EP3814034A1 - Vorrichtung und verfahren zur herstellung eines aus einem amorphen oder teilamorphen metall gebildeten gussteils sowie gussteil - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur herstellung eines aus einem amorphen oder teilamorphen metall gebildeten gussteils sowie gussteil

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EP3814034A1
EP3814034A1 EP19735505.0A EP19735505A EP3814034A1 EP 3814034 A1 EP3814034 A1 EP 3814034A1 EP 19735505 A EP19735505 A EP 19735505A EP 3814034 A1 EP3814034 A1 EP 3814034A1
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EP
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casting
casting material
melting
mold
cast part
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EP19735505.0A
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English (en)
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EP3814034B1 (de
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Ralf Busch
Benedikt BOCHTLER
Oliver Gross
Simon HECHLER
Alexander KUBALL
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Amorphous Metal Solutions GmbH
Original Assignee
Amorphous Metal Solutions GmbH
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Publication date
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    • B22D17/08—Cold chamber machines, i.e. with unheated press chamber into which molten metal is ladled
    • B22D17/12—Cold chamber machines, i.e. with unheated press chamber into which molten metal is ladled with vertical press motion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/02—Making non-ferrous alloys by melting
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/11—Making amorphous alloys

Definitions

  • the invention relates to a device for producing a cast part formed from an amorphous or partially amorphous metal, which comprises a cast part mold with at least one filling opening for introducing a cast material forming the cast part, and a device for melting a cast material.
  • the invention further relates to a method for producing the cast part and a cast part made of an amorphous or partially amorphous metal.
  • Amorphous metals are metallic materials that do not solidify in crystalline form. They are also called metallic glasses and have excellent mechanical properties due to their amorphous or partially amorphous structure.
  • Castings made of amorphous metals known.
  • a casting material is inductively heated in a crucible and in a die-casting process by means of a casting piston
  • the present invention has for its object to provide a device for producing a cast part formed from an amorphous or partially amorphous metal, which enables a particularly high overheating of the cast material and easy processing.
  • the object is achieved in that the melting device has at least one area which is provided for melting the casting material.
  • the cast material In the melting area of the device, the cast material can be melted and overheated up to 1300 ° C. An energy required for this can be very specifically in the
  • Casting material which may be in pellet form, for example, is introduced.
  • the casting material can only be melted immediately before it is introduced into the casting mold. A conveyance from an oven, in which the temperature of the melt can drop sharply, is not necessary.
  • the high overheating possible with the device according to the invention also ensures that a cast part to be produced can solidify amorphously or partially amorphously, in particular predominantly amorphously.
  • the melting device expediently has a means for forming at least one arc in the at least one melting region, which in particular comprises at least two electrodes arranged at a distance from one another, between which the at least one arc can be formed.
  • the arc can extend from one electrode to the one that is in particular present and to be melted as a pellet
  • An energy input required for melting is advantageously introduced into the pellet in a targeted manner and surrounding areas are not thermally stressed. If a plurality of regions are provided in which a casting material is to be melted, a plurality of electrodes can be provided, from which at least one arc extends in each case towards the casting material to be melted. It is also conceivable that several arcs are formed to melt a single, preferably pellet-shaped casting material. Particularly high overheating and faster melting of the
  • Electron beam is melted.
  • one of the at least two electrodes is at least partially formed by the casting material.
  • the casting material does not have to be electrically contacted separately. This makes the manufacturing process easier to handle.
  • the at least one melting area is introduced into the cast part mold.
  • the melting area is preferably fluidly connected to a filling opening of the casting mold.
  • the fact that an arc, a laser beam and / or an electron beam is or are preferably used to melt the casting material means that an energy input is locally limited to the casting material. Thermal damage to the cast part shape is excluded.
  • the casting material can advantageously be melted and introduced immediately into the mold through the filling opening. A transport route from a distant melting area to the cast part shape is eliminated.
  • the at least one melting area expediently comprises an in particular trough-like depression and / or a base-like elevation for receiving the
  • Casting material is preferably at least partially around the at least one
  • the casting material can be placed on the base or introduced into the recess and melted. It is also conceivable for a depression to be provided which has a receiving base.
  • the filling opening is or are fluidly connected to the base and / or the depression, the molten casting material can be introduced directly through the latter into a mold cavity of the casting mold.
  • the casting material can, for example, be placed as a pellet on the filling opening so that it is covered. Because of the high viscosity and / or the high
  • Metal alloy keeps the pellet in its molten state and covers the filling opening until it is pressed in using a casting piston.
  • the at least one melting area is from an end face of a particularly cylindrical casting piston, which is provided for introducing molten casting material into a mold cavity of the casting mold, and an inner wall of a guide means, in which the casting piston is mounted in a guided manner, limited, wherein the guide means preferably comprises a cylindrical sleeve.
  • the inner wall and an end face of the casting piston form a crucible into which the casting material can be melted immediately before being introduced into the casting mold.
  • Mold filling speed or a speed profile can be set.
  • a control device can be provided, which is provided in particular for the simultaneous movement of the casting piston and the sleeve in the direction of a filling opening of the cast part mold.
  • At least one is particular
  • Cylindrical casting piston which is provided for introducing molten casting material into a mold cavity of the casting mold, can be moved relative to a guide means in which the casting piston is guided, in particular counter to one
  • the reset means can
  • Wall sections of the guide means which is designed, for example, as a sleeve, protrude over a base surface of the casting piston, with which this has contact to a molten casting material.
  • a space can be formed when the sleeve is docked onto the casting mold, which space is delimited by inner walls of the sleeve, the end face of the casting piston and a casting mold section having the filler opening.
