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Die
große
Herausforderung zur zwingend notwendigen Energieeinsparung und Emissionsreduzierung
für den
Klima- und Umweltschutz hat den Bedarf an komplex geformten Leichtbauteilen
mit hoher Belastbarkeit im Verkehrswesen und allgemeinen Maschinenbau
seit Jahrzehnten stetig ansteigen lassen.
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Die
Fertigungsverfahren für
derartige Produkte hingegen können
mit den ständig
steigenden Qualitätsanforderungen
und dem hohen Kostendruck nicht in gewünschter Weise Schritt halten,
so daß hier
ein andauernder Entwicklungsbedarf besteht.
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Zu
den wichtigsten Herstellungsverfahren derartiger Bauteile zählen das
Gießen
und das Umformen von Leichtmetall–Legierungen, die in den letzten
Jahren einen beachtlichen Marktanteil im Wettbewerb mit Eisen und
Stahl erreicht haben, mit weiter steigender Tendenz.
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Die
Gießverfahren
einerseits gewähren
eine einzigartige Freizügigkeit
bei der Formgebung mit entsprechend kaum eingeschränkten konstruktiven Möglichkeiten.
Sie sind andererseits jedoch auf geeignete Gußlegierungen angewiesen, die
zumeist keine Spitzenwerte bei den Materialeigenschaften erreichen.
Ein weiterer Nachteil beim Gießen
sind die häufig
auftretenden Gefügefehler
wie Lunker, Gasporosität,
Risse und Oxideinschlüsse,
die ebenfalls die Bauteilbelastbarkeit beeinträchtigen. Derartige Gefügefehler
müssen
in besonderen Fällen
nach dem Gießen
in einem eigenständigen
Verfahren des heißisostatischen
Pressens (HIP) eliminiert werden, was jedoch einen hohen Zeit- und
Kostenaufwand verursacht und für
die Großseri enproduktion
kaum geeignet ist.
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Der
klassische Schmelz- und Gießprozeß ist gekennzeichnet
durch Umwelt und Arbeitsplatz belastende Rauch-, Lärm- und
Hitzeemissionen, die in den dicht besiedelten europäischen Regionen
ständig
steigende Standort- und Behördenprobleme
aufwerfen.
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Das
Schmelzen erfolgt fast ausschließlich an der Atmosphäre, bei
größeren Betrieben
in einer separaten Schmelzerei. Hier wird das Vormaterial, bestehend
aus Neumetallmassein und internem Kreislauf, erschmolzen und einer
aufwendigen metallurgischen Behandlung unterzogen. Der Transport
der Schmelze zur Gießstation
ist zumeist mit Umfüllvorgängen verbunden,
die die Schmelzequalität
erneut beeinträchtigen.
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Insbesondere
beim Gießen
treten eine Vielzahl von Parametern gleichzeitig mit wechselseitiger Beeinflussung
auf, die sich bis jetzt einer modernen Regelungstechnik noch weitgehend
entziehen.
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Schließlich muß bereits
heute unter dem anhaltenden Kostendruck der Gußverbraucher eine stetige Verlagerung
der Gußproduktion
mit ihren für europäische Maßstäbe nicht
sonderlich attraktiven Arbeitsplätzen
in die Billiglohnländer
beobachtet werden, was den steigenden Qualitätsanforderungen an die Bauteile
alles andere als zweckdienlich ist. Darüber hinaus müssen mittel-
bis langfristig gravierende volkswirtschaftliche Probleme in Kauf
genommen werden.
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Die
Verfahren der Umformtechnik hingegen liefern Produkte mit höherer Festigkeit
und Elastizität,
sie sind jedoch bei der Formgebungsfreizügigkeit und damit im konstruktiven
Design erheblich eingeschränkt.
Die besseren Materialeigenschaften beruhen auf den hier verwendeten
Knetlegierungen und der im Umformprozeß erreichbaren Gefügetextur.
