EP2586546A1 - Verfahren zur Herstellung von Salzkernen - Google Patents

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Publication number
EP2586546A1
EP2586546A1 EP11187281.8A EP11187281A EP2586546A1 EP 2586546 A1 EP2586546 A1 EP 2586546A1 EP 11187281 A EP11187281 A EP 11187281A EP 2586546 A1 EP2586546 A1 EP 2586546A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
composition
extruder
salt
nacl
casting
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP11187281.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ulrich Jordi
Sascha Padovan
Hermann Jacob Roos
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Buehler AG
Original Assignee
Buehler AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Buehler AG filed Critical Buehler AG
Priority to EP11187281.8A priority Critical patent/EP2586546A1/de
Priority to PCT/EP2012/068345 priority patent/WO2013064304A1/de
Publication of EP2586546A1 publication Critical patent/EP2586546A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/10—Cores; Manufacture or installation of cores
    • B22C9/105—Salt cores

Definitions

  • the present invention relates to a novel process for producing salt cores for die casting processes.
  • a melt of the material to be molded for example aluminum
  • a casting mold For the production of castings of more complex shape (eg hollow structures and / or non-demoldable undercuts) it is necessary to provide so-called lost cores in the mold.
  • lost cores are molded parts which are positioned in the mold at the corresponding point during the casting process and are removed from the casting without residue after the casting process. These cores are intended for single use only and are then "lost.”
  • salt cores have been increasingly used for this task. These are mixtures of various salts such as sodium carbonate (Na 2 CO 3 ) and sodium chloride (NaCl), as known from the prior art (eg EP-2 277 644 A1 ; Yaokawa et al., Journal of Japan Foundry Engineering Society, vol. 78 (10), 2006, 516-522 ; DE-100 4 785 T1 ) are known. Salt cores withstand the harsh conditions of die casting and - in contrast to, for example, sand cores - can be easily dissolved and removed after completion of the die casting process by treatment with, for example, hot water.
  • salt cores withstand the harsh conditions of die casting and - in contrast to, for example, sand cores - can be easily dissolved and removed after completion of the die casting process by treatment with, for example, hot water.
  • Such salt cores are prepared by mixing the appropriate salt components (in the case of several components) and melting them.
  • the melting is usually carried out in an open crucible in a melting furnace.
  • the melt optionally mixed with binders and others Additives, introduced into a corresponding shape of a die-casting machine, where the melt solidifies under pressure and can be removed as a finished molding.
  • Such a method is for example in the DE 100 84 785 described.
  • This manufacturing method has some disadvantages.
  • the production of the melt in an open crucible is not optimal from the point of view of the temperature balance. On the one hand, no desired temperature gradient can be driven in an open crucible. On the other hand, there are significant energy losses in the open system. During the transfer of the melt from the crucible into the mold, a part of the melt adheres to the scooping and dosing tools, and also during the molding process material losses occur.
  • salt cores can be advantageously prepared by the so-called thixomolding process.
  • the thixomolding process is mainly used for the production of magnesium alloy components.
  • a granulate of magnesium alloy is introduced via a metering device in a screw extruder.
  • the granules are heated by means of arranged on the extruder barrel heaters such as heating bands and transferred to a semi-solid state. Subsequently, it is conveyed in the extruder under constant shear into a collecting space, from where it is pressed by injection molding in a mold cavity.
  • the thixomolding process is well known to those skilled in the art. It is for example in the US 5,040,589 described. The content of this document is incorporated herein by reference for the thixomolding process.
  • a bulk material is understood to mean a solid, free-flowing and free-flowing form of a composition, for example a granulate or a powder.
  • a semi-solid state is understood to be the state which is reached at a transition temperature between the solid and liquid states of the material (ie between the liquidus point and the solidus point).
  • the material In the partly liquid state, the material has a microstructure in which finely divided, crystalline regions are embedded in melting regions.
  • the viscosity of the material In the partially liquid state, the viscosity of the material is reduced; ideally, a thixotropic state forms.
  • the part in the liquid state Material can be very precisely pressed into molds with little pressure.
  • the salt cores can be prepared by conventional thixomolding machines, such as those sold by the company Japan Steel Works. Examples include the machines with the type designation JLM75 JLM150 JLM220 JLM450 JLM650 JLM850 JLM1600.
  • a thixomolding machine which can be used according to the invention is disclosed in Fig. 1 shown.
