DE102008037456B4

DE102008037456B4 - Vorrichtungen und Verfahren zur Herstellung polylegierter Schmuckgegenstände

Info

Publication number: DE102008037456B4
Application number: DE200810037456
Authority: DE
Inventors: Carsten Sobczik
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-10-16
Filing date: 2008-10-16
Publication date: 2011-03-03
Anticipated expiration: 2028-10-17
Also published as: DE102008037456A1; WO2010043222A3; WO2010043222A2

Abstract

Verfahren zur Herstellung polylegierter Schmuckringe, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Verfahrensschritt ein formgenaues Wachsmodell eines Grundringes (6) als Ring- und Gussaufnahmestück (6) hergestellt wird, welches mittels Feinguss in eine Metalllegierung abgeformt wird, anschließend der Grundring (6) in einer Halte- und Bearbeitungsvorrichtung in einer Ausgangslage montiert und die Gusskruste mechanisch abgetragen wird und der so bearbeitete Grundring (6) anschließend in der Formgebungskammerkörper (14) einer Tiegelvorrichtung fest positioniert wird und nun die komplette Tiegelvorrichtung mit der Formgebungskammer (14.2), dem Grundring (6) und die Angusslegierung im Tiegel (16) auf die Schmelztemperatur der Angusslegierung in einer Vakuum-Gießanlage erwärmt wird, nach dem Erreichen der Schmelztemperatur wird die Tiegelvorrichtung angekippt und die Schmelze kann nun über den Ausguss (11.2) des Tiegels (16) nach unten in die Formgebungskammer (14.2) um den Grundring (6) fließen, wobei die Wärmezufuhr abgeschaltet wird und nach dem Erkalten des komplettierten Ringes wird dieser aus der Formgebungskammer (14.2) entnommen und zur mechanischen...

Description

Das Angussverfahren von Metalllegierungen an Metalllegierungen ist allgemeiner Stand der Technik und wird in den verschiedensten Branchen praktiziert. So wird z. B. in der DD 294 412 A5 ein zahntechnisch-prothetisches Angussverfahren zur Senkung der Herstellungskosten beschrieben. Hier wird an ein Primärteil aus Metall ein Sekundärteil ebenfalls aus Metall angegossen. Als Primärteil wird eine oxidbildende Metalllegierung verwendet. Die Angussoberfläche wird vor dem Anguss mit einem reduzierenden Metalloxid legiert. Es wird z. B. Bor. Silizium oder Phosphor in das Oberflächengitter des Primärteils eindiffundiert.
Weiterhin wird in der DE 10 2005 051 010 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Angießen eines metallischen Bauteils an ein Stumpfbauteil beschrieben. Hier wird das Stumpfbauteil mittels eines Induktors im Bereich der Angussfläche vor dem Angießen der Metallschmelze erwärmt. Das Verfahren beinhalte die Schritte Bereitstellen einer Angussfläche des Stumpfbauteils, Anordnen einer Gießform an dem Stumpfbauteil, Angießen einer Metallschmelze an das Stumpfbauteil im Bereich einer Schmelzzone der Angussfläche, Anordnen eines Induktors im Bereich der Angussfläche des Stunpfbauteils und Erwärmen des Stumpfbauteils im Bereich der Angussfläche vor dem Angießen.
In der Schrift DE 753 987 wird eine Vorrichtung zum Angießen von Maschinenteilen unter Verwendung zweier übereinander angeordneter Graphittiegel, von denen der obere als Schmelztiegel, der untere als Gießform dient, beschrieben. Beide Tiegel sind in einem vollkommen abgeschlossenen Ofen mittels eines mit Graphitabdeckung versehenen Gehäuses untergebracht. Die Graphitabdeckung wird vorteilhaft mittels eines Deckels aus dem gleichen Metall wie das Gehäuse auf den Rand des oberen Tiegels gepresst.
Die Schrift DE 4422525 beschreibt ein verfahren zur Herstellung von Schmuckstücken, insbesondere von Ringen, vorzugsweise im Wachsausschmelzverfahren und weist folgende Schritte auf:

a) Gießen eines Metalls bzw. Einer ersten Legierung in eine erste Form zur Herstellung eines Gussteils,
b) Einlegen des nach Schritt a) hergestellten ersten Gussteils in eine zweite Form,
c) Gießen eines zweiten Metalls bzw. einer zweiten Legierung, das bzw. die einen niedrigeren Schmelzpunkt als das erste Metall bzw. die erste Legierung aufweist, in die zweite Form unter Einbettung des ersten Gussteils zur Herstellung des Schmuckstücks. Dadurch wird ein Verfahren geschaffen, das auf einfache Weise die Herstellung von Schmückstücken aus mehreren Materialien erlaubt, die in aufeinanderfolgenden Gussschritten hergestellt werden.

