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Bel der Herstellung von Formkörpern aus Metallschaum nach dem pulvermetallurgischem Verfahren werden Pulver von Metall bzw. Metall-Legierungen mit Treibmittelpulver vermischt, anschliessend werden die Pulvermischungen kompaktiert und zu Halbzeug verpresst. Während man ursprünglich von stabförmigem Halbzeug ausgegangen ist, das zum Aufschäumen In der Vorkammer einer Giessanlage auf Schmelztemperatur erhitzt und damit zum Aufschäumen gebracht worden 1St, hat man bel der Umsetzung des Verfahrens von Laboratonumsversuchen auf eine industrielle Basis andere Halbzeugkonfigurationen gewählt.
Bei Schäumversuchen im Laboratorium ist naturgemäss die Frage der Produktivitäte des Verfahrens nicht Im Vordergrund gestanden, beim industriellen Einsatz Ist aber die Frage der Herstellkosten ein zentrales Anliegen. Die Produktivität einer G ! essan) age für Metallschaum-Formteile wird zum überwiegenden Teil durch die Zelt bestimmt, die erforderlich Ist, um das Halbzeug In der Vorkammer zum Aufschäumen zu bringen. Da das Halbzeug durch Wärmeleitung durch die auf hohe Temperatur aufgeheizte Vorkammerwand zum Aufschmelzen gebracht werden muss, wurde zur Erzielung kurzer Taktzeiten vorgeschlagen, die spezifische Oberfläche des Halbzeuges bezogen auf die Halbzeugmasse möglichst gross zu machen Es bietet sich daher an, das Halbzeug als ein relativ dünnwandiges Rohr auszubilden.
Diese Technologie führt zu sehr kurzen Aufschmelzzeiten und damit zu einer guten Produktivität der Anlagen, bedingt aber relativ hohe Kosten für das Halbzeug : das Metall-Treibmittelpulvergemisch muss zunächst kompaktiert werden, wofür sich ein kaltisostatisches Pressen zu kompakten zylindrischen Bolzen von 150-200 mm Durchmesser und Längen von 300-800 mm bewährt hat. Diese Bolzen müssen dann in einem zweiten Schritt auf 300-400. C vorgewärmt und zu Rohren stranggepresst werden Die Rohre werden schliessich auf Stücke gesägt, deren Masse der der herzustellenden Formteile entspricht. Diese Verfahrensschritte sind relativ aufwendig und führen zu hohen Halbzeugkosten, die wieder die Gesamtherstell-kosten der Formteile negativ beeinflussen.
Von Nachteil ist ferner, dass dieses Halzeug nur auf Anlagen bestimmter Type und Grösse eingesetzt werden kann, wodurch sich für die Herstellung des Halbzeuges kleinere Produktionsmengen ergeben.
Es ist ein Ziel der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Metallschaum-Formkörper zu schaffen, das einerseits eine kurze Aufschmelzzelt und damit eine hohe Produktivität gewährleistet und andererseits ein kostengünstiges Halbzeug einsetzen kann.
Dieses Ziel wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass der Rezipient zunächst in einem ersten Schritt auf die Schmelztemperatur des Halbzeuges aufgeheizt und anschliessend in einem zweiten Schritt um eine insbesonders vertikale Achse in Rotation versetzt wird, wobei die Drehzahl so gewählt ist, dass die Zentnfugalbeschleunigung an der Innenwand des Rezipienten stets deutlich grösser als die Erdbeschleunigung ist, dass in einem dritten Schritt in den Rezipienten ein ein granulatförmiges Halbzeug eingebracht und Im wesentlichen gleichmässig an der Innenwand des Rezipienten verteilt und durch die Zentrifügalbeschleunigung an diese gepresst und gegen die Schwerkraft In dieser Lage festgehalten und aufgeheizt wird bis das Halbzeug aufgeschmolzen ist und aufschäumt,
vorteilhaft in einem vierten Schntt die Drehzahl des Rezipienten reduziert bzw. dieser überhaupt stillgesetzt wird und der flüssige Metallschaum in bekannter Welse in eine Form verbracht wird.
Die Herstellung von Halbzeuggranulat ist insofern wesentlich kostengünstiger als das oben beschriebene Halbzeug, als es in einem einzigen Verfahrensschritt aus dem Pulvergemisch hergestellt werden kann.
