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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Druckgussentlüftungseinsatz
bestehend aus einem Grundkörper
mit Gegenstück,
deren zueinander weisenden Oberflächen jeweils Wellen aufweisen
und die jeweils aus einem Material mit guter Wärmeleitung, insbesondere Kupfer
oder einer Kupferlegierung bestehen.
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Beim
Druckguß,
insbesondere Leichtmetalldruckguß, wird eine flüssige Schmelze
einer Nichteisenmetall-Legierung unter hohem Druck von bis zu 200
MPa mit hoher Geschwindigkeit von bis zu 120 m/s in eine permanente
Gussform gedrückt,
in deren Kavität
sie erkaltet. Hierbei verdrängt
die flüssige Schmelze
die in der Kavität
vorhandene Luft. Wenn Gussteile mit einer hohen Oberflächenqualität, schweißbare Gussteile,
Gussteile, die einer Wärmebehandlung
unterzogen oder solche Gussteile gefertigt werden sollen, bei denen
eingeschlossene Luft die Funktion beeinträchtigt, reichen die einfachen Luftfahnen
von den Überlaufbohnen
aufgrund eines viel zu kleinen Spaltmaßes nicht aus, um die in der Kavität befindliche
Luftmenge schnell abzuführen.
Es wurden daher Entlüftungseinsätze aus
Stahl vorgeschlagen, die über
einen enger werdenden waschbrettartigen Spalt zwischen gegenläufigen Wellen von
anfangs etwa 0,6 mm eine bessere Entlüftung ermöglichen, die jedoch noch nicht
in ausreichendem Maße
erfolgt. Als nachteilig beim Aluminiumdruckguß wurde festgestellt, dass
das erstarrende Aluminium am Stahl klebt, was das Entformen erschwert. Aufgrund
der geringen Wärmeleitfähigkeit
des Stahls bleibt das Aluminium relativ lange flüssig, so dass der Entlüftungsspalt
entsprechend eng dimensioniert und lang ausgebildet sein muß. Die enge
Dimensionierung wiederum hat zur Folge, dass aufgrund des erhöhten Strömungswiderstands
die Entlüftungsleistung
entsprechend gering ausfällt.
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Aus
der
DE 698 12 023 T2 ist
ein Entlüftungseinsatz
bekannt, der aus einer Kupferlegierung mit Be, Ni und Co besteht,
um dem Kupfer eine gewisse Härte
bei guter Wärmeleitfähigkeit
zu geben. Einen anderen Weg beschreitet die
DE 202 08 464 . Diese Schrift schlägt vor,
den Grundkörper
des Entlüftungseinsatzes
aus einer gut wärmeleitfähigen Kupferlegierung
zu fertigen und in diesem Grundkörper
einen Verschleißeinsatz
aus Wolfram oder Molybdänlegierung
formschlüssig
anzuordnen. Ein solcher Verschleißeinsatz ist aufgrund der geringen Härte der
Kupferlegierung erforderlich, die sonst von der Aluminiumschmelze
durch Brandrisse, Kavitation oder Erosion schnell verschleißt und so
die Standzeit des Entlüftungseinsatzes
reduziert. Nachteilig an diesem Stand der Technik ist, dass flüssiges Aluminium relativ
leicht aus den beschädigten
Stellen unkontrolliert seitlich austreten kann. Nachteilig an diesem Stand
der Technik ist, dass der vorgeschlagene Entlüftungseinsatz sehr aufwendig
herzustellen ist und keine große
Sicherheit gegen seitliches Austreten der Schmelze bietet.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Entlüftungseinsatz
anzugeben, der diese Nachteile nicht aufweist.
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Diese
Aufgabe wird dadurch gelöst,
dass sowohl Grundkörper
als auch Gegenstück
wenigstens in Teilbereichen eine stoffschlüssige Schicht aus verschleißfestem
Material aufweisen, vorzugsweise gebildet aus Stahl, einer Nickel-
und/oder Kobaltlegierung oder einem Hartstoff. Mit großem Vorteil
vereinfacht eine stoffschlüssige
Schicht aus verschleißfestem
Material die Tauglichkeit des Druckgussentlüftungseinsatzes. Obwohl eine
stoffschlüssige
Verbindung von Grundkörper
und Gegenstück
fertigungstechnisch zumindest ähnlich
aufwendig herzustellen ist, wie eine formschlüssige Verbindung zwischen Grundkörper/Gegenstück und damit
lösbar
verbundenem Verschleißeinsatz, überwiegen
die hierdurch erreichten Vorteile. Die stoffschlüssige Verbindung weist keine
Fugen auf, in die flüssiges
Aluminium eindringen könnte.
