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Dokumentenidentifikation DE10025014C2 24.07.2003
Titel Vorrichtung zur Herstellung von Leichtmetallgußerzeugnissen, insbesondere von Teilen aus Magnesium bzw. Magnesiumlegierungen
Anmelder Kern GmbH Leichtmetall-Gießtechnik, 04347 Leipzig, DE
Erfinder Kern, Bernhard, 04315 Leipzig, DE
DE-Anmeldedatum 22.05.2000
DE-Aktenzeichen 10025014
Offenlegungstag 10.01.2002
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 24.07.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 24.07.2003
IPC-Hauptklasse B22D 18/00
IPC-Nebenklasse B22D 27/04   B22D 21/04   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Leichtmetallgußteilen, insbesondere zur Herstellung von Leichtmetallteilen aus Magnesium bzw. Magnesiumlegierungen. Bekannt ist nach der DE 44 31 865 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Druckgußteilen mit denen insbesondere Druckgußteile aus Magnesiumlegierungen hergestellt werden können. Dazu wird das flüssige Metall zunächst in eine Dosierkammer geleitet, in die ein unter Druck stehendes Gas geleitet wird. Anschließend wird das flüssige Metall mittels des Druckgases in ein Formnest gepreßt, das zuvor evakuiert worden ist. Nachteilig an diesem Verfahren und der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist, dass die pneumatischen Druckverhältnisse für eine Herstellung von Prototypen bis zur Größenordnung einer Serie nicht geeignet sind. Bei der Vorrichtung sind praktikable Temperaturverhältnisse zwischen dem Werkzeug und dem Schmelztiegel nicht gegeben. Die erforderlichen Temperaturdifferenzen zwischen dem Schmelztiegel und dem Angußbereich sind zu hoch und dadurch nur mit erheblichen technischen Aufwand realisierbar. Insbesondere treten Überhitzungen der Dichtelemente auf. Der in der o. g. DE 44 31 865 A1 beschriebene offene Behälter ist für eine Herstellung von Leichtmetallteilen über die Herstellungsbreite vom Prototyp bis zur Größenordnung einer Serie nicht anwendbar, da sich eine Schutzgashülle, insbesondere bei der Anwendung von Argon nicht ausbilden kann. Die für eine Serienfertigung erforderliche Nachdosierung von flüssigem Metall ist bei der o. g. Lösung ebenfalls nicht möglich. Durch die in der DE 44 31 865 A1 zur Anwendung kommenden im Schmelztiegel integrierten Heizelementen wie beispielsweise Heizpatronen ist die erforderliche Erstarrung der Metallschmelze nicht möglich. Mit der Lösung nach der US 4 580 617 wird zur Temperatursteuerung der Schmelze eine Beheizung im Angußbereich beschrieben, derart, dass eine Aufheizung im unteren Teil der Schmelzeinrichtung und eine Erstarrung von der Werkzeugseite her erfolgt, da dort keine Beheizung mehr stattfindet. Nachteilig an diesem Heizsystem ist jedoch die fehlende einfache technische Lösung für die praktikable Herstellung des Zustände der flüssigen Schmelze und der Erstarrung des Leichtmetalles während der Produktion der Leichtmetallteile. Nach der US 5 358 027 A ist eine mit Vakuum arbeitende Einrichtung bekannt geworden, bei der das Schmelzsystem beheizt wird. Die Beheizung erfolgt bei dieser Einrichtung über den Angußbereich hinaus und erfordert dadurch für die Schaffung o. g. Herstellungsbedingungen einen hohen technischen Aufwand. Weiterhin ist nach der DE 44 03 285 A1 ein Dosierofen mit einer Schleusenkammer bekannt, der für den Anschluß an Druckgießmaschinen dient. Es handelt sich hierbei um ein nach außen hin druckdicht geschlossenem System, bei dem die Erstarrung von der Werkzeugseite aus erfolgt, jedoch stellt sie nur eine Zubehörgruppe für eine Vorrichtung zur Herstellung von Leichtmetallgußerzeugnissen dar. Eine Heizeinrichtung im unteren Teil des Schmelzgefäßes ist nicht vorgesehen. Ebenso ist nach der EP 0 061 703 B1 eine Gusseinrichtung für Leichtmetalle beschrieben, die ein nach außen hin geschlossenes System aufweist. Auch ist bei diesem System ist keine Heizeinrichtung im unteren Teil des Schmelzgefäßes vorgesehen. Beide zuletzt genannten Lösungen weisen eine Drucksteuereinrichtung auf. Sie erfordern einen hohen technischen Aufwand und schaffen keine auf einfachere Weise herstellbare Produktionsmittel. Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb in der Schaffung einer derartigen Vorrichtung, die eine praktikable, funktionsfähige Herstellung von Leichtmetallgußteilen gestattet und einen geringeren technischen Aufwand erfordert.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 beschriebenen technischen Merkmale der Vorrichtung. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden durch die in den Patentansprüchen 2 bis 7 beschriebenen technische Merkmale wiedergegeben. Mittels der Vorrichtung wird durch die Anordnung einer Heizeinrichtung in einem sich verjüngenden Ausgussbereich erfolgt die Erstarrung bis genau zu dem das flüssige Leichtmetall steuernde Ventil und gewährleistet oberhalb des Grundkörpers, dass die Schmelze flüssig bleibt.