  • the composition for producing the salt core is introduced into a metering device 1 (for example a funnel-like container with a closable lower outlet opening) as bulk material and subsequently introduced into a screw extruder 2 via a conveyor unit 1a.
  • the extruder 2 comprises a cylinder 3 and a screw conveyor 4 arranged in the cylinder.
  • On the cylinder outer side are one or more heating devices, here heating strips, 5 for heating the composition during its residence time in the extruder. It would also be possible alternatively to heat the cylinder 3 from the inside.
  • the composition is heated to a transition temperature between its solidus temperature and its liquidus temperature and changes to the semi-solid state described above.
  • the composition can be conveyed by the screw 4 through the extruder into a collecting chamber 6 which is located at the end of the extruder which is connected to the injection mold.
  • the screw 4 exerts a constant shearing action on the composition.
  • the collection chamber 6 is on the extruder side by a return flow lock 7, such as a valve, completed.
  • the end of the collection chamber 7 is connected via a nozzle 8 with the interior 10 of a two-part mold 9.
  • an injection molding apparatus 11 which comprises a pressure accumulator 12 and a hydraulic cylinder 13.
  • the hydraulic cylinder 13 can be supplemented by an electric drive.
  • the hydraulic cylinder 13 is connected to the screw conveyor 4 and can move the screw conveyor 4 within the cylinder 3 very quickly forward in the direction of collecting chamber 6 when triggering a shot.
  • the semi-solid material located in the collection chamber 6 is pressed through the nozzle 8 into the interior 10 of the mold 9, where it then solidifies to the salt core of the desired shape.
  • the salt core 9 can be removed and used.
  • the composition for producing the salt cores may in particular be inorganic salts such as fluorides, chlorides, sulfates, nitrates or carbonates of metals, in particular of alkali or alkaline earth metals such as lithium, sodium, potassium, Magnesium, calcium, strontium or barium. It is essential that the composition has the properties required for salt cores such as high water solubility, high strength of the core produced, chemical inertness under die casting conditions, low solidification heat, low volume change during melting and solidification and low or ideally absent toxicity.
  • the composition preferably contains 30 to 80% Nacl and 20 to 70% Na 2 C0 3 , more preferably 30 to 70% NaCl and 30 to 70% Na 2 CO 3 and especially preferably 30 to 60% NaCl and 40 to 70% Na 2 C0 3 .
  • a mixture of 50% Nacl and 50% Na 2 C0 3 may be mentioned by way of example.
  • composition which can be used according to the invention preferably has a melting point of between 550.degree. C. and 1000.degree.
  • the composition for producing the salt core is obtained by mixing the various components to form a homogeneous bulk material. This can be done with conventional mixers, which may advantageously already be integrated into the metering device of the thixomolding machine. If desired, additives may be added to the one or more salt components, for example fine heat-resistant and chemically inert hard particles such as powders, fibers or whiskers of Si, Al 2 O 3 or SiC, lubricants and release agents such as talc and optionally binders.
  • additives may be added to the one or more salt components, for example fine heat-resistant and chemically inert hard particles such as powders, fibers or whiskers of Si, Al 2 O 3 or SiC, lubricants and release agents such as talc and optionally binders.
  • the bulk material thus produced is filled into the metering device of a thixomolding machine and metered into the extruder of this machine.
  • an exchange of the composition used is possible in a simple manner by replacing or modifying the bulk material.
  • a melt of the salt mixture must be prepared in an open pot only outside of the actual molding device in the manner described in the introduction, which is a significantly higher cost.
  • the inventive method is also advantageous in terms of energy balance over the conventional method for the production of salt cores, since the heating and the promotion of the melt takes place in a single closed apparatus. Energy losses are thus minimized.
  • the temperature setting in the extruder of the inventive method can be carried out far more accurately than in the open crucible of the conventional manufacturing process.
  • Particularly advantageous is the possibility of gradually heating the material while it is being conveyed through the extruder.
  • the composition is heated to temperatures of 550 to 900 ° C., preferably 650 to 750 ° C. and more preferably 710 to 750 ° C., the temperature to be set being of course dependent on the type of composition used , It is essential that the composition is heated at least to the above-described transition temperature between liquidus and solidus temperature of the composition and thus assumes a semi-solid state. For some compositions, however, it is desirable to completely melt them to ensure good salt core processability.