Sie kann sich während
des Einsatzes nicht aus ihrem Sitz lösen und dadurch den weichen Kupferkörper entblößen, sie
weist keine Befestigungsmittel auf, die sich lösen und die Vorrichtung beschädigen könnten oder
für die
entsprechend Materialstärke
vorgehalten werden müßte. Sie
spart weiterhin Material, da die Dicke einer Verschleißschicht
geringer gewählt
werden kann als ein kompletter Einsatz aus diesem Material. Hierdurch
werden die Mehrkosten aufgrund der Fertigung wenigstens teilweise
kompensiert. Mit großem
Vorteil erlaubt die Erfindung darüber hinaus, jeden gewünschten
Bereich von Grundkörper
und Gegenstück
zu beschichten, ohne das jedes Mal ein eigener Einsatzkörper entworfen
werden müsste.
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In
Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schicht auf
einer Teilungsfläche
von Grundkörper
zu Gegenstück
und/oder auf wenigstens einer Welle und/oder auf wenigstens Teilbereichen
von Seitenwänden
des Grundkörpers
angeordnet ist und/oder dass wenigstens eine Welle vollständig aus
der Schicht gebildet ist. Mit großem Vorteil führt die
Schicht auf einer Teilungsfläche
von Grundkörper
und Gegenstück
dazu, dass die Teilungsflächen
nicht durch wiederholte Anhaftungen soweit beschädigt werden kann, dass durch
die so entstandenen Schadstellen flüssige Schmelze unkontrolliert seitlich
austreten kann. Ein Austreten der Schmelze durch die Teilungsfläche und
somit ein Verkleben des Aluminiums am Druckgussentlüftungseinsatz
wird mit Vorteil verhindert, so dass das Entformen problemlos erfolgen
kann. Die Beschichtung der Wellen erhöht mit Vorteil die Standzeit
des Einsatzes, da das weiche Kupfer bzw. die weiche Kupferlegierung
vor der Schmelze geschützt
wird, so dass die Wellenform lange erhalten bleibt. Von besonderem
Vorteil ist die Beschichtung der Seitenwände des Grundkörpers, die
eine Erosion durch die Schmelze verhindert, so dass selbst bei langer
Betriebsdauer kein unkontrolliertes seitliches Austreten der Schmelze
erfolgen kann.
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Dadurch,
dass die Schicht eine Dicke zwischen 0,5 mm und 9 mm, vorzugsweise
zwischen 0,5 mm und 3 mm, insbesondere 1 mm und 3 mm aufweist, bleiben
mit großem
Vorteil die physikalischen und chemischen Eigenschaften der Schicht
erhalten, es kommt nicht zu einer Vermischung von Kuper/Kupferlegierung
und Schichtwerkstoff. Der gegebenenfalls vorhandene geringe Durchmischungsbereich
stellt den Erhalt der Werkstoffeigenschaften des aufgetragenen Materials
bei minimalem Materialauftrag sicher. Darüber hinaus ist die Schichtdicke
so groß,
dass sie ihr mechanisches Eigenleben behält, Abplatzungen oder dergleichen
treten während
des Betriebes nicht auf. Eine Schichtdicke von 9 mm wird man wählen, wenn
eine Welle, beispeilsweise die erste Welle vollständig aus
der Schicht aufgebaut sein, also keinen beschichteten Cu-Kern aufweisen soll.
In diesem vorteilhaften Fall wird eine besonders robuste und widerstandsfähige Vorrichtung
angegeben.
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Erfindungsgemäß ist weiter
vorgesehen, dass die Schicht eine homogene oder inhomogene Schichtdicke
aufweist, vorzugsweise eine an die lokalen Belastungen innerhalb
des Grundkörpers
und Gegenstücks
angepasste Schichtdicke. Mit großem Vorteil wird so nur in
solchen Bereichen eine große Materialstärke vorgehalten,
in denen dies aufgrund der auftretenden Belastungen erforderlich
ist. Beispielsweise sind die Seitenwände mit einer Schichtdicke
von 1 mm bis 3 mm bedeckt, die erste und zweite Welle, auf die die
heiße
Schmelze zuerst treffen, können
erfindungsgemäß eine größere Schichtdicke
als die restlichen Wellen aufweisen, die im hinteren Bereich des
Einsatzes nicht mehr beschichtet zu sein brauchen. Diese beiden
Wellen können
sogar vollständig
aus der Schicht bestehen, also keinen Kern aus Cu oder Cu-Legierung
aufweisen. Im Eintrittsbereich der Schmelze ist erfindungsgemäß die größte Schichtdicke
vorgesehen.
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Mit
großem
Vorteil ist erfindungsgemäß vorgesehen,
dass der Druckgussentlüftungseinsatz
eine mittels Laserauftragsschweißens aufgetragene Schicht aufweist.
Mithilfe des Laserauftragsschweißens ist es möglich, Metalle
mit besonderen Oberflächeneigenschaften
zu versehen, indem sie in-situ mit einer Auftragsschicht verbunden
werden, der die gewünschte
Oberflächeneigenschaft
aufweist. Hierbei wird in die Schmelzzone des Lasers unter Schutzgas ein
pulverförmiges
Metall eingebracht, das auf und mit dem Grundwerkstoff verschmolzen
wird. Eingesetzt werden dabei beispielsweise Nd:YAG-Laser, die in
Abhängigkeit
von der Verfahrgeschwindigkeit Strahlintensitäten von bis zu 4.000 W/mm2 erzeugen. Aufgrund der konzentrierten Energieeinkopplung kann
ein thermisch bedingtes Verziehen des Schweißguts vermieden und eine feste
und dauerhafte stoffschlüssige
Verbindung zwischen dem Grundwerkstoff und der Auftragsschicht erreicht
werden. Mit großem
Vorteil können
spanende Verfahren zur Nachbearbeitung des Einsatzes verwendet werden.