Nachfolgend soll das erfindungsgemäße Verfahren und die zur Durchführung des Verfahrens dienende Vorrichtung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 die schematische Darstellung des Gesamtsystemes,

Fig. 2 die schematische Anordnung einer Gießretorte als eine erste Variante innerhalb der Gießbaugruppe und

Fig. 3 die schematische Darstellung einer zweiten Variante der Ausbildung der Gießform und des Differenzdrucksystemes der Vorrichtung.

In der Fig. 1 ist die schematische Darstellung des Gesamtsystemes dargestellt. Es zeigt den prinzipiellen Aufbau des nach außen druckdicht geschlossenen Systemes zur Herstellung von Leichtmetallgußteilen. Das für die Herstellung der Leichtmetallgußteile dienende Metall wie beispielsweise Magnesium oder Magnesiumlegierungen wird in der erfindungsgemäßen Gießretorte 1 mittels der Heizung 2 bis auf ca. 630°C aufgeheizt. Die Form der Gießretorte 1 ist zum Angußsystem 4 hin verjüngend ausgebildet. Im unteren Bereich zum Angußsystem 4 hin ist die Heizung 2 um die Gießretorte 1 angeordnet. Die Form der Gießretorte 1 und die Anordnung der Heizung 2 in deren unterem Bereich ermöglicht die Herstellung der erforderlichen Temperaturverhältnisse für den Schmelz- und Angußprozeß. Durch die konische Ausbildung der Gießretorte 1 und ihrer Anordnung auf einem Grundkörper 5 wird der erforderliche Abstand und die Ableitung der Wärmeenergie für die Erstarrung des Materiales realisiert. Als Heizung 2 können Widerstands-, Infrarot- oder Induktionsheizungen zur Anwendung kommen. Die sich verjüngende Ausbildung der Gießretorte 1 ist auf dem Grundträger 5 aufgebracht. Die Austrittsöffnung der Gießretorte 1 liegt dabei deckungsgleich über einer Öffnung im Grundträger 5 und wird durch eine Ventileinheit 3 verschlossen. Unterhalb des Grundträgers 5 ist die in der Höhe und waagerechter Ebene verfahrbare Gießform 19 angeordnet, die mit einer Evakuierungsanlage 20 verbunden ist. Nach der Evakuierung wird die Ventileinheit 3 durch die Ventilsteuerung 12 über das mechanische Verbindungsglied 13 von der Öffnung entfernt und der Zufluß des flüssigen Metalles in das Formnest der Gießform 19 freigegeben. Die Zuleitung des flüssigen Metalles, insbesondere für die Nachdosierung bei der Herstellung serienmäßiger Leichtmetallgußprodukte zur Gießretorte 1 erfolgt über die Metallzuleitung 18 aus dem Vorschmelzofen 16. Mittels des Rückschlagventiles 17 werden Rückflüsse von flüssigem Metall sowie Druckausgleiche vermieden. Das Rückschlagventil 17 kann dabei in Verbindung mit der Metallzuleitung 18 innerhalb des Vorschmelzofens 16 oder in Verbindung mit der Metallzuleitung 18 innerhalb der Gießretorte 1 angeordnet werden. Die Anordnung des Rückschlagventiles 17 innerhalb der Gießretorte 1 bringt den Vorteil der Druckfreiheit in der Metallzuleitung 18. Die Schutzgaszuführung erfolgt innerhalb des geschlossenen Systemes über die Schutzgasleitung 8 mittels des Druckübersetzers 9. Der Druckübersetzer 9 führt Schutzgas zu und zieht es nach erfolgtem Herstellungsvorgang zurück. An der Schutzgasleitung 8 ist eine Regeleinheit angeordnet, die für einen konstanten Druck sorgt. Eventuell auftretende Druckverluste durch Gasverluste an undichten Stellen werden durch die Schutzgasnachdosierung 10, beispielsweise einer Schutzgasflasche, ausgeglichen. Die Ventilsteuerung 12 ist als pneumatische oder hydraulische Steuerung ausgebildet. Über die Ventilarretierung 14 wird eine "schlagartige" (kurzzeitige) Öffnung der Ventileinheit 3 bewirkt und dadurch eine Porenbildung im Material des Leichtmetallgußkörpers verhindert.

