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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Salzkerns für die Ausbildung von Hohlräumen beim Druckgießen und insbesondere beim Leichtmetalldruckgießen.
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Salzkerne für die Ausbildung von Hohlräumen beim Druckgießen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Für das Herstellen solcher Salzkerne gibt es im Stand der Technik verschiedene Verfahrensweisen. Bei einer Verfahrensweise wird der Salzwerkstoff bzw. Salzformstoff zu einem Grünling geformt, der anschließend unter Wärmezufuhr verfestigt wird, wobei das Verfestigen durch ein Bindemittel und/oder durch einen Sintereffekt erfolgt. Diesbezüglich wird z. B. auf die
DE 103 59 547 B3 hingewiesen. Bei einer anderen Verfahrensweise wird der Salzkern aus einer Salzschmelze urgeformt. Diesbezüglich wird z. B. auf die
DE 10 2009 015 984 A1 hingewiesen.
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Die
EP 2 022 577 A1 und die
EP 2 022 578 A1 beschreiben die Herstellung eines Salzkerns durch Schmelzgießen oder durch Spritzgießen. Die
WO 2005/080022 A2 beschreibt einen Pressvorgang zur Herstellung eines Salzkerns durch Verdichten eines Salzgemischs. Die nächstliegende
EP 1 733 825 A1 beschreibt ein Verfahren zur Befüllung von Presswerkzeugen zur Herstellung von Gießkernen, wozu eine Dosiervorrichtung bestimmte Teilmengen eines Kernmaterials, wobei es sich insbesondere um ein Salz-Binder-Gemisch handelt, an unterschiedlichen Stellen (also abschnittsweise) in ein Presswerkzeug einbringt und danach das im Presswerkzeug befindliche Kernmaterial fertig verpresst wird. Das Einbringen des Kernmaterials in die Kavität des Presswerkzeugs erfolgt indirekt mit Hilfe einer so genannten Dosierkavität.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Salzkerns für den angezeigten Verwendungszweck anzugeben, das wenigstens einen mit dem Stand der Technik einhergehenden Nachteil nicht oder zumindest nur in einem verminderten Umfang aufweist.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein erfindungsgemäßes Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen ergeben sich sowohl aus den abhängigen Ansprüchen als auch aus den nachfolgenden Erläuterungen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Salzkerns umfasst zumindest die folgenden Schritte:
- – Bereitstellen eines mehrteiligen Presswerkzeugs, das wenigstens eine Kavität mit einer Negativkontur des herzustellenden Salzkerns aufweist;
- – Einbringen eines pastösen Salz-Flüssigkeit-Gemischs in die Kavität des geöffneten Presswerkzeugs, wozu das pastöse Salz-Flüssigkeit-Gemisch allerorten, bzw. an jedem Ort der Kavität mittels wenigstens einer Dosiereinrichtung exakt dosiert in die Kavität eingebracht bzw. darin abgelegt wird;
- – Schließen des Presswerkzeugs und Verpressen des in der Kavität befindlichen Salz-Flüssigkeit-Gemischs, um die darin enthaltene Flüssigkeit auszutreiben;
- – Öffnen des Presswerkzeugs und Entnehmen des Salzkerns.
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Bevorzugter Weise wird der Salzkern mit Endgeometrie hergestellt, so dass nach dem Entnehmen aus dem Presswerkzeug keine weitere formgebende Bearbeitung mehr erforderlich ist. Insbesondere ist vorgesehen, dass der Salzkern nach dem Entnehmen aus dem Presswerkzeug im Wesentlichen verwendungsfertig bzw. einsatzfertig ist. Das Presswerkzeug kann mehrere Kavitäten aufweisen, so dass zeitgleich mehrere Salzkerne hergestellt werden können.
