DE3040960A1

DE3040960A1 - Verbesserung einer metallischen gussform fuer eine bleilegierung

Info

Publication number: DE3040960A1
Application number: DE19803040960
Authority: DE
Inventors: Naotatsu Katsuta Ibaragi Asahi; Ryosuke Honjoh Saitama Morinari
Original assignee: Shin Kobe Electric Machinery Co Ltd
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 1979-10-30
Filing date: 1980-10-30
Publication date: 1981-05-14
Also published as: DE3040960C2; GB2063738A; JPS5666372A; GB2063738B

Description

üipl. Phys. H. Seiaei

Patentanwäitin 27. okt. 1980

Stadtplatz 27 : oi" ^Meln Zeichen: 140/001

Tel. 08633/2333

82R4 Waldkraiburp

Shin-Kobe Electric Machinery & Co., Ltd. Tokyo

Verbesserung einer metallischen Gußform für eine Bleilegierung.

27. Okt. 1980

Mein Zeichen: 140/001

Shin-Kobe Electric Machinery Co., Ltd. Tokyo

Verbesserung einer metallischen Gußform für eine Bleilegierung.

Die Erfindung betrifft die Verbesserung einer metallischen Gußform für eine Bleilegierung.

Die Platten für einen Bleiakkumulator werden in der Regel durch Vergießen einer Pb-Sb oder einer Pb-Ca Legierung in einer Gußform aus Metall hergestellt. Die Platten

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werden dabei kontinuierlich mit einer hohen Geschwindigkeit von zehn Stück pro Minute erzeugt. Dabei wird die Metallform auf eine Temperatur von 160 bis 230° C erhitzt. Um eine solche Platte leicht aus der Form herausnehmen zu können und um die Wärmeisolation der Gußform zu verbessern, wird auf die Innenfläche der Metallform, die mit der Bleilegierung in Berührung kommt, eine Korkpuderschicht, kurz als Gleitzusatz bezeichnet, aufgebracht. Diese Korkpuderschicht wird auf die erhitzte Innenfläche der Gußform aufgesprüht und besteht aus Kork, einem eine gewisse Klebrigkeit erzeugenden Mittel und Wasser. Da die Korkschicht eine starke wärmeisolierende Wirkung ausübt, erfüllt sie eine der notwendigen Voraussetzungen, damit das geschmolzene Metall in die Hohlräume der Gußform fließen kann, obwohl die herzustellenden Platten nur eine geringe Dicke und komplizierte Umrisse haben. Dies bedeutet aber, daß viele Gießfehler bei den Erzeugnissen auftreten können, wenn man nicht die Dicke der Korkschicht genauestens überwachen kann.

Die in Fig. 1 gezeigten Gitterplatten 1,1 sind auf die herkömmliche Weise in einem Gießvorgang gegossen worden. Die Platten 1 sind mit Nasen 2 versehen, die als

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,5, 30A0960

Anschlußklemmen des Akkumulators dienen. Sie weisen ferner Schenkel 3 auf, mit denen die beiden Platten während des Gießvorgangs miteinander verbunden sind. Die Wärmekapazität der Nasen 2 und der Schenkel 3 ist größer als die der übrigen Teile der Platte. Es wäre ideal, wenn das ganze, in den Hohlräumen der Gußform befindliche Material gleichzeitig verfestigt würde. Bisher hat man schon auf die verschiedenste Weise versucht sich diesem idealen Erstarrungsvorgang anzunähern, beispielsweise dadurch, daß man Kühlvorrichtungen für die Gußform verwendete. Dies ist aber sehr schwierig. Man hat beobachtet, daß die Nasen 2 und die Schenkel 3 später als die übrigen Teile der Platten erstarren. Aber gerade in den später erstarrenden Teilen der Platten können leicht solche Gießfehler entstehen. Bestehen die Platten aus einer Pb-Sb Legierung, dann zeigen die Nasen 2 und die Schenkel 3 Gießfehler, wie beachtliche Schwundrisse und Schrumpfporositäten. Es wäre erforderlich, daß die Korkschicht auf den Teilen der Gußform dünner aufgetragen wird, die zu den genannten Gießfehlern neigen. Wird nun der Kork auf die Innenfläche der Gußform aufgesprüht, dann solte die Dicke der gebildeten Korkschicht an Hand eines vorgegebenen