  • the liquidus and solidus temperature of a substance can be determined experimentally or by calculation, as described for example in US Pat EP-2 277 644 A1 , Section [0019]. On the appropriate content of EP-2 277 644 A1 is referred to here. For many compositions, the liquidus and solidus temperatures are known.
  • the thus obtained at least semi-solid salt mixture is conveyed in the extruder by means of a screw conveyor into a collection chamber at the mold-side end of the extruder.
  • a constant shearing affects the composition.
  • the resulting constant kneading of the composition produces a particularly homogeneous mixture.
  • eutectic mixtures have a lower melting temperature than other mixtures or having individual components, less energy is required to heat the composition.
  • the energy balance of the method according to the invention is additionally advantageous.
  • an efficient degassing and drying (expulsion of water of crystallization) of the material takes place in the extruder, which reduces the possible gas inclusions in the finished salt core.
  • the material is injection molded into the mold as described above.
  • the injection molding process is well known to those skilled in the art.
  • the explosive force / explosive surface to be applied depends on the size of the salt core to be produced, as is known to the person skilled in the art.
  • the process of the present invention has less cycle material, i. there is less material waste.
  • a more uniform mold filling and a central pressurization of the salt core are obtained towards the gate, since casting is carried out in the middle (and not outside).
  • the salt cores produced according to the invention are outstandingly suitable for die casting applications.
  • a melt of, for example, aluminum, magnesium or zinc alloys is filled into a casting chamber of a die casting machine and pressed from there with a piston under high pressure (about 150 to 1200 bar) into the interior of a die casting mold.
  • the die casting mold is two or three parts and comprises a fixed and a movable mold half (and optionally a middle plate). The two mold halves together define an interior with the shape of the casting to be produced. Casting machines are known in the art and need not be explained in detail here. By way of example, the CARAT series die casting machines of the applicant can be used according to the invention.
  • the salt cores produced according to the invention are positioned in the interior of the die-casting mold before the die-casting process in order to be able to demould non-realizable cavities, undercuts or free-form surfaces.
  • the salt core can be easily removed from the casting by the casting is immersed in a release bath of, for example, acidic media and / or hot water. In these media, the salt core dissolves completely.
  • the dissolution process can also be performed or supplemented by spraying the casting with hot water or steam.
  • a hydrochloric acid-containing medium the dissolution process is supported by the formation of carbonic acid.
  • the salt cores produced according to the invention can also be used in plastic injection molding or in collision casting. These methods are well known to those skilled in the art.
  • the present invention as a whole provides an improved process for the preparation of salt cores which has numerous advantages as compared to the conventional production of salt cores.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Salzkernen für Druckgussverfahren, umfassend die Schritte: Bereitstellung einer Zusammensetzung enthaltend ein oder mehrere wasserlösliche Salze; Einfüllen der Zusammensetzung als Schüttgut in einen Extruder (2); Erhitzen der Zusammensetzung bis mindestens zum Erreichen eines halbfesten Zustands und Förderung der Zusammensetzung bis zu einer Sammelkammer (6) im Extruder (2); und Formen des Salzkerns unter Spritzgussbedingungen durch Herauspressen der Zusammensetzung aus der Sammelkammer (6) durch eine Auslassdüse (8) in eine Form (9, 10).

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein neuartiges Verfahren zur Herstellung von Salzkernen für Druckgussverfahren.
  • Bei dem Druckgussverfahren wird eine Schmelze des zu formenden Materials, beispielsweise Aluminium, mit hoher Geschwindigkeit und unter hohem Druck in eine Giessform gespritzt. Für die Herstellung von Gussteilen mit komplexerer Form (beispielsweise hohlen Strukturen und/oder nicht entformbaren Hinterschnitten) ist es erforderlich, in der Form so genannte verlorene Kerne bereitzustellen. Es handelt sich hierbei um Formteile, die während des Giessvorgangs in der Form an der entsprechenden Stelle positioniert sind und nach dem Giessvorgang rückstandsfrei vom/aus dem Gussteil entfernt werden. Diese Kerne sind nur für den Einmalgebrauch vorgesehen und gehen danach "verloren."
