DE10122336A1

DE10122336A1 - Rheo-Thixocasting

Info

Publication number: DE10122336A1
Application number: DE2001122336
Authority: DE
Inventors: Joachim Beyer; Friedrich Stummer
Original assignee: Mueller Weingarten AG
Current assignee: Mueller Weingarten AG
Priority date: 2001-05-08
Filing date: 2001-05-08
Publication date: 2002-11-21

Abstract

Qualitativ gute Druckgußteile sind bei der Verarbeitung einer thixotropen Schmelze in Druckgießverfahren erzielbar. Eine bedeutende Aufgabe ist hierbei die Aufbereitung der Schmelze zur Erzielung einer optimalen Zusammensetzung der Fest-/Flüssiganteile. Die Erfindung schlägt hierzu eine Vorrichtung vor, die außerhalb der Maschine angeordnet ist und die Einrichtungen enthält zur Erreichung einer thixotropen Schmelze. Mit der Schmelze selber kommt nur ein geometrisch einfacher Behälter, der widerstandsfähig gegen den Schmelzeangriff ausgeführt ist, in Berührung. Bei einem einfachen Prozeßablauf und kostengünstigem Aufbau ist eine hohe Fertigungssicherheit gewährleistet.

Description

Die Erfindung betrifft die thixotrope Verarbeitung von Schmelzen im Druckguß und insbesondere die Schmelzebehandlung und deren Handhabung bis zur Dosierung in der Gießkammer.

Durch die vorgeschlagene Erfindung gelingt es mit geringem Apparate-, Meß- und Regelaufwand eine hohe Prozeßsicherheit bei der thixotropen Aufbereitung und Zuführung der Schmelze zur Druckgußmaschine zu erreichen.

Stand der Technik

Vielfältige physikalische Vorteile ergeben sich für eine Verbesserung der Teilequalität durch eine thixotrope Verarbeitung der Schmelze beim Druckgießen. Zu dem als Thixocasting bezeichnetem Verfahren sind eine Vielzahl von Veröffentlichungen bekannt. Insbesondere ist ein Schwerpunkt von Untersuchungen die Fest-/Flüssiganteile des Werkstoffes zwischen der Solidus- und der Liquiduslinle. Für die jeweiligen Stoffsysteme findet die Darstellung der Umwandlungslinien in Abhängigkeit von der Temperatur in Zustandsschaubildern statt.

Aus diesen Zustandsschaubildern ist erkennbar, dass das Thixocasting-Verfahren in einem sehr engen Temperaturbereich ablaufen muß. Zur Erreichung der Fertigungssicherheit ist eine große Genauigkeit in der Prozeßführung erforderlich. Diese Genauigkeit erfordert einen hohen Aufwand an Geräten und der thermischen Regelung. Die bekannten Untersuchungen beziehen sich im wesentlichen auf den Zustand des Werkstoffes in der Gießkammer und auf den Vorgang der Formfüllung. Wenig bekannt ist die thixotrope Aufbereitung und Bereitstellung der Schmelze vor der Einfüllung bzw. Dosierung in die Gießkammer.

In der EP 10 04 374 A1 werden ausführlich die komplexen Vorgänge zur Erreichung einer Schmelze mit gleichmäßiger Verteilung von kleinen Partikeln aus festen Stoffen, einer sog. Suspension, dargestellt. Insbesondere wird auch die Temperaturführung und das "Rühren" der Schmelze zur Erzielung einer feinen Verteilung der Partikel beschrieben.

Es wurde die Aufgabe gestellt, dass ein vorgegebenes Schmelzevolumen bis zu einem halberstarrten Zustand aufbereitet wird, damit es schon als metallische Suspension mit einer gleichmäßigen Verteilung von festen Phasen in die Gießkammer eingefüllt wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird die Verwendung von zwei Gießgarnituren vorgeschlagen. Eine Gießgarnitur, bestehend aus einer Bearbeitungskammer mit Dosierkolben, dient zur Schmelzevordosierung mit anschließender thixotroper Aufbereitung, während die zweite Gießgarnitur, bestehend aus Gießkammer und Gießkolben, nach weiterer Schmelzebehandlung diese im halbstarren Zustand in die Form eingepreßt. Der Bearbeitungskammer vorgelagert ist ein Schmelzebehälter mit einer Stopfenstange. Nach erfolgter Anhebung der Stopfenstange entsteht eine Öffnung durch welche die Schmelze dosiert ausfließt. Über einen Gießgang gelangt die Schmelze in die Bearbeitungskammer. Nach erfolgter Aufbereitung zu einer Suspension wird die Schmelze durch den Dosierkolben in die Gießkammer verschoben.