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Sprühmusters überwacht werden. Da aber das Aufsprühen der Korkschicht vor allem auf der Befähigung und Erfahrung der ausführenden Person beruht, ist es sehr schwierig die Korkschicht in der benötigten Dicke herzustellen. Wenn diese Schichtdicke aber nur geringfügig einen vorgegebenen Wert übersteigt, dann zeigen die Nasen und Schenkel der Platten sofort die genannten Gießfehler. Diese Gießfehler haben aber zur Folge, daß diese Platten, während ihrer Weiterverarbeitung zu einem Akkumulator, brechen können. Es besteht daher die Möglichkeit, daß aus den genannten Gründen relativ viele Platten ausfallen.

Es wurde nun der Zusammenhang zwischen der Dicke der Korkschicht und der Temperatur der Gußform untersucht und dabei gefunden, daß 10 ,u der Dicke der Korkschicht einer Temperaturänderung der Gußform von mehr als 10° C entsprechen. Im Laufe der Zeit wird durch die wachsende Zahl der Gießvorgänge die Korkschicht von der Innenfläche der Form immer mehr abgetragen. Sobald sie aber schon stark verringert ist, ist eine Fortsetzung des Gießens nicht mehr möglich, selbst wenngleich die anderen Gießbedingungen ständig überwacht werden. Diese Unterbrechung des Gießvorganges

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ist deshalb notwendig, da bei Entfernung der Korkschicht die Wärmeisolierungswirkung der Gießform verringert wird und als Folge davon auch der Fluß der geschmolzenen Legierung verschlechtert wird. Man muß daher jeweils nach etwa 2000 Gießvorgängen die Korkschicht erneuern. D.h., daß man täglich zweimal die Korkschicht aufsprühen mußte.

Man braucht in der Regel fünf bis zehn Minuten um jede Gießform mit einer Korkschicht zu besprühen. Da aber die Korkschicht die Wärmecharakteristik der Gießform, den Fluß und die Erstarrungsezeit des geschmolzenen Metalles sehr stark beeinflußt, ist es erforderlich, das Besprühen mit Kork sorgfältig und genau vorzunehmen, was aber eine große übung erfordert. Das bedeutet, daß selbst dann, wenn ein sehr erfahrener Arbeiter die Innenfläche der Gußform mit Kork besprüht doch manchmal ungeeignete Platten mit Graten als Folge eines mangelhaften Fließen des geschmolzenen Metallmaterials entstehen. Darüber hinaus wird beim Korksprühen der Arbeitsplatz verunreinigt. Dabei haftet der Kork ausser an der Gußform auch an anderen Gegenständen, beispielsweise am menschlichen Körper fest. Es steht

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somit fest, daß das Besprühen mit Kork viele unerwünschte Nachteile mit sich bringt.

Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, die genannten Nachteile durch Schaffung einer Gußform aus Metall für eine Bleilegierung, bei der auf ein Besprühen mit Kork verzichtet werden kann, zu beseitigen. Ferner soll erreicht werden, daß der Wirkungsgrad des Gießvorgangs noch besser wird und auch die Gußerzeugnisse keine Gießfehler mehr aufweisen.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Gußform aus Metall zum Vergießen von Bleilegierungen auf ihrer Innenfläche mit einer keramischen Schicht versehen ist.

Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung anhand der Zeichnung.