  • the casting piston and the sleeve are moved together into an initial position away from the casting mold.
  • the restoring force causes the casting piston to move into its starting position, in which the space has a maximum volume and a new casting process can be carried out.
  • the at least one melting area is provided for receiving the guide means and in particular has a preferably annular groove.
  • the annular groove is in particular made in the casting mold. This allows the guide means to form a space that the casting material before it is introduced into takes up the casting mold, tightly with a one having the filling opening
  • Cast part section are connected. As a result, the casting material is only introduced into the casting when it is pressed in.
  • a temperature of the cast part shape can expediently be changed.
  • the temperature is preferably adjustable by a control device.
  • the casting shape can be
  • the temperature of the casting mold can be kept constant in a continuous process. This improves process stability.
  • the device comprises a device for venting and / or sucking in molten casting material into the casting mold, which can preferably be activated when the casting material is introduced into the mold.
  • a suction force can be applied that draws the molten casting material into the casting mold.
  • no gas inclusions can be formed in the cast part by means of ventilation, that is to say extraction of a shaped gas, which can be, for example, a purge gas such as argon. A very good casting quality is advantageously possible.
  • the cast part shape is expediently formed at least in two parts and preferably from a particularly heat-conducting material, preferably copper or a copper alloy. A high cooling rate is necessary to prevent undesired crystallization of an amorphous or partially amorphous solidifying metal alloy. Castings made of copper or copper alloys are particularly suitable. If the cast part shape is at least in two parts, the shape can be opened and closed and in particular can be used several times as a permanent shape.
  • the device has a gas-tight housing, in which at least the cast part shape and the at least one melting area are introduced.
  • the housing can advantageously be evacuated and / or filled with a protective gas, for example argon or another noble gas, so that oxygen is no longer present in the interior of the housing. This means that neither If the material is melted into the casting mold, the casting material can oxidize. Castings of the highest quality can advantageously be produced.
  • a feed device is provided which is set up to place the solid casting material in the at least one melting area
  • This can be, for example, a pellet magazine, which after each
  • a means for determining a temperature of the casting material, the molten casting material and / or the casting part shape is expediently provided, preferably a pyrometer.
  • a temperature can advantageously be monitored at any time, in particular an overheating temperature which is between 75 and 1300 ° C. above the melting temperature of the casting material, preferably up to 800 ° C.
  • La-e is a schematic representation of a device according to the invention.
  • Fig. 2 is a schematic representation of another embodiment of a
  • Fig. 4 is a schematic representation of another embodiment of a
  • FIG. 5 shows a schematic illustration of a particular embodiment of a device according to the invention
  • FIG. 6 details of a further special embodiment of an inventive
  • a device (1) shown schematically in cross section in FIG. La-e comprises a housing (2) into which a two-part, water-cooled cast part mold (3) made of copper is introduced.
  • Each of the two parts (4, 5) of the cast part mold (3) is each connected by means of a rod (6, 7) connected to a motor (8, 9) mounted outside the housing for moving the rods (6, 7).
  • the cast part mold (3) can be opened in order to remove a cast part in the direction of the double arrows (10, 11) and closed to produce a further cast part.
  • a melting area (13) is introduced on an upper side (12) of the cast part mold (3), which has a base (14) which is formed by both parts (4, 5) of the cast part mold (3) and on which a cast material pellet (15) is on the hook.
  • a filling opening (16) through which a mold cavity (17) can be filled with the casting material is completely covered by the pellet (15).
  • a groove (18) is arranged around the base (14) and is provided for receiving a cylindrical sleeve (19). The sleeve (19) is for guiding one
  • cylindrical casting piston (20) is set up and surrounds it.
  • the casting piston (20) and the sleeve (19) can be moved together by a motor (24) in the direction of the double arrow (21) and the casting piston (20) is relative to the sleeve (19) in the axial direction thereof with or against a restoring force a spring (22) slidably arranged.
  • the casting piston (20) and the sleeve (19) are moved together in the direction of the casting mold (3) until a lower one Section (23) of the sleeve (19) engages in the groove (18). Another movement of the casting piston (20) in the direction of
  • Cast part shape (3) takes place against a restoring force of the spring (22).
  • the device further comprises a pyrometer (28) which detects a temperature of the pellet (15) during melting, and a feed device (29) which is designed as a pellet magazine.
  • a pyrometer which detects a temperature of the pellet (15) during melting
  • a feed device which is designed as a pellet magazine.
  • the casting material pellet (15) is heated by one shown in FIG. 1b
  • Arc (30) which is formed between a tungsten electrode (32) provided with a tip (31) and the pellet (15).
  • the housing (2) and the cast part shape (3) and the pellet (15) are connected to one another in an electrically conductive manner and form one
  • the tungsten electrode (32) is in the
  • Housing (2) is arranged movably and can be moved by means of a motor (33) in the direction of the double arrow (34) towards the melting area (13) and after melting from the melting area (13). It is furthermore conceivable that a device, not shown in FIG. 1, is provided for forming a laser beam and / or an electron beam, which is used to heat the
  • Cast material pellets (15) in the melting area (13) is set up.
  • a vacuum pump not shown, is provided, with which the housing (2) can be evacuated, and a means, also not shown, for introducing a protective gas such as argon.
  • a protective gas such as argon
  • getter (35) which is designed as a titanium plate, and which is heated before the casting material (15) melts. Due to the very high affinity of titanium
  • Oxygen and the very high solubility of oxygen in titanium are used to remove oxygen residues from the protective atmosphere of the housing. This causes an additional cleaning of the atmosphere.
  • a cast part (36) can be removed through a lock (37) shown schematically in Fig. La-e.