Der gesamte Vorgang läuft in einer Art geschlossenem System ab. Nicht nur der apparative Aufwand ist durch die Verwendung von 2 Gießgarnituren sehr hoch, sondern auch die Regelung von Dosier- und Gießkolben die jeweils, laut der Beschreibung, während einem Dosier- und Formfüllvorgang in 3 Positionen gefahren werden. Zusätzlich aufwendig ist, dass bei dem vorgeschlagenen Verfahrensablauf drei komplette Spulensysteme erforderlich sind. Die Spulensysteme bauen jeweils ein elektromechanisches Feld auf, das auf die Schmelze wie eine Rühreinrichtung einwirkt. Weiterhin scheint auch der gesamte Schmelzedurchlauf, einschließlich dessen Aufbereitung, zeitaufwendig, was zu einer entsprechend geringen Teileausbringung pro Zeiteinheit führt.

Aufgabe und Vorteil der Erfindung

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, ein vereinfachtes System zur Erzielung einer thixotropen Schmelze einschließlich deren Einbringung in die Gießkammer vorzuschlagen, welches bei geringem Regelaufwand eine hohe Teileausbringung bei guter Fertigungssicherheit gewährleistet.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einer thixotropen Schmelzeaufbereitung nach dem Oberbegriff des Anspruch 1, durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruch 1 gelöst.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde das gewünschte Schmelzevolumen aus einer Dosiervorrichtung in einen Behälter zu dosieren der anschließend in eine Vorrichtung geführt wird. In der Vorrichtung wird die Schmelze so aufbereitet, dass sich das gewünschte Fest-/Flüssigkeitsverhältnis bei globularer Kornstruktur einstellt.

In der Praxis hat sich dabei ein Fest-/Flüssigkeitsverhältnis von 30/70 bis 70/30 als günstig erwiesen. Während die Dosiervorrichtung der Schmelzebehälter und das zum Transport verwendete Handhabungsgerät handelsübliche Einrichtungen sind, ist lediglich die erwähnte Vorrichtung eine Sondereinrichtung.

Diese Vorrichtung enthält alle zur Erzeugung einer thixotropen Schmelze erforderlichen Einrichtungen wie:

- Induktionsspule, als Rühreinrichtung für die Schmelze.
- Temperiereinrichtung, zur Einregelung der Temperatur bei der sich das gewünschte Fest-/Flüssigkeitsverhältnis einstellt.
- Thermoelement, als Signalgeber für die Temperiereinrichtung.
- Zuführung für keimbildende Materie, zur Unterstützung der Keimbildung in feinkörniger globaler Ausbildung.
- Schutzgaseinleitung, zur Verhinderung der Oxidation der Schmelze.

Wesentliche Vorteile der vorgeschlagenen Erfindung sind dabei:

- Mit Schmelze kommt nur ein geometrisch einfacher Behälter, der widerstandsfähig gegen Schmelzeangriff ausgeführt ist, in Berührung.
- Die Dosierung in den Behälter erfolgt ventillos, Steig- oder Fallrohre entfallen.
- Der Temperierungs- und Thixotropisierungsaufwand ist minimiert, dabei ist jedoch ein fertigungssicherer Produktionsablauf gewährleistet.
- Es ist nur ein geringer Regelaufwand erforderlich.
- Der Dosierungsvorgang läuft ventillos ab.
- Durch den Einsatz mehrerer Behälter und Vorrichtungen wird die gleiche Ausbringung wie beim der herkömmlichem Druckgußproduktion erzielt, bzw. durch die Reduzierung der Erstarrungszeit der thixotropen Schmelze kann die Ausbringung sogar höher liegen.
- Der einfache Aufbau ermöglicht eine problemlose Nachrüstung vorhandener Druckgußmaschinen.