Hierin zeigen:

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Fig. 1 eine Vorderansicht eines Plattenpaares für einen Bleiakkumulator, als ein für die Erläuterung der Erfindung gewähltes spezielles Erzeugnis,

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung einer Hälfte einer erfindungsgemäßen Gußform aus Metall für die Herstellung einer Akkumulatorplatte,

Fig. 3 eine Querschnittsdarstellung der halben Gußform, längs der Linie III-III der Fig. 2,

Fig. 4 eine Vorderansicht einer ersten Hauptmaske, die zur Herstellung der erfindungsgemäßen Gußform verwendet wird,

Fig. 5 eine Vorderansicht einer ersten Hilfsmaske, die zur Herstellung der erfindungsgemäßen Gußform verwendet wird,

Fig. 6 eine Vorderansicht einer zweiten Hauptmaske, die zur Herstellung der erfindungsgemäßen Gußform verwendet wird,

Fig. 7 eine Vorderansicht einer zweiten Hilfsmaske, die zur Herstellung der erfindnngsgernäßen Gußform verwendet wird und

Fig. 8 eine Vorderansicht einer dritten Maske, die zur Herstellung der erfindungsgemäßen Gußform verwendet wird.

In den Fig. 2 und 3 ist eine Hälfte 10a einer Gußform 10 aus Gußeisen für die Herstellung einer Akkumulatorplatte dargestellt. Die Gußformhälfte 10 a umfaßt eine Angußöffnung 12, einen Durchgangskanal 14 und vier Hohlräume 16,18,20 und 22. Hierbei dient der Hohlraum 16 zur Ausformung eines Rahmens oder HauptSteges 4 der Platten 1,1 nach Fig.l. Die Hohlräume 18 und 20 dienen zur Ausformung der Nasen 2 und der Schenkel 3 der Platten 1,1. In dem Hohlraum 22 werden die Gitterstege 5 der Platten 1,1 ausgeformt. Die Tiefe des Hohlraumes 22 ist etwas größer als die Hälfte der Tiefe der anderen Hohlräume 16,18 und 20. Die zweite Hälfte der Gußform ist identisch mit der in Fig. 2 gezeigten Hälfte 10a.

Die Gußform 10 ist auf ihrer Innenfläche mit einer keramischen Schicht versehen. Diese keramische Schicht kann aufgespritzt werden, indem man pulverförmige Materialien wie ZrCaO₃, 2MgO-Al₃O₃, Mg.SiO₂ und TiO₃ im Plasma schmilzt und dann die feinen geschmolzenen Tröpfchen auf die Innenfläche der Gußform 10 aufsprüht»

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Da die Wärmekapazität der Nasen 2, der Schenkel 3 und des Rahmens 4 der Platten 1,1 aufgrund ihrer größeren Dicke größer ist als die der Gitterstege 5, was zur Folge hat, daß sie auch später aushärten, soll die keramische Schicht in den Bereichen, die den Nasen 2, den Schenkel^ und dem Rahmen 4 entsprechen ,dünner sein als an den den Gitterstegen entsprechenden Stellen. Im Bereich des Hohlraumes 22 für die Gitterstege 5 und im Durchgangskanal der Formhälfte 10a hat die keramische Schicht eine Dicke t₁. Im Hohlraum 18 für die Nasen 2 beträgt die Schichtdicke t₂ und in den aufeinander zu liegen kommenden Flächen 24 der Formhälften hat die Schichtdicke den Wert t₃. Die Schichtdicken twt- und t, können innerhalb eines Bereiches von 0,05 mm bis 0,4 mm liegen, abhängig von der jeweiligen Wärmekapazität der in Frage stehenden Plattenabschnitte.

Die keramische Schicht kann durch Verwendung von Masken, wie sie in Fig. 4 bis 8 gezeigt sind, hergestellt werden. Die erste Hauptmaske 26 weist öffnungen 26a auf, die der Angußöffnung 12, dem Durchgangskanal 14 und dem Hohlraum 22 für die Gitterstege der Gußformhälfte 10a entsprechen. Die Maske

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26 wird auf die Innenfläche der Gußformhälfte 10 a gelegt. Die gestrichelten Linien in Fig. 4 geben die Innenfläche der Gußformhälfte 10a wieder, wenn die erste Hauptmaske auf dieser aufliegt.