  • a lock (37) shown schematically in Fig. La-e.
  • a production of the cast part (36) comprises the following process steps, in particular in the order listed below:
  • Casting piston (20) from an initial filling position shown in FIG. 1 c to an end position shown in FIG. 1 d, in which the mold cavity (17) is filled with the casting material (15),
  • the casting material (15) is melted by a laser beam and / or an electron beam.
  • FIG. 2 where the same or equivalent parts are designated with the same reference number as in FIG. La-e and the respective reference number is accompanied by the letter a.
  • a device (la) shown in Fig. 2 differs from that shown in Fig. La-e in that two electrodes (32a, 38) are provided, which are formed by forming two arcs (30a, 39) for melting a cast material pellet ( 15a) are set up. A faster heating, a higher overheating and a are advantageous
  • FIG. 3 where the same or equivalent parts are designated with the same reference number as in FIGS. La-e and 2 and the respective reference number is accompanied by the letter b.
  • Device (lb) differs from that shown in FIGS. 1 and 2 in that two melting areas (13b, 40) are provided with a base on which two pellets (15b) lie, the two filling openings (16b, 41) shown in broken lines cover. It goes without saying that at least one arc and one casting piston with a sleeve (not shown in FIG. 3) are required for melting in each melting region (13b, 40).
  • the two pellets (15b) are in particular melted synchronously and a melted casting material pellet (15b) is pressed into the casting mold (3b) by a preferably synchronized movement of the two casting pistons and sleeves.
  • Either a single mold cavity can be filled or several mold cavities can be filled at the same time.
  • the device according to the invention can be used to produce either very large castings or a plurality of castings at the same time with a single casting.
  • FIG. 4 where the same or equivalent parts are designated with the same reference number as in FIGS. La-e, 2 and 3 and the respective reference number is accompanied by the letter c.
  • a device (1c) shown in FIG. 4 differs from that shown in FIG. 1 in that a casting piston (20c) and a sleeve (19c) are provided for casting material (15c) from an underside (42) of a cast part mold (3c). A particularly laminar filling can advantageously be brought about. Because of
  • a crucible-shaped melting area (13c), in which a pellet (15c) lies, is formed by an end face (25c) of the casting piston (20c) and an inner wall (26c) of the sleeve (19c).
  • the casting piston (20c) and the pellet (15c) form a counter electrode to one
  • FIG. 5 where the same or equivalent parts are designated with the same reference number as in FIGS. La-e, 2, 3 and 4 and the respective reference number is accompanied by the letter d.
  • a device (ld) shown in FIG. 5 differs from that shown in FIGS. 1 to 4 in that a suction device (43) is provided which is fluidly connected to a cast part molding channel (45) by a suction channel (44).
  • the suction device (43) can be activated and, when a casting piston (20d) moves, through which a molten casting material (15d) is pressed into a casting mold (3d), additionally sucks in a molten casting material from a side that preferably faces away from the casting piston (20d) the casting mold (3d).
  • a better casting mold filling can advantageously be brought about by this additional suction force.
  • suction device (43) can also be arranged outside the housing (2d). Furthermore, it goes without saying that a transition region from the suction channel (44) to the casting mold channel (43) is designed such that an opening of a multi-part casting mold is still possible.
  • FIG. 6 where the same or equivalent parts are designated with the same reference number as in FIGS. La-e, 2, 3, 4 and 5 and the respective reference number is accompanied by the letter e.
  • a two-part casting mold (3e) shown in FIG. 6 differs from the casting molds (3; 3a; 3b; 3c; 3d) shown in FIGS. 1 to 5 in that a horizontal filling of a mold cavity (17e) is possible.
  • a melting area (13e) comprises a depression (14e) in a part (5e) of the casting mold (3e), in which there is a molten casting material pellet (15e) shown in FIG. 6a.
  • a sleeve (19e) has an opening (46) in a lower sleeve section (23e), through which the melted casting material (15e) enters the mold cavity (17e)
  • Cast part mold (3e) can be introduced. Furthermore, one end face (25e) is one
  • Casting piston (20e) formed obliquely. A normal to this surface points in the direction of a filling opening (16e).
  • the casting piston (20e) moves to fill the mold cavity (17e)
  • an outer side of a sleeve (19e) and an outer side of the cast part mold (3e) as well as an end face of the sleeve (19e) and an upper side of the cast part mold (3e) form a sealing surface shown in FIG. 6b.
  • a casting piston position shown in FIG. 6b corresponds to that shown in FIG. 1c. It is conceivable that several arcs (30; 30a, 39) are formed between an electrode and a single, in particular pellet-shaped, cast material (15; 15a; 15b; 15c; 15d; 15e).
  • Filling openings (16; 16a; 16b, 41; 16c; 16d; 16e) is provided, which are of different sizes.
  • a size of a casting piston (20; 20a; 20b; 20c; 20d; 20e) corresponds to a size of the filling openings (16; 16a; 16b, 41; 16c; 16d; 16e) and / or a size of the cast part pellets ( 15; 15a; 15b; 15c; 15d; 16e) is adapted.
