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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Erzeugnissen aus Metall sowie einen mit dem Verfahren hergestellten Rotor für einen Elektromotor, wobei mittels des Verfahrens ein Rotor für einen Elektromotor hergestellt wird, wobei das Verfahren mit einer Gießmaschine und einer Gießform durchgeführt wird, wobei das Metall Kupfer oder eine Kupferlegierung ist, und wobei das Metall geschmolzen und unter Druck in die Gießform eingebracht wird.
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Eine Herstellung von Erzeugnissen aus Kupfer oder einer Kupferlegierung kann mit einer Reihe bekannter Gießverfahren erfolgen. Bei einem Druckgussverfahren wird das geschmolzene Kupfer unter einem hohen Druck von regelmäßig 60 bis 200 MPa in eine Druckgussform eingebracht bzw. gedrückt. Beim Druckgussverfahren für Kupfer bzw. eine Kupferlegierung wird als eine Gießform eine Dauerform verwendet, und eine Gießmaschine umfasst im Wesentlichen eine Formschließeinheit zum Öffnen und Schließen einer Druckgussform sowie eine Gieß- bzw. Füllkammer mit einem Gießkolben, mittels dem das geschmolzene Metall in die Gießform gepresst wird. Die beim Druckgussverfahren verwendeten Gießmaschinen sind vergleichsweise groß, da aufgrund des hohen spezifischen Gießdrucks und einer damit für eine Gießform erforderlichen hohen Schließ- bzw. Zuhaltekraft der Gießmaschine eine entsprechende konstruktive Dimensionierung der Gießmaschine gegeben ist.
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Eine Formfüllgeschwindigkeit, das heißt eine Strömungsgeschwindigkeit des geschmolzenen Metalls an einem Anschnitt der Gießform beträgt beim Druckgussverfahren für Kupfer und Kupferlegierungen regelmäßig 30 bis 45 m/s. Eine Kolbengeschwindigkeit eines Gießkolbens kann dabei 3 bis 6 m/s betragen. Ein Gießprozess beim Druckgussverfahren kann in drei Phasen aufgeteilt werden. In einer Vorfüllphase wird das geschmolzene Kupfer bzw. die Kupferlegierung mittels des Gießkolbens bis zum Anschnitt der Gießform gefördert. Dabei kann in der Gießkammer enthaltene Luft aus dieser entweichen. In einer Formfüllphase presst der Gießkolben das geschmolzene Metall bzw. die Schmelze mit hoher Geschwindigkeit in die Gießform. An einem Ende der Formfüllung wird mittels des Gießkolbens ein hoher statischer Gießdruck aufgebaut. Eventuell in der Gießform enthaltene Luft wird dabei komprimiert und eine Nachspeisung der Gießform, bei einer eventuell möglichen Schwindung, wird gewährleistet. Mittels des Druckgussverfahrens ist es möglich in einer vergleichsweise kurzen Zykluszeit eine große Anzahl von Erzeugnissen aus Kupfer oder Kupferlegierungen kostengünstig herzustellen.
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Beim Kokillengussverfahren wird das geschmolzene Kupfer bzw. die Kupferlegierung ebenfalls in eine metallische Dauerform gegossen, wobei das geschmolzene Metall ohne eine zusätzliche Druckbeaufschlagung der Schmelze in die Gussform eingebracht wird. Eine Kavität der Gussform wird hier alleine in Folge einer Schwerkraft des geschmolzenen Metalls von diesem ausgefüllt. Bei dem sogenannten Niederdruckgießverfahren kann jedoch auch das geschmolzene Metall entgegen der Schwerkraft über ein Steigrohr in die Gießform eingebracht werden. Ein Aufsteigen des geschmolzenen Metalls wird dann durch eine Beaufschlagung der Schmelze mittels Druckluft bewirkt. Eine Druckbeaufschlagung des geschmolzenen Metalls in der Gießform über einem Atmosphärendruck bzw. über einem durch Schwerkraft bewirkten Druck hinaus ist im Wesentlichen nicht vorgesehen. Alternativ ist es auch möglich statt einer Dauerform aus Metall eine verlorene Form, wie beispielsweise eine Sandform, zu verwenden.