In der DE 199 57 878 wird eine Vakuum-Gießanlage zum Gießen von Schmuck und ähnlichen Kleinteilen beschrieben. Diese Vakuum-Gießanlage erreicht durch Verwendung wartungsfreier Vakuumpumpen sowie nur einer Vakuumkammer eine bedeutende Vereinfachung der Handhabung sowohl bei der Formerzeugung als auch beim eigentlichen Guss. Um ein ausreichendes Vakuum von mindestens 95% zu erreichen, werden zwei Vakuumpumpen mit Rückschlagventilen verbunden. Durch entsprechende Gestaltung der Dichtzone der Vakuumkammer ist nur eine einzige Kammer notwendig. Hierdurch entfallen sonst notwendige Schaltorgane.
Aufgabe der Erfindung ist es, Vorrichtungen zur mechanischen Bearbeitung und zum Gussverfahren und ein Verfahren zur Herstellung polylegierter Schmuckgegenstände zu schaffen.
Mit der Erfindung werden die Voraussetzungen geschaffen, das Schmuckgegenstände aus mindestens zwei unterschiedlichen Metalllegierungen herstellbar sind und dabei ein Design geschaffen wird, als wäre der Schmuckgegenstand aus einem Guss hergestellt. Insbesondere bei der Herstellung von Schmuckringen können durch die Erfindung auch Ringe hergestellt werden, die am Außenumfang nicht nur unterschiedlichste Gestaltungen besitzen, sondern dass der Grundring z. B. aus einer Platinlegierung und am Außenumfang z. B. Pyramidenspitzen aus Goldlegierungen angeordnet sind und dabei der Ring den Anschein erweckt, als wäre der Ring aus einem Guss hergestellt.
Mit der Halte- und Bearbeitungsvorrichtung können Schmuckringe auch außermittig mechanisch bearbeitet werden. So kann z. B. nach dem Feinguss des Grundringes die Gusskruste mechanisch entfernt werden. Die dabei eingestellte Ausgangslage des Grundringes wird über die einzelnen Bearbeitungsstufen immer wieder eingestellt bzw. genutzt.
Die Tiegelvorrichtung ermöglicht das Herstellungsverfahren eines Angusses einer zweiten Metalllegierung oder mehrere Angüsse mehrerer Metalllegierungen. Die zweite Metalllegierung besitzt aber zur ersten Metalllegierung einen niedrigeren Schmelzpunkt. Dazwischen sind immer wieder mechanische Bearbeitungen des Ringes notwendig. Beide Vorrichtungen sind also im Wechsel zur Herstellung polylegierter Schmuckringe notwendig.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsverfahrens der Schmuckringherstellung sind in den Ansprüchen 2 und 3 aufgeführt. Bei der Weiterbildung nach Anspruch 2 können mehrere Angussverfahren mit unterschiedlichen Metalllegierungen hintereinander erfolgen, mit dem Ergebnis, dass der Ring z. B. aus drei unterschiedlichen Materialien besteht. Nach Anspruch 3 wird vorteilhaft als Wärmequelle ein elektrisches Induktionsfeld genutzt.
Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
1 die Seitenansicht des Einspannteils der Halte- und Bearbeitungsvorrichtung,
2 die Seitenansicht des Spann- und Passungsteils der Halte- und Bearbeitungsvorrichtung,
3 die Seitenansicht des Ring- und Gussaufnahmestückes,
4 die Schnittdarstellung des Einspannteils der Halte- und Bearbeitungsvorrichtung,
5 die Schnittdarstellung des Spann- und Passungsteils der Halte- und Bearbeitungsvorrichtung,
6 die Schnittdarstellung des Ring- und Gussaufnahmestückes,
7 die Seitenansicht des Grundkörpers der Tiegelvorrichtung,
8 die Seitenansicht des Passungs- und Gewindebolzens der Tiegelvorrichtung,
