Druckes und sich daran anschließendes Vorschieben des Gießkolbens vorgenommen werden. In den Fällen, in denen der oberhalb der Haarkristalle vorherrschende Druck verringert wird, muß zunächst das Einführen von Luft aus der Düse 62 beendet und der Kanal 63 entlüftet werden. Hierdurch senkt sich der Kolben 55 durch die zurücktreibende Kraft der Schraubendruckfeder 56, um das Ventil 54 zu veranlassen, den Ventilsitz 57 zu öffnen. Wenn demzufolge bei dem zuvor beschriebenen Formschließzustand Luft mittels einer Saugpumpe durch die Öffnung 60 der Spann- und Schließeinrichtung 47 abgezogen wird, wird der Druck oberhalb der Haarkristalle durch die Luftkanäle 59 und 58 verringert. Demzufolge kann heißes, geschmolzenes Metall in die Haarkristalle nach Art einer Imprägnierung eingebracht werden, ohne daß der Gießkolben 22 zum Vorschieben gebracht wird. In diesem Fall kann das Schließen des Ventils 54 verhindert werden, indem die Kugel des Schnappmechanismus 61 in eine in dem Ventil 54 vorgesehene Ausnehmung sitzt.

In den Fällen, in denen der Gießkolben 22 des Druckgießzylinders 13 angehoben wird, um das geschmolzene Metall unter Druck zu setzen, während der Druck verringert wird, ist es effektiv, Luft durch die in dem Gießkolben 22 vorgesehene Leitung 70, wie in Fig. 7 gezeigt, mittels einer Saugpumpe abzuziehen. Dies hat den Vorteil, daß das Druckgleichgewicht zwischen der oberen Seite und der unteren Seite der Haarkristalle zum Zeitpunkt des Einbringens eingestellt werden kann. Wenn nämlich nur der Druck oberhalb der Haarkristalle über die Öffnung 60 verringert wird, wird das heiße, geschmolzene Metall nach oben gesaugt. Hierdurch wird durch einen schmalen Spalt zwischen der äußeren Umfangsfläche des Gießkolbenteils 24 und der Gießkammer 7 für heißes, geschmolzenes Metall externe Luft eingelassen. Aus diesem Grund wird heißes, geschmolzenes Metall gerührt bzw. zur Blasenbildung gebracht oder körnig gemacht und tritt dann in den Raum zwischen den Haarkristallen. In diesem Fall besteht eine Möglichkeit abhängig von den Saugbedingungen darin, daß das heiße, geschmolzene Metall, das in den Aufnahmebehälter 36 eingesaugt wird, sich verfestigt, ehe es ausreichend den gesamten Raum zwischen den Haarkristallen ausgefüllt hat. Durch gleichzeitiges Absaugen von Luft nicht nur aus der Öffnung 60, sondern auch aus der Leitung 70, die in Verbindung mit dem ringförmigen Luftkanal 31 besteht, können die Unterdruckbedingungen an beiden Abschnitten miteinander ausgeglichen werden, und das heiße, geschmolzene Metall steigt nicht hoch. Wenn die Größe des Unterdrucks an dem oberen Abschnitt (relativ zu den Haarkristallen) geringfügig größer als die Größe des Unterdrucks an dem unteren Abschnitt ist, steigt das heiße, geschmolzene Metall in einem gewissen Umfang. Demzufolge wird vorzugsweise der Unterdruckabsaugvorgang am oberen Abschnitt kurze Zeit, beispielsweise 0,1 bis 1 Sekunde, vorzugsweise 0,3 bis 0,5 Sekunden nach dem Beginn des Unterdruckabsaugvorgangs an dem unteren Abschnitt begonnen, um die Möglichkeit zu eliminieren, daß das heiße, geschmolzene Metall hochsteigt, wenn die Größe des Unterdrucks an dem unteren Abschnitt geringfügig kleiner als die Größe des Unterdrucks an dem oberen Abschnitt ist. Auf diese Weise kann ein Teil des heißen, geschmolzenen Metalls, das sich in Berührung mit dem Gießkolbenteil 24 befindet, eine relativ dicke und starke verfestigte Schicht bilden, die das Luftansaugen von unten verhindern kann, wodurch auf diese Weise die Möglichkeit eliminiert wird, daß das heiße, geschmolzene Metall so abrupt hochsteigt, daß es auf Grund der Unterdruckabsaugung von oben Blasen bildet. Während, wie oben angegeben, das heiße, geschmolzene Metall in einen Zustand gebracht wird, daß es nicht hochsteigt, wird die Unterdruckabsaugung von oben ausgeführt, um das Innere des Aufnahmebehälters 36 zu evakuieren, und danach wird das Ventil 57 geschlossen. Das heiße, geschmolzene Metall wird dann in den Aufnahmebehälter unter Ausnutzung des Ansteigens des Gießkolbens 22 gedrückt. Daraus ergibt sich demgemäß, daß das heiße, geschmolzene Metall in der Gesamtheit des Raumes zwischen den Haarkristallen in ausreichendem Maße eingeführt und befriedigender nach Art einer Imprägnierung zu deren Tränkung eingebracht wird. Das Unterdruckabsaugventil, das in der Spann- und Schließeinrichtung vorgesehen ist, kann durch ein Ventil ersetzt werden, das spontan in Abhängigkeit von der Trägheitskraft oder der Druckkraft auf den geschmolzenen Werkstoff schließbar ist.

