DE19956479A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Leichtmetall-Pellets - Google Patents

Abstract

Die Erfindung schlägt ein Verfahren zur Herstellung von Leichtmetall-Pellets, wobei eine Leichtmetallschmelze in einen Spalt zwischen zwei Kühlkörpern geführt wird und wobei die Leichtmetallschmelze noch vor ihrer vollständigen Erstarrung durch Schwächungslinien oder durch vollständige Durchtrennung in Pellets vorgegebener Größe aufgeteilt wird, vor. Zur Durchführung des Verfahrens schlägt die Erfindung eine Vorrichtung vor, bei der die Kühlkörper an ihren zueinander gerichteten Oberflächen Mulden aufweisen, derart, daß zwischen den beiden Kühlkörpern befindliche Leichtmetallschmelze zu Pellets in der von den Mulden vorgegebenen Gestalt formbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Leichtmetall-Pellets.

Im folgenden wird speziell auf die Herstellung von Magnesium- Pellets eingegangen, wobei die Erfindung jedoch nicht auf den Werkstoff Magnesium beschränkt ist.

Es ist aus der Praxis bekannt, Magnesiumgranulat als Aus­ gangsmaterial für die Herstellung von Gußteilen zu verwenden. Als Granulat werden kornförmige Teilchen bezeichnet, also Teilchen mit unregelmäßiger, nicht definierter Formgebung. Un­ regelmäßig ist nicht nur die Form jedes einzelnen derartigen Teilchens, sondern auch die Maße bzw. Gewichte der Teilchen differieren. Die gleichmäßige Korngröße ist für die präzise Ver­ fahrensführung des Gießverfahrens von großer Bedeutung, um die Menge des zudosierten Materials möglichst präzise steuern zu können.

Aufgrund seiner hexogonalen Struktur ist Magnesium äußerst schwer verformbar bzw. zerspanbar. Die spanabhebende Her­ stellung von Magnesiumgranulat ist daher vergleichsweise energieaufwendig, da Zerspanungsmaschinen mit hoher An­ triebsleistung verwendet werden müssen und zudem müssen vergleichsweise häufig die Zerspanungswerkzeuge gewechselt werden. In Abhängigkeit von dem Zustand der Zerspanungs­ werkzeuge kann sich auch die Größe der hergestellten Magne­ siumspäne, also die Korngröße des Granulats, verändern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur möglichst preisgünstigen Herstellung von Leichtmetall-Pellets zu schaffen sowie eine dazu geeignete Vorrichtung anzugeben.

Diese der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 sowie durch ei­ ne Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 7 gelöst.

Unter dem Begriff der Pellets werden erfindungsgemäß nicht nur Teilchen verstanden, die aus einem festen Vormaterial herge­ stellt sind, z. B. Sinterkörper, die aus Pulver erzeugt wurden, sondern der hier gebrauchte Begriff der Pellets umfaßt insbe­ sondere auch Teilchen, die aus flüssigem Material erzeugt wur­ den. Im Unterschied zu dem Begriff des "Granulats", welches ei­ ne weitgehend unregelmäßige Form aufweisen kann, wird erfin­ dungsgemäß der Begriff der "Pellets" gebraucht, die eine dem­ gegenüber wesentlich gleichmäßigere Form aufweisen.

Die Erfindung schlägt mit anderen Worten vor, das Leichtmetall nicht im erstarrten Zustand zu Granulat zu zerspanen, sondern die Formgebung der Pellets bereits im flüssigen bzw. teilerstarr­ ten Zustand vorzunehmen. Dabei kann entweder bereits in die­ ser Phase eine vollständige Durchtrennung der ggf. teilerstarr­ ten Leichtmetallschmelze erfolgen, so daß bereits in diesem Zustand separate Pellets geschaffen werden.

Es kann jedoch auch vorgesehen sein, lediglich Schwächungs­ linien in das Leichtmetall einzubringen, so daß anschließend mit vergleichsweise geringem Energieeinsatz und entlang vorgege­ bener Konturen das Leichtmetall in Pellets mit vorgegebenen Abmessungen gebrochen werden kann. Die Schwächungslinien können als linienförmig verlaufende Stellen mit verringerter Materialstärke ausgestaltet sein oder als Verbindungslinien zwi­ schen zwei bzw. mehreren Schwachstellen. So kann z. B. eine regelmäßige Ausbildung von Löchern, Schlitzen o. dgl. das Brechen des erstarrten Materials zu regelmäßig geformten Pellets ermöglichen, z. B. in Form von Lochreihen.