Die keramische Masse wird nun durch die öffnungen 26a der ersten Ilauptmaske 26 auf die freiliegenden Bereiche der Innenfläche der Gußformhälfte 10 a gespritzt. Da es nicht möglich ist, bei der ersten Hauptmaske 26 die gesamten für die Gitterstege erforderlichen Hohlräume 22 durchgehend frei zu lassen, sind die Öffnungen 26a an den Verbindungsbrücken 26b unterbrochen. Dies hat zur Folge, daß auch die keramische Schicht an den den Verbindungsbrücken 26b der ersten Hauptmaske 26 entsprechenden Stellen unterbrochen ist. Nachdem die erste Hauptmaske 26 von der Gußformhälfte 10a wieder abgenommen ist, v/ird die erste Hilfsmaske 28, die in Flg. 5 gezeigt ist, auf die Innenfläche der Gußformhälfte 10a gelegt. Diese erste Hilfsmaske 28 hat Öffnungen 28a, die den Verbindungsbrücken 26b der ersten Hauptmaske 26 entsprechen. Nachdem die keramische Masse auf die durch die Öffnung 28a frei gebliebenen Bereichepler Gußformhälfte 10a aufgespritzt wurde, wird die Maske ebenfalls

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abgenommen. Nunmehr ist die erste keramische Schicht mit einer Dicke t auf die Innenfläche der Gußformhälfte 10a im Bereich des Angusses 12, des Durchgangskanals 14 und der Gitterstege 22 aufgebracht.

Die zweite Hauptmaske 30 ist in Fig. 6 gezeigt und ist mit Öffnungen 30a versehen, die dem Hohlraum 18 für die Nasen 2, dem Hohlraum 20 für die Schenkel 3 und dem Hohlraum 16 für den Rahmen 4 der Gußformhälfte entsprechen. Die zweite Hauptmaske wird ebenfalls auf die Innenfläche der Gußformhälfte 10a aufgelegt. In Fig. 6 ist die Innenfläche der Gußform durch die gestrichelten Linien angedeutet. Die öffnungen 30 sind durch Verbindungsbrücken 30b unterbrochen. Die keramische Masse wird sodann durch die öffnungen 30a der zweiten Hauptmaske 30 auf die frei gelassenen Flächenbereiche der Gußformhälfte aufgespritzt. Nach Entfernung der zweiten Hauptmaske 30 wird die zweite Hilfsmaske 32 auf die Innenfläche der Gußformhälfte 10a aufgelegt. Die zweite Hilfsmaske 32 weist Öffnungen 32a auf, die den Verbindungsbrücken 30b der zweiten Hauptmaske entsprechen. Dann wird die keramische Masse durch die Öffnungen 32a auf die Innenfläche der Gußform 10a gespritzt und die zweite Hilfsmaske 32 wieder entfernt. Nach diesem Ar-

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beitsgang sind auf die Innenfläche der Gußform 10a keramische Bereiche mit der Schichtdicke t₂ in den Hohlräumen 16,18 und 20, die dem Rahmen 4, den Nasen 2 und den Schenkeln 3 entsprechen, aufgebracht.