  • casting pistons of different sizes (20; 20a; 20b; 20c; 20d; 20e) can be provided in a device (1; la; lb; lc; ld; le), which have different diameters, for example.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1; 1a; 1b; 1c; 1d; 1e) zur Herstellung eines aus einem amorphen oder teilamorphen Metall gebildeten Gussteils (36), die eine Gussteilform (3; 3a; 3b; 3c; 3d; 3e) mit mindestens einer Einfüllöffnung (16; 16a; 16b, 41; 16c: 16d; 16e) zum Einbringen eines das Gussteil (36) bildenden Gussmaterials (15; 15a; 15b; 15c; 15d; 15e) sowie eine Einrichtung zum Schmelzen des Gussmaterials (15; 15a; 15b; 15c; 15d; 15e) umfasst. Zweckmäßigerweise weist die Schmelzeinrichtung mindestens einen Bereich (13; 13; 13b; 40, 13c; 13d; 13e) auf, der zum Schmelzen des Gussmaterials (15; 15a; 15b; 15c; 15d; 15e) vorgesehen ist. Vorteilhaft wird eine Vorrichtung geschaffen, die eine besonders gezielte Einbringung von Schmelzenergie in das Gussmaterial ermöglicht. In einer Ausführungsform weist die Schmelzeinrichtung ein Mittel zur Ausbildung mindestens eines Lichtbogens (30; 30a, 39) in dem mindestens einen Schmelzbereich (13; 13; 13b; 40, 13c; 13d; 13e) auf, das insbesondere mindestens zwei in Abstand voneinander angeordnete Elektroden (32; 32a, 38; 32b; 32c) umfasst, zwischen denen der mindestens eine Lichtbogen (30; 30a, 39) ausgebildet werden kann.

Description

Beschreibung:
„Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung eines aus einem amorphen oder teilamorphen Metall gebildeten Gussteils sowie Gussteil“
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung eines aus einem amorphen oder teilamorphen Metall gebildeten Gussteils, die eine Gussteilform mit mindestens einer Einfüllöffnung zum Einbringen eines das Gussteil bildenden Gussmaterials sowie eine Einrichtung zum Schmelzen eines Gussmaterials umfasst. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung des Gussteils sowie ein Gussteil aus einem amorphen oder teilamorphen Metall.
Amorphe Metalle sind metallische Werkstoffe, die nicht kristallin erstarren. Sie werden auch als metallische Gläser bezeichnet und weisen aufgrund ihrer amorphen oder teilamorphen Struktur ausgezeichnete mechanische Eigenschaften auf.
Aus dem Stand der Technik sind Vorrichtungen sowie Verfahren zur Herstellung von
Gussteilen aus amorphen Metallen bekannt. Dazu wird ein Gussmaterial in einem Tiegel induktiv erhitzt und im Druckgussverfahren mittels eines Gießkolbens durch eine
Einfüllöffnung hindurch in eine Dauerform hineingepresst.
Nachteilig ist, dass durch die Verwendung eines Schmelztiegels Verunreinigungen in die Schmelze eingebracht werden können, die bei der Erstarrung eine Kristallisation bewirken können. Vorteilhafte mechanische Eigenschaften gehen dadurch verloren. Ferner kann durch eine induktive Erhitzung des Gussmaterials im sogenannten Kalttiegelverfahren lediglich eine geringe Überhitzung von circa 50 bis 60°C oberhalb der Schmelztemperatur der Gussmaterials erreicht werden. Um eine amorphe Erstarrung sicherzustellen, muss das Gussmaterial vorzugsweise auf eine Temperatur erhitzt werden, die weit oberhalb seiner Schmelztemperatur liegt, insbesondere zwischen 75 und 1300°C darüber.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Herstellung eines aus einem amorphen oder teilamorphen Metall gebildeten Gussteils zu schaffen, die eine besonders hohe Überhitzung des Gussmaterials sowie eine einfache Verarbeitbarkeit ermöglicht. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Schmelzeinrichtung mindestens einen Bereich aufweist, der zum Schmelzen des Gussmaterials vorgesehen ist.
In dem Schmelzbereich der Vorrichtung kann das Gussmaterial geschmolzen und bis zu 1300°C überhitzt werden. Eine hierzu erforderliche Energie kann sehr gezielt in das
Gussmaterial, das beispielsweise in Pelletform vorliegen kann, eingebracht werden.
Umliegende Bereiche oder benachbarte Bauteile der Vorrichtung werden vorteilhaft thermisch nicht belastet. Außerdem kann das Gussmaterial erst unmittelbar vor einer Einbringung in die Gussform geschmolzen werden. Eine Förderung aus einem Ofen, bei der die Temperatur der Schmelze stark absinken kann, ist nicht erforderlich. Durch die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung mögliche hohe Überhitzung wird außerdem sichergestellt, dass ein herzustellendes Gussteil amorph oder teilamorph, insbesondere überwiegend amorph, erstarren kann.
Zweckmäßigerweise weist die Schmelzeinrichtung ein Mittel zur Ausbildung mindestens eines Lichtbogens in dem mindestens einen Schmelzbereich auf, das insbesondere mindestens zwei in Abstand voneinander angeordnete Elektroden umfasst, zwischen denen der mindestens eine Lichtbogen ausgebildet werden kann. Der Lichtbogen kann sich von einer Elektrode zu dem insbesondere als Pellet vorliegenden und zu schmelzenden
Gussmaterial hin erstrecken und/oder über die Oberfläche des Gussmaterials geführt sein. Vorteilhaft wird ein zum Schmelzen erforderlicher Energieeintrag gezielt in das Pellet eingebracht und umliegende Bereiche werden thermisch nicht belastet. Sind mehrere Bereiche vorgesehen, in denen ein Gussmaterial geschmolzen werden soll, können mehrere Elektroden vorgesehen sein, von denen aus sich jeweils mindestens ein Lichtbogen zu dem zu schmelzenden Gussmaterial hin erstreckt. Denkbar ist auch, dass zum Schmelzen eines einzigen vorzugsweise pelletförmigen Gussmaterials mehrere Lichtbögen ausgebildet werden. Eine besonders hohe Überhitzung und ein schnelleres Schmelzen des
Gussmaterials sind möglich.