Verwendet werden hierzu sogenannte Konformanlagen, die in einem kontinuierlichen Watz-Prozess aus dem Pulvergemisch zylindrische, prismatische oder kugelförmige Teilchen mit Abmessungen In der Grössenordnung von 5-10 mm pressen. Dieses Halbzeuggranulat kann unmittelbar nach Dosierung entsprechend der Formteilmasse eingesetzt werden.
Zum Antrieb des Zylinders des Rezipienten kann eine Druckluftturbine verwendet werden. Wird der Rezipient aber mit Brennern beheizt, die mit Gas oder flüssigem Brennstoff gespeist werden, so können gemäss einer Weiterbildung der Erfindung die Brennner vorzugsweise tangential auf den RezipientenZylinder gerichtet sein wobei dieser an seiner Aussenfläche eine Turbinenbeschaufelung trägt, so dass der Gasstrom der Flammen auf den Zylinder des Rezipienten einen Drehimpuls ausübt.
In einer anderen Variante der Erfindung wird der Rezipienten-Zylinder elektrisch durch die Induktionwirkung eines elektro-magnetischen Drehfeldes angetrieben, wobei das Wechselfeld durch die Induktion von Wirbelströmen in der metallischen Rezipienten-Wand bzw. im Halbzeug dieses aufheizt.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus nachfolgenden Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele und unter Bezugnahme auf die Zeichnung.
Die Figur 1 zeigt schematisch einen Axialschnitt der erfindungsgemässen Vorrichtung. In der Zeichnung ist eine Vorkammer einer Giessanlage für Metallschaum-Formkörpern, insbes. für solche aus SchaumAluminium dargestellt Gezeight sind alle jene Elemente, die zur Erzeugung von einer Metalischaumschmelze aus pulvermetallurgischem Halbzeug erforderlich sind. Nicht veranschaulicht sind die Eingrichtungen, welche zum Giessen dieser Schaumschmelze in eine Form, z B eine Sandform oder eine metallische oder
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keramische Dauerform erforderlich sind.
Die Vorkammer umfasst einen zylindrischen Rezipienten 1, der aus Keramik oder hochwarmfestem Stahl hergestellt ist. Dieser Rezipient 1 ist mittels Kugellager 2 und 3, vorzugsweise aus Keramik, drehbar gelagert. Der Rezipienten-Zylinder 1 wird durch eine Reihe von Gasbrennern 4, 5 aufgeheizt und wird durch einen Elektromotor 17 über ein Zahnradgetriebe 15, 16 angetrieben. Mit 7 ist ein Kolben bezeichnet, der über Kugellager 8 mit einer rohrförmigen Kolbenstange 9 verbunden ist. Der Kolben 7 nimmt damit an der Rotation des Rezipienten 1 teil und wird nach Aufschäumen des Halbzeuges nach oben bewegt, um die Schaumschmelze in die auf den Rezipienten 1 aufgesetzte, in der Zeichnung schematisch dargestellte Form 19 mit der Kavität 18 zu drücken.
Zum Beschicken des Rezipienten mit Halbzeug wird von oben In den Rezipienten 1 ein Rohr 10 eingeführt, welches ebenfalls um seine Achse rotiert, wobei es entweder separat angetrieben wird oder vom Zylinder 1 mit nicht dargestellte Mitnehmer mitgenommen wird. Das Rohr 10 weist an seinem unteren Ende einen Teller 12 auf. Das Halbzeug ist als Granulat, vorzugsweise In Kugelform mit einem Durchmesser von 5-10 mm ausgebildet. Es wird von oben mittels eines Schlauches oder Rohres 6 dem Rohr 10 zugeführt und tritt durch Bohrungen 11 unmittelbar über dem Teller 12 aus.
Die Wirkungsweise der Einrichtung wird im folgenden näher erläutert :
Zu Beginn eines Arbeitszyklus Ist der Rezipient leer, der Kolben 7 befindet sich in der in der Zeichnung gezeigten Position. Der Rezipient 1 ist beheizt und rotiert mit ca. 250-400 U/min. Von oben wird nun das Rohr 10 eingefahren, bis sich der Teller 12 unmittelbar über dem Kolben 7 befindet. Das Rohr 10 rotiert Im wesentlichen mit der gleichen Drehzahl wie der Rezipient der Vorkammer. Mittels enter Dosierwaage wird eine Menge Halbzeugkügelchen 13 portioniert, deren Masse der des zu giessenden Metallschaum-Formtel- les entspricht. Diese Kügelchen werden gegebenenfalls auf eine Temperatur von zB. 400. C vorgewärmt und sukzessive dem Rohr 10 zugeführt.