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Gießen und
Umformen sind ursprünglich selbständige unabhängige Fertigungsverfahren
mit spezifischen Legierungsgruppen (Guß- und Knetlegierungen), die
als nicht austauschbar gelten.
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Neuere
Entwicklungen setzen sich zum Ziel, in einem mehrstufigen Prozeß des Gießens in
eine Gießform
und anschließendes
Schmieden im Gesenk die Vorteile beider Verfahren zu kombinieren und
deren Nachteile zu überwinden.
Hierzu wird in einem ersten Schritt ein Rohgußteil mit bekannter Gießtechnik
erzeugt, der Gießform
entnommen und dann in weiteren Schritten im Schmiedegesenk auf seine
Endabmessungen gebracht. Dabei soll das Rohgußteil in seinen im Vergleich
zum ursprünglich geometrisch
sehr einfach geformten Schmiedeausgangsmaterial erheblich komplexer
gestalteten Konturen sich den gewünschten Endabmessungen des fertigen
Bauteils annähern.
Bei den nachgeschalteten Stufen des Schmiedens soll aus der Gußgefügestruktur
ein Gefüge
mit Knettextur mit bekanntlich besseren mechanischen Eigenschaften
erhalten werden.
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Aus
Gießerei
90 (2003) Nr. 2, S. 42–46
ist das New Rheo Casting Verfahren bekannt, bei dem ein Semi-Solid-Material,
also ein halbfestes Material, im Gießprozeß direkt aus der Schmelze durch
kontrollierte Abkühlung
in einem Stahltiegel erzeugt wird. Nach der Abkühlung wird das halbfeste Material
in einer UBE-Squeeze-Casting-Maschine
in Form gebracht.
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Aus
der
DE 654 267 A ist
eine Presse zur Herstellung von Werkstücken bekannt, bei der verflüssigte oder
in teigigem Zustand zugeführte
Werkstoffe einem Preßdruck
unterworfen werden. Dabei ist ein Hilfskolben vorgesehen, der unmittelbar
nach Beendigung der Bewegung des Preßstempels einen Nachdruck auf
das Preßgut
ausübt,
wodurch bei genauer Maßhaltigkeit
ein vollkommen dichtes Werkstück
erhalten wird.
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Die
DE 24 17 318 C3 betrifft
eine Vorrichtung zum Flüssigpressen
von einstückigen
Metallformteilen. Dabei wird das geschmolzene Metall unter Druck geformt,
während
es sich noch in flüssiger
Form befindet. Dabei wird solange ein Schmiededruck ausgeübt, bis
der Gegenstand sich soweit abgekühlt
hat, daß er
aus der Formanordnung herausgenommen werden kann.
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Die
DE 38 12 740 C2 betrifft
ein Gieß-Schmiede-Verfahren,
bei dem ein Vorformling in einer Gießform durch Gießen hergestellt
wird und anschließend
eine Schmiedeumformung des Vorformlings erfolgt. Dabei verbleibt
der Vorformling nach dem Gie ßen
in der unteren Formhälfte
der Gießform,
die somit als eines der Gesenke beim Schmieden benutzt wird. Die
obere zum Gießen
benutzte Formhälfte
wird durch ein anderes Gesenk ersetzt. Dabei ist die obere Gießformhälfte dem
herzustellenden Formteil nur grob angepaßt, so daß bei der Schmiedeverformung
noch ein Umformvorgang erforderlich ist, um die endgültige Form
des Formteils zu erreichen.
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Die
DE 696 33 988 T2 zeigt
ein Gießverfahren
nach dem New Rheo Casting Prinzip, bei dem in einer ersten Stufe
das Metall in vollständig
flüssiger Form
in einem Gießtiegel
enthalten ist. In einer zweiten Stufe wird das Metall in ein isoliertes
Gefäß gefördert. In
der anschließenden
dritten Stufe wird das Metall in dem isolierten Gefäß in einem
teilweise geschmolzenen Zustand gehalten. Erst in der vierten Stufe
wird das halbfeste Metall über
eine Druckgußeinspritzhülse in einen
Formholraum unter Druck eingebracht, wodurch letzten Endes die Formgebung vollzogen
wird.