Außerdem ist denkbar, dass das Gussmaterial durch einen Laser und/oder einen
Elektronenstrahl geschmolzen wird.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist eine der mindestens zwei Elektroden zumindest teilweise von dem Gussmaterial gebildet. Vorteilhaft muss das Gussmaterial nicht gesondert elektrisch kontaktiert werden. Dadurch ist der Herstellungsprozess einfacher handzuhaben. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der mindestens eine Schmelzbereich in die Gussteilform eingebracht. Dazu ist der Schmelzbereich vorzugsweise fluidisch mit einer Einfüllöffnung der Gussteilform verbunden. Dadurch, dass vorzugsweise ein Lichtbogen, ein Laserstrahl und/oder ein Elektronenstrahl zum Schmelzen des Gussmaterials genutzt wird bzw. werden, ist ein Energieeintrag lokal auf das Gussmaterial begrenzt. Eine thermische Beschädigung der Gussteilform ist ausgeschlossen. Vorteilhaft kann das Gussmaterial geschmolzen und unverzüglich durch die Einfüllöffnung in die Form eingebracht werden. Ein Transportweg von einem entfernten Schmelzbereich zur Gussteilform entfällt.
Sind mehrere Schmelzbereiche vorgesehen, können beispielsweise mit einer einzigen Gussteilform mehrere Gussteile gleichzeitig hergestellt werden.
Denkbar ist auch, dass mehrere Schmelzbereiche vorgesehen sind, um einen einzigen Formhohlraum durch mehrere Einfüllöffnungen zu befüllen. Vorteilhaft sind größere Gussteile herstellbar.
Zweckmäßigerweise umfasst der mindestens eine Schmelzbereich eine insbesondere muldenartige Vertiefung und/oder eine sockelartige Erhöhung zur Aufnahme des
Gussmaterials, und ist vorzugsweise zumindest teilweise um die mindestens eine
Einfüllöffnung herum angeordnet. Das Gussmaterial kann auf dem Sockel gelegt oder in die Vertiefung eingebracht und geschmolzen werden. Denkbar ist auch, dass eine Vertiefung vorgesehen ist, die einen Aufnahmesockel aufweist.
Dadurch, dass die Einfüllöffnung fluidisch mit dem Sockel und/oder der Vertiefung verbunden ist bzw. sind, kann das geschmolzene Gussmaterial unmittelbar durch diese hindurch in einen Formhohlraum der Gussteilform eingebracht werden.
Das Gussmaterial kann beispielsweise als Pellet auf die Einfüllöffnung gelegt werden, so dass diese überdeckt ist. Aufgrund der hohen Viskosität und/oder der hohen
Oberflächenspannung einer geschmolzenen, amorph oder teilamorph erstarrenden
Metalllegierung behält das Pellet im geschmolzenen Zustand seine Form bei und überdeckt bis zum Einpressen mittels eines Gießkolbens die Einfüllöffnung.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist der mindestens eine Schmelzbereich von einer Stirnseite eines insbesondere zylinderförmigen Gießkolbens, der zur Einbringung von geschmolzenem Gussmaterial in einen Formhohlraum der Gussteilform vorgesehen ist, und einer Innenwand eines Führungsmittels, in dem der Gießkolben geführt gelagert ist, begrenzt, wobei das Führungsmittel vorzugsweise eine zylinderförmige Hülse umfasst. Die Innenwand und eine Stirnseite des Gießkolbens bilden einen Tiegel, in den das Gussmaterial unmittelbar vor der Einbringung in die Gussteilform geschmolzen werden kann. Eine
Befüllung einer Gussteilform entgegen einer Wirkrichtung der Schwerkraft („von unten“) ist vorteilhaft möglich. Wird eine Bewegung des Gießkolbens gesteuert, kann eine
Formfüllgeschwindigkeit oder ein Geschwindigkeitsprofil festgelegt werden. Hierzu kann eine Steuereinrichtung vorgesehen sein, die insbesondere zur gleichzeitigen Bewegung des Gießkolbens und der Hülse in Richtung einer Einfüllöffnung der Gussteilform vorgesehen ist.
Dadurch, dass das geschmolzene Gussmaterial vor einer Einbringung in die Gussteilform nur sehr kurz in dem gebildeten Tiegel verweilt, ist eine Verunreinigung vorteilhaft aus geschlossen.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist mindestens ein insbesondere
zylinderförmiger Gießkolben, der zur Einbringung von geschmolzenem Gussmaterial in einen Formhohlraum der Gussteilform vorgesehen ist, relativ zu einem Führungsmittel, in dem der Gießkolben geführt gelagert ist, bewegbar, insbesondere entgegen einer
Wirkrichtung einer Rückstellkraft eines Rückstellmittels. Das Rückstellmittel kann
beispielsweise eine Feder umfassen. Wandabschnitte des Führungsmittels, das beispiels weise als Hülse ausgebildet ist, stehen über eine Grundfläche des Gießkolbens, mit der dieser Kontakt zu einem geschmolzenen Gussmaterial hat, vor. Dadurch kann bei einem Andocken der Hülse an die Gussteilform ein Raum gebildet werden, der von Innenwänden der Hülse, der Stirnfläche des Gießkolbens sowie einem die Einfüllöffnung aufweisenden Gussteilformabschnitt begrenzt wird. Durch die Relativbewegung des Gießkolbens zu dem Führungsmittel wird der Raum verkleinert und das in dem Raum angeordnete,
geschmolzene Gussmaterial in die Form hineingepresst. Ist die Gussmaterialeinbringung abgeschlossen, werden der Gießkolben und die Hülse gemeinsam in eine Anfangsposition von der Gussteilform weg geführt. Dabei bewirkt die Rückstellkraft eine Bewegung des Gießkolbens in seine Ausgangsposition, in der der Raum ein maximales Volumen aufweist und ein neuer Gießvorgang durchgeführt werden kann.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist der mindestens eine Schmelzbereich zur Aufnahme des Führungsmittels vorgesehen und weist insbesondere eine vorzugsweise ringförmige Nut auf. Die ringförmige Nut ist insbesondere in die Gussteilform eingebracht. Dadurch kann das Führungsmittel zur Bildung eines Raumes, der das Gussmaterial vor dessen Einbringung in die Gussteilform aufnimmt, dicht mit einem die Einfüllöffnung aufweisenden
Gussteilformabschnitt verbunden werden. Dadurch wird das Gussmaterial beim Einpressen ausschließlich in die Gussteilform eingebracht.