Schließlich wird noch die dritte Maske 34 auf die Innenfläche der Gußform 10a gelegt. Die Form dieser Maske 34 entspricht denen der Hohlräume 16 bis 22 und darüber hinaus auch noch der Angußöffnung 12 der Gußformhälfte. Durch die dritte Maske wird dann die keramische Masse auf die frei liegende Innenfläche der Gußformhälfte 10a in dem Bereich gespritzt, mit dem sie an die andere Gußformhälfte angrenzt. In diesem Bereich hat die keramische Schicht eine Dicke

Die für die Masken 26,28,30,32 und 34 verwendbaren Materialien werden durch die geforderte Präzision der Akkumulatorplattengröße bestimmt. Es läßt sich hier eine gute Auswahl treffen, sofern nicht die Materialien für die Gußformen und deren Ausdehnungskoeffizienten großen Schwankungen unterliegen. Da es verschiedentlich erforderlich ist, die Gußform nach dem Aμfbringen der keramischen Schicht vorzuheizen, werden

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die Masken vorzugsweise aus einem wärmebeständigen Material gewählt. Sie können z.B. aus einer dünnen Platte aus Schmiedeeisen oder aus Stahl bestehen.

Die Masken können durch Stanzen oder Ätzen hergestellt werden. Hierbei empfiehlt es sich insbesondere die erste Maske 26, die ein feines und kompliziertes Muster aufweist, vorzugsweise durch Ätzen herzustellen.

Es soll darauf hingewiesen werden, daß die auf die beschriebene Art hergestellte Keramikschicht ausreichend mit der Gußform 10a verbunden ist, so daß sie nicht mehr von dieser gelöst werden kann. Sie kann somit praktisch ständig verwendet werden. Damit wird vermieden, daß man eine keramische Schicht unmittelbar vor dem Gießvorgang aufsprühen muß. Dies hat zur Folge, daß der Wirkungsgrad des Gießens verbessert und damit auch die Produktivität erhöht wird. Die gegossenen Erzeugnisse sind von hoher Qualität und v/eisen keine Gießfehler mehr auf, da die keramische Schicht nicht mehr erneuert werden muß und damit ständig ihre vorgeschriebene Dicke aufweist. Handelt es sich bei den Gießerzeugnissen um Akkumulatorplatten, so

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braucht man keine Schwierigkeiten mehr beim Zusammenbau des Akkumulators zu befürchten. Darüber hinaus wird auch der Arbeitsplatz nicht mehr verschmutzt, da ein Versprühen von Kork jetzt unnötig geworden ist.

Die keramische Schicht kann die Eigenschaft haben, Gase zu absorbieren, die bei der Härtung des geschmolzenen Metalls entweichen. Diese Eigenschaft läßt sich durch überwachung des Zustandes der zu versprühenden Keramikmassen oder durch geeignete Auswahl der hierfür verwendeten Materialien herbeiführen. Da die Keramikschicht nicht von dem geschmolzenen Material benetzt wird, können die gegossenen Platten leicht aus der Gußform 10 entfernt werden. Obwohl sich die Wärmeausdehnungskoeffizienten der keramischen Schicht und der Gußform unterscheiden, löst sich die keramische Schicht nicht von der Innenfläche der Gußform ab, sofern der Arbeitsvorgang bei Temperaturen unter 800 C abläuft. Dies hat sich bei entsprechenden Wärmeermüdungsversuchen erwiesen.

Besteht die keramische Schicht aus einem porösem Material , dann können ihre Poren vorzugsweise mit einer Schicht aus hitzebeständigem Vinylharz gefüllt werden,

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um eine Korrosion der Keramikschicht zu verhindern, die als Folge des in die Poren der keramischen Schicht gelangenden Bleidioxyds eintreten kann.

Beispiel

Es wurden zwei in Größe und Form übereinstimmende Gußformen vorbereitet. Die eine dieser Gußformen wurde gemäß der Erfindung auf ihrer Innenfläche mit einer keramischen Beschichtung versehen, während auf die andere in herkömmlicher Weise eine Korkschicht aufgebracht wurde. Anschließend wurden zwei Gruppen von Akkumulatorenplatten aus dem gleichen Material, gleicher Größe und Gestalt in den beiden Gußformen hergestellt und die Gießfehler der beiden Erzeugnisse einander gegenübergestellt.