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Das
Patent
EP 0 119 365
B1 beschreibt ein Verfahren („Cobapress") bei dem eine Aluminiumgußlegierung
durch Schwerkraftgießen
zu einem endabmessungsnahen Rohling geformt wird. Dieser wird anschließend aus
der Form entnommen und in heißem
Zustand (400–500°C) im Gesenk
einer Schmiedepresse auf die Endabmessungen des gewünschten
Bauteils gebracht. Im Schmiedegesenk sollen die Bauteileigenschaften
durch einen kombinierten Effekt von „Pressen im Kern und Durchkneten der
Oberfläche" verbessert werden.
In weiteren Patentschriften (
FR 2 778 125 A1 und
WO 01/49435 A1 ) aus der
gleichen Quelle soll das Grundverfahren weiter ausgestaltet und
optimiert werden. Dazu wird in einem Fall der Gußrohling nach der Entnahme
aus der Gießform
zur Wärmebehandlung
durch einen Glühofen
geschickt und danach im Gesenk weiter verformt. Im anderen Fall
erhält
der Gußrohling
nach der Formentnahme durch Eintauchen in ein Becken einen Grafitschlichteüberzug,
bevor er durch den Glühofen
geschickt und schließlich
im Gesenk auf Enddimension gebracht wird.
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Die
Anmeldung
EP 1 380
662 A1 schlägt
für die
Herstellung hochbelastbarer Fahrwerkteile eine Knetlegierung vor,
die zu einem groben Gußrohling mit
konventioneller Gießtechnik
vergossen wird, der größere Wanddicken
und entsprechend größeren Abstand
zur Endkontur des anschließend
nacheinander in zwei Stufen geschmiedeten Fertigprodukts aufweist.
Als Vorteil wird u. a. die Wiederverwendbarkeit des im Mehrstufenprozeß anfallenden
hohen Anteils an Kreislaufmaterial angesehen.
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Diese
als Stand der Technik beschriebenen Fertigungsverfahren für hochbelastbare
Leichtbauteile sind Mehrstufenprozesse und lassen aus technischer
und wirtschaftlicher Sicht deutliche Nachteile erkennen.
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Der
in der ersten Prozeßstufe
mit konventioneller Schwerkraftgießtechnik in eigener Form erzeugte
Gußrohling
birgt die klassischen Gußrisiken der
Gefügefehler
wie Lunker, Poren, Oxideinschlüsse
und Risse. Soll er endkonturnah gegossen werden, dann muß auf eine
Gußlegierung
mit eingeschränkten
mechanischen Kennwerten zurückgegriffen
werden. Beim Einsatz einer Schmiedelegierung mit ihren ungünstigen
Gießeigenschaften
kann dagegen im ersten Schritt nur ein grober, dickwandiger Rohling
mit größerem Abstand
zur Endkontur erhalten werden. Die nachgeschalteten mindestens zwei Stufen
der Umformung auf Endkontur erfordern eigene Gesenke in Schmiedepressen,
was mit einem erheblichen maschinentechnischen Aufwand und entsprechend
hohen Kosten verbunden ist.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines neuartigen einstufigen
Verfahrens und neuartiger Vorrichtungen, die die Fertigung von hoch
beanspruchbaren Bauteilen auch mit großen Dimensionen, komplexer
Formgebung mit Mehrfachfunktion in einer Kompaktanlage mit engster
Kopplung und Regelung der Fertigungsschritte bei gleichzeitiger
Taktzeitverkürzung
auf besonders rationelle Weise ermöglichen.
