DE10236794A1

DE10236794A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Gießen von metallischen Materialien

Info

Publication number: DE10236794A1
Application number: DE10236794A
Authority: DE
Inventors: Mark Dipl.-Ing. Hartmann; Andreas Dipl.-Ing. Lohmüller; Sabine Dr.-Ing. Pahlke; Bernd Dipl.-Ing. Tröger
Original assignee: Demag Ergotech GmbH
Current assignee: Sumitomo SHI Demag Plastics Machinery GmbH
Priority date: 2002-08-10
Filing date: 2002-08-10
Publication date: 2004-02-26
Also published as: US20040079509A1; US7152658B2

Abstract

Um ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Gießen von metallischen Materialien, welche sich in einem halbfesten Zustand befinden, so weiterzubilden, dass bei verlässlich funktionierendem Aufbereitungsaggregat kontinuierlich gearbeitet werden kann, wird vorgeschlagen, dass ein festes metallisches Material in einem ersten Behälter mittels einer induktiven Heizvorrichtung auf eine Temperatur oberhalb Solidus erwärmt wird, dass das so aufbereitete metallische Material einem Vorratsbehälter zugeführt und von dort in eine Einspritzeinheit eingespeist und von dieser in ein Gießwerkzeug eingespritzt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Gießen von metallischen Materialien, wie dies im Stand der Technik in einer Reihe von unterschiedlichen Ausprägungen bekannt ist. Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Gießen von metallischen Materialien, welche sich in einem halbfesten Zustand befinden.

Die Verwendung von halbfesten metallischen Materialien zum Spritzgießen wurde beispielsweise in dem US Patent 4,694,882 beschrieben, wobei dort ein Extruder zur Aufbereitung des metallischen Materials in halbfester (semi-solid) Form empfohlen wurde. Das dort beschriebene Verfahren hat eine Reihe von Nachteilen, die insbesondere mit dem Aufbereitungsaggregat zusammenhängen, einem Extruder mit einer Schubschnecke.

Einen anderen Ansatz verfolgt die WO 00/41831, gemäß der halbfestes metallisches Material nach dem sogenannten Warmkammergießverfahren verarbeitet wird.

Dort wird eine typische Warmkammer verwendet, um das feste metallische Material in den halbfesten Zustand überzuführen, und in dieser Warmkammer ist eine Einspritzeinheit eingetaucht, welche nach dem sogenannten Sumpfpumpen prinzip arbeitet und dadurch gleichzeitig die Temperierung über das umgebende aufgeheizte metallische Material erfährt. Diese Vorrichtung lässt allerdings nur einen chargenweisen und keinen kontinuierlichen Betrieb zu.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das eingangs genannte Verfahren so weiter zu bilden, dass bei verlässlich funktionierendem Aufbereitungsaggregat kontinuierlich gearbeitet werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zum Gießen von metallischen Materialien endungsgemäß dadurch gelöst, dass ein festes metallisches Ausgangsmaterial in einem ersten Behälter mittels einer induktiven Heizvorrichtung auf eine Temperatur oberhalb Solidus erwärmt wird, dass das erwärmte metallische Material einem Vorratsbehälter zugeführt und von dort in eine Einspritzeinheit eingespeist und von dieser in ein Gießwerkzeug eingespritzt wird.

Diese Vorgehensweise hat den Vorteil, dass das Verfahren kontinuierlich durchgeführt werden kann, wobei der Vorratsbehälter die Funktion eines Puffervolumens übernimmt. Während in dem ersten Behälter kontinuierlich oder chargenweise festes metallisches Ausgangsmaterial zugeführt werden kann und dieses dort auf eine Temperatur oberhalb Solidus, vorzugsweise auf eine Temperatur zwischen Solidus und Liquidus erwärmt wird, wird das aufbereitete metallische Material dem Vorratsbehälter zugeführt, in dem das Material weiter auf derselben Temperatur gehalten oder aber in seiner Temperatur variiert werden kann, je nach den von der Größe und Geometrie eines herzustellenden Bauteils abhängenden Gegebenheiten.

Auf Grund der Konzeption des erfindungsgemäßen Verfahrens und der Verwendung einer Gießvorrichtung mit einem Vorratsbehälter, der das aufbereitete metallische Material von dem ersten Behälter empfängt, kann ein kontinuierlicher Betrieb des Aufbereitungsvorgangs realisiert werden, so dass der erste Behälter mit maximaler Effizienz genutzt werden kann.