  • In letzter Zeit wurden zunehmend Salzkerne für diese Aufgabe herangezogen. Es handelt sich hierbei um Gemische verschiedener Salze wie Natriumcarbonat (Na2CO3) und Natriumchlorid (NaCl), wie sie aus dem Stand der Technik (z.B. EP-2 277 644 A1 ; Yaokawa et al., Journal of Japan Foundry Engineering Society, vol. 78 (10), 2006, 516-522; DE-100 4 785 T1 ) bekannt sind. Salzkerne halten den harschen Druckgussbedingungen stand und können - im Gegensatz zu beispielsweise Sandkernen - nach beendetem Druckgussvorgang leicht durch Behandlung mit beispielsweise heissem Wasser aufgelöst und entfernt werden.
  • Derartige Salzkerne werden hergestellt, indem die entsprechenden Salzkomponenten gemischt (im Fall mehrerer Komponenten) und geschmolzen werden. Das Schmelzen wird in der Regel in einem offenen Tiegel in einem Schmelzofen durchgeführt. Anschliessend wird die Schmelze, gegebenenfalls vermischt mit Bindemitteln und weiteren Additiven, in eine entsprechende Form einer Druckgussmaschine eingebracht, wo die Schmelze unter Druck erstarrt und als fertiges Formteil entnommen werden kann. Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise in der DE 100 84 785 beschrieben.
  • Dieses Herstellverfahren weist einige Nachteile auf. Die Herstellung der Schmelze in einem offenen Tiegel ist aus Sicht der Temperaturbilanz nicht optimal. Einerseits kann in einem offenen Tiegel kein gewünschter Temperaturgradient gefahren werden. Andererseits kommt es zu nicht unerheblichen Energieverlusten im offenen System. Während des Umfüllens der Schmelze aus dem Tiegel in die Form haftet ein Teil der Schmelze an den Schöpf- und Dosierwerkzeugen, und auch während des Formvorgangs kommt es zu Materialverlusten.
  • Es besteht daher Bedarf für ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Salzkernen.
  • Die vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von Salzkernen für Druckgussverfahren, umfassend die Schritte
    1. a) Bereitstellung einer Zusammensetzung enthaltend ein oder mehrere wasserlösliche Salze;
    2. b) Einfüllen der Zusammensetzung als Schüttgut in einen Extruder;
    3. c) Erhitzen der Zusammensetzung bis mindestens zum Erreichen eines halbfesten Zustands und Förderung der Zusammensetzung bis zu einer Sammelkammer im Extruder;
    4. d) Formen des Salzkerns (insbesondere unter Spritzgussbedingungen) durch Herauspressen der Zusammensetzung aus der Sammelkammer durch eine Auslassdüse in eine Form.
  • Es wurde erfindungsgemäss gefunden, dass Salzkerne vorteilhaft über das so genannte Thixomolding-Verfahren hergestellt werden können.
  • Das Thixomolding-Verfahren wird vor allem zur Herstellung von Bauteilen aus Magnesiumlegierungen verwendet. Hierbei wird ein Granulat der Magnesiumlegierung über eine Dosiervorrichtung in einen Schneckenextruder eingeführt. Im Extruder wird das Granulat mit Hilfe von am Extruderzylinder angeordneten Heizvorrichtungen wie Heizbändern erhitzt und in einen halbfesten Zustand überführt. Anschliessend wird es in dem Extruder unter ständiger Scherung in einen Sammelraum gefördert, von wo aus es im Spritzgussverfahren in einen Formhohlraum gepresst wird.
  • Das Thixomolding-Verfahren ist dem Fachmann hinlänglich bekannt. Es ist beispielsweise in der US-5,040,589 beschrieben. Der Inhalt dieses Dokuments wird hierin bezüglich des Thixomolding-Verfahrens durch Bezugnahme eingeschlossen.
  • Gemäss der vorliegenden Erfindung wird unter einem Schüttgut eine feste, schütt- und rieselfähige Form einer Zusammensetzung verstanden, beispielsweise ein Granulat oder ein Pulver.
  • Gemäss der vorliegenden Erfindung wird unter einem halbfesten Zustand der Zustand verstanden, welcher bei einer Übergangstemperatur zwischen festem und flüssigem Zustand des Materials (d.h. zwischen Liquiduspunkt und Soliduspunkt) erreicht wird. Im teilflüssigen Zustand weist das Material eine Mikrostruktur auf, bei welcher feinverteilte, kristalline Bereiche in Schmelzbereichen eingebettet vorliegen. Im teilflüssigen Zustand verringert sich die Viskosität des Materials; idealerweise bildet sich ein thixotroper Zustand aus. Das im teilflüssigen Zustand befindliche Material lässt sich mit geringem Druck sehr präzise in Formen pressen.