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Diese
Aufgabe wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch gelöst, daß stückiges,
insbesondere sortenreines Vormaterial in ein geschlossenes System
unter Schutzgas eingebracht, aufgeheizt, geschmolzen und quantifiziert, über eine Druckkammer
in einen Formhohlraum gefördert,
dort unter erhöhtem
Druck mit Ausbildung einer fehlerfreien Gußgefügestruktur erstarrt und das
Bauteilgefüge nach
der Erstarrung durch weiter erhöhten
Druck bei veränderlichem
Formhohlraum zum Fließen
gebracht, damit zumindest teilweise in eine Knetgefügestruktur überführt und
nach weiterer Abkühlung und Öffnen der
Form das Bauteil mit Endabmessungen entnommen wird. Eine erfindungsgemäße Fertigungsanlage
zur Durchführung
des Verfahrens ist gekennzeichnet durch ein insbesondere rohrförmiges Aufheizaggregat,
einen Schmelzofen mit einer Druckkammer, ein Schutzgassystem und
eine Form mit veränderlichem
Formhohlraum.
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Hierdurch
können
die Bedingungen bei den nach dem Stand der Technik in getrennten
Einrichtungen ablaufenden Prozeßschritte
des Schmelzens, Gießens,
Verdichtens und Umformens optimiert und in einer kompakten Anlage
integriert werden. Die entsprechende erfindungsgemäße Anlage
schafft die Voraussetzungen, einen Automaten zu realisieren, der
Handarbeit in der Produktion weitgehend überflüssig macht und die Umweltbelastung
nachhaltig reduziert.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zeichnet sich durch eine Reihe herausragender Vorteile aus.
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Die
Zusammenführung
bisher getrennter Prozesse des Schmelzens, Gießens, Verdichtens und Umformens
in einer kompakten, gegen die Atmosphäre gekapselten Anlage bringt
zunächst
eine sehr wünschenswerte
Entlastung von Arbeitsplatz und Umwelt im Vergleich zur herkömmlichen
Verfahrensweise.
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Als
erstes kann durch die Verwendung von sortenreinem Vormaterial auf
eine separate, an die Produktion gebundene Schmelzerei für das Aufschmelzen
von hochwertigem Neumetall zusammen mit gießereiinternem, häufig verunreinigtem
und somit minderwertigem Kreislaufmaterial und die damit notwendige
aufwendige metallurgische Reinigung und Einstellung eines erforderlichen
optimierten Keimzustands der gesamten Schmelze verzichtet werden.
Als nächstes
entfällt
der Schmelzetransport zur Gießstation
verbunden mit mehrfachem schädlichen
Umfüllen
und daraus notwendigem erneuten Reinigen.
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Die
erfindungsgemäß in den
beheizten Schmelzofenr integrierte Dosiereinrichtung, die ohne störanfällige mechanisch
arbeitende Ventile auskommt, erreicht mit ihrer zeitunabhängigen Gasdruckregelung
eine hohe Genauigkeit bei der Volumenquantifizierung und kann endlich
den altbekannten, an offener Atmosphäre arbeitenden und noch immer
weit verbreiteten Schöpf-
und Gießlöffel ersetzen.
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Beim
erfindungsgemäßen Verfahren
treten nur sehr geringe Arbeitsplatz und Umwelt belastende Dämpfe und
Hitzeemissionen auf, die bekanntlich auch mit kostspieligen Energieverlusten
verbunden sind.
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Insbesondere
die stark emissionsbelastete und derzeit wieder stagnierende Magnesiumtechnologie
könnte
einen weiteren wünschenswerten
Anschub erfahren. Darüber
hinaus ergeben sich deutliche Vorteile bei der Verarbeitung von
Legierungen, deren Bestandteile im schmelzflüssigen Bereich einen hohen
Dampfdruck und eine starke Oxidationsneigung aufweisen (z. B. Zn-,
Mg-, AlMg-, AlLi-, CuZn-Leg.) oder toxische Dämpfe emittieren (z. B. Pb,
Be).