Die separate Einspritzeinheit, die mit dem Vorratsbehälter über eine Fließverbindung, welche unterbrechbar ist, verbunden ist, sorgt dafür, dass die im System beim Einspritzvorgang auftretenden Kräfte auf die Einspritzeinheit beschränkt bleiben, so dass nur hier mit besonderer mechanischer Festigkeit konzipiert werden muss. Die Möglichkeit, die Verbindung zwischen Einspritzeinheit und Vorratsbehälter zu unterbrechen, sorgt dafür, dass kein Rückfluss an metallischem Material von der Einspritzeinheit in den Vorratsbehälter möglich ist und erlaubt, den Druck in der Einspritzeinheit aufzubauen.

Das erfindungsgemäße Verfahren vermeidet die Integration zahlreicher Funktionen in einem einzelnen hochbelasteten Aggregat. Dadurch werden keine großen Komponenten aus teuren Hochtemperaturwerkstoffen benötigt, und diese Materialien brauchen nur gezielt in den jeweils betroffenen separaten Bestandteilen der erfindungsgemäß verwendeten Vorrichtung eingesetzt werden.

Regelmäßig fällig werdende Wartungsarbeiten sowie anfallende Reparaturen lassen sich ohne aufwändige Demontage des gesamten Aufbereitungs- und Spritzaggregates durchführen.

Das erfindungsgemäße Gießverfahren erlaubt eine flexible Anpassung an unterschiedliche Anforderungen zu verarbeitender Materialien und kurze Zykluszeiten durch paralleles Aufbereiten während des gesamten Zyklus. Ferner lässt sich das Einspritzaggregat leicht an gewünschte Einspritzleistungen anpassen, beispielsweise durch eine geeignete Wahl der Kolbengröße. Dies kann bei der erfindungsgemäß zu verwendenden Vorrichtung unabhängig von der Auslegung der weiteren Vorrichtungsaggregate vorgenommen werden.

Vorteilhaft ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren insbesondere, dass die Einspritzeinheit unabhängig von der Arbeitsweise des Aufbereitungsaggregats, sprich dem ersten Behälter mit seiner induktiven Heizvorrichtung betrieben werden kann, da der Einspritzvorgang aufgrund des Vorratsbehälters von dem eigentlichen Aufbereitungsprozess (im ersten Behälter) durch den Vorratsbehälter entkoppelt ist.

Die Verwendung einer induktiven Heizvorrichtung zum Erwärmen des festen metallischen Ausgangsmaterials hat zusätzlich den Vorteil, dass aufgrund der elektromagnetischen Einwirkung auf das metallische Material gleichzeitig eine Rührwirkung erzielt wird, die zu einer erzwungenen Konvektion innerhalb des Volumens des ersten Behälters führt und so zu einer Durchmischung der Materialien und einem schnelleren Einstellen des Temperaturgleichgewichtes führt, verbunden mit einer Scherwirkung in dem erwärmten Volumen, das das Bilden von dendritischen Strukturen verhindert bzw. diesem entgegenwirkt.

Bei einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird. mit einer separaten induktiv arbeitenden Vorrichtung zusätzlich eine Rührwirkung erzielt. So kann durch die induktive Heizvorrichtung zum einen die Grundlast der Beheizung des metallischen Materials im Vordergrund stehen mit dem Ziel, ein Temperaturgleichgewicht innerhalb des ersten Behälters zu erreichen, während die separat vorhandene ebenfalls induktiv arbeitende Vorrichtung gezielt für eine Rühr- und Scherwirkung eingesetzt wird, um dendritische Strukturen, die sich in dem Volumen an schmelzflüssigem metallischen Material in dem ersten Behälter bilden können, gezielt zu globulitischen Partikeln abzubauen.

Alternativ kann vorgesehen sein, dass das metallische Material auf eine Temperatur erwärmt wird, die bei oder oberhalb Liquidus liegt. Dies hat den Vorteil, dass in dem hergestellten Bauteil ein Gefüge erhalten wird, das unabhängig von dem Gefüge im festen metallischen Ausgangsmaterial ist. Dem höheren Energie verbrauch, der hier selbstverständlich gegeben ist, da über die eigentlich gewünschte Endtemperatur hinaus erwärmt werden muss, steht hier das Gefüge im Bauteil gegenüber, das unabhängig von der Vorgeschichte des Ausgangsmaterials ist.