  • Erfindungsgemäss können die Salzkerne mit gängigen Thixomolding-Maschinen hergestellt werden, wie sie beispielsweise von der Firma Japan Steel Works vertrieben werden. Beispielhaft seien die Maschinen mit der Typenbezeichnung JLM75 JLM150 JLM220 JLM450 JLM650 JLM850 JLM1600 genannt.
  • Eine erfindungsgemäss verwendbare Thixomolding-Maschine ist in Fig. 1 gezeigt. Die Zusammensetzung zur Herstellung des Salzkerns wird in eine Dosiervorrichtung 1 (beispielsweise einen trichterartigen Behälter mit verschliessbarer unterer Auslassöffnung) als Schüttgut eingefüllt und anschliessend über eine Fördereinheit 1a in einen Schneckenextruder 2 eingebracht. Der Extruder 2 umfasst einen Zylinder 3 und eine im Zylinder angeordnete Förderschnecke 4. An der Zylinderaussenseite befinden sich ein oder mehrere Heizvorrichtungen, hier Heizbänder, 5 zum Erhitzen der Zusammensetzung während ihrer Verweilzeit im Extruder. Es wäre aber auch alternativ möglich, den Zylinder 3 von innen zu beheizen.
  • Die Zusammensetzung wird auf eine Übergangstemperatur zwischen ihre Solidustemperatur und ihrer Liquidustemperatur erhitzt und geht in den vorstehend beschriebenen halbfesten Zustand über. In diesem Zustand kann die Zusammensetzung mit Hilfe der Schnecke 4 durch den Extruder in eine Sammelkammer 6 gefördert werden, welche sich an dem Ende des Extruders befindet, das mit der Spritzgussform verbunden ist. Während der Förderung übt die Schnecke 4 eine ständige Scherwirkung auf die Zusammensetzung aus. Die Sammelkammer 6 ist extruderseitig durch eine Rückstromsperre 7, beispielsweise ein Ventil, abgeschlossen. Das Ende der Sammelkammer 7 ist über eine Düse 8 mit dem Innenraum 10 einer zweiteiligen Form 9 verbunden.
  • Am formabgewandten Ende des Extruders 2 befindet sich eine Spritzgussvorrichtung 11, welche einen Druckakkumulator 12 und einen Hydraulikzylinder 13 umfasst. Der Hydraulikzylinder 13 kann bedarfsweise durch einen Elektroantrieb ergänzt werden. Der Hydraulikzylinder 13 ist mit der Förderschnecke 4 verbunden und kann bei Auslösen eines Schusses die Förderschnecke 4 innerhalb des Zylinders 3 sehr schnell nach vorne in Richtung Sammelkammer 6 bewegen. Dadurch wird das in der Sammelkammer 6 befindliche halbfeste Material durch die Düse 8 in den Innenraum 10 der Form 9 gepresst, wo es dann zum Salzkern der gewünschten Form erstarrt. Durch Öffnen der Form 9 durch Auseinanderbewegen der beiden Teile der Form 9 kann der Salzkern 9 entnommen und eingesetzt werden.
  • Die Funktionsweise der vorstehend beschriebenen Bauteile ist dem Fachmann hinlänglich bekannt. Weitere Einzelheiten des Thixomolding-Verfahrens sind beispielsweise der US-5,040,589 entnehmbar, auf deren entsprechenden Inhalt hier ausdrücklich Bezug genommen wird.
  • Es hat sich erfindungsgemäss gezeigt, dass gängige Zusammensetzungen zur Herstellung von Salzkernen sich in den für das Thixomolding-Verfahren relevanten Spezifikationen analog zu Magnesiumlegierungen verhalten und daher über das Thixomolding-Verfahren hergestellt werden.