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Die mit dem bekannten Druckgussverfahren hergestellten Erzeugnisse aus Kupfer oder Kupferlegierungen weisen den Nachteil auf, dass eine Porosität des Erzeugnisses bzw. des gegossenen Kupfers oder der Kupferlegierung noch vergleichsweise hoch ist. Insbesondere wenn die gegossenen Erzeugnisse für elektrotechnische Anwendungen vorgesehen sind, mindert die Porosität insbesondere die elektrischen Eigenschaften des gegossenen Metalls gegenüber theoretisch möglichen elektrischen Eigenschaften des Kupfers bei Nichtvorliegen von Porosität. Beispielsweise wird durch eine Bildung von Poren oder Lunker ein elektrisch und auch mechanisch wirksamer Querschnitt eines Bauteils bzw. Leiters verringert. Wenn mittels des Druckgussverfahrens eine Porosität des gegossenen Metalls vermindert werden kann, können die mit dem Gießverfahren hergestellten Erzeugnisse mit einem hohen Wirkungsgrad für elektrotechnische Anwendungen aufgrund der dann verbesserten elektrischen Eigenschaften vorteilhaft eingesetzt werden. Dies betrifft insbesondere Drehstrommotoren, die regelmäßig Rotoren aufweisen, die mit einem Gießverfahren hergestellt werden. Bei der Herstellung von derartigen Rotoren wird ein aus einem Stapel von Eisenblechen gebildeter Eisenkern des Rotors ausgegossen, sodass an einem äußeren Umfang des Rotors bzw. des Eisenkerns ein elektrisch kurzgeschlossener Leiterkäfig aus Kupfer oder einer Kupferlegierung ausgebildet wird. Bei derartigen Rotoren kann eine Poren- oder Lunkerbildung, neben den vorbeschriebenen Nachteilen, auch noch zu einem erhöhten Aufwand beim Auswuchten der Rotoren und zu einer lokalen Erwärmung beim Betrieb führen.
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Aus der
EP 2 465 624 A1 ist ein Gießverfahren zur Herstellung eines derartigen Rotors bekannt, wobei mittels des angewandten Gießverfahrens eine geringe Porosität des gegossenen Kupfers und damit eine Verbesserung der elektrischen Eigenschaften des Rotors erzielt werden soll. Bei dem Gießverfahren wird das geschmolzene Metall mittels eines Druckgussverfahrens in eine Gießform eingebracht. Eine Minderung der Porosität des Endproduktes soll insbesondere dadurch erfolgen, dass eine Temperaturüberhöhung einer Schmelze möglichst niedrig gehalten wird. Eine begrenzte Temperaturüberhöhung der Schmelze soll unter anderem eine Standzeit der Gießform verlängern. Weiter ist ein hoher Abkühlungsgrad vorgesehen, der bewirken soll, dass nur noch eine geringe Zahl von Poren in dem gegossenen Metall bzw. dem Erzeugnis vorhanden ist. Der dazu erforderliche Abkühlungsgrad wird mit mindestens 10
2 K/s angegeben.
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Aus der
US 6,786,272 B2 ist ein weiteres Verfahren zum Gießen von Kupferrotoren bekannt, wobei ein Gießdruck von mindestens 50 MPa vorgesehen ist. Hier soll insbesondere eine Standzeit der Gießform durch ein Vorheizen der Gießform verlängert werden. Aufgrund des hohen spezifischen Gießdrucks ist es insbesondere nachteilig, dass zur Anwendung des Verfahrens eine vergleichsweise groß dimensionierte Druckgussmaschine verwendet werden muss. Dadurch erhöhen sich folglich auch die Kosten zur Herstellung der betreffenden Erzeugnisse.
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Die
DE 690 34 025 T2 beschreibt ein Aluminiumdruckguss-Verfahren und behandelt das Problem eines Anhaftens von Gussstücken an einer Oberfläche einer Form. Für Aluminiumdruckguss werden insbesondere Strömungsgeschwindigkeiten an einem Anschnitt von ca. 15 bis 70 m/s genannt. Hohe Anschnittgeschwindigkeiten werden allgemein als vorteilhaft angesehen, wobei das Problem des Anhaftens durch Zugabe von Eisen als ein Legierungsbestandteil gelöst wird.