Die verwendete keramische Schicht bestand aus ZrCaO₃ und wurde mit Hilfe einer Plasmaspritzpistole aufgebracht. Die Dicke der keramischen Schicht war an den verschiedenen Bereichen der Gußform verschieden. Die Dicke t. der keramischen Schicht in den Hohlräumen für die Angußöffnung, den Durchgangskanal und die Gitterstege betrug 0,25 mm, die Dicke t₂ in den Hohlräumen für die Nasen, die Schenkel und den Rahmen be-

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trug 0,14 mm und die Dicke t₃ im Kontaktbereich der beiden Gußformhälften betrug 0,09 mm.

Die Korkschicht wurde mit Hilfe einer Druckluftpistole aufgesDrüht.Die Dicke t^' der Korkschicht in den Hohlräumen für die Angußöffnung, den Durchgangskanal und die Gitterstege betrug 0,18 mm, die Dicke t„' in den Hohlräumen für die Nasen, Schenkel und dem Rahmen betrug 0,10 mm und die Dicke t ' im Kontaktbereich der beiden Gußformhälften betrug 0,06 mm.

Die Gußformen wurden auf eine Temperatur zwischen 160 und 200° C vorgeheizt und die geschmolzene Pb-Sb-As Legierung wurde bei einer Temperatur von 450° C in die Gußform eingefüllt.

Zur Bestimmung der Gießfehler wurden die Oberflächen der Nasen, Schenkel und Rahmen in einem Abstand von 0,2 bis 0,33 von ihrer Oberfläche geschnitten und mit Schleifpapier glatt geschliffen. Anschließend wurden, durch Färbung der Schnittflächen,die beim Erstarren und Schrumpfen entstandenen Risse festgestellt. In der nachstehenden Tabelle sind die Ergebnisse dieser Versuche aufgeführt.

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Geprüfte Teile	Gießfehler	erfindungs gemäß behan delte Gußform	nach herkömm licher Art be handelte Gußform
Nasen	Λ	O	5
Schenkel	B	1	3
äußerer Rahmen	C	2	14
Gittersfcege	D	4	12
oberer Rahmen	A	O	2
B	1	5
C	2	8
D	O	4
A	O	2
B	O	4
C	O	1
D	3	9
A	O	1
B	O	3
C	2	3
D	3	11
A	O	2
B	O	3
C	1	3
D	5	14

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Aus den Versuchsergebnissen wird deutlich, daß sich eine ganz wesentliche Abnahme der Gießfehler bei Verwendung der erfindungsgemäße^ mit einer Keramikschicht versehenen Gußform erreichen ließ. Man konnte feststellen, daß keine Unterbrechung der Gitterstege infolge eines schlechten Flusses des geschmolzenen Metalls und keine Schwierigkeiten mit der Gießmaschine, die auf Fehler beim Herausnehmen der Akkumulatorplatten aus der Gußform beruhten, eintraten.

In der Tabelle sind die Gießfehler "A" lineare Fehler einer Länge von 1 mm oder mehr, die Fehler "B" lineare Fehler einer Länge kleiner als 1 mm, die Fehler "C" punktförmige Fehler mit einem Durchmesser von lmm oder mehr und "D" punktförmige Fehler mit einem Durchmesser von weniger als 1 mm. Bei dem Versuch wurden jeweils 5 Plattenpaare geprüft und mit diesen jeweils vier Prüfungen durchgeführt.

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Claims

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Patentansprüche

1. Gußform aus Metall für das Vergießen von Bleilegierungen, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Innenfläche der Gußform eine keramische Schicht vorgesehen ist.

2. Gußform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die keramische Schicht an verschiadenen Bereichen der Innenfläche der Gußform unterschiedliche Schichtdicken aufweist, wobei die Schichtdicken jeweils nach Maßgabe der an den verschiedenen Bereichen vorhandenen Dicken des zu gießenden Produktes gewählt sind.

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ORIGINAL INSPECTED