  • Erfindungsgemäss kann die Zusammensetzung zur Herstellung der Salzkerne insbesondere anorganische Salze wie Fluoride, Chloride, Sulfate, Nitrate oder Carbonate von Metallen, insbesondere von Alkali- oder Erdalkalimetallen wie Lithium, Natrium, Kalium, Magnesium, Calcium, Strontium oder Barium enthalten. Wesentlich ist, dass die Zusammensetzung die für Salzkerne erforderlichen Eigenschaften wie hohe Wasserlöslichkeit, hohe Festigkeit des hergestellten Kerns, chemische Inertheit unter Druckgussbedingungen, geringe Erstarrungswärme, geringe Volumenänderung beim Schmelzen und Erstarren sowie geringe oder idealerweise fehlende Toxizität aufweist.
  • Erfindungsgemäss bevorzugt sind Mischungen aus Natriumcarbonat (Na2CO3) und Natriumchlorid (NaCl), wie sie aus dem Stand der Technik (z.B. EP-2 277 644 A1 ; Yaokawa et al., Journal of Japan Foundry Engineering Society, vol. 78 (10), 2006, 516-522) bekannt sind. Erfindungsgemäss bevorzugt enthält die Zusammensetzung 30 bis 80% Nacl und 20 bis 70% Na2C03, bevorzugter 30 bis 70% NaCl und 30 bis 70% Na2CO3 und insbesondere bevorzugt 30 bis 60% NaCl und 40 bis 70% Na2C03. Beispielhaft sei eine Mischung aus 50% Nacl und 50% Na2C03 genannt.
  • Die erfindungsgemäss einsetzbare Zusammensetzung weist vorzugsweise einen Schmelzpunkt zwischen 550°C bis 1000°C auf.
  • Die Zusammensetzung zur Herstellung des Salzkerns wird durch Vermischen der verschiedenen Komponenten zu einem homogenen Schüttgut erhalten. Dies kann mit herkömmlichen Mischern erfolgen, welche vorteilhaft bereits in die Dosiervorrichtung der Thixomolding-Maschine integriert sein können. Auf Wunsch können der einen oder den mehreren Salzkomponenten Zusatzstoffe hinzugefügt werden, beispielsweise feine wärmebeständige und chemisch inerte harte Partikel wie Pulver, Fasern oder Whisker aus Si, Al203 oder SiC, Gleit- und Trennmittel wie Talkum sowie gegebenenfalls Bindemittel.
  • Das so hergestellte Schüttgut wird in die Dosiervorrichtung einer Thixomolding-Maschine gefüllt und in den Extruder dieser Maschine dosiert. Dies stellt einen grossen Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens gegenüber der konventionellen Herstellung von Salzkernen dar. Beim erfindungsgemässen Verfahren ist ein Tausch der verwendeten Zusammensetzung auf einfache Weise durch Ersetzen oder Modifizieren des Schüttgutes möglich. Beim konventionellen Verfahren muss hingegen erst ausserhalb der eigentlichen Formvorrichtung auf einleitend beschriebene Weise eine Schmelze der Salzmischung in einem offenen Tiegel hergestellt werden, was einen deutlich höheren Aufwand darstellt.
  • Zudem entfällt beim erfindungsgemässen Verfahren ein verlustbehaftetes Umfüllen der Schmelze aus dem Tiegel in die eigentliche Formvorrichtung. Bei der konventionellen Herstellung von Salzkernen müssen hierbei Schöpf- und Dosierwerkzeuge verwendet werden, an deren Oberflächen Teile der Schmelze haften und verloren gehen. Beim erfindungsgemässen Verfahren erfolgt das Aufschmelzen der Zusammensetzung innerhalb des Extruders, nach der Dosierung. Ein Umfüllen beziehungsweise Dosieren der Schmelze selbst ist nicht mehr erforderlich.
  • Das erfindungsgemässe Verfahren ist auch hinsichtlich der Energiebilanz gegenüber dem konventionellen Verfahren zur Herstellung von Salzkernen vorteilhaft, da das Erhitzen sowie die Förderung der Schmelze in einer einzigen geschlossenen Apparatur vonstatten geht. Energieverluste sind somit minimiert. Zudem kann die Temperatureinstellung im Extruder des erfindungsgemässen Verfahrens weitaus exakter durchgeführt werden als im offenen Schmelztiegel des konventionellen Herstellungsverfahrens. Insbesondere vorteilhaft ist die Möglichkeit eines graduellen Erhitzens des Materials, während dieses durch den Extruder gefördert wird. Man kann durch die Anordnung verschiedener Heizelements innerhalb und/oder ausserhalb des Extrusionszylinders Zonen unterschiedlicher Temperatur schaffen, welche das Material während seiner Förderung durch den Extruder nacheinander durchläuft. Dies ermöglicht ein sehr exaktes, zumindest teilweises Aufschmelzen des Materials.