Weiterhin sind bei diesem Ausführungsbeispiel die sich verjüngenden Flächen 36 b und 36 c des Aufnahmebehälters 36 nach innen gerichtet ausgebildet. Mit diesem Aufbau kann die Höhe des Aufnahmebehälters 36 im Vergleich zu dem Fall erhöht werden, daß nach außen gerichtete sich verjüngende Flächen gebildet sind, wodurch es ermöglicht wird, die Höhe der Heizeinrichtung 37 zu vergrößern und demgemäß die Heizbedingungen zu verbessern.

Bei dem oben erwähnten Ausführungsbeispiel werden keramische Haarkristalle als nicht-schmelzender Werkstoff verwendet. Außerdem kann auch sphärische Keramik mit geringer Dichte zur Bildung eines porösen Ausgangskörpers verwendet werden. Die das nicht-geschmolzene Metall bildende Substanz ist nicht auf Keramik beschränkt. Ferner ist die den geschmolzenen Werkstoff bildende Substanz nicht auf Aluminium beschränkt.

In Fig. 6 ist zwischen dem oberen Ende der Gießkammer 7 für geschmolzenen Werkstoff und dem unteren Ende des Aufnahmebehälters 36 für den nicht-geschmolzenen Werkstoff ein plattenförmiges Filterelement 63 vorgesehen, das nur geschmolzenen Werkstoff hindurchläßt, nicht jedoch einen Oxidfilm, der an der oberen Fläche des heißen, geschmolzenen Materials auftritt. Das Filterelement 63 kann in einer Ausnehmung 64 eingebettet sein, die in dem oberen Ende der Gießkammer 7 gebildet ist.

Vorzugsweise ist, wie in den Fig. 8A und 8B dargestellt, der Durchmesser der unteren Einlaßöffnung des Aufnahmebehälters 36 geringfügig größer ausgebildet, beispielsweise etwa 2 mm größer als der des oberen Einlaßkörper. Auf diese Weise wird der zylindrische poröse Körper aus Haarkristallen, der mit Strichpunktlinie bezeichnet ist, in der Öffnung 36 a angeordnet, wobei ein Raum zwischen dem Körper und der Wandung der Öffnung gebildet wird. Beim Tränken kann das geschmolzene Metall in den Körper nicht nur durch die Bodenfläche, sondern auch von der Umfangsfläche des Körpers eindringen, wodurch sich die Effektivität der Tränkung erhöht.

