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Die Erfindung betrifft ein Werkzeug zur Herstellung von Salzkernen für die Ausbildung von Hohlräumen beim Druckgießen von Metallen.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung von Salzkernen für die Ausbildung von Hohlräumen beim Druckgießen.
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Salzkerne für die Ausbildung von Hohlräumen beim Druckgießen von Metallen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Diese Salzkerne dienen dazu, die in einem Gussteil vorgesehenen Hohlräume beim Füllen der Gießform mit Metallschmelze freizuhalten. Hierzu müssen die Salzkerne eine ausreichende mechanische und thermische Stabilität aufweisen. Die Salzkerne werden später rückstandsfrei aus dem Gussteil ausgelöst, bspw. durch Auswaschen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine weitere Möglichkeit zur Herstellung von Salzkernen anzugeben, die wenigstens einen mit dem Stand der Technik einhergehenden Nachteil nicht oder zumindest nur in einem verminderten Umfang aufweist.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein erfindungsgemäßes Werkzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein erfindungsgemäßes Verfahren mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen ergeben sich analog für beide Erfindungsgegenstände sowohl aus den jeweils abhängigen Ansprüchen als auch aus den nachfolgenden Erläuterungen.
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Das erfindungsgemäße Werkzeug dient der Herstellung von druckgussgeeigneten Salzkernen durch kaltes Nasspressen eines Salz-Flüssigkeit-Gemischs. Das Werkzeug weist ein Gesenk und einen hierzu relativ beweglichen Pressstempel auf, die zwischen sich eine formgebende Kavität begrenzen, wobei die Kavität mit wenigstens einer Entlüftungsbohrung und/oder wenigstens einem Entlüftungsspalt ausgebildet ist, durch die hindurch bzw. durch den hindurch während des Pressvorgangs, d. h. beim Verdichten des in der Kavität befindlichen Salz-Flüssigkeit-Gemischs, ein beabsichtigtes Entweichen der Flüssigkeit aus dem Salz-Flüssigkeit-Gemisch ermöglicht wird.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, einen Salzkern durch Verdichten eines aufbereiteten Salz-Flüssigkeit-Gemischs herzustellen, was als Nasspressen bezeichnet werden kann.
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Erfindungsgemäß ist ferner vorgesehen, dass das Verdichten des zuvor in die Kavität eingebrachten Salz-Flüssigkeit-Gemischs bei Raumtemperatur erfolgt, was als kaltes Pressen bzw. Verdichten bezeichnet werden kann. Bei diesem Pressen bzw. Verdichten erfolgt die Formgebung des Salzkerns, wobei gleichzeitig ein Großteil der im Salz-Flüssigkeit-Gemisch enthaltenen Flüssigkeit ausgepresst wird.
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Bei dem Salz-Flüssigkeit-Gemisch handelt es sich insbesondere um eine breiige oder pastöse Mischung aus einem Salzwerkstoff (oder einem Salzgemisch) und einer Flüssigkeit (oder einem Flüssigkeitsgemisch). Der Flüssigkeitsanteil des Salz-Flüssigkeit-Gemischs liegt bevorzugt zwischen 5% und 40% (typischerweise Gew.-%). Das Verdichten des Salz-Flüssigkeit-Gemischs erfolgt in einer formgebenden Kavität des erfindungsgemäßen Werkzeugs (Formhohlraum) durch Betätigen des Pressstempels (und/oder gegebenenfalls auch des Gesenks). Zur Betätigung des Pressstempels ist das erfindungsgemäße Werkzeug in einer Presse oder einer Schließvorrichtung (oder dergleichen) eingebaut. Durch entsprechende Ausgestaltung der Kavität können mit einem erfindungsgemäßen Werkzeug auch mehrere Salzkerne gleichzeitig hergestellt werden.
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Um ein problemloses Entweichen der Flüssigkeit beim Nasspressen bzw. Verdichten des in der Kavität befindlichen Salz-Flüssigkeit-Gemischs gezielt zu ermöglichen ist die Kavität des erfindungsgemäßen Werkzeugs mit wenigstens einer Entlüftungsbohrung und/oder wenigstens einem Entlüftungsspalt ausgebildet. Eine Entlüftungsbohrung erstreckt sich durch die Kavitätswandung hindurch. Ein Spalt erstreckt sich zwischen wenigstens zwei die Kavität bildende Werkzeugkomponenten. Durch die gegebene Entlüftungsmöglichkeit wird ferner der beim Verdichten in der Kavität wirkende Innendruck reduziert. Eine Entlüftungsbohrung bzw. ein Entlüftungsspalt dient somit auch als Entlastungsbohrung bzw. Entlastungsspalt.