9 die Seitenansicht der Formgebungskammerkörper der Tiegelvorrichtung,
10 die Seitenansicht des Distanz- und Dichtringes der Tiegelvorrichtung,
11 die Seitenansicht des Tiegels der Tiegelvorrichtung,
12 die Schnittdarstellung des Grundkörpers der Tiegelvorrichtung,
13 die Schnittdarstellung des Passungs- und Gewindebolzens der Tiegelvorrichtung,
14 die Schnittdarstellung der Formgebungskammerkörper der Tiegelvorrichtung,
15 die Schnittdarstellung des Distanz- und Dichtringes der Tiegelvorrichtung und
16 die Schnittdarstellung des Tiegels der Tiegelvorrichtung.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von polylegierten Schmuckringen in beliebiger geometrischer Außenform werden zwei Vorrichtungen benötigt, eine Halte- und Bearbeitungsvorrichtung und eine Tiegelvorrichtung.
Die Halte- und Bearbeitungsvorrichtung besteht aus einer rotationssymmetrischen Einspann- und Zentriereinheit 1. Diese Zentriereinheit besteht wiederum aus einem Einspannteil 2 mit einer Hilfsfläche 4.4 zum Ausrichten für das Einspannen in eine mechanische Bearbeitungsmaschine und einem Zentrierteil 3 mit einer Zentriernase 4.3 und einer Innenpassung 4.1 und einem Innengewinde 4.2 zur Aufnahme eines Spann- und Passungsteiles 5 mit einem korrespondierenden Außengewinde 5.3 zu dem Innengewinde 4.2 und korrespondierender Passung 5.2 zu der Innenpassung 4.1 des Zentrierteils 3. Das Spann- und Passungsteil 5 besitzt am oberen Ende eine Zentrierfase 5.1. Durch diese Zentrierfase 5.1 des Spann- und Passungsteils 5 ist ein Ring- und Gussaufnahmestück 6 zwischen der Einspann- und Zentriereinheit 1 und dem Spann- und Passungsteil 5 zentrierbar und arretierbar. Hierbei greift die Zentriernase 4.3 in die Aufnahmenut 6.2 des Ring- und Gussaufnahmestückes 6 und die beiden Fasen 5.1 und 6.1 liegen aneinander.
Die Tiegelvorrichtung besteht aus einem rotationssymmetrischen Hohlkörper 12 als Grundkörper 12 der Tiegelvorrichtung mit einer Passungsbohrung 12.2 und einem Innengewinde 12.1 zur Aufnahme eines Passungs- und Gewindebolzens 13. Der Passungs- und Gewindebolzen 13 besitzt an seinem unteren Ende einen Sechskant 8.1 und anschließend ein unteres Außengewinde 13.1, welches mit dem Innengewinde 12.1 des Grundkörpers 12 korrespondiert und wiederum anschließend eine Passung 13.2 besitzt, die mit der Passung 12.2 des Grundkörpers 12 korrespondiert. Über dem Grundkörper 12 ist ein rotationssymmetrischer Formgebungskammerkörper 14 mit einer Formgebungskammer 14.2 zur Aufnahme für einen Distanz- und Dichtring 15, einem Ring- und Gussaufnahmestück 6 und im Boden der Formgebungskammer 14.2 ein Durchgangsloch als Passung 14.1 für die Passung 13.2 des Passungs- und Gewindebolzens 13 angeordnet. Der Sechskant 8.1 ermöglicht das Zusammenschrauben des Grundkörpers 12 mit dem Passungs- und Gewindebolzen 13.
Über der Formgebungskammer 14.2 ist ein Hohlraum 14.3 zur Aufnahme eines Tiegels 16 mit einem Innengewinde 16.1 in Korrespondenz mit einem oberen Außengewinde 13.3 des Passungs- und Gewindebolzens 13, einer Schmelzkammer 16.2 mit einem Ausguss 11.2 und einem Sechskant 11.1 vorgesehen. Dieser Sechskant 11.1 ermöglicht die Befestigung des Tiegels 16 auf dem Passungs- und Gewindebolzen 13.