Der eigentliche Funktionsablauf ist wie folgt:
Die Dosierung der dem Gußteil entsprechenden Schmelzemenge, die eine über der Liquiduslinie liegenden Temperatur hat, in einen Behälter erfolgt über eine übliche Dosiereinrichtung. Der Behälter wird von einem Handhabungsgerät in eine Vorrichtung geführt und gehalten. In der Vorrichtung ist eine Induktionsspule zum Rühren der Schmelze und eine Temperiereinrichtung durch welche die Schmelze auf eine vorgegebene Temperatur eingeregelt wird. Bei der vorgegebenen Temperatur stellt sich das gewünschte Fest-/Flüssigverhältnis bei globularer Kornstruktur ein. Diese Temperatur kann in einem Vorversuch ermittelt werden. Unterstützend kann zur Keimbildung eine keimbildende Materie zugeführt werden. Über ein Thermoelement wird die Schmelzetemperatur gemessen. Bei Erreichung der gewünschten Temperatur führt das Handhabungsgerät den Behälter aus der Vorrichtung über die Öffnung der Gießkammer einer Druckgießmaschine und leert die im Behälter befindliche, über Keimbildung, induktives Rühren und Kühlen/Heizen sachgerecht konditionierte Schmelze in die Gießkammer. Anschließend erfolgt der Druckgießvorgang.

Weitere Einzelheiten und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels für eine Kaltkammer-Druckgußmaschine.

Die Figur zeigt eine vereinfachte, schematische Darstellung des vorgeschlagenen Verfahrens.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In chronologischer Reihenfolge entsprechend den Pfeilen A, B ergibt sich folgender Ablauf:
Aus einer Dosiereinrichtung 1 wird eine dem zu gießenden Teil entsprechende Schmelzemenge 2 in ein Gefäß 3 dosiert. Mittel eines Handhabungsgerätes 4 wird das Gefäß 3 in die Vorrichtung 5 geführt und gehalten. In der Vorrichtung 5 befindet sich Induktionsspule 6 und Temperiergerät 7. Thermoelement 8 mißt die Schmelzetemperatur. Zuführung 9 dient zur Einbringung der keimbildenden Materie. Über Leitungen 10, 11 kann Schutzgas auf die Schmelze 2 oder in die Gießkammer 12 geleitet werden. Nach Erreichung der vorgegebenen Temperatur, mit dem optimalen Wert zur Erreichung des gewünschten Fest-/Flüssigkeitsverhältnis, wird der Behälter 3 mit Schmelze 2 durch Handhabungseinrichtung 4 zur Gießkammer 12 der Druckgießmaschine 13 transportiert. Die Schmelze 2 wird durch die Einfüllöffnung 14 in die Gießkammer 12 entleert und durch Gießkolben 15 in bekannter Weise in den Formhohlraum 16 eingebracht.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen und dargestellten Ausführungen beschränkt. Sie umfaßt auch alle fachmännischen Ausgestaltungen im Rahmen des geltenden Anspruch 1. So kann z. B. das Thermoelement 8 auch durch ein einstellbares Zeitglied ersetzt werden.

Claims

1. Schmelzedosierungs- und Schmelzebehandlungseinrichtung zur Erzeugung einer thixotropen Schmelze für eine Verarbeitung insbesondere in Kaltkammer-Druckgießmaschinen (13) mit einer Dosiereinrichtung (1) und einer Gießkammer (12) mit Schmelze- Einfüllöffnung (14), dadurch gekennzeichnet, dass die Dosierung der Schmelze (2) aus einer Dosiereinrichtung (1) in ein Gefäß (3) erfolgt und dieses Gefäß (3) in eine Vorrichtung (5) geführt und gehalten wird, wobei diese Vorrichtung (5) mit derartigen Mitteln (6, 7, 8) versehen ist, dass eine Schmelze mit thixotropen Eigenschaften erzielbar und diese über Einfüllöffnung (14) in Gießkammer (12) dosierbar ist.

2. Schmelzedosierungs- und Schmelzebehandlungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Vorrichtung (5) eine Induktionsspule (6) und/oder ein Temperiergerät (7) angeordnet ist.

3. Schmelzedosierungs- und Schmelzebehandlungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer thixotropen Aufbereitung der Schmelze (2) in Vorrichtung (5) zur Temperaturanzeige oder Temperaturregelung ein Thermoelement (8) oder ein Zeitglied vorgesehen ist.

4. Schmelzedosierungs- und Schmelzebehandlungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Handhabungsgerät (4) zum halten und bewegen von Gefäß (3) einsetzbar ist.

5. Schmelzedosierungs- und Schmelzebehandlungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass keimbildende Materie in Gefäß (3) über Zuführung (9) einbringbar ist.

6. Schmelzedosierungs- und Schmelzebehandlungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Schutzgas über Leitungen (10, 11) in Behälter (3) und/oder Einfüllöffnung (14) auf Schmelze (2) einwirken kann.

7. Schmelzedosierungs- und Schmelzebehandlungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als ein Gefäß (3) und/oder Vorrichtung (5) für eine Kaltkammer-Druckgießmaschine einsetzbar ist.