  • Innerhalb des Extruders erfolgt auf die vorstehend beschriebene Art ein Erhitzen der Zusammensetzung auf Temperaturen von 550 bis 900°C, vorzugsweise 650 bis 750 °C und besonders bevorzugt 710 bis 750°C, wobei die einzustellende Temperatur selbstverständlich abhängig von der Art der eingesetzten Zusammensetzung ist. Wesentlich ist, dass die Zusammensetzung zumindest auf die vorstehend beschriebene Übergangstemperatur zwischen Liquidus- und Solidustemperatur der Zusammensetzung erhitzt wird und somit einen halbfesten Zustand einnimmt. Für manche Zusammensetzungen ist es jedoch wünschenswert, sie vollständig zu schmelzen, um eine gute Verarbeitbarkeit zu Salzkernen zu gewährleisten.
  • Die Liquidus- und Solidustemperatur einer Substanz lässt sich experimentell oder rechnerisch bestimmen, wie es beispielsweise in der EP-2 277 644 A1 , Abschnitt [0019] beschrieben ist. Auf den entsprechenden Inhalt der EP-2 277 644 A1 wird hier Bezug genommen. Für viele Zusammensetzungen sind die Liquidus- und Solidustemperaturen bekannt.
  • Die so erhaltene mindestens halbfeste Salzmischung wird im Extruder mit Hilfe einer Förderschnecke in eine Sammelkammer am formseitigen Ende des Extruders befördert. Hierbei wirkt eine ständige Scherung auf die Zusammensetzung ein. Durch das dadurch hervorgerufene ständige Kneten der Zusammensetzung wird eine besonders homogene Mischung erzeugt. Insbesondere erhält man hierbei ein eutektisches Gemisch. Da eutektische Gemische bekanntlich eine niedrigere Schmelztemperatur als andere Mischungen oder Einzelkomponenten aufweisen, ist für das Erhitzen der Zusammensetzung eine geringere Energie erforderlich. Dadurch gestaltet sich die Energiebilanz des erfindungsgemässen Verfahrens zusätzlich vorteilhaft. Zudem erfolgt im Extruder eine effiziente Entgasung und Trocknung (Austreiben von Kristallwasser) des Materials, was die möglichen Gaseinschlüsse im fertigen Salzkern verringert.
  • Von der Sammelkammer des Extruders wird das Material im Spritzgussverfahren in die Form gepresst, wie vorstehend beschrieben. Das Spritzgussverfahren ist dem Fachmann hinlänglich bekannt. Grundsätzlich hängt die dabei anzulegende Sprengkraft/Sprengfläche von der Grösse des herzustellenden Salzkerns ab, wie dem Fachmann bekannt ist.
  • Im Vergleich zum konventionellen Salzkern-Herstellungsverfahren ist beim erfindungsgemässen Verfahren weniger Kreislaufmaterial vorhanden, d.h. es fällt weniger Materialausschuss an. Zudem wird beim erfindungsgemässen Verfahren eine gleichmässigere Formfüllung und eine zentrale Druckbeaufschlagung des Salzkerns zum Anschnitt hin erhalten, da in der Mitte (und nicht aussen) angegossen wird.
  • Die erfindungsgemäss hergestellten Salzkerne eignen sich hervorragend für Druckgussanwendungen. Beim Druckguss wird eine Schmelze aus beispielsweise Aluminium-, Magnesium- oder Zinklegierungen in eine Giesskammer einer Druckgussmaschine gefüllt und von dort mit einem Kolben unter hohem Druck (etwa 150 bis 1200 bar) in den Innenraum einer Druckgussform gepresst. Die Druckgussform ist zwei oder dreiteilig und umfasst eine feste und eine bewegliche Formhälfte (und gegebenenfalls eine mittlere Platte). Die beiden Formhälften definieren zusammen einen Innenraum mit der Form des herzustellenden Gussteils. Druckgussmaschinen sind dem Fachmann bekannt und müssen hier nicht näher erläutert werden. Erfindungsgemäss beispielhaft können die Druckgussmaschinen der CARAT-Serie der Anmelderin verwendet werden.