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Die
AT 218 682 B betrifft ebenfalls ein Aluminiumdruckguss-Verfahren, welches insbesondere eine Ausbildung von hochglänzenden Oberflächen an Gussteilen ermöglichen soll. Eine Strömungsgeschwindigkeit an einem Anschnitt kann 0,1 bis 2 m/s betragen. Die niedrige Strömungsgeschwindigkeit am Anschnitt soll Turbulenzen vermeiden und so zu einem porenfreien und dichten Gefüge des Gussteils führen. Unter anderem soll sich dadurch auch eine elektrische Leitfähigkeit des Gussteils verbessern.
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Die
DE 103 18 378 A1 betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer hochleitfähigen Kupferlegierung, insbesondere für einen Rotor eines Elektromotors. Die Kupferlegierung soll dabei als ein Legierungsbestandteil Kalzium aufweisen und bei 100 bis 200°C niedrigeren Temperaturen in einem halbfesten Zustand vergossen werden.
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Eine weitere derartige Kupferlegierung wird von der
EP 0 265 541 A1 beschrieben, wobei hier eine ganze Reihe von Legierungsbestandteilen in bestimmten Verhältnissen als Gegenstand der Erfindung angegeben sind. Insbesondere soll die Kupferlegierung auch eine verbesserte elektrische Leitfähigkeit bewirken.
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Aus dem Dokument „Guss aus Kupfer und Kupferlegierungen, Technische Richtlinien, Bundesverband der deutschen Gießerei-Industrie, überarbeitete Fassung April 2011“ geht insbesondere hervor, dass Reinkupfer zur Herstellung von Rotoren im Druckgießverfahren verarbeitet wird.
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Die
DE 43 29 679 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Käfigläufers eines Rotors für einen Elektromotor aus Metall, mit einer Gießmaschine und einer Gießform, wobei das Metall Kupfer oder eine Kupferlegierung ist, wobei das Metall geschmolzen und unter Druck in die Gießform eingebracht wird. Dabei wird das Metall mit einer Strömungsgeschwindigkeit an einem Anschnitt der Gießform von 10 bis 50 m/s eingebracht.
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Aus der
DE 10 2007 031 221 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Gussteils unter Verwendung einer Gießmaschine und einer Gießform bekannt, wobei die Gießform mit einer Gießschmelze aufgefüllt wird, wobei die Gießschmelze von der Gießmaschine mit einer Füllgeschwindigkeit von weniger als 10 m/s in einem Anschnitt drucklos in die Gießform eingefüllt wird.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Erzeugnissen aus Metall vorzuschlagen, welches verbesserte elektrische Eigenschaften der Erzeugnisse bewirkt, wobei die Erzeugnisse dennoch kostengünstig herzustellen sind.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Erzeugnissen aus Metall wird mittels des Verfahrens ein Rotor für einen Elektromotor hergestellt, wobei das Verfahren mit einer Gießmaschine und einer Gießform durchgeführt wird, wobei das Metall Kupfer oder eine Kupferlegierung ist, wobei das Metall geschmolzen und unter Druck in die Gießform eingebracht wird, wobei das Metall mit einer Strömungsgeschwindigkeit an einem Anschnitt der Gießform von 4 bis 8 m/s eingebracht wird, wobei vor und während des Einbringens des Metalls eine Kavität der Gießform mit einem Vakuum von <_ 350 hPa beaufschlagt wird und/oder die Gießform vor und während des Einbringens des Metalls eine Temperatur von ≤ 250 °C aufweist.
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Demnach ist vorgesehen, das geschmolzene Kupfer bzw. die Kupferlegierung im Unterschied zu einem Kokillengießverfahren unter einem Druck in die Gießform einzubringen, wobei der Druck bzw. Gießdruck größer als ein durch Schwerkraft des geschmolzenen Metalls bewirkter Druck bzw. der Gießdruck zumindest über einem Atmosphärendruck liegt. Dadurch, dass die Strömungsgeschwindigkeit des geschmolzenen Metalls im Anschnitt der Gießform nicht mehr als 15 m/s beträgt, können gegenüber den bekannten Druckgussverfahren die elektrischen Eigenschaften des gegossenen Kupfers bzw. der Kupferlegierung noch weiter verbessert werden. Unter der Strömungsgeschwindigkeit im Anschnitt der Gießform wird hier eine maximale Strömungsgeschwindigkeit an der engsten Stelle des Anschnitts bezogen auf einen Querschnitt des Anschnitts bzw. Zulaufs der Gießform verstanden. Ein an der Gießform ausgebildeter kleinster Anschnittsquerschnitt ist demnach maßgeblich für die hier bezeichnete Strömungsgeschwindigkeit. Die Gießform kann dabei auch eine Mehrzahl von Anschnitten aufweisen, wobei zumindest in einem der Anschnitte dann die Strömungsgeschwindigkeit des geschmolzenen Metalls nicht mehr als 15 m/s beträgt. Vorzugsweise ist aber dann vorgesehen, dass in allen Anschnitten der Gießform die betreffende Strömungsgeschwindigkeit nicht überschritten wird.