Die Halbzeugkugeln werden unter der Wirkung der Fliehkraft durch die Öffnungen 11 in Rohr 10 radial nach aussen geschleudert und legen sich an dem Innenmantel des Zylinders 1 an und bilden dort eine im wesentlichen gleichförmige Schicht. Sollten einzelne Kügelchen auf anderen aufliegen, werden sie durch den Teller 12 abgestreift und nach oben gelenkt. Der Zylinder 10 wird langsam nach oben verschoben, wobei sich eine zylindrische Halbzeugschicht im Rezipienten bildet.
Nachdem das Halbzeug zur Gänze in dieser Weise im Rezipienten aufgebracht ist wird der Zylinder nach oben ausgefahren und über dem Rezipienten 1 eine Form aus Sand 18, 19 oder eine keramische Dauerform oder eine Kokille in Position gebracht. Das unmittelbar am heissen Rezipienten 1 anliegende Halbzeug wird zum Aufschmelzen gebracht, wobei durch die Abspaltung von Wasserstoff vom Halbzeug auf pulvermettallurgischem Weg eingebauten Treibmittel die Schmelze aufschäumt. Nachdem das Halbzeug von unten nach oben in den Rezipienten 1 eingebracht worden ist und das Halbzeug im unteren Bereich des Rezipienten am längsten der hohen Temperatur ausgesetzt war, setzt der Aufschäumprozess von unten beginnend ein und schreitet nach oben fort, wobei die im Inneren des Rezipienten 1 befindliche Luft sukzessive nach oben verdrängt wird.
Sobald das Halbzeug beginnt aufzuschäumen, wird der Antrieb 17 des Rezipienten 1 abgestellt und dieser schliesslich stillgesetzt. Anschliessend wird die oben erwähnte Form 19 auf den Rezipienten 1 aufgedrückt und der Kolben 7 nach oben verfahren, wobei er die Schaumschmelze aus dem Rezipienten in die Kavität 18 der Form 19 drückt. Nach einer kurzen Abkühlphase wird die Form 19 entfernt und der Kolben nach unten zurückgefahren und der Antrieb 17 für den Zylinder 1 gestartet, so dass dieser wieder in Rotation versetzt wird. Die Vorrichtung ist damit für den nächsten Arbeitszyklus bereit.
Die Drehzahl des Rezipienten 1 wird so gewählt, dass sich eine Radialbeschleunigung von 1-2 ergibt.
Dieser Wert reicht aus, um das Halbzeuggranulat gegen die Schwerkraft in Position zu halten. Eine wesentlich grössere Beschleunigung wurde beim Aufschäumen des Halbzeuges dazu führen, dass das relativ schwerere Matrixmetall in der Schmelze nach aussen gedrückt wird, so dass sich eine Randzone mit relativ hoher spezifischer Dichte bildet. Es ist daher auch wesentlich, dass der Zylinder abgebremst wird, sobald die Schaumbildung einsetzt und die Schaumschmeize unmittelbar nach Abschluss des Aufschäumvorganges durch den Kolben 7 in die Form 19 gedrückt wird.
Das erfindungsgemässe Verfahren bzw. die entsprechende Vorrichtung zeichnet sich vor allem dadurch aus, dass ein sehr kostengünstiges Halbzeug verwendet werden kann, da die Kügelchen bzw. das Granulat in einem einzigen Verfahrensschtritt, aus der Pulvermischung in einem kontinuierlichen Prozess hergestellt werden kann. Ein weiterer Vorteil ist in der grossen Aexilität der Anwendung zu. sehen, da die einzige Anpassung des Halbzeuges in der Dosierung der Masse entsprechend der Masse des herzustellenden GuBteiles besteht. Die Abmessungen des Rezipienten der Vorkammer können weitgehend beliebig sein.
Ein weiterer Vorteil ist im einfachen Handling des Halbzeuges zu sehen, insbes. die Zuführung zur Giessanlage kann in einfacher Weine durch Schläuche erfolgen, in welchen die Halbzeugkügelchen od. dgl. mit Druckluft gefördert werden.
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Die erfindungsgemässe Einrichtung kann In verschiedener Weise modifiziert werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. So kann anstelle des elektrischen Antnebes 15-17 der Zylinder durch eine Turbine angetrieben werden, wobei es sich anbietet, die Turbinenbeschaufelung im Bereich der Gasbrenner 4, 5 vorzusehen und diese im wesentlichen tangential auf den Rezpienten 1 zu nchten, so dass der heisse Gasstrom einen Drehimpuls auf den Zylinder 1 ausübt. Anstelle der Beheizung mit Brennern 4 und 5 kann
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schen Zylinder 1 aufheizt und/oder direkt in den Halbzeugkugeln od. dgl.