Schließlich kann vorgesehen sein, das erzeugte, erstarrte Ma­ terial so dünn auszugestalten, daß dieses problemlos und mit geringem Energieaufwand zerkleinert werden kann, so daß auf­ grund der geringen Materialstärke und der daraus resultieren­ den leichten Zerkleinerbarkeit Pellets mit präzisen Abmessun­ gen hergestellt werden können. Dies kann erfolgen, indem als "Spaghetti" bezeichnetes Stangen- bzw. Drahtmaterial mit sehr geringen Querschnittsabmessungen erzeugt wird.

Es kann vorgesehen sein, daß zunächst ein aus den Kühlkör­ pern austretender Körper erzeugt wird, welcher aus zusammen­ hängenden Pellets besteht, und daß erst später dieser Körper in die einzelnen Pellets aufgetrennt wird. Auf diese Weise ist ein platzsparender Transport der Pellets möglich, indem diese zu einer Waffel, Matte oder Tafel, oder zu einem aufgerollten Band zusammengefaßt sind. Bei einem derartigen Transport kann ggf. auf eine Umverpackung verzichtet werden, wie sie für separate Pellets z. B. als Karton oder Sack erforderlich ist. Zudem wird eine genaue Dosierung der zusammenhängenden Pellets bei deren Zugabe in eine Verarbeitungsmaschine möglich, indem beispielsweise das Band pelletweise abgerollt oder die Tafel schrittweise zugeführt werden kann.

Die Auftrennung in die einzelnen, voneinander getrennten Pel­ lets kann von der Herstellung derartiger Körper räumlich und zeitlich beabstandet erfolgen, z. B. in einer speziellen Zerkleine­ rungsanlage, die der Schmelzeinheit einer Verarbeitungsma­ schine vorgeschaltet ist, oder die Zerkleinerung kann dadurch erfolgen, daß die Tafel oder das Band in die Verarbeitungsma­ schine eingeführt wird und durch bewegliche Teile der Verarbei­ tungsmaschine, z. B. durch eine dort vorgesehene Förder­ schnecke, in die einzelnen Pellets aufgebrochen wird, was durch die Schwächungslinien erleichtert wird.

Erfindungsgemäß sind zwei Kühlkörper vorgesehen, zwischen die die Leichtmetallschmelze geführt wird, wobei die Kühlkörper einen schmalen Spalt ausbilden, wo die Kühlwirkung - bezogen auf die Menge der an die Kühlkörper grenzenden Schmelze - besonders intensiv ist und wo die Formprägung bzw. Durchtren­ nung des Leichtmetalls erfolgen kann. Zumindest an der Ober­ fläche kann hier die Erstarrung des Materials so weit erfolgen, daß eine geschlossene Haut erzeugt wird und demzufolge eine Formgebung erfolgen kann.

Durch Steuerung der Kühlung der beiden Kühlkörper, z. B. mit­ tels eines durch die Kühlkörper geführten Kühlmediums, kann zusätzlich zu der Beeinflussung durch die Geschwindigkeit, mit der die beiden Kühlkörper bewegt werden, eine gezielte Tempe­ raturführung der Schmelze bzw. der erstarrenden Pellets er­ möglicht werden.

Die weitere Durcherstarrung kann durch Kühlung an der Luft erfolgen, ggf. unterstützt durch Anblasen mit Preßluft, oder sie kann dadurch erfolgen, daß das zumindest teilerstarrte Material in eine Kühlflüssigkeit geführt oder mit einer Kühlflüssigkeit be­ rieselt bzw. besprüht wird. Eine besonders intensive Kühlung kann vorgesehen sein, um das Material bewußt möglichst sprö­ de einzustellen und dadurch ein späteres Brechen zu erleich­ tern, falls die Pellets wie bereits erwähnt zunächst noch als zu einem Körper zusammenhängend hergestellt werden sollen.

Vorteilhaft sind die Kühlkörper synchron beweglich, so daß das Leichtmetall nicht unter Reibung zwischen den Kühlkörpern her­ geführt werden muß, sondern die Kühlkörper gleichzeitig auch eine Transporteinrichtung für das Leichtmetall darstellen. Durch gerundete oder schräg verlaufende Ausgestaltungen bzw. An­ ordnungen der Kühlkörper wird so zunächst ein Aufnahmeraum für die Leichtmetallschmelze geschaffen, wobei dieser anschlie­ ßend zu dem erwähnten Spalt führt. Dabei kann in dem Spalt die Formgebung der flüssigen oder teilerstarrten Leichtmetall­ schmelze oder die vollständige Durchtrennung des zumindest teilweise erstarrten oder bereits vollständig erstarrten Leichtme­ talls erfolgen.

