DE10041717C2 - Trägerkörper - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Trägerkörper zur Bereitstellung von Zusatzstoffen beim Metallgießen.

Beim Metallgießen wird die Metallschmelze beim Einleiten in die Gussform mit Zusatzstoffen versetzt. Die Zusatzstoffe dienen zur Beeinflussung des Metallgefüges. Die Beeinflussung der Me­ tallschmelze führt beispielsweise bei Aluminiumguss zur Korn­ feinung. Als Zusatzstoffe werden beispielsweise desoxidierende Metalle oder Legierungen der Metallschmelze zugeführt.

Das Zuführen der Zusatzstoffe erfolgt beispielsweise durch Formimpfung. Hierbei werden die Zusatzstoffe in körniger Form in dem Eingusskanal angeordnet. Hierbei muss sichergestellt werden, dass keine ungelösten Zusatzstoffe in die Gussform ge­ langen, da dies zu Nestbildung im Gussteil und damit zur Zer­ störung des Gussteils führen kann. Die Zusatzstoffe müssen da­ her in einem großen Abstand zum Anguss des Gussteils eingebracht werden. Da die Beeinflussungswirkung der Zusatzstoffe am größten ist, wenn die Zusatzstoffe möglichst nahe am Anguss in die Metallschmelze eingebracht werden, ist dieses Verfahren nachteilig.

Eine weitere Möglichkeit der Formimpfung ist das Einpudern der Wandungen des Gusstrichters und der Form mit Zusatzstoffen, wie beispielsweise in DE 35 15 164 C2 beschrieben. Dies ist aufwendig und führt insbesondere im Inneren des Gussteils zu einer schlechten Verteilung der Zusatzstoffe.

Zusatzstoffe können ferner in Form der Gussstrahlimpfung in die Metallschmelze eingebracht werden. Hierbei werden die Zusatz­ stoffe in den Gießstrahl manuell eingerieselt oder über eine Schüttrinne dem Gießstrahl zugefügt. Ferner ist es bekannt mit­ tels pneumatischer Systeme feinkörnige Zusatzstoffe auf den Gießstrahl zu blasen. Es ist ebenso möglich dem Gießstrahl ei­ nen Draht aus Zusatzstoff zuzuführen, der im Gießstrahl schmilzt. Die Gießstrahlimpfung hat den Nachteil, dass die Imp­ fung in einem Abstand zum Anguss erfolgen muss und daher die Beeinflussungswirkung der Zusatzstoffe sinkt.

Aus DE 43 18 309 A1 ist ein poröser keramischer Schaum bekannt, der als Filter für die Metallschmelze eingesetzt wird. Der Schaum weist eine Vertiefung auf, in die ein stückiges Behand­ lungsmittel eingepasst oder eingeklebt werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, das Einbringen von Zusatzstoffen in eine Metallschmelze zu vereinfachen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Trägerkörper gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren zur Herstellung eines Me­ tallgussteils gemäß Anspruch 6 gelöst.

Erfindungsgemäß ist ein Trägerkörper vorgesehen, durch den die Zusatzstoffe für das Metallgießen bereitgestellt werden. Der Trägerkörper weist einen beispielsweise in einem Rahmen oder dergleichen gehaltenen porösen Körper aus keramischem Schaum auf. In den keramischen Schaum sind die Zusatzstoffe eingelagert. Der poröse Körper weist Durchgangskanäle zur Durchleitung der Metallschmelze auf, wobei die Metallschmelze beim Durchlei­ ten durch den porösen Körper die Zusatzstoffe aufnimmt.

Da die gesamte Metallschmelze durch eine vorzugsweise hohe An­ zahl von Durchgangskanälen durch den porösen Körper geleitet werden kann, nimmt die Schmelze gleichmäßig einen bestimmten Anteil an Zusatzstoffen auf. Die Zusatzstoffe sind somit gleichmäßig in der Metallschmelze verteilt. Dies führt zu einer Verbesserung der Qualität des Gussteils, insbesondere hinsicht­ lich des Gefüges.

Der erfindungsgemäße Trägerkörper kann unmittelbar am Anguss der Gussform vorgesehen werden, so dass die Metallschmelze un­ mittelbar nach dem Durchströmen des Trägerkörpers, d. h. unmit­ telbar nach der Aufnahme der Zusatzstoffe in die Gussform ge­ langt. Dies hat eine gute Beeinflussungswirkung der Zusatzstof­ fe auf die Metallschmelze zur Folge.