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Die Erfindung ermöglicht einen kalten Herstellungsprozess für druckgussgeeignete Salzkerne zur Ausbildung von Hohlräumen beim Druckgießen von Metallen und insbesondere beim Leichtmetalldruckgießen. Die kalte Herstellung ist unter anderem hinsichtlich der erforderlichen Gerätschaft und der aufgewendeten Energie gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Vorgehensweisen vorteilig. Die erfindungsgemäß hergestellten Salzkerne weisen sowohl eine gute Maßhaltigkeit als auch eine hohe mechanische und thermische Stabilität auf. Die Erfindung ist ferner für die Serienfertigung geeignet, da die Salzkerne in gleichbleibender Qualität (insbesondere hinsichtlich Maßhaltigkeit und Stabilität) in kurzer Zeit hergestellt werden können.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Werkzeugs sieht vor, dass das Gesenk von einer relativbeweglichen und ringartig ausgebildeten Matrize (nachfolgend als Matrizenring bezeichnet) umgeben ist, welche die Kavität in seitlicher Richtung (d. h. quer zur Bewegungsrichtung bzw. Bewegungsachse des Pressstempels) begrenzt. Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass zwischen dem Gesenk und dem Matrizenring und/oder zwischen dem Pressstempel und dem Matrizenring wenigstens ein Entlüftungsspalt ausgebildet ist. Ein solcher Entlüftungsspalt kann bspw. kanalartig ausgebildet sein. Hierbei können über den Umfang verteilt mehrere kanalartig ausgebildete Entlüftungsspalte vorgesehen sein, die bevorzugt in relevanten und/oder kritischen Bereichen angeordnet sind. Besonders bevorzugt ist jedoch ein umlaufender Entlüftungsspalt vorgesehen. Ein umlaufender Entlüftungsspalt kann mit nicht konstantem Spaltmaß ausgebildet sein, so dass dieser Entlüftungsspalt engere und breitere Abschnitte aufweist. Bevorzugter Weise ist der umlaufende Entlüftungsspalt jedoch mit einem im Wesentlichen konstanten Spaltmaß ausgebildet.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass ein Entlüftungsspalt eine Spaltbreite (quer zur Bewegungsrichtung bzw. -achse des Pressstempels) zwischen 0,01 mm und 1,00 mm und bevorzugt zwischen 0,03 mm und 0,12 mm aufweist. Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass der Entlüftungsspalt über eine Spalthöhe (in Bewegungsrichtung des Pressstempels) zwischen 1,00 mm und 10,00 mm und bevorzugt zwischen 2,50 mm und 5,00 mm mit einer konstanten Spaltbreite, insbesondere gemäß den zuvor genannten Größenangaben, ausgebildet ist (bezogen auf die Endstellung des Pressstempels).
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Das erfindungsgemäße Werkzeug kann mit wenigstens einer Entformungsschräge ausgebildet sein, wie nachfolgend noch näher erläutert.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von druckgussgeeigneten Salzkernen umfasst zumindest folgende Verfahrensschritte, wobei weitere nicht näher erläuterte Schritte und/oder Teilschritte vorgesehen sein können:
- – Bereitstellen eines erfindungsgemäßen Werkzeugs;
- – Einbringen bzw. Ablegen eines Salz-Flüssigkeit-Gemischs in die Kavität dieses Werkzeugs, wobei das Einbringen insbesondere mit einer exakten Dosierung erfolgt; und
- – Verdichten des Salz-Flüssigkeit-Gemischs durch Betätigen (d. h. kraftbeaufschlagtes Bewegen) des Pressstempels bei Raumtemperatur, wobei die im Salz-Flüssigkeit-Gemisch enthaltene Flüssigkeit durch die wenigstens eine Entlüftungsbohrung und/oder den wenigsten einen Entlüftungsspalt entweichen kann.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Werkzeug einen die Kavität seitlich begrenzenden Matrizenring aufweist (wie obenstehend erläutert), der zusammen (d. h. gleichzeitig und mit gleicher Bewegungsrichtung) mit dem Pressstempel in Pressrichtung bewegt wird, wodurch es an der Innenwandung des Matrizenrings zu einer Gleitbewegung gegenüber dem sich verdichtenden Salz-Flüssigkeit-Gemisch kommt. Diese Gleitbewegung begünstigt die Verdichtung des Salz-Flüssigkeit-Gemischs (anderenfalls wären zusätzlich die wirksamen Reibkräfte zu überwinden).
