DE202006004254U1 - Druckgußentlüftungseinsatz - Google Patents

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Abstract

Druckgussentlüftungseinsatz bestehend aus einem Grundkörper (1) mit Gegenstück (2), deren zueinander weisenden Oberflächen jeweils Wellen (5) aufweisen und die jeweils aus einem Material mit guter Wärmeleitung, insbesondere Kupfer oder einer Kupferlegierung bestehen, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl Grundkörper (1) als auch Gegenstück (2) wenigstens in Teilbereichen eine stoffschlüssige Schicht (3) aus verschleißfestem Material aufweisen, vorzugsweise gebildet aus Stahl, einer Nickel- und/oder Kobaltlegierung oder einem Hartstoff.

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Entlüftungseinsatz anzugeben, der diese Nachteile nicht aufweist.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Funktionsmäßig gleiche Teile sind dabei mit denselben Bezugszeichen versehen.
  • Die Figuren der Zeichnung zeigen im Einzelnen:
  • 1: eine erste Ausführungsform der Erfindung und
  • 2: eine zweite Ausführungsform der Erfindung jeweils in perspektivischer Ansicht.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 1
    Grundkörper
    2
    Gegenstück
    3
    Schicht
    4
    Teilungsfläche
    5
    Welle
    6
    Seitenwand
    7
    Eintrittsöffnung
    8
    Austrittsöffnung

Claims (5)

  1. Druckgussentlüftungseinsatz bestehend aus einem Grundkörper (1) mit Gegenstück (2), deren zueinander weisenden Oberflächen jeweils Wellen (5) aufweisen und die jeweils aus einem Material mit guter Wärmeleitung, insbesondere Kupfer oder einer Kupferlegierung bestehen, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl Grundkörper (1) als auch Gegenstück (2) wenigstens in Teilbereichen eine stoffschlüssige Schicht (3) aus verschleißfestem Material aufweisen, vorzugsweise gebildet aus Stahl, einer Nickel- und/oder Kobaltlegierung oder einem Hartstoff.
  2. Druckgussentlüftungseinsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (3) auf einer Teilungsfläche (4) von Grundkörper (1) und Gegenstück (2) und/oder auf wenigstens einer Welle (5) und/oder auf wenigstens einem Teilbereich von Seitenwänden (6) des Grundkörpers (1) angeordnet ist und/oder dass wenigstens eine Welle (5) vollständig aus der Schicht (3) gebildet ist.
  3. Druckgussentlüftungseinsatz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht eine Dicke zwischen 0,5 und 9, vorzugsweise zwischen 0,5 und 3, insbesondere 1 und 3 mm aufweist.
  4. Druckgussentlüftungseinsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht eine homogene oder inhomogene Schichtdicke aufweist, vorzugsweise eine an die lokalen Belastungen innerhalb des Grundkörpers (1) und Gegenstücks (2) angepasste Schichtdicke.
  5. Druckgussentlüftungseinsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er eine mittels Laserauftragsschweißens aufgetragene Schicht (3) aufweist.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114749629A (zh) * 2022-04-04 2022-07-15 中国第一汽车股份有限公司 一种钨铜合金排气波板

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