Vorteilhaft können die Kühlkörper als zwei benachbarte Räder oder Walzen ausgestaltet sein, die mit ihren Umfangsflächen nahe zueinander gerichtet sind oder sich sogar berühren. Auf diese Weise wird ein Einfülltrichter zwischen den beiden Kühl­ körpern gebildet, so daß in einem Arbeitsgang die flüssige Magnesiumschmelze in diesen Einfülltrichter zugegeben werden kann, von dort durch Bewegung der beiden Kühlkörper in den Spalt zwischen den beiden Kühlkörpern geführt wird und dort geformt bzw. durchtrennt wird. Durch weitere Bewegung der beiden Kühlkörper werden die beiden Oberflächen der Kühlkör­ per wieder auseinandergeführt, so daß die Magnesium-Pellets nach unten fallen oder ein lediglich mit Schwächungslinien ver­ sehenes Magnesiumband nach unten geführt wird, wo es auf einfache Weise in Pellets standardisierter Größe zerkleinert werden kann.

Gegebenenfalls kann eine Ausgestaltung der Oberfläche der beiden Walzen derart erfolgen, daß beide Formen von Mate­ rialtrennungen vorgesehen sind: Einerseits können bestimmte Abschnitte der Walzenoberfläche die Ausgestaltung eines zu­ sammenhängenden Bandes, einer Waffel, einer Matte od. dgl. von Pellets ermöglichen, wobei anschließend ein regelrechter Trennsteg in der Oberfläche der Walze vorgesehen ist, so daß kein Endlosband oder eine Endlosmatte od. dgl. von Pellets er­ zeugt wird, sondern derartige Matten, Waffeln, Bänder od. dgl. von einer vorbestimmten Größe hergestellt werden. Zu diesem Zweck kann der Trennsteg eine vollständige Materialunterbre­ chung in der Schmelze bzw. den hergestellten Pellets bewirken, so daß hierdurch die Abmessungen derartig zusammenhängen­ der Pelletanordnungen begrenzt und vorgegeben sind. Insbe­ sondere wenn nicht unmittelbar anschließend die Weiterverar­ beitung der Pellets in einer Schmelzeinrichtung erfolgen soll, können derartige zusammenhängende Pelletanordnungen mit vorgegebenen Abmessungen eine problemlose weitere Hand­ habung und beispielsweise eine automatisierte Verpackung derartiger "Cluster", entweder einzeln oder zu mehreren inner­ halb einer Verpackungseinheit ermöglichen.

Alternativ zu einer derartigen Ausgestaltung als zwei Räder kann eine gliederkettenartige oder förderbandartige Ausgestal­ tung der beiden Kühlkörper vorgesehen sein, so daß auf einfa­ che Weise ein vergleichsweise langer Spalt geschaffen werden kann, an dem die beiden Kühlkörper einander benachbart sind, so daß hier eine intensive Kühl- und Erstarrungswirkung möglich ist und eine dementsprechend hohe Durchsatzleistung erzielt werden kann.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend an­ hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 rein schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel und

Fig. 2 ebenso rein schematisch ein zweites Ausführungs­ beispiel einer Vorrichtung zur Herstellung von Magnesium-Pellets.

In Fig. 1 sind zwei walzenförmige Kühlkörper 1 dargestellt, wo­ bei oberhalb und zwischen den beiden Kühlkörpern 1 ein Einfüll­ trichter 2 für eine Leichtmetallschmelze 3 vorgesehen ist, die nachfolgend rein beispielhaft als Magnesiumschmelze bezeich­ net wird. Die beiden Kühlkörper 1 sind gegenläufig und syn­ chron zueinander antreibbar und durch eine nicht dargestellte Kühleinrichtung kühlbar. An der Oberfläche der Kühlkörper 1 erstarrt das Magnesium, und wenn die Magnesiumschmelze 3 in einen Spalt 4 gelangt ist, der als Engstelle zwischen den beiden Kühlkörpern 1 ausgebildet ist, wird ein schmales Magnesium­ band 5 erzeugt, das zumindest an seiner äußeren Oberfläche ausreichend erstarrt ist, um anschließend aus der Vorrichtung abgezogen werden zu können.

Ruf dem Magnesiumband 5 sind Schwächungslinien 6 schema­ tisch angedeutet, die in das Magnesiumband 5 eingeprägt sind. Diese Schwächungslinien 6 werden durch schematisch ange­ deutete Stege 7 erzeugt, die auf den Oberflächen der Kühlkör­ per 1 vorgesehen sind.