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Das Einbringen des pastösen Salz-Flüssigkeit-Gemischs in die Kavität des Presswerkzeugs erfolgt bei niedriger Temperatur und insbesondere bei Raumtemperatur oder leicht erhöhter Temperatur, was bspw. durch die Dosiereinrichtung bedingt sein kann. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass das Verpressen des in der Kavität befindlichen Salz-Flüssigkeit-Gemischs ein Kaltpressen, insbesondere bei Raumtemperatur oder leicht erhöhter Temperatur, ist. Somit handelt es sich insgesamt um einen „kalten” Verfahrensablauf bzw. Herstellungsprozess, wodurch gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten „heißen” Herstellungsprozessen, mit Temperaturen deutlich oberhalb der Raumtemperatur, erhebliche energetische Vorteile erzielt werden. Ferner wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der erforderliche Anlagenaufwand reduziert. So erübrigt sich z. B. eine teure Ofeneinrichtung oder dergleichen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren sieht unter anderem vor, dass das pastöse Salz-Flüssigkeit-Gemisch mittels der Dosiereinrichtung exakt dosiert in die Kavität des geöffneten Presswerkzeugs eingebracht wird. Die Menge bzw. Masse des in die Kavität einzubringenden Salz-Flüssigkeit-Gemischs wird demnach nicht ausschließlich volumetrisch bestimmt, d. h. die zugeführte Menge orientiert sich nicht am vorhandenen Kavitätsvolumen. Stattdessen erfolgt eine Dosierung mit einer Dosiereinrichtung, wobei das pastöse Salz-Flüssigkeit-Gemisch dosiert, d. h. mit jeweils richtiger Menge bzw. Masse, an jedem Ort der Kavität in der Kavität abgelegt wird, bzw. in die Kavität eingebracht oder in der Kavität platziert wird. Ein Verteilen des in die Kavität eingebrachten Salz-Flüssigkeit-Gemischs vor dem Schließen des Presswerkzeugs ist nicht erforderlich.
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Das Einbringen des pastösen Salz-Flüssigkeit-Gemischs kann in einem diskontinuierlichen Vorgang erfolgen. Bevorzugt ist jedoch vorgesehen, dass das Einbringen des pastösen Salz-Flüssigkeit-Gemischs in einem kontinuierlichen Vorgang erfolgt, wobei die Dosiereinrichtung einen konstanten oder auch inkonstanten Förderstrom des pastösen Salz-Flüssigkeit-Gemischs erzeugen kann. Das dosierte Einbringen des pastösen Salz-Flüssigkeit-Gemischs in die Kavität des Presswerkzeugs erfolgt insbesondere automatisiert, was durch eine entsprechende Anlage mit zusammenwirkenden Einrichtungen bewerkstelligt werden kann. Die Möglichkeit der Automatisierung gilt insbesondere auch für die Weiterbildungen und Ausgestaltungen.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass zum dosierten Einbringen des pastösen Salz-Flüssigkeit-Gemischs in die Kavität des Presswerkzeugs das Presswerkzeug relativ zur Dosiereinrichtung bewegt bzw. verfahren wird. Alternativ oder gegebenenfalls auch ergänzend ist vorgesehen, dass zum dosierten Einbringen des pastösen Salz-Flüssigkeit-Gemischs in die Kavität des Presswerkzeugs die Dosiereinrichtung relativ zum Presswerkzeug bewegt bzw. verfahren wird.
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Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die Dosiereinrichtung zum dosierten Einbringen des pastösen Salz-Flüssigkeit-Gemischs in die Kavität des Presswerkzeugs ein Extruder ist, mit dem das pastöse Salz-Flüssigkeit-Gemisch unter Druck durch eine Düse oder dergleichen ausgebracht wird bzw. ausbringbar ist und in der Kavität abgelegt wird bzw. ablegbar ist. Der Einsatz eines Extruders erlaubt eine einfache und präzise Dosierung. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass es sich bei dem verwendeten Extruder um einen Schneckenextruder handelt. Ein solcher Schneckenextruder wird nachfolgend noch näher erläutert. Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass das pastöse Salz-Flüssigkeit-Gemisch nicht im Extruder erzeugt bzw. gemischt wird, sondern dem Extruder bereits aufbereitet zugeführt wird.
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Der Salzkern kann nach dem Entnehmen aus dem Presswerkzeug an Luft, d. h. unter normalen klimatischen Umgebungsbedingungen, oder in einer Ofeneinrichtung, bspw. bei ca. 100°C oder oberhalb 100°C, getrocknet werden, um eine eventuell enthaltene Restfeuchte zu beseitigen und optimale Eigenschaften für das Druckgießen zu erhalten. Dieses Trocknen kann direkt nach der Entnahme aus dem Presswerkzeug erfolgen. Bevorzugt ist jedoch vorgesehen, dass dieses Trocknen kurz vor und insbesondere direkt vor dem Druckgießen erfolgt. Das Trocknen in einer Ofeneinrichtung oder dergleichen ist aufgrund des zu erzielenden Effekts und der Prozessparameter (Temperatur, Druck, Zeit etc.) nicht vergleichbar mit einer Wärmebehandlung zum Aktivieren eines Bindemittels oder zum Sintern.