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Dadurch, dass bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Druckgussverfahren für Kupfer oder Kupferlegierungen eine vergleichsweise geringere Strömungsgeschwindigkeit im Anschnitt der Gießform für das geschmolzene Metall ausgebildet wird, ergeben sich neben einem verbesserten elektrischen Leitwert des gegossenen Metalls und einer geringeren Porosität des erhaltenen Erzeugnisses noch eine Reihe weiterer Vorteile. So ist das Verfahren prinzipiell für jede Art von Gießformen einsetzbar, unabhängig davon, ob die Gießform ein oder mehrere Formnester oder auch Formeinsätze aufweist. Auch ist es zur Minderung der Porosität des Erzeugnisses nicht mehr erforderlich ein aus dem Stand der Technik bekanntes Druckgussverfahren mit den fachüblichen spezifischen Gießdrücken anzuwenden. Durch eine durch die Strömungsgeschwindigkeit mögliche Reduzierung eines Gießdrucks bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann auch eine verhältnismäßig klein dimensionierte Gießmaschine zur Ausführung des Verfahrens verwendet werden, wodurch das Verfahren insgesamt vergleichsweise kostengünstig durchgeführt werden kann.
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Erfindungsgemäß wird das Metall mit einer Strömungsgeschwindigkeit an dem Anschnitt der Gießform von 4 bis 8 m/s eingebracht . Bei der Strömungsgeschwindigkeit von nicht über 8 m/s im Anschnitt wird ein besonders ruhiges Füllen der Gießform mit dem geschmolzenen Metall ermöglicht . Ein Leitwert des Metalls des erhaltenen Erzeugnises wird dadurch wesentlich verbessert . Ein ruhigeres, turbulenzarmes Füllen der Gießform trägt zu einer verminderten Bildung von Oxiden an Korngrenzen des Gefüges des gegossenen Metalls bei, was sich wiederum positiv auf den Leitwert auswirkt . Auch dadurch, dass die Strömungsgeschwindigkeit mindestens 4 m/s beträgt, kann das Verfahren aufgrund der dann noch verhältnismäßig kurzen Zykluszeit zum Gießen eines Erzeugnisses wirtschaftlich vorteilhaft durchgeführt werden. Eine Strömungsgeschwindigkeit an dem Anschnitt kann insbesondere dadurch verringert werden, dass ein Querschnitt des Anschnitts vergleichsweise groß ausgebildet wird. So kann gegenüber einem vergleichsweise kleinen Querschnitt eines Anschnitts ein gleicher Volumenstrom bei geringerer Strömungsgeschwindigkeit erzielt werden.
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Erfindungsgemäß wird vor und während des Einbringens des Metalls in eine Kavität der Gießform diese mit einem Vakuum von ≤ 350 hPa beaufschlagt. Die Beaufschlagung der Kavität mit einem Vakuum, beispielsweise über einen oder mehrere Absaugkanäle an der Gießform, verringert oder verhindert eine Sauerstoffaufnahme des geschmolzenen Metalls. Weiter werden in einer Schmelze enthaltene Gase dieser entzogen. Insgesamt wird so eine unerwünschte Oxidation des Metalls sowie eine Porenbildung vorteilhaft gemindert bzw. ein Leitwert des gegossenen Metalls erhöht.
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Zur vorteilhaften Auswirkung auf eine verminderte Bildung von Lunkern bzw. Porosität des erhaltenen Erzeugnisses, weist die Gießform erfindungsgemäß zusätzlich oder alternativ vor und während des Einbringens des Metalls eine Temperatur von ≤ 250°C auf. So kann die Gießmaschine beispielsweise eine Einrichtung zur entsprechenden Temperierung der Gießform aufweisen.