Bei der in der Fig. 2 dargestellten schematischen Anordnung wird eine erste Variante der Ausbildung der Gießbaugruppe dargestellt. Bei der als Gießretorte 1 ausgebildete Schmelzeinrichtung ist um den unteren sich verjüngenden Teil die Heizung 2 angeordnet. Die Ventileinheit 3 verschließt die Öffnung am auslaufenden Teil der Gießretorte 1 zur Gießform 19 hin. Nach erfolgter Evakuierung mittels der Evakuierungsanlage 20 wird über die Ventilsteuerung 12 und der Ventilarretierung 14 die kurzzeitige Öffnung der Ventileinheit 3 bewirkt. Dadurch fließt das flüssige Metall in die Gießform 19. Bei der Aufbereitung der Metallmenge für jedes zu giessende Teil ist durch Mengenverluste in der Gießretorte 1 ein mehrfaches der Metallmenge des Teiles erforderlich. Nach der Zuführung des flüssigen Metalles in das Angußsystem 4 erfolgt der Erstarrungsprozeß über die Abführung der Wärmeenergie durch den Grundträgers 5 und der automatischen Wegführung der Gießform 19 vom Angußsystem 4. Die Gießretorte 1 ist innerhalb der Gießbaugruppe von einer Wärmeisolierung 6 umgeben. Mittels des Temperaturfühlers 7 wird die vorhandene Schmelztemperatur erfaßt und ein entsprechendes Signal an die Ventilsteuerung 12 geleitet.

Mit der Abbildung nach der Fig. 3 wird ein zweite Variante der Ausbildung der Gießform und des Differenzdrucksystemes der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt.