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Ein
weiterer Vorteil besteht im Aufheizen und Aufschmelzen einer Chargenmenge
parallel zum Gießtakt.
Die enge Kopplung des getrennten Aufheiz- und Schmelzbereichs erlaubt
eine hohe Energieeinbringung mit wesentlich höheren Temperaturen des Einsatzmaterials
vor dem vollständigen
Aufschmelzen im Vergleich zur herkömmlichen Masselvorwärmung, vermeidet
aber andererseits eine Blockierung im rohrförmigen Aufheizaggregat durch hochsteigende
und erstarrende Schmelze. Es besteht die Möglichkeit, das einzuschleusende
Chargenquantum auf das Gewicht des soeben gefertigten Bauteils abzustimmen.
Damit ergibt sich der große Vorteil
einer insgesamt geringen Menge an Flüssigmaterial in der Fertigungsanlage,
was die Aufheiz- und Abkühlzeiten
bei Produktionsstart und Ende erheblich verringert, die Flexibilität insbesondere
bei einem Chargenwechsel, die hochbelastende Ofenentleerung und
Reinigung von Hand deutlich verbessert und schließlich das
grundsätzlich
bei schmelzflüssigen
Stoffen bestehende Sicherheitsrisiko drastisch reduziert.
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Das
erfindungsgemäße Aufheiz-
Schmelz- und Dosiersystem ist über
das beschriebene Einsatzgebiet hinaus vielseitig einsetzbar. So
kann es im allgemeinen Druckguß für die Schußkammerbefüllung von
oben, seitlich oder auch von unten zur Anwendung kommen. Es ist
weiterhin geeignet für
die Schmelzeversorgung an modernen Sandguß-Produktionsanlagen sowie
im Kokillenguß mit
Gießkarussells
und Linearanlagen insbesondere auch beim neuen leistungsfähigen Rotacaster-Verfahren
gemäß
EP 0656819 B1 zur
Befüllung
der Gießwanne,
sowie bei Sonderverfahren wie beispielsweise dem Niederdruck- und
Gegendruckverfahren. Wird in solchen Anwendungsfällen die Schmelze von oben
zugeführt, so
hat das Steigrohr des Dosiersystems eine obere Umlenkung. Hier ist
ein zusätzlicher
Gasdruckanschluß von
Vorteil, der den Schmelzezufluß beruhigt.
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Weiterhin
werden im Fertigungsablauf selbst eine Reihe erheblich verbesserter
Bedingungen erzielt, die die Produktqualität und die Wirtschaftlichkeit seiner
Fertigung deutlich erhöhen.
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Im
ersten Schritt der Formfüllung
tritt die Schmelze durch große
Querschnitte mit gleichmäßiger Temperatur
in kurzer Zeit von unten in den Formhohlraum nahezu turbulenzfrei
ein und füllt
diesen, unterstützt
durch einen schnellen und hohen Druckaufbau, konturenscharf aus.
Hierbei werden die bekannten Gußfehler
wie Schaumbildung, Lufteinschlüsse,
Fließlinien
und Kaltlaufstellen ausgeschaltet. Ein Verdüsen der Schmelze in den Formhohlraum
wie beim Druckguß mit
den besonders nachteiligen Gas- und Lufteinschlüssen im Bauteilgefüge findet
nicht statt.
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Die
anschließende
Erstarrung der Schmelze in der temperaturgeregelten Form unter hohem Druck,
der auch mit Hilfe von in die Form eingebauten Druckelementen lokal
im Erstarrungsintervall variiert werden kann, verläuft gelenkt
unter Ausbildung eines feinkörnigen
und dichten Gefüges
frei von schrumpfungsbedingten Lunkern und Poren sowie Gasporosität, verursacht
durch den in der Schmelze gelösten
Wasserstoff, der sich bei den Standardverfahren während der
Erstarrung ausscheidet.