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Ein Kupferanteil des Metalls kann 75 bis 100 Gewichtsprozent betragen. Das Verfahren kann dann besonders gut zur Herstellung von Erzeugnissen angewandt werden, die für elektrische Anwendungen vorgesehen sind. Neben sogenanntem Reinkupfer kann auch Kupfer mit Legierungsbestandteilen vergossen werden, welche die physikalischen Eigenschaften des erhaltenen Erzeugnisses positiv beeinflussen.
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Bei dem Verfahren kann das Metall vollständig oder teilweise geschmolzen sein. In Abhängigkeit einer Konzentration des Kupfers kann das Metall in der Gießform unterschiedlich erstarren oder auch schon während einer Füllung der Gießform mit dem Metall nur noch teilweise geschmolzen sein. So können ebenfalls die Eigenschaften des erhaltenen Erzeugnisses in gewünschter Weise beeinflusst werden.
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Beim Einbringen des Metalls in die Gießform kann in einer Kavität der Gießform zumindest teilweise eine laminare Strömung ausgebildet werden. Die Ausbildung der laminaren Strömung ergibt sich unter anderem durch die niedrige Strömungsgeschwindigkeit am Anschnitt und wird durch eine geometrische Gestalt der Kavität der Gießform beeinflusst. Je nach Gestalt der Kavität kann bei der gegebenen Strömungsgeschwindigkeit am Anschnitt eine Füllung der Kavität mit dem geschmolzenen Metall bei einer vollständig laminaren Strömung des geschmolzenen Metalls oder mit einer Kombination von laminaren und turbulenten Strömungsabschnitten des geschmolzenen Metalls erfolgen. Wenn eine besonders turbulenzarme Füllung der Gießform bzw. der Kavität erfolgt, kann ein Leitwert des Metalls des Erzeugnisses noch weiter erhöht werden.
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Neben einer Minderung einer Porenbildung und einer Verbesserung eines Leitwertes kann auch eine vergleichsweise klein dimensionierte Gießmaschine zur Ausführung des Verfahrens verwendet werden, wenn das in die Gießform eingebrachte Metall bei einem spezifischen Gießdruck von bis zu 25 MPa, vorzugsweise bei einem spezifischen Gießdruck von 10 bis 20 MPa, erstarrt. Unter dem spezifischen Gießdruck wird hier der maximale Gießdruck verstanden, der am Ende eines Gießzykluses unmittelbar vor einem Erstarren des geschmolzenen Metalls in der mit dem Metall gefüllten Gießform auf eine in der Gießform befindliche Schmelze wirkt. Bei dem aus dem Stand der Technik bekannten Druckgussverfahren für Kupfer oder Kupferlegierungen wird ein Gießdruck von beispielsweise circa 60 MPa verwand. Da sich der Gießdruck auf eine Sprengkraft der Gießform und damit auf eine erforderliche Zuhaltekraft der Gießmaschine auswirkt, muss bei den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren eine Gießmaschine wesentlich größer dimensioniert sein. Beispielsweise kann für eine Herstellung geometrisch identischer Bauteile beim Verfahren nach dem Stand der Technik eine Gießmaschine mit einer Zuhaltekraft von 800 t erforderlich sein, wohingegen bei dem beanspruchten Gießdruck eine Gießmaschine mit einer Zuhaltekraft von 20 t ausreichend sein kann. Damit können die betreffenden Erzeugnisse aufgrund geringerer Anlagenkosten kostengünstiger hergestellt werden. Auch wird es dann möglich Kleinserien wirtschaftlich zu fertigen.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn eine Gießmaschine mit einem relativ zu einer Horizontalen schräg vorzugsweise vertikal angeordneten Kolben verwendet wird. Eine Porosität des erhaltenen Erzeugnisses kann durch eine derartige Kolbenanordnung und der dadurch verbesserten Strömungsverhältnisse beim Gießen noch weiter gemindert und ein Leitwert des gegossenen Metalls erhöht werden.