Wirbelströme induziert und diese damit unmittelbar aufheizt. Der Rotationsantrieb kann elektrisch (vgl.
Fig. 1) oder mit einer Drucklufturbine erfolgen, ebenso kann die Abbremsung mit einer solchen Turbine durchgeführt werden. Anstelle eines Antriebes mittels Turbine kann auch ein elektrischer Antrieb unmittelbar mittels eines elektromagnetischen Drehfeldes erfolgen. Wird eine induktive Heizung vorgesehen, kann diese mehrphasig, insbesondere 3-phasig ausgebildet werden, wobei die Erregerspulen so angeordnet werden, dass ein Drehfeld erzeugt wird. Auf einen in diesem Drehfeld befindlichen metallischen Rezipienten 1 wird ein Drehmoment ausgeübt, wobei die Drehzahl über die Erregerfrequenz einstellbar ist.
Patentansprüche 1. Verfahren zum Herstellen von Metallschaum-Formkörpern nach dem pulvermetallurgischem Verfahren, gemass weichem Metallpulver mit einem Treibmittelpulver gemischt und zu einem Halbzeug verpresst wird, welches in einen vorzugsweise zylindrischen Rezipienten einer Giessanlage eingebracht wird, wobei das Halbzeug möglichst dicht an der beheizten Wand des Rezipienten unter Bildung einer relativ geringen Schichtstärke anliegt, wodurch sich eine grosse spezifische Oberfläche, bezogen auf die
Halbzeugmasse ergibt, in welchem Rezipienten das Halbzeug auf Schmeizempertur aufgeheizt wird, wobei das Treibmittel Gas abspaltet, welches in der Metallschmeize zur Ausbildung von Zellen und damit zum Aufschäumen des Metalls führt, worauf der flüssige Metallschaum aus dem Rezipienten in eine Form übergeführt wird,
in welcher er abkühlt und erstarrt, dadurch gekennzeichnet, dass der Rezipient zunächst in einem ersten Schritt auf die Schmelztemperarur des Halbzeuges aufgeheizt und anschliessend in einem zweiten Schritt um eine insbesonders vertikale Achse in Rotation versetzt wird, wobei die Drehzahl so gewählt ist, dass die Zentrifugalbeschleunigung an der Innenwand des
Rezipienten stets deutlich grösser als die Erdbeschleunigung ist, dass in einem dritten Schritt in den
Rezipienten ein granulatförmiges Halbzeug eingebracht und im wesentlichen gleichmässig an der
Innenwand des Rezipienten verteilt und durch die Zentrifugalbeschleunigung an diese gepresst und gegen die Schwerkraft in dieser Lage festgehalten und aufgeheizt wird bis das Halbzeug aufgeschmol- zen ist und aufschäumt,
vorteilhaft in einem vierten Schritt die Drehzahl des Rezipienten reduziert bzw. dieser überhaupt stiligesetzt wird und der flüssige Metallschaum in bekannter Weise in eine Form verbracht wird.
2. Vorrichtung zum Herstellen von Metallschaum-Formkörpern nach dem Verfahren gemäss Patentan- spruch 1, mit einem, vorzugsweise zylindrischen Rezipienten zur Aufnahme eines Halbzeuges, wobei das Halbzeug möglichst dicht an der beheizten Wand des Rezipienten unter Bildung einer relativ geringen Schichtstärke anliegt, in welchem Rezipienten das Halbzeug auf Schmelztemperatur aufge- heizt wird, wobei das in das Halbzeug eingelagerteTreibmittel Gas abspaltet, welches in der Metall- schmelze zur Ausbildung von Zellen und damit zum Aufschäumen des Metalls führt, ferner mit einer
Einrichtung zum Überführen des flüssigen Metallschaumes aus dem Rezipienten in eine Form, dadurch gekennzeichnet, dass der Rezipient (1) in Lagern (2) um seine Achse drehbar gelagert ist und über eine Antriebseinrichtung (15-17) verfügt, durch welche er um seine Achse in Rotation versetzbar ist,
ferner mit einer, vorzugsweise ortsfesten Heizung (5) für den Rezipienten (1) bzw. das in diesem befindliche Halbzeug (13), ferner mit einer Einrichtung zum Einbringen des granulatförmigen Halbzeuges (13), beispielswei- se mit einem in axialer Richtung im Rezipienten verfahrbaren Drehteller (10-12).