Allein aus Gründen der zeichnerischen Vereinfachung sind er­ stens am Rand des Magnesiumbandes 5 und der Kühlkörper 1 keine Einbuchtungen bzw. Erhebungen ersichtlich und zweitens die Schwächungslinien 6 und die Stege 7 geradlinig durchlau­ fend gezeichnet, so daß sich rechtwinklige Pellets ergeben. Ab­ weichend davon sind unterschiedliche Formen der Pellets mög­ lich, die insbesondere in Abhängigkeit von der jeweils gewählten Legierungszusammensetzung der Schmelze und dem vorge­ sehenen Verwendungszweck der Pellets gewählt werden kön­ nen.

Die Schwächungslinien 6 geben definierte Bruchlinien des Ma­ gnesiumbandes 5 vor, so daß mit einer nachgeschalteten, nicht dargestellten Brech- bzw. Verformungseinrichtung das Magne­ siumband 5 mit geringem Energieeinsatz zu Pellets 8 vorgege­ bener Größe verarbeitet werden kann. Das Magnesiumband 5 stellt lediglich eine zusammenhängende Anordnung dieser Pel­ lets 8 dar, bevor die Pellets 8 anschließend vereinzelt werden.

Alternativ kann vorgesehen sein, die Stege 7 so weit über die Oberfläche der Kühlkörper 1 ragen zu lassen, daß sie mit der Oberfläche des jeweils gegenüberliegenden Kühlkörpers 1 oder mit einem Steg 7 des jeweils anderen Kühlkörpers 1 zusam­ menwirkend eine vollständige Durchtrennung des Magnesium bewirken, so daß unterhalb des Spaltes 4 nicht ein zusammen­ hängendes Magnesiumband 5 erzielt wird, sondern hier bereits einzelne, voneinander getrennte Pellets 8 aus der Vorrichtung fallen.

Weiterhin kann alternativ zu dem dargestellten Ausführungsbei­ spiel vorgesehen sein, an der Oberfläche der Kühlkörper nicht Stege 7 vorzusehen, sondern Mulden. Die Mulden der beiden Kühlkörper 1 wirken dabei wie Gießformen, so daß auf diese Weise Pellets erhalten werden, deren Formgebung durch die Formgebung der Mulden vorbestimmt ist.

Auch dabei kann vorgesehen sein, daß zwischen den einzelnen Mulden Magnesiumreste ähnlich einer dünnen Haut verbleiben, so daß die erzeugten Pellets noch zusammenhängen, wenn sie aus der Vorrichtung gelangen. Dieser Zusammenhang kann er­ wünscht sein, falls dies für die weitere Handhabung vorteilhaft ist, z. B. wenn die Pellets zugunsten eine hochexakten Dosie­ rung einzeln abgezählt einer Gießmaschine zugeführt werden sollen. Es kann jedoch vorgesehen sein, daß die in den Mulden gebildeten Pellets sofort vereinzelt aus der Vorrichtung ent­ nehmbar sind, so daß sie sofort verarbeitungsfertig sind und entweder verpackt oder in einer Gießmaschine verarbeitet wer­ den können.

In Fig. 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die beiden Kühlkörper 1 gliederkettenartig oder förderbandartig ausgestaltet und um jeweils zwei Umlenkrollen 9 geführt sind. Auf diese Weise läßt sich ein vergleichsweise langer Spalt 4 erzielen. Die Vorrichtung von Fig. 2 ist horizontal angeordnet, um Bauhöhe zu sparen. Abweichend von diesem Ausführungs­ beispiel kann eine ähnlich ausgestaltete Vorrichtung jedoch auch senkrecht angeordnet sein, so daß die Führung des Ma­ gnesiums schwerkraftunterstützt erfolgt. Ebenso wie bei der Vorrichtung in Fig. 1 ist die eigentliche Kühleinrichtung für die Vorrichtung in Fig. 2 aus Übersichtlichkeitsgründen nicht detail­ liert dargestellt.

Der lange Spalt 4 des Ausführungsbeispieles von Fig. 2 ermög­ licht durch die starke erzielbare Kühlwirkung eine hohe Durch­ satzleistung dieser Vorrichtung. Bei der Konzeption der Vorrich­ tung kann auf einfache Weise durch entsprechende Länge der Kühlkörper 1 und damit des Spaltes 4 der gewünschte Teil- oder Durcherstarrungsgrad des Magnesiums festgelegt werden, wäh­ rend bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 die Umfangsge­ schwindigkeit der beiden walzenförmigen Kühlkörper 1 durch das zu erzielende Maß an Erstarrung begrenzt ist.