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Ein Einbringen des Metalls in die Gießform kann mit einer Kolbengeschwindigkeit der Gießmaschine von ≤ 1 m/s, vorzugsweise 0,6 bis 0,9 m/s erfolgen. Eine derartige, gegenüber herkömmlichen Druckgussverfahren geringe Kolbengeschwindigkeit wird möglich, wenn ein Kolbendurchmesser der Gießmaschine vergleichsweise groß gewählt wird. So ist es dann auch möglich eine vergleichsweise kurze Länge eines Kolbenhubes vorzusehen. Aus einem vergrößerten Kolbendurchmesser ergibt sich weiterhin auch ein geringerer spezifischer Gießdruck. Insgesamt kann so die Gießmaschine gegenüber einer Gießmaschine mit einem kleineren Kolbendurchmesser bei gleicher Gießkraft einen geringeren Gießdruck bewirken und erfordert eine geringere Kolbengeschwindigkeit. Durch die verringerte Kolbengeschwindigkeit werden eine unerwünschte Porenbildung im erhaltenen Erzeugnis und ein Leitwert des gegossenen Metalls vorteilhaft beeinflusst.
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Vor und während des Einbringens des Metalls in eine Kavität der Gießform kann diese mit einem Vakuum von 100 bis 300 hPa beaufschlagt werden.
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Das Verfahren kann besonders vorteilhaft durchgeführt werden, wenn die Gießform eine Temperatur von < 0°C aufweist. Unabhängig von einer eventuell verkürzten Standzeit der Gießform kann so eine Qualität eines erhaltenen Erzeugnisses noch weiter verbessert werden.
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Das Metall kann in der Gießform an in der Gießform angeordneten Eisenblechen des Rotors angeordnet werden. Innerhalb der Gießform können dann Eisenbleche bzw. Blechlamellen in einer Stapelanordnung angeordnet werden. In den Eisenblechen ausgebildete Ausnehmungen können dann Kanäle ausbilden, die von dem geschmolzenen Metall ausgefüllt werden. Nach einem Erstarren des Metalls ist die Stapelanordnung dann fest mit dem Metall verbunden. Mit dem Verfahren können jedoch auch eine Vielzahl weiterer Produkte für elektrische Anwendungen hergestellt werden, bei denen das Metall bzw. das Kupfer oder die Kupferlegierung im Rahmen einer elektrischen Anwendung als ein Leiter zur Übertragung elektrischer Energie dient.
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Der erfindungsgemäße Rotor für einen Elektromotor, insbesondere Drehstrommotor, ist mit einem Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche hergestellt. Durch eine verminderte Porosität des gegossenen Metalls des Rotors ist ein elektrischer Leitwert wesentlich verbessert, woraus sich ein erhöhter Wirkungsgrad des Rotors und damit des Elektromotors ergibt. Vorteilhafte Ausführungsformen des Rotors ergeben sich aus den auf den Verfahrensanspruch 1 rückbezogenen Unteransprüchen.
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Ein elektrischer Leitwert des gegossenen Metalls des Rotors kann ≥ 55 MS/m, vorzugsweise 56 bis 59 MS/m, betragen. Dieser elektrische Leitwert des gegossenen Metalls bzw. Kupfers oder der Kupferlegierung kann durch eine verminderte Bildung von Oxiden an Korngrenzen eines Gefüges des gegossenen Metalls erzielt werden. Weiter kann ein elektrisch wirksamer Leiterquerschnitt vergrößert werden, wenn eine Porosität des Metalls gering ist bzw. eine Bildung von Lunkern vermieden wird.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 Eine vereinfachte Schnittdarstellung einer Gießmaschine;
- 2 einen Rotor in einer Seitenansicht;