Der Distanz- und Dichtring 15 beabstandet das Ring- und Gussaufnahmestück 6 vom Boden der Formgebungskammer 14.2. Weiterhin liegt der Distanz- und Dichtring 15 innerhalb des Ring- und Gussaufnahmestückes 6, wobei der Außendurchmesser 15.3 aufgrund seiner Passung zum Innendurchmesser 6.3 des Ring- und Gussaufnahmestückes 6 abdichtend wirkt. Der Distanz- und Dichtring 15 besitzt eine Passung 15.1 zum zentrieren des Distanz- und Dichtringes 15 an der Passung 13.2 des Passungs- und Gewindebolzens 13 zum Zentrieren und Abdichten und ein Durchgangsloch 15.2 für den Passungs- und Gewindebolzen 13. Der Distanz- und Dichtring 15 übernimmt also noch die Aufgabe der Abschirmung der Metallschmelze im Inneren des Ring- und Gussaufnahmestückes 6 und zu den anderen Bauteilen der Tiegelvorrichtung.
Alle Einzelteile der Tiegelvorrichtung werden durch den Passungs- und Gewindebolzen 13 zusammengehalten.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung polylegierter Schmuckgegenstände werden mindestens zwei Metalllegierungen unterschiedlicher Schmelztemperatur größer 50° Kelvin in einem zeitlich gestaffelten Gussverfahren miteinander verbunden, wobei mit der höchst schmelzenden Legeierung ein erster Schmuckgegenstand gegossen wird, anschließend dieser mechanisch bearbeitet wird und in einem dritten Arbeitsschritt wird an dem erkalteten ersten Schmuckgegenstand mittels Vakuumgießtechnik eine zweite Metalllegierung angegossen. Nach dem Erkalten des kombinierten Schmuckgegenstandes erfolgt anschließend eine mechanische Bearbeitung. Es können auch mehrere Angussschritte vorgenommen werden, dass heißt, es kann eine zweite Metalllegierung an eine erste angegossen werden und dann noch eine dritte.
Bei dem Verfahren zur Herstellung polylegierter Schmuckringe wird in einem ersten Verfahrensschritt ein formgenaues Wachsmodell eines Grundringes 6 als Ring- und Gussaufnahmestück 6 hergestellt, welches mittels Feinguss in eine Metalllegierung abgeformt wird. Anschließend wird der Grundring 6 in einer Halte- und Bearbeitungsvorrichtung in einer Ausgangslage montiert und die Gusskruste mechanisch abgetragen. Diese Ausgangslage wird in allen späteren mechanischen Bearbeitungsgängen immer wieder eingestellt. Der so bearbeitete Grundring 6 wird anschließend in der Formgebungskammerkörper 14 einer Tiegelvorrichtung fest positioniert. Hierzu wird ein Distanz- und Dichtring 15 genutzt, der mit seiner Passung 15.1 das Ring- und Gussaufnahmestück 6 zentriert und abdichtet. Auf das Ring- und Gussaufnahmestück 6 drückt der Tiegel 16. Durch den Passungs- und Gewindebolzen 13 werden alle Teile in der Tiegelvorrichtung zusammengehalten. Die komplette Tiegelvorrichtung mit dem Ring- und Gussaufnahmestück 6 und der Angusslegierung im Tiegel 16 wird auf die Schmelztemperatur der Angusslegierung in einer Vakuum-Gießanlage erwärmt. Nach dem Erreichen der Schmelztemperatur wird die Tiegelvorrichtung angekippt und die Schmelze kann nun über den Ausguss 11.2 des Tiegels 16 nach unten in die Formgebungskammer 14.2 um das Ring- und Gussaufnahmestück 6 fließen, wobei die Wärmezufuhr abgeschaltet wird und nach dem Erkalten des komplettierten Ringes wird dieser aus der Formgebungskammer 14.2 entnommen und zur mechanischen Weiter- und Endbearbeitung wieder in die Halte- und Bearbeitungsvorrichtung in Ausgangslage montiert.
Bezugszeichenliste