Die Gestaltung der Oberfläche der Kühlkörper 1 bei dem Aus­ führungsbeispiel nach Fig. 2 kann wie bereits erläutert mit schematisch angedeuteten, vorspringenden Stegen 7 oder mit eingeformten Mulden erfolgen und auch bei diesem Ausfüh­ rungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung kann die endgültige Durchtrennung der einzelnen Pellets bereits in der Vorrichtung erfolgen oder auch durch entsprechende, schema­ tisch angedeutete Schwächungslinien 6 erst anschließend in ei­ nem dafür vorgesehenen Brecher erfolgen.

Bei beiden Vorrichtungen der Fig. 1 und 2 kann eine zusätzliche Zuführungseinheit für z. B. körnige oder pulverige Partikel oder für Fasern vorgesehen sein. Als körnige oder pulverige Partikel können z. B. SiC-, Al₂O₃- oder Kohlenstoffpartikel vorgesehen sein. Die Zugabe der Partikel oder Fasern kann erfolgen, indem diese in die Schmelze gegeben werden oder innerhalb der Schmelze bis kurz vor den Spalt 4 geführt werden, so daß eine definierte Verteilung von Partikeln oder Fasern einerseits und Magnesiumschmelze andererseits und damit konstante Produk­ teigenschaften sichergestellt werden können. Fasern können ggf. lose als Haufengut zugegeben werden oder als Gelege, Gewebe, Gewirke oder in einer vergleichbaren Ausgestaltung, so daß durch diese geordnete Zugabe der Fasern besonders gleichmäßige Produkteigenschaften faserhaltiger Pellets sicher­ gestellt sind. Insbesondere kann vorteilhaft vorgesehen sein, die Partikel oder Fasern an externer Stelle homogen zu verteilen, z. B. durch induktives oder mechanisches Rühren.

Claims (10)

1. Verfahren zur Herstellung von Leichtmetall-Pellets, wobei eine Leichtmetallschmelze in einen Spalt zwischen zwei Kühlkörpern geführt wird, und wobei die Leichtmetallschmelze noch vor ihrer voll­ ständigen Erstarrung durch Schwächungslinien oder durch vollständige Durchtrennung in Pellets vorgegebener Größe aufgeteilt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlkörper (1) synchron beweglich sind und aus einer ersten Anordnung, in der ihre Oberflächen voneinander beabstandet sind, in eine zweite Anordnung bewegt wer­ den, in denen ihre Oberflächen einander nahe benachbart den Spalt (4) bilden, und daß sie anschließend wieder in eine voneinander beabstandete Anordnung bewegt wer­ den.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung von der ersten zur dritten Anordnung der Kühlkörper (1) von oben nach unten erfolgt, wobei die Leichtmetallschmelze (3) in einen sich zwischen den Kühl­ körpern (1) ergebenden Einfülltrichter (2) zugeführt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Leichtmetallschmelze (3) vor Eintritt in den Spalt (4) Fasern, Partikel oder ähnliche Zusatzstoffe zugegeben werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst ein aus den Kühl­ körpern austretendes Band erzeugt wird, welches aus zu­ sammenhängenden Pellets besteht, und daß erst später dieses Band in die einzelnen Pellets aufgetrennt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Magnesium als Leichtmetall verwendet wird.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlkörper (1) an ihren zueinander gerichteten Oberflächen Mulden aufweisen, derart, daß zwischen den beiden Kühlkörpern (1) befindliche Leichtmetallschmelze (3) zu Pellets in der von den Mulden vorgegebenen Gestalt formbar ist.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlkörper (1) an ihren zueinander gerichteten Oberflä­ chen vorstehende Stege (7) aufweisen, derart, daß zwi­ schen den beiden Kühlkörpern (1) befindliche Leichtme­ tallschmelze (3) zu Pellets (8) formbar ist, die durch die Stege (7) voneinander getrennt sind.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlkörper (1) als zwei Räder oder Walzen ausgebildet sind, die mit ihren Umfangsflächen den Spalt (4) bildend nahe benachbart angeordnet sind oder sich berühren.

10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlkörper (1) förderbandartig ausgestaltet sind mit jeweils zwei Umlenkpunkten und einer dazwischen vorgesehenen Kühlstrecke, entlang der die beiden Kühlkörper (1) den Spalt (4) bilden oder sich berühren.