Bestehen bei Bauteilen solche Bedenken nicht, wird vorzugsweise auf ein Verfahren zurückgegriffen, bei dem die Temperatur in dem ersten Behälter lediglich auf den vorher schon erwähnten Bereich zwischen Solidus und Liquidus erwärmt wird, da hier ein geringerer Energieverbrauch erzielbar ist und die Verarbeitungstemperatur in kürzerer Zeit erreicht wird. Die Werkstoffe der Vorrichtung werden in geringerem Maße beansprucht. Ebenso ist die Oxidationsneigung und die Gaslöslichkeit der zu verarbeitenden Materialien hier geringer ausgebildet. Ein Vorteil dieser Temperaturführung liegt auch darin, dass aufgrund der niedrigeren Temperaturen geringere Anforderungen an die Dichtungstechnik bestehen.

Vorzugsweise wird das aufbereitete metallische Material am Boden des ersten Behälters abgezogen, wobei sich hier empfiehlt, das abgezogene Material bei der Zufuhr zu dem Vorratsbehälter zu sieben. Eine bevorzugte Stelle zur Anordnung des Siebes ist direkt am Behälterboden des ersten Behälters gegeben. Dadurch kann metallisches Material in fester Form direkt in den ersten Behälter hinein gegeben werden, wo es aufgrund seiner größeren Dichte gegenüber dem schmelzflüssigen Material nach unten sinkt.

Das Überführen des aufbereiteten metallischen Materials von dem ersten Behälter zu dem Vorratsbehälter kann mittels statisch wirkendem Druck vorgenommen werden, wobei dann das maximale Füllniveau des Vorratsbehälters niedriger anzuordnen ist als der minimale Füllstand des ersten Behälters.

Alternativ kann das aufbereitete Material von dem ersten Behälter zu dem Vorratsbehälter auch mittels einer Fördervorrichtung bewegt werden, wobei sich hier insbesondere Magnetpumpen anbieten, die ohne bewegte Teile in einer Zuführleitung zwischen erstem Behälter und Vorratsbehälter arbeiten können.

Alternativ bieten sich auch mechanische Förderaggregate an, insbesondere ausgewählt aus Förderschnecken, Zahnradpumpen, Exzenterschnecken, Kreiskolbenpumpen und Kreiselpumpen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Gießen von metallischen Materialien löst die eingangs gestellte Aufgabe dadurch, dass sie eine Zuführeinheit für metallisches Material in fester Form, einen ersten Behälter, welcher von der Zuführeinheit mit festem metallischen Material beschickbar ist, eine induktive Heizvorrichtung für den ersten Behälter zum Aufheizen des metallischen Materials auf eine Temperatur oberhalb Solidus, einen Vorratsbehälter, der das auf eine Temperatur oberhalb Solidus aufgeheizte, aufbereitete metallische Material speichert, und eine Einspritzeinheit mit einer Kolben/Zylindereinheit aufweist.

Mit dieser Vorrichtung ist ein sehr einfaches Aufbereiten. der metallischen Materialien möglich, wobei bewegte Teile mit Kontakt zu dem aufbereiteten, d.h. teilweise aufgeschmolzenen oder ganz geschmolzenen Material vermieden werden. Die Vorrichtung ist damit in den korrosiv beanspruchten Teilen wartungsarm ausgebildet.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass zusätzlich zu der ersten induktiven Heizvorrichtung, die von Haus aus eine Rührwirkung mit verursacht, eine zusätzliche induktive Rührvorrichtung vorgesehen wird, die eine zusätzliche, intensivere, erzwungene Konvektion im Volumen des ersten Behälters schafft.

Um zu vermeiden, dass in dem ersten Behälter eingetragene Feststoffe zu Boden sinken und unaufbereitet über die Leitung zu dem Vorratsbehälter gelangen, wird vorzugsweise am Ausgang des ersten Behälters ein Sieb angeordnet.