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Bei dem Salz-Flüssigkeit-Gemisch handelt es sich insbesondere um eine breiige oder pastöse Natriumchlorid-Wasser-Mischung. Die mittlere Korngröße der Natriumchlorid-Körner kann bei normalverteilt angenommener Korngrößenverteilung im Bereich von kleiner/gleich 2 μm bis größer/gleich 5 mm liegen. Wahlweise kann es sich um eine bimodale oder mulitmodale Mischung handeln, deren Größenverhältnis von 1:2 bis 1:30 (feines Pulver: grobes Pulver) und deren Mischungsverhältnis von 10:1 bis 1:200 (feines Pulver: grobes Pulver) betragen kann. Der Wasseranteil kann zwischen 5% und 40% liegen. Ein derartiges breiiges oder pastöses Salz-Flüssigkeit-Gemisch kann auch als nasse Salzpulvermischung bezeichnet werden. In bevorzugter und vorteilhafter Weise kommt das pastöse Salz-Flüssigkeit-Gemisch bzw. die Natriumchlorid-Wasser-Mischung ohne Zusatzstoffe bzw. Additive (wie bspw. Sinterhilfsmittel, Bindemittel, Füllstoffe, Katalysatoren oder dergleichen) aus. Gleichwohl können jedoch auch solche Zusatzstoffe vorgesehen sein, wie bspw. in der
DE 103 59 547 B3 oder
DE 10 2006 046 792 A1 beschrieben.
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Beim Entnehmen aus dem Werkzeug weist der fertig gepresste Salzkern typischerweise Endkontur auf. Der Salzkern kann nach dem Entnehmen aus dem Werkzeug an Luft, d. h. bei Raumtemperatur, oder in einer Ofeneinrichtung, bspw. bei ca. 100°C oder oberhalb 100°C, getrocknet werden, um eine eventuell enthaltene Restfeuchte zu beseitigen und durch vollständige Austrocknung optimale Eigenschaften für das Druckgießen zu erhalten. Das Trocknen in einer Ofeneinrichtung oder dergleichen ist aufgrund des zu erzielenden Effekts und der Prozessparameter (wie Temperatur, Druck und Zeit) nicht vergleichbar mit einer Wärmebehandlung zum Aktivieren eines Bindemittels oder zum Sintern. Das Trocknen kann direkt nach der Entnahme aus dem Werkzeug erfolgen. Bevorzugt ist jedoch vorgesehen, dass das Trocknen kurz vor und insbesondere direkt vor dem Druckgießen erfolgt.
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Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft und in nicht einschränkender Weise anhand der Figuren näher erläutert. Die in den Figuren gezeigten und/oder nachfolgend erläuterten Merkmale können, unabhängig von konkreten Merkmalskombinationen, allgemeine Merkmale der Erfindung sein.
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1 zeigt ein erfindungsgemäßes Werkzeug in einer schematischen Schnittdarstellung.
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2 zeigt in einer Detaildarstellung den oberen Entlüftungsspalt am Werkzeug der 1.
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1 zeigt schematisch und nicht maßstabsgetreu ein erfindungsgemäßes Werkzeug 100 zur Herstellung von druckgussgeeigneten Salzkernen 200. Das Werkzeug 100 ist in einer nicht gezeigten Presse oder Schließvorrichtung eingebaut.
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Das Werkzeug 100 umfasst ein Gesenk 110, das als feststehender Unterstempel ausgebildet ist, einen Pressstempel 120, der als beweglicher Oberstempel ausgebildet ist, und einen Matrizenring 130, der als bewegbare bzw. fliegende Matrize ausgebildet ist. Das Gesenk 110 und der Pressstempel 120 begrenzen zwischen sich eine formgebende Kavität K, wozu das Gesenk 110 und/oder der Pressstempel 120 mit formgebenden Abschnitten ausgebildet ist. In seitlicher Richtung (d. h. quer zur Bewegungsrichtung bzw. -achse L des Pressstempels 120) wird die Kavität K durch den Matrizenring 130 begrenzt.
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Das Werkzeug 100 weist einen oberen Entlüftungsspalt 140 und einen unteren Entlüftungsspalt 150 auf. Der obere Entlüftungsspalt 140 erstreckt sich zwischen der Außenumfangsfläche des Pressstempels 120 und der Innenwandung des Matrizenrings 130. Der untere Entlüftungsspalt 150 erstreckt sich zwischen der Außenumfangsfläche des Gesenks 110 und der Innenwandung des Matrizenrings 130. Die Entlüftungsspalte 140 und 150 sind umlaufend, insbesondere mit einem konstanten Spaltmaß, ausgebildet.