Zweckmäßigerweise ist eine Temperatur der Gussteilform veränderbar. Vorzugsweise ist die Temperatur durch eine Regelungseinrichtung einstellbar. Die Gussteilform kann
beispielsweise luft-, wasser- und/oder ölgekühlt sein. Ferner kann die Temperatur der Gussteilform bei einer kontinuierlichen Prozessführung konstant gehalten werden. Dadurch wird die Prozessstabilität verbessert.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Vorrichtung eine Einrichtung zur Entlüftung und/oder zum Einsaugen von geschmolzenem Gussmaterial in die Gussteilform, die vorzugsweise beim Einbringen des Gussmaterials in die Form aktivierbar ist. Dadurch kann zusätzlich zu der Druckkraft eines Gießkolbens eine Saugkraft aufgebracht werden, die das geschmolzene Gussmaterial in die Gussteilform hineinsaugt. Dies ist insbesondere beim Gießen von geschmolzenen, hochviskosen Legierungen vorteilhaft. Durch eine Entlüftung, das heißt eine Absaugung eines Formgases, das beispielsweise ein Spülgas wie Argon sein kann, können ferner keine Gaseinschlüsse in dem Gussteil gebildet werden. Vorteilhaft ist eine sehr gute Gussteilqualität möglich.
Zweckmäßigerweise ist die Gussteilform mindestens zweiteilig und vorzugsweise aus einem besonders wärmeleitenden Material, vorzugsweise Kupfer oder einer Kupferlegierung, gebildet. Um eine unerwünschte Kristallisation einer amorph oder teilamorph erstarrenden Metalllegierung zu verhindern, ist eine hohe Abkühlrate erforderlich. Besonders geeignet sind Gussteilformen aus Kupfer oder Kupferlegierungen. Ist die Gussteilform mindestens zweiteilig ausgebildet, kann die Form geöffnet und verschlossen und insbesondere als Dauerform mehrfach verwendet werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Vorrichtung ein insbesondere gasdichtes Gehäuse auf, in das zumindest die Gussteilform sowie der mindestens eine Schmelzbereich eingebracht sind. Vorteilhaft kann das Gehäuse evakuiert und/oder mit einem Schutzgas, beispielsweise Argon oder einem anderen Edelgas, befüllt werden, so dass kein Sauerstoff mehr in einem Gehäuseinnern vorhanden ist. Dadurch ist weder beim Schmelzen noch beim Einbringen des Materials in die Gussteilform eine Oxidation des Gussmaterials möglich. Vorteilhaft können Gussteile höchster Qualität hergestellt werden.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist eine Zuführeinrichtung vorgesehen, die dazu eingerichtet ist, das feste Gussmaterial in den mindestens einen Schmelzbereich
einzubringen. Diese kann beispielsweise ein Pelletmagazin sein, das nach jedem
Gießvorgang ein neues Pellet in den Schmelzbereich einbringt. Vorteilhaft ist eine
Automatisierung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens möglich.
Zweckmäßigerweise ist ein Mittel zur Bestimmung einer Temperatur des Gussmaterials, des geschmolzenen Gussmaterials und/oder der Gussteilform vorgesehen, vorzugsweise ein Pyrometer. Vorteilhaft kann eine Temperatur zu jedem Zeitpunkt überwacht werden, insbesondere eine Überhitzungstemperatur, die zwischen 75 und 1300°C oberhalb der Schmelztemperatur des Gussmaterials ist, vorzugsweise bis zu 800 °C.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und der beigefügten, sich auf die Ausführungsbeispiele beziehenden Zeichnungen, näher erläutert. Es zeigen:
Fig. la-e eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 3 ein Detail einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer besonderen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 6 Details einer weiteren besonderen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung.
Eine in Fig. la-e schematisch im Querschnitt gezeigte Vorrichtung (1) umfasst ein Gehäuse (2), in das eine zweiteilige, wassergekühlte Gussteilform (3) aus Kupfer eingebracht ist. Jeder der beiden Teile (4,5) der Gussteilform (3) ist mittels einer Stange (6,7) mit jeweils einem außerhalb des Gehäuses angebrachten Motor (8,9) zur Bewegung der Stangen (6,7) verbunden. Durch eine Bewegung der Stangen (6, 7) kann die Gussteilform (3) für eine Entnahme eines Gussteils in Richtung der Doppelpfeile (10, 11) geöffnet und zur Herstellung eines weiteren Gussteils geschlossen werden.