Bei dieser Variante weist die Gießretorte 1 eine zylindrische Form auf, bei der um den unteren zylindrischen Teil die Heizung 2 angeordnet ist. Die erforderliche Wärmedifferenz für den Erstarrungsprozeß zwischen dem Angußsystem 4 und der Gießform 19 wird durch die Wärmeisolierung 6 und der Wegführung der Gießform 19 nach der Zuführung des flüssigen Metalles bewirkt. Die Zuführung des Schutzgases erfolgt bei dieser Variante mit einem Differenzdrucksystem, das aus einem an sich bekannten Blasenspeicher 21 und einem die Zu- und Abführung des Schutzgases bewirkenden Pumpensystemes 22 besteht. Bezugszeichen 1 Gießretorte

2 Heizung

3 Ventileinheit

4 Angußsystem

5 Grundträger

6 Wärmeisolierung

7 Temperaturfühler

8 Schutzgasleitung

9 Druckübersetzer

10 Schutzgasnachdosierung

11 Schleuseneinrichtung

12 Ventilsteuerung

13 Verbindungsglied

14 Ventilarretierung

15 Ventildichtung

16 Vorschmelzofen

17 Rückschlagventil

18 Metallzuleitung

19 Gießform

20 Evakuierungsanlage

21 Blasenspeicher

22 Pumpensystem


Anspruch[de]
  1. 1. Vorrichtung zur Herstellung von Leichtmetallgußteilen, insbesondere von Leichtmetallteilen aus Magnesium bzw. Magnesiumlegierungen, mit einer eine Heizeinrichtung aufweisende Schmelzeinrichtung und einem nach außen hin druckdichten System, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Behälter der Schmelzeinrichtung eine nach außen hin druckdicht eingebrachte Metallzuleitung (18) angeordnet ist, die mit einem Vorschmelzofen über ein Rückschlagventil verbunden ist, dass der Behälter der Schmelzeinrichtung mit einem Differenzdrucksystem verbunden ist, dass in dem sich verjüngenden Angussbereich eine Heizeinrichtung (2) angeordnet ist und dass zudem in dem Behälter der Schmelzeinrichtung eine Schleuseneinrichtung (11) nach außen hin druckdicht eingebracht ist.
  2. 2. Vorrichtung zur Herstellung von Leichtmetallgußteilen nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Schmelzeinrichtung und der Werkzeugeinrichtung eine wärmeisolierende Schicht (6) angeordnet ist.
  3. 3. Vorrichtung zur Herstellung von Leichtmetallgußteilen nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Differenzdrucksystem aus einer dem Druckübersetzer (9) nachgeordneten, die auftretenden Druckverluste ausgleichenden Schutzgasnachdosierung (10) besteht.
  4. 4. Vorrichtung zur Herstellung von Leichtmetallgußteilen nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Differenzdrucksystem aus einem Blasenspeicher (21) oder einem diesen zugeordneten Pumpensystem (22) besteht.
  5. 5. Vorrichtung zur Herstellung von Leichtmetallgußteilen nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass einer sich in Richtung Angußsystem (4) verjüngenden Gießretorte (1) eine druckdicht in die Gießretorte (1) eingebrachte Metallzuleitung (18) angeordnet ist, die aus einem Vorschmelzofen (16) über ein Rückschlagventil (17) flüssiges Metall zuführt, dass die Gießretorte (1) mit einem Druckübersetzer (9) und der Druckübersetzer (9) mit einer die auftretenden Druckverluste ausgleichenden Schutzgasnachdosierung (10) verbunden ist, dass zudem in die Gießretorte (1) eine Schleuseneinrichtung (11) druckdicht eingebracht ist, über die eine Zuführung von festem Leichtmetall erfolgt und dass einer die Zuführung des flüssigen Metalles steuernde Ventilsteuerung (12) eine die Zuführung in sehr kurzer Zeit ausführende Ventilarretierung (14) zugeordnet ist.
  6. 6. Vorrichtung zur Herstellung von Leichtmetallgußteilen nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilsteuerung über ein pneumatisches und/oder hydraulisches System erfolgt, das mit einer hydraulisch und/oder pneumatisch oder elektromechanisch betätigbaren Ventilarretierung (14) verbunden ist.
  7. 7. Vorrichtung zur Herstellung von Leichtmetallgußteilen nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlagventil (17) innerhalb des Behälters der Schmelzeinrichtung angeordnet ist.






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