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Zur Herstellung eines Salzkerns 200 wird in die Kavität K des geöffneten Werkzeugs 100, bspw. durch einen Dosierprozess, eine exakte Menge eines vorbereiteten Salz-Flüssigkeit-Gemischs, wobei es sich insbesondere um eine breiige oder pastöse Natriumchlorid-Wasser-Mischung handelt, eingebracht. Nachfolgend wird das in der Kavität K befindliche Salz-Flüssigkeit-Gemisch in einem Pressvorgang durch Betätigen des Pressstempels 120 bei Raumtemperatur verdichtet.
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Die hierbei über den Pressstempel 120 aufgebrachte Kraft und Kraftrichtung (die der Bewegungsrichtung des Pressstempels 120 entspricht) ist mit dem Pfeil F veranschaulicht. Die Bewegungsachse ist mit L bezeichnet. Die Kraft F wird durch einen Stellantrieb der Presse bzw. Schließvorrichtung erzeugt. Der Pressstempel 120 greift hierzu in den Matrizenring 130 ein, wie in 1 gezeigt. Die im Salz-Flüssigkeit-Gemisch enthaltene Flüssigkeit wird beim Verdichten ausgetrieben, insbesondere gasförmig durch Überschreiten eines kritischen Drucks, und kann durch die Entlüftungsspalte 140 und 150 entweichen, was durch Bogenpfeile veranschaulicht ist.
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Beim Verdichten bzw. Verpressen des Salz-Flüssigkeit-Gemischs wird der Matrizenring 130 entlang der Bewegungsachse L nach unten bewegt, was durch die Bewegungspfeile M veranschaulicht ist. Hierbei kommt es an der Innenwandung des Matrizenrings 130 zu einer Gleitbewegung gegenüber dem sich verdichtenden Salz-Flüssigkeit-Gemisch. Diese Gleitbewegung verhindert ein Anhaften und begünstigt die Verdichtung des Salz-Flüssigkeit-Gemischs (anderenfalls wären zusätzlich die wirksamen Reibkräfte zu überwinden). Die Bewegung des Matrizenrings 130 kann synchron oder asynchron zur Bewegung des Pressstempels 120 erfolgen. Zur Betätigung des Matrizenrings 130 kann die Presse bzw. Schließvorrichtung mit einem separaten Stellantrieb ausgebildet sein. Die Betätigung des Matrizenrings kann von oben oder von unten erfolgen.
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2 zeigt in einer Detaildarstellung den oberen Entlüftungsspalt 140, wobei sich der Pressstempel 120 in Endstellung (UT) befindet. Der Entlüftungsspalt 140 weist eine Spaltbreite b (quer zur Bewegungsachse L des Pressstempels 120) zwischen 0,01 mm und 1,00 mm, bevorzugt zwischen 0,03 mm und 0,12 mm, und eine Spalthöhe h (parallel zur Bewegungsachse L des Pressstempels 120) zwischen 1,00 mm und 10,00 mm, bevorzugt zwischen 2,50 mm und 5,00 mm, auf. Die Spaltbreite b ist über die Spalthöhe h konstant. Der obere Entlüftungsspalt 140 ist somit exakt definiert, d. h. maßlich genau bestimmt. Der untere Entlüftungsspalt 150 kann, bezogen auf die Endstellung des Matrizenrings 130, die selben Spaltmaße aufweisen, wodurch auch dieser maßlich genau bestimmt ist. Die Entlüftungsspalte 140 und 150 sind insbesondere so gestaltet, dass zwar Flüssigkeit entweichen, jedoch ein Hindurchpressen von Salz-Flüssigkeit-Gemisch verhindert wird.
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Nach dem Verdichten bzw. Verpressen des in der Kavität K befindlichen Salz-Flüssigkeit-Gemischs kann das Werkzeug 100 durch Anheben des Pressstempels 120 und durch Absenken (oder gegebenenfalls auch Anheben) des Matrizenrings 130 geöffnet werden. Um das Absenken des Matrizenrings 130 zu vereinfachen und eine Beschädigung des hergestellten Salzkerns 200 zu vermeiden, kann dessen Innenwandung mit wenigstens einer Entformungsschräge 131 ausgebildet sein, wie in 2 veranschaulicht. Der Winkel c der Entformungsschräge 131 (bezogen auf die Bewegungsachse L) kann bis 2° betragen und liegt bevorzugt im Bereich zwischen 0,5° und 1,0°.
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Nach Entnehmen des Endkontur aufweisenden Salzkerns 200 kann dieser bei Raumtemperatur oder in einer Ofeneinrichtung nachtrocknen, um die enthaltene Restfeuchte zu beseitigen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10359547 B3 [0004, 0018]
- DE 102006046792 A1 [0004, 0018]
- DE 102009015984 A1 [0004]