Wie bereits zuvor ausgeführt kann das aufbereitete metallische Material aufgrund des statischen Drucks in den Vorratsbehälter überführt werden, wobei dort ein Niveauunterschied zwischen dem Füllstand des ersten Behälters und dem zu erzielenden Füllstand des Vorratsbehälters vorgesehen sein muss. Dies bringt gewisse Beschränkungen für die Gesamtkonzeption der Gießvorrichtung mit sich.

Alternativ hierzu kann bei einer bevorzugten Gießvorrichtung eine Fördervorrichtung vorgesehen sein, die das aufbereitete metallische Material von dem ersten Behälter in den Vorratsbehälter fördert. Bevorzugt im Hinblick auf das Vermeiden von bewegten mechanischen Teilen in der Gießvorrichtung ist die Verwendung einer Magnetpumpe als Fördervorrichtung. Die entsprechenden Bauteile der Magnetpumpe werden außen an der Verbindungsleitung angeordnet und vermeiden jeglichen Kontakt mit dem aufbereiteten metallischen Material.

Alternativ, insbesondere aus Kostengründen können auch mechanische Pumpen verwendet werden, welche vorzugsweise ausgewählt werden aus Förderschnekken, Zahnradpumpen, Exzenterschnecken, Kreiskolbenpumpen und Kreiselpumpen.

Auch der Vorratsbehälter kann eine Vorrichtung zum Rühren des aufbereiteten metallischen Materials umfassen. Auch hier kann wieder das elektromagnetische Rührprinzip angewendet werden, aber anstelle einer solchen induktiven Rührvorrichtung kann auch hier eine mechanische Rührvorrichtung zum Einsatz kommen. Die induktive Rührvorrichtung hat wieder den Vorteil, dass bewegte mechanische Teile in der Masse des aufbereiteten metallischen Materials vermieden werden.

Die Einspritzeinheit kann ganz oder teilweise in das Volumen des Vorratsbehälters eintauchen oder aber bevorzugt, insbesondere im Hinblick auf Temperatursteuerung und Wartungsarbeiten separat von dem Vorratsbehälter ausgebildet werden.

Die erste Lösung hat den Vorteil, dass keine gesonderte Heizvorrichtung für die Einspritzeinheit notwendig wird, die zweite Lösung erlaubt eine größere Variabilität und, wie gesagt, eine leichtere und einfachere Wartung des Einspritzaggregates, welches notwendigerweise bewegte Teile, die mit dem aufbereiteten metallischen Material in Kontakt stehen, aufweisen müssen.

Bevorzugt wird das Aufbereitungsaggregat in Form des ersten Behälters kontinuierlich oder im Wesentlichen kontinuierlich betrieben, so dass als Folge daraus eine Variation des Füllstandes des metallischen Materials in dem Vorratsbehälter resultiert.

Bevorzugt wird die Zufuhr des aufbereiteten metallischen Materials von dem ersten Behälter zu dem Vorratsbehälter so gelöst, dass die dazu notwendige Verbindungsleitung oder Zuführleitung in dem Vorratsbehälter unterhalb eines minimal zulässigen Füllstandspegels des Vorratsbehälters in diesen einmündet. Dies vermeidet einen Kontakt des frisch aufbereiteten metallischen Materials mit Umgebungsluft und schützt so das frisch aufbereitete metallische Material insbesondere vor Kontakt mit Luftsauerstoff. Dies ist auch dann von Bedeutung, wenn, wie empfohlen bzw. je nach Material unabdingbar, oberhalb des Füllstandspegels des Vorratsbehälters wie auch in dem ersten Behälter eine Schutzgasatmosphäre aufgebaut wird.

Die Einspritzeinheit wird vorzugsweise eine Kolben/Zylinderanordnung umfassen, wobei der Zylinder einmal in im Wesentlichen vertikaler Anordnung vorgesehen sein kann, alternativ kann der Zylinder auch im Wesentlichen horizontal angeordnet werden.

Eine Verbindungsleitung zwischen Vorratsbehälter und Einspritzeinheit wird bei der getrennten Bauweise von Vorratsbehälter und Einspritzeinheit vorzugsweise als ein unterbrechbarer Einspeisekanal ausgebildet. Zum Unterbrechen der Verbindung zwischen Vorratsbehälter und Einspritzeinheit wird in dem Einspeisekanal vorzugsweise ein Rückschlagventil oder ein Schieberventil angeordnet.