- 3 der Rotor in einer Schnittansicht entlang einer Linie III-III aus 2.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Gießmaschine 10 in einer Schnittansicht. Die Gießmaschine 10 umfasst einen Kolben 11 und einen Gießbehälter 12, die eine Füllkammer 13 ausbilden. Weiter umfasst die Gießmaschine 10 eine hier nicht weiter dargestellte Vorrichtung zum Schließen bzw. Zuhalten einer Gießform 14. Die Füllkammer 13 wird mit hier nicht näher dargestellten, geschmolzenem Kupfer gefüllt, und der Kolben 11 wird in Richtung einer Längsachse 15 des Kolbens 11 in Richtung der Gießform 14 bewegt, sodass das in der Füllkammer 13 befindliches geschmolzenes Kupfer in eine Kavität 16 der Gießform 14 gepresst wird. Bei einer vollständigen Füllung der Kavität 16 mit geschmolzenem Kupfer bzw. einer Kupferlegierung wird ein spezifischer Gießdruck von bis zu 25 MPa durch eine über eine Kolbenfläche 17 bewirkte Druckkraft des Kolbens 11 auf das geschmolzene Kupfer bzw. eine Schmelze bewirkt. Bei einem Einströmen des geschmolzenen Kupfers in die Kavität 16 gelangt dieses zunächst durch einen Anschnitt 18 der Gießform 14 in die Kavität 16. Der Anschnitt 18 weist die Form eines Konus 19 auf und ist hin zu einem kavitätsseitigen Ende 20 verjüngt. Folglich weist der Anschnitt 18 an dem kavitätsseitigen Ende 20 einen Durchmesser D mit einem kleinsten Durchflussquerschnitt für den Anschnitt 18 auf. Eine maximale Strömungsgeschwindigkeit des geschmolzenen Kupfers beim Einbringen desselben in die Kavität 16 tritt daher an dem Ende 20 des Anschnitts 18 auf. Die für das Gießverfahren in Betracht zu ziehende Strömungsgeschwindigkeit liegt somit am kleinsten Durchmesser D bzw. Querschnitts des Anschnitts 18 vor. Im vorliegenden Fall strömt das geschmolzene Kupfer mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 4 bis 8 m/s am kleinsten Querschnitt des Anschnitts 18 in die Kavität 16 der Gießform 14 ein. Dabei ist zu beachten, dass die betreffende Strömungsgeschwindigkeit kurz vor einer vollständigen Füllung der Kavität 16 wesentlich verringert wird, wobei dann ein Gießdruck in Folge einer Kompression der Schmelze und der darin enthaltenen Gase sowie der in der Kavität 16 gegebenenfalls vorhandenen Lufteinschlüsse wesentlich erhöht wird. Die für das Verfahren in Betracht zu ziehende Strömungsgeschwindigkeit betrifft daher eine auf eine Füllzeit der Gießform bezogene, im Wesentlichen lineare Strömungsgeschwindigkeit bis zur nahezu vollständigen Füllung der Kavität 16 bzw. bis zum Anstieg des Gießdrucks auf einen maximalen Wert.
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Eine Zusammenschau der 2 und 3 zeigt einen Rotor 21 für einen Elektromotor, wobei der Rotor 21 mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde. Der Rotor 21 ist aus Eisenblechen 22 gebildet, die in einer Stapelanordnung 23 in Richtung einer Längsachse 24 des Rotors 21 dicht aneinander anliegend aufgereiht sind. In den Eisenblechen 22 ist jeweils eine Durchgangsöffnung 25 zur Aufnahme einer hier nicht dargestellten Antriebswelle sowie entlang eines Umfangs 26 der Eisenbleche 22 äquidistant angeordnete Nuten 27 ausbildet. Die Nuten 27 bilden innerhalb der Stapelanordnung 23 hier nicht mehr ersichtliche Kanäle aus, die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens mit geschmolzenem Kupfer oder einer Kupferlegierung ausgegossen werden. Nach einem Erstarren des Metalls sind sämtliche Nuten 27 mit Kupfermaterial gefüllt, sodass jeweils ein elektrischer Leiter 28 ausgebildet ist. Auf einer Umfangsoberfläche 29 des Rotors 21 ist ein Verlauf der Leiter 28 durch das hier sichtbare Kupfermaterial erkennbar. An jeweils Enden 30 des Rotors 21 sind kreisringförmige Kurzschlussringe 31 an die Stapelanordnung 23 angegossen. Eine hier nicht gezeigte Gießform des Rotors 21 ist so ausgebildet, dass die Kurzschlussringe 31 im Wesentlichen gleichzeitig mit dem Verguss der Nuten 27 ausgebildet werden. Folglich sind die Leiter 28 über die Kurzschlussringe 31 miteinander verbunden. Insbesondere beträgt ein elektrischer Leitwert der Leiter 28 sowie der Kurzschlussringe 31 mindestens 55 MS/m.