Wie sich aus der vorstehenden Beschreibung ergibt, ermöglicht es die Vorrichtung zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs gemäß der Erfindung, gleichmäßig und beständig Metall, wie beispielsweise Aluminium, in einen nicht-geschmolzenen Hochleistungswerkstoff, wie beispielsweise Keramik, zu integrieren, um auf diese Weise die mechanische Festigkeit oder die Wärmebeständigkeit von Metall zu verbessern. Ferner kann die Erfindung effizient die oben genannten vorteilhaften Wirkungen mit der einen vereinfachten Aufbau aufweisenden Vorrichtung erzielen, um auf diese Weise Produkte herzustellen, die eine gleichförmige Festigkeit besitzen.

Claims (9)

1. Vorrichtung zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs durch Tränken eines porösen Verstärkungswerkstoffs mit niedriger Dichte mittels eines geschmolzenen Metalls, insbesondere durch Druckgießen,
gekennzeichnet durch
eine erste feste Platte (3), die horizontal in einem Ständer (2) gehalten ist und in ihrer Mitte eine vertikale Durchgangsöffnung besitzt;
eine zweite feste Platte (4), die über mehrere Säulen (5) an der ersten festen Platte (3) befestigt ist;
eine Behälterauflageplatte (32), die horizontal zwischen der ersten und der zweiten festen Platte (3, 4) an den Säulen (5) gleitend verschiebbar gelagert ist und in ihrer Mitte eine koaxial zu der Durchgangsöffnung der ersten festen Platte (3) verlaufende Durchgangsöffnung aufweist, die seitlich zu einer Seitenkante der Behälterauflageplatte (32) offen ist;
einen Aufnahmebehälter (36) für den Verstärkungswerkstoff, der seitlich in die Durchgangsöffnung der Behälterauflageplatte (32) einschiebbar ist;
eine Spann- und Schließeinrichtung (47), bestehend aus einem Spannzylinder (44), der über der zweiten festen Platte (4) befestigt ist, einer Kolbenstange (45), die innerhalb des Spannzylinders (44) in senkrechter Richtung durch die zweite feste Platte (4) bewegbar ist und ein unteres Ende besitzt, durch das die obere Einlaßöffnung des eingeschobenen Aufnahmebehältes (36) nach Absenken der Behälterauflageplatte (32) dichtend abschließbar ist;
eine Gießkammer (7) zur Aufnahme des geschmolzenen Metalls, die in der vertikalen Durchgangsöffnung der ersten festen Platte (3) gehalten ist, in die von unten ein Gießkolben (22) eingreift und deren Oberseite in dichtendem Eingriff mit der unteren Oberfläche des Aufnahmebehälters (36) beim Absenken der Behälterauflageplatte (32) bringbar ist;
Heizeinrichtungen (8 bzw. 37) für die Gießkammer (7) und den Aufnahmebhälter (36);
und durch eine Einrichtung zum Evakuieren der Gießkammer (7) und des Aufnahmebehälters (36).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkungswerkstoff aus fasriger oder sphärischer Keramik besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das geschmolzene Metall aus Aluminium besteht.

4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein nur das geschmolzene Metall hindurchlassendes Filterelement (63) zwischen der Gießkammer (7) und dem Aufnahmebehälter (36) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießkammer (7) an ihrem unteren Ende eine Öffnung besitzt, deren Durchmesser etwa 2 mm größer als ihre obere Öffnung ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine hitzefeste Beschichtung (65 bzw. 66), die auf der Innenwandung wenigstens der Gießkammer (7) oder des Aufnahmebehälters (36) vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnahmebehälter (36) eine untere Einlaßöffnung aufweist, deren Durchmesser größer als der der oberen Einlaßöffnung ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Verschiebeeinrichtung (41), durch die der Aufnahmebehälter (36) zwischen einer an der ersten festen Platte (3) befestigten Behälterbox (40) und der Behälterauflageplatte (32) verschiebbar ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Behälterbox (40) eine Auswerfeinrichtung (43) für den hergestellten Verbundwerkstoff aufweist.