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Neues Verfahren zur elektrischen Temperierung verlorener Kerne

Ref-Nr: TA-UN349


Kurzfassung

Kernmaterial mit definierter elektrischer Leitfähigkeit wird als Widerstandsheizung genutzt


Hintergrund

Zur Fertigung von hohlen Strukturen aus Faserverbundwerkstoffen und im Spritzguss- oder Druckgussverfahren werden wiederverwendbare Dauerkerne eingesetzt, welche eine Negativform des zu fertigenden Bauteils bilden. Bei komplexeren Formen, z.B. bei Formen mit Hinterschneidungen, kann der Formkern oft nicht unbeschädigt aus dem Bauteil entfernt werden. Eine gängige Lösung besteht in der Verwendung wasserlöslicher Kerne (verlorene Kerne), die nach dem Aushärten des Bauteils mit Wasser ausgespült werden. Für eine effiziente Fertigung ist es nötig, den Kern zu beheizen, was normalerweise zu einer Einschränkung der Entformbarkeit führt.


Bilder & Videos


Problemstellung

 

 


Lösung

Am Faserinstitut in Bremen (FIBRE) ist es nun gelungen, das Kernmaterial selbst als elektrische Widerstandsheizung zu nutzen. Dazu wird der äußere Bereich des Kernes mit einem Zusatzstoff (Graphit) angereichert, der es ermöglicht, eine definierte elektrische Leitfähigkeit im Kernmaterial zu erzeugen, die in Wärme umgewandelt wird. Hier können innerhalb einer Minute Temperaturen von mehr als 180°C erzeugt werden. Im Inneren des verlorenen Kernes wird Standardmaterial z.B. Sand oder Glas verwendet, welches eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweist. Dies vermeidet ein Abfließen der erzeugten Wärme an der Kavität. Der elektrische Widerstand kann lokal am verlorenen Kern variabel eingestellt werden, so dass verschiedene Temperaturprofile definiert werden können und der Kern an den Wärmebedarf des Bauteils angepasst werden kann. Über eine thermo-elektrische Simulation wird der optimale Schichtaufbau eines Kernes ermittelt. Dadurch wird ein homogenes Heizprofil ermöglicht, auch für sehr komplexe Hohlraumgestaltungen. Die Abkühlphase kann durch ein vorzeitiges Auswaschen des Kernes bei Temperaturen um 70°C zusätzlich beschleunigt werden. Der Abkühlprozess verläuft jedoch auch ohne eine aktive Kühlung signifikant schneller als bei der Verwendung metallischer Kerne, da die gespeicherte Energie sehr viel geringer ist. Nach dem Auslösen der verlorenen Kerne kann das Kernmaterial vom leitfähigen Graphitanteil durch Sedimentation getrennt und für die Wiederverwendung aufbereitet werden. Bild 1: wasserlöslicher Kern. Bild 2: Wärmebild Bild 3: Schema


Vorteile

  • variierbare elektrische Leistung, die ein reguliertes Aufheizprofil an der Kernoberfläche ermöglicht
  • Erzeugung der Wärme direkt am Bauteil
  • homogenes Heizprofil, auch für komplexe Hohlraumgestaltungen
  • schneller Abkühlprozess, da geringe gespeicherte Energie
  • keine thermische Ausdehnung bzw. Spannung im Kern
  • wenig Energieaufwand notwendig
  • verwendete Materialien sind wiederverwendbar und vollständig recycelbar
  • Herstellung nur eines Werkzeuges, welches geometrisch deutlich einfacher ist als die Kerne selber

weitere Vorteile:

  • Die lokale Anpassung des Wärmestromes und der mehrschichtige Aufbau des Kernes führt zu einer signifikanten Reduzierung der Aufheizphase, die geringere Wärmekapazität des Kernes verbraucht erheblich weniger Energie und die Herstellung der verlorenen Kerne ist einfach – im Resultat reduziert sich der gesamte Fertigungszyklus deutlich.
  • Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht eine gleichmäßige Temperierung der Kavität, was zu einer Verbesserung der Fertigungsqualität beiträgt.
  • Die verlorenen Kerne ersetzen die kostenintensiven metallischen Werkzeugkerne.
  • Die Möglichkeit komplexe Geometrien in einem integrierten Fertigungsprozess zu realisieren führt zu einem Alleinstellungsmerkmal für ein Unternehmen und damit zu Wettbewerbsvorteilen am Markt.

Anwendungsbereiche

Herstellung komplexer Hohlstrukturen aus Faserverbundwerkstoffen

Zielgruppe:

  • Hersteller verlorener Kerne als Zulieferer
  • Hersteller großer und/oder komplexer Hohlstrukturen aus Faserverbundwerkstoffen als Endanwender

InnoWi GmbH

Dipl.-Ing. Wolfgang Vogt
0421 96007-18
wolfgang.vogt@innowi.de
www.innowi.de
Adresse
Fahrenheitstraße 1
28359 Bremen



Entwicklungsstand

Funktionsnachweis


Patentsituation

  • DE 102010007270B3 erteilt
  • US 2013/0037995A1 anhängig

Stichworte

Faserverbundwerkstoffe, verlorene Kerne, Kernheizung

Angebot Anbieter-Website


Kontakt | Geschäftsstelle

TransferAllianz e. V.
Christiane Bach-Kaienburg
(Geschäftsstellenleiterin)

c/o PROvendis GmbH
Schloßstr. 11-15
D-45468 Mülheim an der Ruhr