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Bei dem pastösen Salz-Flüssigkeit-Gemisch handelt es sich insbesondere um eine pastöse Natriumchlorid-Wasser-Mischung. Die mittlere Korngröße der Natriumchlorid-Körner kann bei normalverteilt angenommener Korngrößenverteilung im Bereich von kleiner/gleich 10 μm bis größer/gleich 5 mm liegen. Wahlweise kann es sich um eine bimodale oder mulitmodale Mischung handeln, deren Größenverhältnis von 1:2 (feines Pulver: grobes Pulver) bis 1:30 und deren Mischungsverhältnis von 10:1 (feines Pulver: grobes Pulver) bis 1:200 betragen kann. Der Wasseranteil kann zwischen 5% und 40% liegen. Ein derartiges pastöses Salz-Flüssigkeit-Gemisch kann auch als nasse Salzpulvermischung bezeichnet werden. In bevorzugter und vorteilhafter Weise kommt das pastöse Salz-Flüssigkeit-Gemisch bzw. die Natriumchlorid-Wasser-Mischung ohne Zusatzstoffe (wie bspw. Sinterhilfsmittel, Bindemittel oder dergleichen) aus.
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Eine Vorrichtung zur Herstellung eines Salzkerns für die Ausbildung von Hohlräumen beim Druckgießen und insbesondere beim Leichtmetalldruckgießen umfasst wenigstens ein Presswerkzeug und wenigstens eine Dosiereinrichtung, mit der ein pastöses Salz-Flüssigkeit-Gemisch dosiert in die Kavität des Presswerkzeugs einbringbar ist bzw. eingebracht werden kann.
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Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft und in nicht einschränkender Weise anhand der schematischen Figuren näher erläutert. Die in den Figuren gezeigten und/oder nachfolgend erläuterten Merkmale können jedoch, unabhängig von konkreten Merkmalskombinationen, allgemeine Merkmale der Erfindung sein.
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1 zeigt eine Vorrichtung zur Herstellung eines Salzkerns in einer Draufsicht.
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2 zeigt das zur Vorrichtung aus 1 gehörende Presswerkzeug in einer Schnittansicht.
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3 zeigt einen mit der Vorrichtung aus 1 hergestellten Salzkern in einer Draufsicht.
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Die in 1 gezeigte Vorrichtung 100 umfasst ein Presswerkzeug bzw. eine Pressform 110 und eine als Schneckenextruder bzw. Einschneckenextruder ausgebildete Dosiereinrichtung 120. Von dem Presswerkzeug 110 ist in 1 nur das Werkzeugunterteil 110A dargestellt, in dem eine ringförmige Kavität bzw. Gesenk 111 ausgebildet ist, wobei die Kavität 111 einer Negativkontur eines herzustellenden Salzkerns 200 (siehe 3) entspricht. Mit 112 sind Auswerfer bezeichnet. Der in einer Schnittansicht dargestellte Schneckenextruder 120 weist ein Gehäuse 121 auf, in dem drehbar eine Schneckenwelle 122 gelagert ist, die von einem Motor 123 angetrieben wird.
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Der Schneckenextruder 120 dient der definierten Förderung und Ausbringung eines pastösen Salz-Flüssigkeit-Gemischs M. Hierzu wird das fertig aufbereitete Salz-Flüssigkeit-Gemisch über den Einfülltrichter 124 zugeführt, mit der Schneckenwelle 122 entlang des Förderabschnitts 125 gefördert und homogenisiert, im Verdichtungsbereich 126 verdichtet und schließlich durch eine Düse 127 unter Druck ausgebracht.
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Eine Verdichtung des Salz-Flüssigkeit-Gemischs im Schneckenextruder 120 ist nicht zwingend erforderlich. Auch eine druckbeaufschlagte Ausbringung des Salz-Flüssigkeit-Gemischs M ist nicht unbedingt notwendig. Alternativ kann auch ein Kolbenextruder vorgesehen sein.
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Zur Herstellung eines ringförmigen massiven Salzkerns 200 (siehe 3) wird in einem kontinuierlichen Prozess mit dem Schneckenextruder 120 an jedem Ort der Kavität 111 ein pastöses Salz-Flüssigkeit-Gemisch M exakt dosiert in die Kavität 111 eingebracht, wobei sowohl das Werkzeugunterteil 110A als auch das Salz-Flüssigkeit-Gemisch M Raumtemperatur aufweisen. Gleichzeitig wird das Werkzeugunterteil 110A entlang einer definierten Bewegungsbahn relativ zu der Düse 127 des Schneckenextruders 120 bewegt bzw. verfahren, was mit dem Bogenpfeil B veranschaulicht ist. Alternativ oder ergänzend kann das Werkzeugunterteil 110A relativ zum Schneckenextruder 120 bewegt bzw. verfahren werden. Hierzu kann der Schneckenextruder 120 bspw. an einem Portal befestigt sein. Die Relativbewegung B zwischen dem Werkzeugunterteil 110A und dem Schneckenextruder 120 ist in dem gezeigten Beispiel zweidimensional, d. h. in einer Ebene liegend, was einer bevorzugten Verfahrensvariante entspricht. Die Relativbewegung B kann aber auch dreidimensional, d. h. räumlich, sein.