Aufgrund der hohen Temperaturen und hohen Einspritzdrücken stellt das Abdichten in der Einspritzeinheit bzw. des Kolbens gegenüber dem Zylinder besondere Anforderungen. Bevorzugt wird hier der Kolben an seiner Stirnseite eine Öffnung aufweisen sowie an seiner Umfangsfläche eine einen Dichtungsring aufnehmende Ringnut. Die Ringnut und die Öffnung an der Stirnseite des Kolbens werden über mindestens einen Kanal verbunden, so dass beim Einspritzvorgang der siέh im Einspritzzylinder aufbauende Druck in die Öffnung und in die Ringnut hin aufbaut und fortsetzt und so Druck auf den Dichtungsring ausübt und die diesen gegen die Innenoberfläche des Zylinders presst. Dadurch wird die Dichtungswirkung dieses Dichtungsrings verstärkt, in dem Maße, wie sich der Druck an der Stirnseite des Kolbens aufbaut.

Diese und weitere Vorteile der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen noch näher erläutert. Es zeigen im Einzelnen:
1 Eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gießvorrichtung;
2 drei alternative Pumpvorrichtungen für die erfindungsgemäße Gießvorrichtung der 1;
3 eine alternative Ausführungsform der Ausgestaltung von Vorratsbehälter und Einspritzeinheit der erfindungsgemäßen Gießvorrichtung der 1;
4 eine Einzelheit der alternativen Ausgestaltung der 3 in Aufsicht; und
5 ein Temperatur/Zeitdiagramm für das aufzubereitende und aufbereitete metallische Material bis zum Zeitpunkt des Einspritzens.
1 zeigt eine erfindungsgemäße Gießvorrichtung 10 mit einem Aufbereitungsaggregat in Form eines ersten Behälters 12, der von einer ersten Aufgabeeinheit 14 über eine Zellenradschleuse 16 mit festem metallischem Material, beispielsweise in Pulver-, Chip- oder Granulatform beschickt wird. Am Außenumfang des ersten Behälters 12 ist eine induktive Heizvorrichtung 18 angeordnet, die aufgrund ihrer elektromagnetischen Einwirkung auf das aufzubereitende metallische Material für eine erzwungene Konvektion im Volumen 20 des ersten Behälters sorgt. Damit wird gleichzeitig eine Scherwirkung erzeugt, die vermeidet, dass sich dendritische Strukturen ausbilden können bzw. sich ausbildende dendritische Strukturen werden zu globulitischen Partikeln abgebaut.
Am Boden 22 des ersten Behälters 12 findet sich eine Öffnung, die mit einem Sieb (im Einzelnen nicht dargestellt) abgedeckt ist, welches neu über die Zellenradschleuse 16 in den Behälter eingetragene festes Material, das zu Boden gesunken ist, vor einem Austritt aus dem ersten Behälter 12 abhält. Das Sieb kann selbstverständlich auch auf einem höheren Niveau in dem ersten Behälter vorgesehen werden.
An die Öffnung im Boden 22 schließt sich eine Zuführleitung 24 an, die das aufbereitete metallische Material aus dem Volumen 20 in einen Vorratsbehälter 26 leitet. Das Überführen des aufbereiteten metallischen Materials in den Vorratsbehälter 26 wird durch eine Magnetpumpe 28 unterstützt, die am Außenumfang der Zuführleitung 24 angeordnet ist.
Der Behälter 26 dient zur Bevorratung des aufbereiteten metallischen Materials, so dass für den nachfolgenden Einspritzvorgang jederzeit ausreichend aufbereitetes Material zur Verfügung steht. Um zu verhindern, dass sich während der Verweildauer des aufbereiteten metallischen Materials in dem Volumen 30 des Vorratsbehälters 26 dendritische Strukturen ausbilden, kann auch hier eine Rührvorrichtung vorgesehen sein, die in dem gezeigten Ausführungsbeispiel eine mechanische Rührvorrichtung 32 ist.
Der Vorratsbehälter wird an seinem Außenumfang von einer Heizvorrichtung 34 beheizt, so dass die Temperatur des bevorrateten aufbereiteten metallischen Materials für den Einspritzvorgang gehalten oder weiter konditioniert werden kann.
In das Volumen des Vorratsbehälters 26 integriert ist eine Einspritzeinheit 36, welche eine Kolben/Zylindereinheit umfasst, deren Kolben 38 in vertikaler Richtung auf und ab bewegt werden kann (vergleiche punktierte Darstellung).