  • In den Innenraum der Druckgussform werden die erfindungsgemäss hergestellten Salzkerne vor dem Druckgussvorgang positioniert, um ansonsten nicht realisierbare Hohlräume, Hinterschneidungen oder Freiformflächen entformbar zu machen.
  • Nach beendetem Druckgussvorgang kann der Salzkern auf einfache Weise vom Gussteil entfernt werden, indem das Gussteil in ein Lösebad aus beispielsweise sauren Medien und/oder heissem Wasser getaucht wird. In diesen Medien löst sich der Salzkern vollständig auf. Der Auflösevorgang kann auch durch Besprühen des Gussteils mit heissem Wasser oder Wasserdampf durchgeführt oder ergänzt werden. Bei der Verwendung eines salzsäurehaltigen Mediums ist wird der Auflösevorgang durch das Entstehen von Kohlensäure unterstützt. Bei Salzkernen, welche Natriumcarbonat enthalten, ist darauf zu achten, dass ein wässriges Lösebad während des Auflösens des Salzkerns alkalisch wird, was für manche Gussteile Korrosionsprobleme hervorrufen kann. In diesem Fall sollte dem Lösebad zur Einstellung des pH-Wertes auf einen Neutralwert (pH 7) etwas Salzsäure zugesetzt werden.
  • Die erfindungsgemäss hergestellten Salzkerne können auch in Plastik-Spritzgussverfahren oder in Kollikengussverfahren eingesetzt werden. Diese Verfahren sind dem Fachmann hinlänglich bekannt.
  • Die vorliegende Erfindung stellt insgesamt ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Salzkernen zur Verfügung, welches zahlreiche, vorstehend geschilderte Vorteile gegenüber der konventionellen Herstellung von Salzkernen aufweist.

Claims (9)

  1. Verfahren zur Herstellung von Salzkernen für Druckgussverfahren, umfassend die Schritte
    a) Bereitstellung einer Zusammensetzung enthaltend ein oder mehrere wasserlösliche Salze;
    b) Einfüllen der Zusammensetzung als Schüttgut in einen Extruder (2);
    c) Erhitzen der Zusammensetzung bis mindestens zum Erreichen eines halbfesten Zustands und Förderung der Zusammensetzung bis zu einer Sammelkammer (6) im Extruder (2);
    d) Formen des Salzkerns durch Herauspressen der Zusammensetzung aus der Sammelkammer (6) durch eine Auslassdüse (8) in eine Form (9, 10).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung während der Förderung durch den Extruder verschiedene Temperaturzonen durchläuft, welche durch unterschiedliche Heizelemente innerhalb oder ausserhalb des Extruders geschaffen werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung im Extruder auf eine Temperatur im Bereich von 550 bis 900°C, vorzugsweise 650 bis 750 °C und besonders bevorzugt 710 bis 750°C erhitzt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Herauspressen der Zusammensetzung aus der Sammelkammer (6) durch eine Spritzgussvorrichtung (11) erfolgt, welche einen Druckakkumulator (12) und einen Hydraulikzylinder (13) umfasst, wobei der Hydraulikzylinder (13), welcher gegebenenfalls durch einen Elektroantrieb ergänzt ist, mit der Förderschnecke (4) verbunden ist und diese innerhalb des Zylinders (3) nach vorne in Richtung Sammelkammer (6) bewegt.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung mindestens ein anorganisches Salz aus der Gruppe ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Fluoriden, Chloriden, Sulfaten, Nitraten oder Carbonaten von Metallen, insbesondere von Alkali- oder Erdalkalimetallen wie Lithium, Natrium, Kalium, Magnesium, Calcium, Strontium oder Barium umfasst.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung 30 bis 80% NaCl und 20 bis 70% Na2C03, bevorzugter 30 bis 70% NaCl und 30 bis 70% Na2CO3 und insbesondere bevorzugt 30 bis 60% NaCl und 40 bis 70% Na2C03 umfasst.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung Zusatzstoffe enthält, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus feinen wärmebeständigen und chemisch inerten harten Partikeln wie Pulver, Fasern oder Whisker aus Si, Al203 oder SiC, Gleit- und Trennmitteln wie Talkum und Bindemitteln.
  8. Salzkern für Druckgussverfahren, hergestellt mit einem Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 bis 7.
  9. Verwendung einer Spritzgussvorrichtung (11) zur Herstellung von Salzkernen für Druckgussverfahren.
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