1: Einspann und Zentriereinheit
2: Einspannteil
3: Zentrierteil
4.1: Innenpassung
4.2: Innengewinde
4.3: Zentriernase
4.4: Hilfsfläche zum Ausrichten
5: Spann- und Passungsteil
5.1: Zentrierfase
5.2: Passung
5.3: Außengewinde
6: Ring- und Gussaufnahmestück
6.1: Fase
6.2: Aufnahmenut für Zentriernase
6.3: Innendurchmesser
8.1: Sechskant
11.1: Sechskant
11.2: Ausguss
12: Grundkörper, Hohlkörper
12.1: Innengewinde
12.2: Passung
13: Passungs- und Gewindebolzen
13.1: unteres Außengewinde
13.2: Passung
13.3: oberes Außengewinde
14: Formgebungskammerkörper
14.1: Passung
14.2: Formgebungskammer
14.3: Hohlraum
15: Distanz- und Dichtring
15.1: Passung
15.2: Durchgangsloch
15.3: Außendurchmesser
16: Tiegel
16.1: Innengewinde
16.2: Schmelzkammer

Claims

Verfahren zur Herstellung polylegierter Schmuckringe, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Verfahrensschritt ein formgenaues Wachsmodell eines Grundringes (6) als Ring- und Gussaufnahmestück (6) hergestellt wird, welches mittels Feinguss in eine Metalllegierung abgeformt wird, anschließend der Grundring (6) in einer Halte- und Bearbeitungsvorrichtung in einer Ausgangslage montiert und die Gusskruste mechanisch abgetragen wird und der so bearbeitete Grundring (6) anschließend in der Formgebungskammerkörper (14) einer Tiegelvorrichtung fest positioniert wird und nun die komplette Tiegelvorrichtung mit der Formgebungskammer (14.2), dem Grundring (6) und die Angusslegierung im Tiegel (16) auf die Schmelztemperatur der Angusslegierung in einer Vakuum-Gießanlage erwärmt wird, nach dem Erreichen der Schmelztemperatur wird die Tiegelvorrichtung angekippt und die Schmelze kann nun über den Ausguss (11.2) des Tiegels (16) nach unten in die Formgebungskammer (14.2) um den Grundring (6) fließen, wobei die Wärmezufuhr abgeschaltet wird und nach dem Erkalten des komplettierten Ringes wird dieser aus der Formgebungskammer (14.2) entnommen und zur mechanischen Weiter- und Endbearbeitung wieder in die Halte- und Bearbeitungsvorrichtung in Ausgangslage montiert.
Verfahren zur Herstellung polylegierter Schmuckringe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Angussverfahren mit unterschiedlichen Metalllegierungen und dazwischenliegenden mechanischen Bearbeitungen hintereinander durchgeführt werden.
Verfahren zur Herstellung polylegierter Schmuckringe nach mindestens einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Wärmequelle ein elektrisches Induktionsfeld benutzt wird.
Halte- und Bearbeitungsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3 zur Herstellung von polylegierten Schmuckringen in beliebiger geometrischer Außenform, dadurch gekennzeichnet, dass an einer rotationssymmetrischen Einspann- und Zentriereinheit (1), bestehend aus einem Einspannteil (2) mit einer Hilfsfläche (4.4) zum Ausrichten für das Einspannen in eine mechanische Bearbeitungsmaschine und einem Zentrierteil (3) mit einer Zentriernase (4.3), einer Innenpassung (4.1) und einem Innengewinde (4.2) zur Aufnahme eines Spann- und Passungsteiles (5) mit einem korrespondierenden Außengewinde (5.3) zu dem Innengewinde (4.2) und korrespondierender Passung (5.2) zu der Innenpassung (4.1) und einer Zentrierfase (5.1), wobei durch die Zentrierfase (5.1) des Spann- und Passungsteils (5) ein Ring- und Gussaufnahmestück (6) zwischen der Einspann- und Zentriereinheit (1) und dem Spann- und Passungsteil (5) zentrierbar und arretierbar ist.
Tiegelvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3 zur Herstellung von polylegierten Schmuckringen in beliebiger geometrischer Außenform, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: – dass ein rotationssymmetrischer Hohlkörper (12) als Grundkörper (12) der Tiegelvorrichtung mit einer Passungsbohrung (12.2) und einem Innengewinde (12.1) zur Aufnahme eines Passungs- und Gewindebolzens (13) versehen ist, – dass der Passungs- und Gewindebolzen (13) an seinem unteren Ende einen Sechskant (8.1) und anschließend ein unteres Außengewinde (13.1) besitzt, welches mit dem Innengewinde (12.1) des Grundkörpers (12) korrespondiert und wiederum anschließend eine Passung (13.2) besitzt, die mit der Passung (12.2) des Grundkörpers (12) korrespondiert und darüber ein oberes Außengewinde (13.3) angeordnet ist, welches mit einem Innengewinde (16.1) eines Tiegels (16) korrespondiert, – dass über dem Grundkörper (12) ein rotationssymmetrischer Formgebungskammerkörper (14) mit einer Formgebungskammer (14.2) zur Aufnahme für einen Distanz- und Dichtring (15) und einem Ring- und Gussaufnahmestück (6) und im Boden der Formgebungskammer (14.2) ein Durchgangsloch als Passung (14.1) für die Passung (13.2) des Passungs- und Gewindebolzens (13) angeordnet ist und über der Formgebungskammer (14.2) ein Hohlraum (14.3) zur Aufnahme eines Tiegels (16) mit einem Innengewinde (16.1) in Korrespondenz mit dem oberen Außengewinde (13.3) des Passungs- und Gewindebolzens (13), einer Schmelzkammer (16.2) und einem Sechskant (11.1) vorgesehen ist, wobei der Distanz- und Dichtring (15) das Ring- und Gussaufnahmestück (6) vom Boden der Formgebungskammer (14.2) beabstandet und innerhalb des Ring- und Gussaufnahmestückes (6) mit seinem Innendurchmesser (6.3) dichtend liegt und alle Einzelteile der Tiegelvorrichtung durch den Passungs- und Gewindebolzen (13) zusammengehalten werden.