In der obersten Stellung des Kolbens 38 kann das aufbereitete metallische Material in den Zylinder 40 einströmen. Nach Füllung des Zylinders 40 wird der Kolben 38 nach unten gedrückt und das aufbereitete metallische Material über den Ausgang 42 in ein nicht dargestelltes Gießwerkzeug eingespritzt.
Selbstverständlich kann anstelle der elektrischen Heizvorrichtung 34 auch eine induktiv arbeitende Heizvorrichtung beim Vorratsbehälter 26 verwendet werden, wobei aufgrund der dann vorliegenden Rührwirkung eventuell die mechanische Rührvorrichtung 32 entfallen kann. Ebenso kann in Kombination mit der elektri schen Heizvorrichtung 34 eine induktiv arbeitende Rührvorrichtung zum Einsatz kommen, wobei dann die Heizkapazität der elektrischen Heizvorrichtung 34 geringer ausgelegt werden kann, da mit der elektromagnetischen Rührwirkung stets auch Wärmeenergie in die bewegte Masse an aufbereitetem metallischem Material eingetragen wird.
Da die aufbereiteten metallischen Materialien mindestens teilweise oder aber je nach Temperaturführung auch vollständig geschmolzen vorliegen, weisen diese eine erhöhte Oxidationsneigung auf. Um dem entgegenzutreten, werden die relevanten Teile der Gießvorrichtung vorzugsweise mit einem Schutzgas beaufschlagt, was durch Pfeile 44, 45 angedeutet ist. Die Einspeisung des Schutzgases kann so geschehen, dass, wie in 1 gezeigt, zunächst das Volumen des ersten Behälters oberhalb Volumen 20 von dem Schutzgas durchspült wird, wobei ein Teil des Schutzgases gegen die Eintragrichtung an festem Material aus der Aufgabeeinheit bzw. der Zellenradschleuse 16 strömt und so dafür sorgt; dass auch aus Richtung der Aufgabeeinheit 14 ein Eintrag von Luft- bzw. Sauerstoffanteilen unterbleibt. Das Schutzgasvolumen oberhalb des Volumen 20 im Behälter 12 kann über eine Leitung 45 mit dem Schutzgasvolumen oberhalb des Volumens 30 im Vorratsbehälter 26 verbunden sein, und auch dort empfiehlt es sich, eine mindestens geringfügige Durchströmung sicherzustellen und einen Teil des eingetragenen Schutzgases über einen Ausgang 46 abzuziehen. Am Ausgang 46 kann gleichzeitig ein Druckregelventil vorhanden sein, so dass der Druck oberhalb des Volumens 30 an aufbereitetem metallischem Material in dem Vorratsbehälter 26 im Wesentlichen konstant gehalten wird, unabhängig von der Füllhöhe in dem Vorratsbehälter 26. Selbstverständlich kann austretendes Schutzgas aufgefangen, gegebenenfalls aufbereitet und wieder verwendet werden.
2 zeigt drei alternative Lösungen zu der in 1 gezeigten Magnetpumpe 28, wobei hier im Einzelnen eine Zahnradpumpe 50 mit zwei gegenläufig drehenden Zahnrädern 52, 53 in die Zuführleitung 24 zu integrieren ist.
Die zweite Alternative in Form einer Exzenterschnecke 54 wird vorzugsweise direkt anschließend an den Auslass im Boden 22 des Behälters 12 angeflanscht, so dass in Fortsetzung der horizontal angeordneten Schnecke der Antrieb (nicht gezeigt) angeordnet werden kann.
Schließlich sei als weitere Variante eine Kreiskolbenpumpe 56 erwähnt und gezeigt, bei der zwei gleichsinnig drehende Kreiskolben 58, 59 eine zwangsweise Förderung des aufbereiteten metallischen Materials durch die Zuführleitung 24 bewerkstelligen.
Selbstverständlich sind die in 2 gezeigten Beispiele keine abschließende Aufzählung, sondern nur Beispiele von bevorzugten Pumpvorrichtungen, zu denen auch, ohne dass diese abgebildet wäre, die Kreiselpumpe gehört.
Alle diese Varianten haben als mechanische Pumpen den Nachteil, dass mechanische bewegte Teile und damit Verschleißteile in dem Strömungsweg des aufbereiteten metallischen Materials vorhanden sind und damit von Haus aus einen etwas höheren Wartungsbedarf aufweisen.