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Die
durch die im letzten Schritt erfolgende Konturveränderung
der Form mit dem erstarrten Bauteil auf geeignetem Temperaturniveau
bewirkt bei hohem Druck ein Fließen des Materials, wodurch
zumindest in wichtigen Bauteilbereichen ein umgeformtes Gefüge mit gegenüber der
Gußstruktur
deutlich besseren Eigenschaften erzielt werden kann. Schließlich verläuft die
Produktion „in
einer Hitze", was
größere Temperaturschwankungen
und -verluste vermeidet und zu einem großen Potential der Energieeinsparung
führt.
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Schlußendlich
läßt die neue
Verfahrensweise über
den Einsatz von Gußlegierungen
hinaus auch die Anwendung von Knetlegierungen zu und deckt damit
den gesamten Werkstoffsektor der Leichtmetalle und niedrig schmelzender
Schwermetallegierungen ab.
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Zum
Start des Verfahrensablaufs werden auf das Bauteilgewicht angenähert abgestimmte
Vormaterialkörper
durch eine gasdichte Abdichtung an der oberen Öffnung eines Chargierrohres
beispielsweise mit Induktionsheizung eingeschoben und aufgeheizt. Auf
ihrem Weg nach unten in einen beheizten Schmelzofen, beispielsweise
einen Induktionsofen, wird der schmelzflüssige Zustand erreicht sowie
eine geeignete Gießtemperatur
eingestellt.
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In
einer ersten Verfahrensweise enthält der Schmelzofen eine neuartige
Dosiereinrichtung, mit deren Hilfe ein dem Bauteilvolumen entsprechendes Schmelzequantum
abgemessen wird. Aus dieser Dosiereinrichtung wird dann das Schmelzequantum
unter Einwirkung von Gasdruck in eine Hochdruckkammer mit Kolben
gefördert.
In diesem Fall nimmt die Kammer das gesamte abgemessene Schmelzequantum
auf, bevor es durch den Kolben in den Formhohlraum verdrängt wird.
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In
einer zweiten Verfahrensweise ist es aber auch möglich, eine entsprechend verkleinerte
Hochdruckkammer einzusetzen, durch die hindurch ein undosierter
Schmelzestrom direkt aus dem Schmelzofen in den Formhohlraum gefördert wird,
wobei der Kolben erst gegen Ende der Formfüllung den Zufluß absperrt,
die Form vollständig
mit dem dadurch bestimmten Schmelzequantum konturenscharf füllt und einen
hohen Druck in der Schmelze aufbaut. In diesem Fall kann auf den
Einsatz der ofenintegrierten Dosiereinrichtung verzichtet werden.
Der hohe Druck wirkt ab Ende der Formfüllung für die beginnende Erstarrung
im Zusammenspiel mit weiteren Druckelementen in der Form. Nach abgeschlossener
Erstarrung des Gußrohlings
erfolgt an geeigneten Stellen des Formhohlraums eine Konturänderung
der Form. Unter dem Einfluß hoher
Prellkräfte
folgt der Gußrohling
der neuen Kontur bei geeigneter Temperatur durch Fließen und
erreicht schließlich
seine Endabmessungen. Nach Druckabbau kann die Form geöffnet, das
Bauteil entnommen und gegebenenfalls einer Nachbehandlung unterzogen
werden.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit
der Zeichnung beschrieben, in dieser zeigen:
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1 eine
Seitenansicht im Schnitt eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Anlage
bestehend aus Aufheiz- (1.2), Schmelz- (1.3) und Dosieraggregat
(1.4), Schutzgassystem (1.5) und Gießform 2.
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Das
Ausführungsbeispiel
nach 1 zeigt im Prinzip die Produktionsanlage zur Ausübung des Verfahrens.
Sie besteht aus der Schmelz- und Dosiereinrichtung 1 und
einer Gieß-
und Preßform 2 in einer
nicht abgebildeten Hydraulikpresse.