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Nachdem die Kavität 111 allerorts bzw. überall exakt mit dem Salz-Flüssigkeit-Gemisch M befüllt ist, wird der Schneckenextruder 120 abgeschaltet und das Presswerkzeug 110 durch Aufsetzen eines Werkzeugoberteils 110B auf das Werkzeugunterteil 110A geschlossen, ohne dass das in die Kavität 111 eindosierte Salz-Flüssigkeit-Gemisch M nochmals verteilt oder nivelliert wird. Anschließend werden die beiden Werkzeugteile 110A und 110B mit hoher Kraft zusammengepresst, was in 2 mit dem Pfeil F veranschaulicht ist. Hierbei dringt ein am Werkzeugoberteil 110B ausgebildeter Vorsprung 115 in die Kavität 111 ein und komprimiert das darin befindliche Salz-Flüssigkeit-Gemisch M, das auf diese Weise nassverpresst wird. Während des Verpressens, was bei Raumtemperatur erfolgt, wird ein kritischer Druck im Salz-Flüssigkeit-Gemisch M überschritten, wodurch die enthaltene Flüssigkeit ausgetrieben wird. Gleichzeitig wird das Salz-Flüssigkeit-Gemisch M auf Endgeometrie des Salzkerns 200 verdichtet. Das Presswerkzeug 110 ist mit geeigneten Entlüftungslöchern ausgestattet. Eine Schließvorrichtung, Presse oder dergleichen zum Erzeugen der Presskraft F ist in den Figuren nicht dargestellt.
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Nach dem Verpressen und nach Öffnen des Presswerkzeugs 110 kann der ringförmige Salzkern 200 aus dem Presswerkzeug 110 entnommen werden. Das Entnehmen wird durch die Auswerfer 112 im Werkzeugunterteil 110A vereinfacht. Der Salzkern 200 weist Endgeometrie auf. Gegebenenfalls wird der Salzkern 200 nach dem Entnehmen oder vor dem Einbringen in ein Druckgießwerkzeug noch einem Trocknungsprozess zur Beseitigung von enthaltener Restfeuchte unterzogen. Der Salzkern 200 kann nun in an und für sich bekannter Weise in einem Druckgießwerkzeug angeordnet werden, um in einem herzustellenden metallischen Druckgussbauteil Hohlräume auszubilden. Als Gusswerkstoffe kommen insbesondere Leichtmetalle wie bspw. Aluminium, Magnesium, Zink und dergleichen in Betracht.
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Der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit der Vorrichtung 100 hergestellte Salzkern 200 weist sehr gute mechanische Eigenschaften auf, womit insbesondere eine hohe Kernfestigkeit, auch bei den hohen Gießtemperaturen, und/oder Kerndichte gemeint ist. Die guten bis sehr guten mechanischen Eigenschaften des Salzkerns 200 werden nur durch Verarbeitung des Salz-Flüssigkeit-Gemischs M bei Raumtemperatur oder geringfügig darüber erreicht, so dass das erläuterte Verfahren auch als kaltes Verfahren bzw. als kalter Herstellungsprozess bezeichnet werden kann. Weitere Verfahrensschritte, mit Ausnahme einer Trocknung zur Entziehung von Restfeuchte, sind im Wesentlichen nicht erforderlich. Auch Zusatzstoffe im Salz-Flüssigkeit-Gemisch M sind nicht erforderlich. Gleichwohl können Zusatzstoffe zur Erzielung bestimmter Eigenschaften vorgesehen sein.
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Der vorausgehend erläuterte erfindungsgemäße Verfahrensablauf und die im Zusammenhang mit den Figuren erläuterte Vorrichtung 100 können im Rahmen des fachmännischen Wissens und Könnens anders ausgestaltet werden. Bspw. kann die Vorrichtung 100 mehrere Dosiereinrichtungen und/oder einen Mehrschneckenextruder aufweisen. Anstellen eines Schneckenextruders kann ein Kolbenextruder eingesetzt werden. Die ringförmige Gestaltung des Salzkerns 200 ist nur beispielhaft und dient der Erläuterung. Das Presswerkzeug 110 kann mehr als nur zwei Werkzeugteile, z. B. eine fliegende Matrize, oder mehrere Kavitäten aufweisen.