Durch die Neigung der Durchgangskanäle kann die Menge der von der Metallschmelze beim Durchströmen des porösen Körpers aufge­ nommenen Zusatzstoffe beeinflusst werden. Hierzu beträgt der Winkel der Durchgangskanäle zu einer senkrecht zwischen einer Eintrittsfläche und einer Austrittsfläche verlaufenden Verbin­ dungslinie, vorzugsweise 20°-70°, besonders bevorzugt 40°-­ 50°. Je größer der Winkel ist, desto mehr Impfstoff wird von der Metallschmelze aufgenommen, da diese mit einer geringen Durchströmungsgeschwindigkeit durch die Durchgangskanäle des porösen Körpers strömt. Dies bedeutet, dass eine größere Menge Zusatzstoffe aufgenommen wird, wenn die Durchströmungskanäle zu einer Hauptströmungsrichtung der Metallschmelze, die von der Eintritts- zur Austrittsfläche gerichtet ist, flach angeordnet sind. Bei im Wesentlichen parallel zu der Hauptströmungsrich­ tung verlaufenden Durchgangskanälen ist die Aufnahme von Zu­ satzstoffen äußerst gering. Es ist daher vorteilhaft die Durchgangskanäle zu der senkrechten Verbindungslinie in einem bevor­ zugten Winkelbereich von 40°-50° anzuordnen, da hierbei eine gute Aufnahme an Zusatzstoffen erzielt werden kann.

Vorzugsweise ist der poröse Körper des Trägerkörpers mit einem Filter aus porösem Keramikschaum verbunden. Durch den Filter werden aus der Metallschmelze Verunreinigungen und dergleichen herausgefiltert. Die Metallschmelze durchströmt somit den porö­ sen Körper und den Filter aus porösem Keramikschaum. Das Fil­ tern der Metallschmelze hat ebenfalls eine Verbesserung der Gussqualität zur Folge. Um ein Verstopfen der Durchgangskanäle zu vermeiden, ist der Filter vorzugsweise vor dem Trägerkörper angeordnet.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform weisen die Durchgangskanäle einen Durchmesser von weniger als 5 mm, vor­ zugsweise von weniger als 2 mm auf. Bei Durchgangskanälen mit ausreichend geringen Durchmessern dient in Abhängigkeit der Viskosität des zu vergießenden Metalls der poröse Körper des Trägerkörpers zusätzlich als Filter. Dies hat zur Folge, dass das Vorsehen eines Filters zusätzlich zum Trägerkörper entfal­ len kann.

Die Porosität des porösen Körpers ist vorzugsweise größer als 5 ppi, vorzugsweise größer als 20 ppi und besonders bevorzugt größer als 100 ppi (ppi = pores per square inch).

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Me­ tallgussteils wird die Metallschmelze vor dem Einleiten in eine Gussform gefiltert und der Metallschmelze werden Zusatzstoffe zugeführt. Erfindungsgemäß erfolgt das Zuführen der Zusatzstoffe indem die Metallschmelze durch einen porösen Körper aus ke­ ramischem Schaum, in dem die Zusatzstoffe eingelagert sind, ge­ leitet wird. Die Metallschmelze fließt somit vor oder nach dem Filtern durch den porösen Körper und nimmt hierbei Zusatzstoffe auf. Vorzugsweise erfolgt das Durchströmen des porösen Körpers nach dem Filtern, um ein Verstopfen der Poren des porösen Kör­ pers zu vermeiden.

Besonders bevorzugt ist das Verwenden eines porösen Körpers mit Durchgangskanälen durch die die Metallschmelze geleitet wird. Hierdurch ist ein Verstopfen der Poren vermieden. Ferner ist ein zu starkes Abbremsen der Fließgeschwindigkeit der Metall­ schmelze vermieden.

Zur Einstellung der Menge an Zusatzstoffen, die in die Metall­ schmelze gelangen, kann der Winkel der Durchgangskanäle zur Hauptströmungsrichtung der Metallschmelze eingestellt werden.

Um während des gesamten Gießvorgangs eine gleichmäßige Aufnahme an Zusatzstoffen durch die Metallschmelze zu gewährleisten, kann der Winkel der Durchgangskanäle während des Gießvorgangs variiert werden, so dass sich die Fließgeschwindigkeit der Me­ tallschmelze in dem porösen Körper mit fortschreitendem Gieß­ vorgang verringert, so dass stets die gleiche Menge Zusatzstof­ fe aufgenommen wird. Hierdurch kann auf einfache Weise der Ef­ fekt ausgeglichen werden, dass sich die Zusatzstoffe zu Beginn eines Gießvorgangs leichter aus dem porösen Körper lösen.

Die Zusatzstoffe werden in den porösen Körper vorzugsweise durch Tränken oder Besprühen des porösen Körpers in diesen ein­ gebracht. Das Einbringen der Zusatzstoffe kann ferner durch Eingießen in den porösen Körper erfolgen. Hierbei ist der keramische Schaum des porösen Körpers vorzugsweise vollständig mit Zusatzstoffen zur Impfung der Metallschmelze gefüllt.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausfüh­ rungsform unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt eine schematische perspektivische Schnitt­ ansicht des porösen Körpers des Trägerkörpers.

Der poröse Körper 10, der in einem Halteteil in einem Rahmen oder Ähnlichem des Trägerkörpers gehalten sein kann, weist eine Eintrittsfläche 12 und eine Austrittsfläche 14 auf, wobei die Metallschmelze in Richtung der durch Pfeile 16 dargestellten Hauptströmungsrichtung durch den porösen Körper strömt. Die Eintrittsfläche 12 und die Austrittsfläche 14 sind in dem dar­ gestellten Ausführungsbeispiel eben und zueinander parallel.