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Die
Schmelz- und Dosiereinrichtung 1 gliedert sich in die Bereiche 1.1 für den Vormaterialeinschub
mit Abdichtung, 1.2 für
das Aufheizen, 1.3 für das
Schmelzen und Warmhalten, 1.4 für das Dosieren sowie 1.5 für die Schutzgas-Druckregelung
(nur prinzipiell dargestellt). Letztere ist so konstruiert, daß das Schutzgas
bei Druckausgleich zur Atmosphäre in
das System zurückgeführt wird
und für
die weiteren Dosiervorgänge
erhalten bleibt.
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Der
Bereich 1.1 Vormaterialeinschub besteht aus einer nicht
dargestellten Transportvorrichtung für das Chargiermaterial, beispielsweise
bolzenförmige Vormaterialkörper 1.11,
sowie der Schleuse 1.12 mit Dichtung 1.13 und
Schutzgasführung 1.14.
Die Transportvorrichtung kann beispielsweise aus einem elektrischen
Rollenantrieb, einem elektrisch angetriebenen Gewindespindeltrieb
mit Mutter und Schubhaken oder einem elektromagnetischen Antrieb
nach dem Prinzip eines Linearmotors bestehen. Als Dichtung 1.13 in
der Schleuse 1.12 kann beispielsweise ein elastisches Schlauchstück, das
auf einer Tülle befestigt
ist, für
den Materialdurchschub verwendet werden.
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Das
Aufheizen der Vormaterialkörper
erfolgt in einem Rohr 1.21, umgeben von einer Induktionsspule 1.22.
Auch andere Wärmequellen
sind anwendbar. Ein unkontrolliertes Durchrutschen des Chargiermaterials
im Rohr 1.21 wird verhindert durch eine geeignete Neigung
im Zusammenspiel mit elektrodynamischen Kräften, die dem Materialeinschub entgegenwirken,
sowie einer Anstoßfläche 1.41 quer zur
Einschubrichtung.
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Für das Schmelzen
und Warmhalten kommt beispielsweise ein Induktionsofen 1.3 zum
Einsatz, der das auf unter Liquidus-Temperatur aufgeheizte Chargiermaterial
vollständig
aufschmilzt und auf Gießtemperatur
bringt. Der Pegel der Schmelze 1.31 im Schmelzofen 1.3 kann
vorteilhaft über
einen elektromagnetischen Näherungssensor 1.32 kontrolliert werden.
Es sind aber auch andere geeignete Sensoren verwendbar.
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Eingesetzt
in diesen Schmelzofen 1.3 ist das Dosiersystem 1.4 bestehend
aus einem unten offenen Trennrohr 1.41 und einem Meßtiegel 1.42 mit Durchflußspalt 1.43 und
Steigrohr 1.44. Letzteres ist am oberen Ende über den
Füllspalt 1.45 mit
einer Druckkammer 2.1 verbunden, in die ein Druckkolben 2.11 mit
geeignetem Antrieb (nicht dargestellt) eingepaßt ist. Wird das Dosiersystem
wahlweise für
die Befüllung
der Schußkammer
einer Druckgießmaschine,
Gießtümpel beim
Schwerkraftgießen,
Rotacaster-Gießwanne
oder anderer Standardverfahren genutzt, dann erhält das Steigrohr am oberen
Ende eine Umlenkung mit einer zusätzlichen Belüftungsmöglichkeit,
die am Ende der Meßtiegelentleerung
im Zusammenspiel mit dem Druckabbau das Spritzen der Schmelze eliminiert.
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Die
Gieß-
und Preßform 2.2 (im
Beispiel für ein
PKW-Rad) besteht aus Grundplatte 2.21, Seitenschiebern 2.22 und
Zentralkern 2.23, in die mehrere Preßstifte 2.24, 2.25 oder
Preßbolzen 2.26 eingebaut sind.