An einer Oberseite (12) der Gussteilform (3) ist ein Schmelzbereich (13) eingebracht, der einen Sockel (14) aufweist, der von beiden Teilen (4,5) der Gussteilform (3) gebildet und auf den ein Gussmaterialpellet (15) aufgelegt ist. Eine Einfüllöffnung (16), durch die ein Form hohlraum (17) mit dem Gussmaterial befüllt werden kann, ist vollständig von dem Pellet (15) überdeckt. Um den Sockel (14) herum ist eine Nut (18) angeordnet, die zur Aufnahme einer zylinderförmigen Hülse (19) vorgesehen ist. Die Hülse (19) ist zur Führung eines
zylinderförmigen Gießkolbens (20) eingerichtet und umgibt diesen. Der Gießkolben (20) und die Hülse (19) sind durch einen Motor (24) gemeinsam in Richtung des Doppelpfeils (21) bewegbar und der Gießkolben (20) ist relativ zu der Hülse (19) in deren axialer Richtung mit oder entgegen einer Rückstellkraft einer Feder (22) verschiebbar angeordnet. Zum
Einbringen eines geschmolzenen Gussmaterials (15), das bis zu 1300°C, vorzugsweise bis zu 800 °C, überhitzt sein kann, werden der Gießkolben (20) und die Hülse (19) gemeinsam in Richtung der Gussteilform (3) bewegt bis ein unterer Abschnitt (23) der Hülse (19) in die Nut (18) eingreift. Eine weitere Bewegung des Gießkolbens (20) in Richtung der
Gussteilform (3) erfolgt entgegen einer Rückstellkraft der Feder (22). Ein von einer
Stirnfläche (25) des Gießkolbens (20) sowie einer Innenwand (26) der Hülse und der Oberseite (12) der Gussteilform (3) gebildeter, in Fig. lc gezeigter Raum (27) wird dadurch verkleinert, so dass das geschmolzene Gussmaterial (15) in vertikaler Richtung in den Formhohlraum (17) hineinpresst wird.
Ferner umfasst die Vorrichtung ein Pyrometer (28), welches eine Temperatur des Pellets (15) während des Schmelzens erfasst, sowie eine Zuführeinrichtung (29), die als Pelletmagazin ausgebildet ist. Dadurch kann nach jeder Gussteilherstellung automatisiert ein neues Pellet (15) auf den Sockel (14) des Schmelzbereichs (13) gelegt werden.
Eine Erhitzung des Gussmaterialpellets (15) erfolgt durch einen in Fig. lb gezeigten
Lichtbogen (30), der zwischen einer mit einer Spitze (31) versehenen Wolframelektrode (32) und dem Pellet (15) gebildet wird. Das Gehäuse (2) sowie die Gussteilform (3) und das Pellet (15) sind dazu elektrisch leitend miteinander verbunden und bilden eine
Gegenelektrode zu der Wolframelektrode (32). Die Wolframelektrode (32) ist in dem
Gehäuse (2) bewegbar angeordnet und kann mittels eines Motors (33) in Richtung des Doppelpfeils (34) zu dem Schmelzbereich (13) hin und nach dem Schmelzen von dem Schmelzbereich (13) weg bewegt werden. Denkbar ist ferner, dass eine in Fig. 1 nicht gezeigte Einrichtung zur Ausbildung eines Laserstrahls und/oder eines Elektronenstrahls vorgesehen ist, die zur Erhitzung des
Gussmaterialpellets (15) in dem Schmelzbereich (13) eingerichtet ist.
Außerdem sind eine nicht gezeigte Vakuumpumpe vorgesehen, mit der das Gehäuse (2) evakuiert werden kann, sowie ein ebenfalls nicht gezeigtes Mittel zum Einbringen eines Schutzgases wie Argon. Zusätzlich befindet sich im Innern des Gehäuses (2) ein
sogenannter Getter (35), der als Titanplatte ausgebildet ist, und der vor einem Schmelzen des Gussmaterials (15) erhitzt wird. Aufgrund der sehr hohen Affinität des Titans zu
Sauerstoff sowie der sehr hohen Löslichkeit von Sauerstoff in Titan werden Sauerstoffreste aus der mit dem Schutzgas versehenen Gehäuseatmosphäre entfernt. Dies bewirkt eine zusätzliche Atmosphärenreinigung.
Ein Gussteil (36) kann durch eine in Fig. la-e schematisch gezeigte Schleuse (37) entnommen werden. Dadurch muss nicht vor jedem Gießvorgang erneut das gesamte Gehäuse (2) evakuiert werden.
Eine Herstellung des Gussteils (36) umfasst folgende Verfahrensschritte , insbesondere in der nachfolgend aufgelisteten Reihenfolge :
- Bewegung der Wolframelektrode (32) aus einer in Fig. la gezeigten Ausgangsposition in eine in Fig. lb gezeigte Endposition über einem zu schmelzenden Gussmaterialpellet (15),
- Evakuierung des Gehäuses (2) sowie Einbringung eines Schutzgases, vorzugsweise Argon,
- Erhitzung eines vorzugsweise aus Titan gebildeten Getiers (35) auf eine Temperatur größer 600 °C,
- Ausbildung eines Lichtbogens (30) zwischen der Spitze (31) der Wolframelektrode (32) und dem Pellet (15) zum Schmelzen des Pellets (15) und dessen Überhitzung auf eine
Temperatur zwischen 75 und 1300°C oberhalb seiner Schmelztemperatur,
- Ausschalten des Lichtbogens und Bewegung der Wolframelektrode (32) zurück in die in Fig. la gezeigte Anfangsposition,
- Bewegung des Gießkolbens (20) und der Hülse (19) in Richtung des Schmelzbereichs (13) bis der untere Abschnitt (23) der Hülse (19) in die Nut (18) eingreift, so dass ein in Fig. lc gezeigter, das geschmolzene Pellet (15) umschließender Raum (27) zwischen dem
Gießkolben (20) und der Einfüllöffnung (16) gebildet wird, - Eine Relativbewegung des Gießkolbens (20) zur Hülse (19) entgegen einer Federkraft der Feder (22) zur Verkleinerung des Raums (27), wodurch das geschmolzene Gussmaterial (15) durch die Einfüllöffnung (16) in den Formhohlraum (17) der Gussteilform (3) zur Bildung des Gussteils (36) hineingepresst wird. Diese Bewegung ist eine Bewegung des
Gießkolbens (20) aus einer in Fig. lc gezeigten anfänglichen Füllposition in eine in Fig. Id gezeigte Endposition, in der der Formhohlraum (17) mit dem Gussmaterial (15) befüllt ist,
- Wegbewegung des Gießkolbens (20) und der Hülse (19) in eine in Fig. la gezeigte Ausgangsposition oberhalb des Schmelzbereichs (13),
- Auseinanderbewegung der beiden Teile (4,5) der Gussteilform (3) in eine in Fig. le gezeigte Gussteilentnahmeposition sowie Entnahme des Gussteils (36) durch die Schleuse (37) hindurch in Richtung des Pfeils (38),
- Schließen der Gussteilform (3) sowie Zufuhr eines neuen Pellets (15) aus dem
Pelletmagazin (29) in den Schmelzbereich (13).