3 zeigt eine Variante zu dem Vorratsbehälter 26 mit eintauchend eingebauter Einspritzeinheit 36, wobei hier ein separat ausgebildeter Vorratsbehälter 60 über einen Einlass 62, der oberhalb einer maximalen Füllstandshöhe des Behälters 60 in diesen einmündet. Von dem Einlass 62 führt eine Schottwand 64 bis unter die minimal zugelassene Füllstandshöhe des Vorratsbehälters 60, so dass frisch eintretendes metallisch aufbereitetes Material ohne Kontakt mit einem im Vorratsbehälter 60 vorhandenen Gasvolumen 66 in das Volumen an aufbereitetem metallischem Material 68 eintreten kann.
Auch hier ist der Vorratsbehälter 60 wieder mit einer mechanischen Rührvorrichtung 70 gezeigt, welche auch durch eine elektromagnetische bzw. induktiv arbeitende Rührvorrichtung ersetzt werden kann.
Der Vorratsbehälter wird an seinem Außenumfang von einer Heizvorrichtung 72 beheizt, so dass das aufbereitete metallische Material, das für den Einspritzvorgang vorrätig gehalten wird, weiter temperiert bzw. konditioniert werden kann. Selbstverständlich könnte die Einspeisung in den Vorratsbehälter 60 auch in der Nähe des Bodens des Vorratsbehälters 60 erfolgen, ähnlich wie dies in 1 gezeigt ist.
Ebenfalls im Bereich des Bodens des Vorratsbehälters 60 ist ein Auslass 74 angeordnet, über den sich eine unterbrechbare Verbindungsleitung 76 zur Einspritzeinheit 78 anschließt. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist also die Einspritzeinheit 78 baulich getrennt von dem Vorratsbehälter 60 ausgebildet, was insbesondere Wartungsarbeiten an der Einspritzeinheit erheblich erleichtert. Die Verbindungsleitung 76 beinhaltet ein Verschlusselement, wie dies im Einzelnen in 4 gezeigt ist.
Die Einspritzeinheit 78 beinhaltet einen Einspritzkolben 80, der in einem Einspritzzylinder 82 vertikal auf und ab verfahrbar ist (vergleiche punktierte Darstellung). Dadurch verändert sich das Volumen 84 im Einspritzzylinder an aufbereitetem metallischem Material zyklisch. Während des Einspritzvorgangs wird die Verbindungsleitung 76 bzw. das darin angeordnete Verschlusselement verschlossen, so dass ein Zurückdrücken an aufbereitetem metallischem Material in das Volumen 68 des Vorratsbehälters 60 unterbleibt.
Das Verschließen der Verbindungsleitung 76 geschieht bei dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel durch ein Rückschlagventil 86.
5 zeigt schließlich ein Temperatur/Zeitdiagramm mit zwei verschiedenen Temperaturverläufen (1) und (2), wobei der Temperaturverlauf (1) bis über die Liquidustemperatur führt und so dafür sorgt, dass von dem ursprünglich festen Material keine Gefügeanteile mehr in dem später erzeugten Bauteil zu finden sind. Die erfindungsgemäße Gießvorrichtung erlaubt in besonders einfacher und eleganter Weise diese Art der Temperaturführung, wobei das Erreichen oder Überschreiten der Liquidustemperatur vorzugsweise im ersten Behälter vorgenommen wird und der Vorratsbehälter dafür verwendet wird, um die Temperatur des aufbereiteten metallischen Materials auf einen Wert im Bereich zwischen Solidus und Liquidus abzusenken. Der Vorteil dieser Verfahrensführung liegt wie gesagt darin, dass im fertigen Bauteil nichts von der ursprünglichen Gefügestruktur des Ausgangsmaterials zu finden ist, so dass mit einer hohen Konstanz in dem Gefüge der fertigen Bauteile ausgegangen werden kann.
In Fällen, wo dies nicht so sehr kritisch ist, kann die andere Verfahrensführung gemäß der Kurve 2 verwendet werden, die neben der Einsparung an Heizenergie auch eine geringere Korrosionsbelastung der Vorrichtungsbestandteile, geringere Aufheizraten für das Ausgangsmaterial und geringere gelöste Gasanteile in dem aufbereiteten metallischen Material mit sich bringt. Alternativ zu der Temperaturführung gemäß Kurve 2 kann bei gleicher Aufheizrate wie in Kurve 1 die Verarbeitungstemperatur in kürzerer Zeit erreicht werden.