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Die
Erfindung wird in einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme
auf eine Zeichnung beispielhaft beschrieben, wobei weitere vorteilhafte Einzelheiten
den Figuren der Zeichnung zu entnehmen sind.
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Funktionsmäßig gleiche
Teile sind dabei mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Die
Figuren der Zeichnung zeigen im Einzelnen:
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1:
eine erste Ausführungsform
der Erfindung und
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2:
eine zweite Ausführungsform
der Erfindung jeweils in perspektivischer Ansicht.
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1 zeigt
Grundkörper 1 und
Gegenstück 2,
deren jeweilige Teilungsfläche 4 mit
einer Schicht 3 aus verschleißfestem Material versehen ist.
Die Schichtdicke beträgt
hier etwa 1 mm, sie kann je nach Einsatzbereich auch dünner oder
dicker gewählt
werden. In diesem Ausführungsbeispiel
sind die Wellen 5, die Eintrittsöffnung 7 und die Austrittsöffnung 8 nicht
beschichtet. Diese Ausführungsform ist
daher vor allem bei Zinkdruckguß und
bei Duroplastenpritzguß einsetzbar.
Grundkörper 1 und
Gegenstück 2 sind
aus einer Kupferlegierung gefertigt, die Schicht 3 besteht
hier aus Stahl. Erfindungsgemäß können jedoch
genauso ein Hartstoff wie Carbide oder Nitride, Kobalt- und/oder
Nickellegierungen eingesetzt werden. Die in 1 gezeigte
Ausführungsform
weist weiterhin die Eigenschaft auf, dass die Wellen auf dem Gegenstück 2 nicht
in einer Ebene mit der Teilungsfläche 4 liegen. Im zusammengesetzten
Zustand bedeutet dies, dass die auf die aufsteigende Flanke der
ersten Welle auftreffende, und von dieser zu den Seitenwänden 6 hin
umgelenkte Schmelze nicht direkt die Teilungsfläche 4 beaufschlagen
kann, sondern erst die Seitenwand 6 des Grundkörpers 1.
Dies hat große
Vorteile im Hinblick auf die Verhinderung von unkontrolliertem seitlichen Austreten
der Schmelze.
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2 zeigt
eine zweite Ausführungsform
der Erfindung, bei der neben der Teilungsfläche 4 auch die ersten
zwei, bzw. drei Wellen 5 sowie die Seitenwände 6 des
Grundkörpers 1 im
Bereich dieser Wellen 5 beschichtet sind. Erfindungsgemäß kann auch eine
größere oder
geringere Zahl von Wellen 5 beschichtet sein, dies ist
abhängig
von der Baugröße des Einsatzes
und des Verwendungszwecks. Weiterhin weist auch die Eintrittsöffnung 7 eine
Beschichtung auf. Hierdurch ist diese Ausführungsform für sämtliche
Aluminium- und Magnesiumdruckgußlegierungen
geeignet. Im Bereich zwischen zweiter und dritter Welle des Gegenstücks 2 ist
die Kontaktfläche
von Schicht 3 und Grundmaterial zu erkennen. In diesem
Beispiel sind die ersten beiden Wellen vollständig aus der Schicht 3 aufgebaut,
das heißt,
das Gegenstück
wird zunächst
ohne die ersten beiden Wellen erstellt. Das Material der beiden
Wellen wird mittels Laserauftragsschweißens aufgetragen, wobei pulverförmiges Fe-,
Ni-, oder Co-(Legierungs)Material mit Korngrößen von etwa 90 μm bis etwa
150 μm eingesetzt
wird.
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Es
ist erfindungsgemäß auch möglich, die ersten
beiden Wellen mittels Laserauftragsschweißens zu beschichten, also das
Gegenstück 2 zunächst mit
einer im Bereich der ersten beiden Wellen reduzierten Höhe zu erstellen
und sodann konturnah mittels Laserauftragsschweißens eine Schicht 3 mit gewünschter
Dicke auf den Cu- oder Cu-Legierungskern aufzutragen. Sowohl Grundkörper 1 als
auch Gegenstück 2 weisen
im Vergleich zu denen des Standes der Technik vorteilhafterweise
eine gegebenenfalls reduzierte Bauhöhe auf. Diese materialsparende
Reduktion ist möglich,
da keine Materialstärke für eine sichere
Aufnahme von Halteschrauben der Verschleißeinsätze benötigt wird.
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- 1
- Grundkörper
- 2
- Gegenstück
- 3
- Schicht
- 4
- Teilungsfläche
- 5
- Welle
- 6
- Seitenwand
- 7
- Eintrittsöffnung
- 8
- Austrittsöffnung