Alle beweglichen Formteile werden zum Öffnen und Schließen der
Form sowie für
die Aufbringung der Preßkräfte von
nicht dargestellten Antriebsmitteln betätigt.
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Zum
Start eines Fertigungszyklus wird das Chargiermaterial 1.11 durch
die Schleuse 1.12 eingeschoben und im Aufheizbereich 1.2 auf
eine unter der Liquidus-Temperatur
liegende Temperatur gebracht. Das erweichte Material gelangt bei
weiterem Vorschub in den Schmelzofen 1.3, wird hier aufgeschmolzen
und auf eine geeignete Gießtemperatur überhitzt.
Der Schmelzepegel im Schmelzofen liegt bei Druckausgleich mit der
Atmosphäre
einige Millimeter unter dem Durchflußspalt 1.43.
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Zum
Abmessen eines Dosierquantums für den
nächsten
Schuß erfolgt
mit Hilfe der Schutzgas-Druckregelung 1.5 eine Druckerhöhung über dem
Pegel im Schmelzofen 1.3. Mit dem absinkenden Pegel im
Ofen kommt es zu einem Pegelanstieg im Raum zwischen Trennrohr 1.41 und
Meßtiegel 1.42.
Jetzt strömt
Schmelze durch den Durchflußspalt 1.43 und
füllt den
Meßtiegel
auf das Niveau des Zwischenraums (Überdosierung). Nach Abbau der Druckerhöhung im
Schmelzofen 1.3 fließt
das überdosierte
Schmelzequantum aus dem Meßtiegel
bis zur Unterkante des Durchflußspalts 1.43 über den Zwischenraum
in den Ofen 1.3 zurück,
das Dosierquantum ist abgemessen. Anschließend wird das Dosierquantum
durch gleichzeitige Gasdruckerhöhung
im Meßtiegel 1.42 und
Schmelzofen 1.3 über das
Steigrohr 1.44 und den Füllspalt 1.45 in die Druckkammer 2.1 gefördert. Abhängig von
der Größe des Bauteils
kann die Schmelze teilweise auch bereits in den Formhohlraum 2.3 eintreten.
Der jetzt vorrückende
Druckkolben 2.11 in der Druckkammer 2.1 verschließt zunächst den
Füllspalt 1.45 und
preßt die
Schmelze zur vollständigen
Füllung
des Formhohlraums 2.3 in die Form 2.2. Hier erstarrt
die Schmelze unter wählbarem
hohen Druck im Zusammenspiel der Preßbolzen 2.24 bis 2.26 mit
dem Druckkolben 2.11 unter Ausbildung einer dichten, feinkörnigen Gußgefügestruktur.
Nach im wesentlichen abgeschlossener Erstarrung wird unter weiterer Druckerhöhung mit
Hilfe der Preßbolzen
beispielsweise in der Reihenfolge 2.24, 2.25, 2.26 bei
zurückweichendem
Druckkolben 2.11 das erstarrte aber noch weiche Bauteilgefüge zum Fließen gebracht. Damit
kommt es in wichtigen Bauteilbereichen zur Ausbildung einer Knetgefügestruktur
mit deutlich erhöhten
Festigkeits- und Dehnungseigenschaften. An Stelle der erwähnten Preßbolzen 2.24 bis 2.26 können auch
beispielsweise andere Formteile wie Seitenschieber 2.22 und/oder
Zentralkern 2.23 zur Druckerhöhung nach beendeter Erstarrung
mit dem Ziel der Gefügeumwandlung
genutzt werden. Schließlich ist
es auch möglich,
Teile der Form durch Einlagen oder Zwischenlagen während der
Formfüllung
und Erstarrung auf geeignete Distanz zu halten, was einer Volumenvergrößerung entspricht
und nach deren Entfernung den Formhohlraum mit dem erstarrten Bauteil
zu verkleinern. Nach weiterer Abkühlung und genügender Verfestigung
wird die Form geöffnet
und das Bauteil entnommen.