Von der Eintrittsfläche 12 zur Austrittsfläche 14 erstrecken sich Durchgangskanäle 18. Die Durchgangskanäle 18 sind gerade und zueinander parallel angeordnet. Die Durchgangskanäle 18 verlaufen zu einer Verbindungslinie, die senkrecht zu der Ein­ trittsfläche 12 und der Austrittsfläche 14 ist, in einem Winkel α. Bei zueinander nicht parallelen Eintritts- und Austritts­ flächen 12, 14 ist die Verbindungslinie 20 gekrümmt, so dass als Winkel α ein mittlerer Winkel zwischen der gekrümmten Ver­ bindungslinie, die zu der Eintritts- und Austrittsfläche 12, 14 senkrecht ist, angegeben werden kann.

Die Durchgangskanäle 18 sind jeweils in zueinander wiederum pa­ rallelen Reihen angeordnet. Zwischen den Reihen aus Durch­ gangskanälen 18 sind Reihen aus Durchgangskanälen 22 vorgesehen. Die Durchgangskanäle 22 sind ebenfalls geradlinig und pa­ rallel zueinander angeordnet. Die Neigung der Durchgangskanäle 22 ist entgegengesetzt der Neigung der Durchgangskanäle 18. Im dargestellten Ausführungsbeispiel betragen die Winkel α und β jeweils etwa 45°, so dass die Durchgangskanäle 18 im Wesentli­ chen senkrecht zu den Durchgangskanälen 22 sind. Das Vorsehen von Durchgangskanälen, die in unterschiedliche Richtungen aus­ gerichtet sind, bewirkt ein Beruhigen der Metallschmelze sowie ein gutes Verteilen der Zusatzstoffe innerhalb der Metall­ schmelze.

Die porösen Bereiche 24 des porösen Körpers 10, d. h. die Be­ reiche, die zwischen den Durchgangskanälen 18, 22 angeordnet sind, sind vorzugsweise vollständig mit Zusatzstoffen getränkt, so dass sämtliche Poren mit Zusatzstoffen gefüllt sind.

Mit dem porösen Körper 10 kann ein als Filter dienender weite­ rer poröser Körper verbunden werden. Die Verbindung kann bei­ spielsweise durch aneinderschlickern erfolgen. Der Filter kann mit dem porösen Körper mit dem einzigen Unterschied identisch sein, dass keine Durchgangskanäle vorgesehen sind. Der verwen­ dete keramische Schaum sowie die Porosität kann identisch sein. Dies hat in der. Herstellung den Vorteil, dass zwei identische poröse Körper aus keramischem Schaum verwendet werden können. In einem dieser Körper befinden sich Durchgangskanäle und so­ dann können die beiden Körper zusammengesetzt werden. Vor dem Einbringen der Durchgangskanäle in dem porösen Körper ist der als Filter dienende poröse Körper und der zum Einbringen von Zusatzstoffen dienende poröse Körper somit identisch. Dies senkt die Herstellungskosten.

Claims (10)

1. Trägerkörper zur Bereitstellung von Zusatzstoffen beim Me­ tallgießen mit
einem porösen Körper (10) aus keramischem Schaum, in den die Zusatzstoffe eingelagert sind und
in dem porösen Körper (10) vorgesehenen Durchgangskanälen (18, 22) zur Durchleitung von Metallschmelze, wobei die Me­ tallschmelze beim Durchleiten die Zusatzstoffe aufnimmt, und die Durchgangskanäle (18, 22) von einer Eintrittsfläche (12) des porösen Körpers (10) zu einer Austrittsfläche (14) des porösen Körpers (10) verlaufen und gegenüber einer zu der Ein- und der Austrittsfläche (12, 14) senkrechten Ver­ bindungslinie (20) einen Winkel (α) von 20°-70° aufwei­ sen.

2. Trägerkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (α) 40°-50° beträgt.

3. Trägerkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, dass mit dem porösen Körper (10) ein Filter aus porö­ sem Keramikschaum verbunden ist, so dass die Metallschmelze den porösen Körper (10) und den Filter durchströmt.

4. Trägerkörper nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Durchgangskanäle (18, 22) einen Durchmesser von weniger als 5 mm aufweisen.

5. Trägerkörper nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Durchgangskanäle (18, 22) einen Durchmesser von weniger als 2 mm aufweisen.

6. Trägerkörper nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Porosität des porösen Körpers (10) größer als 5 ppi ist.

7. Trägerkörper nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Porosität des porösen Körpers (10) größer als 20 ppi ist.

8. Trägerkörper nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Porosität des porösen Körpers (10) größer als 100 ppi ist.

9. Trägerkörper nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekenn­ zeichnet, dass zum Einstellen der Menge an Zusatzstoffen, die von der Metallschmelze beim Durchströmen des porösen Körpers (10) aufgenommen werden, der Winkel (α) der Durch­ gangskanäle (18, 22) zur Hauptströmungsrichtung (16) der Metallschmelze eingestellt ist.

10. Trägerkörper nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Zusatzstoffe in den porösen Körper (10) durch Tränken, Besprühen und/oder Eingießen einge­ bracht sind.