Claims

Verfahren zum Gießen von metallischen Materialien, dadurch gekennzeichnet, dass ein festes metallisches Ausgangsmaterial in einem ersten Behälter mittels einer induktiven Heizvorrichtung auf eine Temperatur oberhalb Solidus erwärmt wird, dass das so aufbereitete metallische Material einem Vorratsbehälter zugeführt und von dort in eine Einspritzeinheit eingespeist und von dieser in ein Gießwerkzeug eingespritzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das metallische Material mittels einer separaten induktiv arbeitenden Vorrichtung gerührt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangsmaterial bei der Aufbereitung auf eine Temperatur oberhalb Liquidus erwärmt wird, so dass eine vollständig flüssige Phase erhalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangsmaterial bei der Aufbereitung auf eine Temperatur oberhalb Solidustemperatur erwärmt wird, die Liquidustemperatur hierbei jedoch nicht überschritten wird, so dass ein Material mit flüssigen und festen Phasen erhalten wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das aufbereitete metallische Material bei der Zufuhr zu dem Vorratsbehälter gesiebt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das aufbereitete Material von dem ersten Behälter dem Vorratsbehälter mittels statisch wirkendem Druck zugeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das aufbereitete Material von dem ersten Behälter dem Vorratsbehälter mittels einer Magnetpumpe zugeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das aufbereitete Material von dem ersten Behälter dem Vorratsbehälter mittels eines mechanischen Förderaggregats, ausgewählt aus Förderschnecken, Zahnradpumpen, Exzenterschnecken, Kreiskolbenpumpen und Kreiselpumpen, zugeführt wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das aufbereitete metallische Material in dem Vorratsbehälter gerührt wird.
Vorrichtung zum Gießen von metallischen Materialien mit einer Zuführeinheit für metallisches Material in fester Form, einem ersten Behälter, welcher von der Zuführeinheit mit festem metallischem Material beschickbar ist, einer induktiven Heizvorrichtung für den ersten Behälter zum Aufheizen des metallischen Materials auf eine Temperatur oberhalb Solidus, einem Vorratsbehälter, der das auf eine Temperatur oberhalb Solidus aufgeheizte aufbereitete metallische Material aus dem ersten Behälter aufnimmt und speichert, und einer Einspritzeinheit mit einer Kolben/Zylindereinheit.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass an dem ersten Behälter eine zusätzliche induktive Rührvorrichtung angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Behälter ausgangsseitig ein Sieb umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Fördervorrichtung zum Fördern des in dem ersten Behälter auf eine Temperatur oberhalb Solidus aufbereiteten metallischen Materials in den Vorratsbehälter umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördervorrichtung eine Magnetpumpe ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Förder vorrichtung eine mechanische Pumpe ist, ausgewählt aus Förderschnecken, Zahnradpumpen, Exzenterschnecken, Kreiskolbenpumpen und Kreiselpumpen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorratsbehälter eine Vorrichtung zum Rühren des aufbereiteten metallischen Materials umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzeinheit separat von dem Vorratsbehälter ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorratsbehälter mit einem variablen Füllstand des metallischen Materials betreibbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorratsbehälter mit dem ersten Behälter über eine Zuführleitung verbunden ist, welche unterhalb des Minimalfüllstands des Vorratsbehälters in diesen einmündet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolben/Zylinderanordnung der Einspritzeinheit den Zylinder in im Wesentlichen vertikaler Anordnung umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolben/Zylinderanordnung den Zylinder in im Wesentlichen horizontaler Anordnung umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Vorratsbehälter und der Einspritzeinheit ein unterbrechbarer Einspeisekanal angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben der Kolben/Zylinderanordnung an seiner Umfangsfläche mindestens eine mindestens einen Dichtungsring aufnehmende Nut und an seiner Stirnseite eine Öffnung aufweist, welch letztere über mindestens einen Kanal mit der mindestens einen Nut an der Umfangsfläche des Kolbens verbunden ist.