Denkbar ist ein zusätzlicher Verfahrensschritt, bei dem eine zum Beginn eines Einpressens des Gussmaterials aktivierbare, in Fig. la-e nicht gezeigte Saugeinrichtung einen Unterdrück bewirkt, durch den die Gussteilform (3) entlüftet und das geschmolzene Gussmaterial (15) zusätzlich in die Gussteilform (3) hineingesaugt wird.
Ferner ist denkbar, dass das Gussmaterial (15) durch einen Laserstrahl und/oder einen Elektronenstrahl geschmolzen wird.
Es wird nun auf Fig. 2 Bezug genommen, wo gleiche oder gleichwirkende Teile mit derselben Bezugszahl wie in Fig. la-e bezeichnet sind und der betreffenden Bezugszahl jeweils der Buchstabe a beigefügt ist.
Eine in Fig. 2 gezeigte Vorrichtung (la) unterscheidet sich durch diejenige in Fig. la-e gezeigte dadurch, dass zwei Elektroden (32a, 38) vorgesehen sind, die durch Ausbildung von zwei Lichtbögen (30a, 39) zum Schmelzen eines Gussmaterialpellets (15a) eingerichtet sind. Vorteilhaft sind eine schnellere Erhitzung, eine höhere Überhitzung sowie eine
Verarbeitung von großen Gussmaterialpellets (15a) möglich.
Es wird nun auf Fig. 3 Bezug genommen, wo gleiche oder gleichwirkende Teile mit derselben Bezugszahl wie in Fig. la-e und 2 bezeichnet sind und der betreffenden Bezugszahl jeweils der Buchstabe b beigefügt ist. Eine in Fig. 3 in der Draufsicht gezeigte Gussteilform (3b) einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung (lb) unterscheidet sich durch die in Fig. 1 und 2 gezeigte dadurch, dass zwei Schmelzbereiche (13b, 40) mit einem Sockel vorgesehen sind, auf denen zwei Pellets (15b) liegen, die zwei gestrichelt dargestellte Einfüllöffnungen (16b, 41) überdecken. Es versteht sich, dass zum Schmelzen in jedem Schmelzbereich (13b, 40) jeweils mindestens ein Lichtbogen sowie ein in Fig. 3 nicht gezeigter Gießkolben mit Hülse erforderlich sind. Die beiden Pellets (15b) werden insbesondere synchron geschmolzen und ein geschmolzenes Gussmaterialpellet (15b) wird durch eine vorzugsweise synchronisierte Bewegung der beiden Gießkolben und Hülsen in die Gussteilform (3b) hineingepresst.
Dabei kann entweder ein einziger Formhohlraum befüllt werden oder gleichzeitig mehrere Formhohlräume. Dadurch können mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung entweder sehr große Gussteile oder mehrere Gussteile gleichzeitig mit einer einzigen Gussteilform hergestellt werden.
Es wird nun auf Fig. 4 Bezug genommen, wo gleiche oder gleichwirkende Teile mit derselben Bezugszahl wie in Fig. la-e, 2 und 3 bezeichnet sind und der betreffenden Bezugszahl jeweils der Buchstabe c beigefügt ist.
Eine in Fig. 4 gezeigte Vorrichtung (lc) unterscheidet sich von derjenigen in Fig. 1 gezeigten dadurch, dass ein Gießkolben (20c) sowie eine Hülse (19c) dazu vorgesehen sind, ein Gussmaterial (15c) von einer Unterseite (42) einer Gussteilform (3c) in diese einzubringen. Vorteilhaft kann eine besonders laminare Füllung bewirkt werden. Aus Gründen der
Übersichtlichkeit ist in Fig. 4 weder eine Zuführeinrichtung für die Pellets noch ein Pyrometer gezeigt.
Ein tiegelförmiger Schmelzbereich (13c), in dem ein Pellet (15c) liegt, ist von einer Stirnseite (25c) des Gießkolbens (20c) sowie einer Innenwand (26c) der Hülse (19c) gebildet. Der Gießkolben (20c) und das Pellet (15c) bilden eine Gegenelektrode zu einer
Wolframelektrode (32c), zwischen der und dem Pellet (15c) ein in Fig. 4 nicht gezeigter Lichtbogen zum Schmelzen des Pellets (15c) ausgebildet werden kann.
Es wird nun auf Fig. 5 Bezug genommen, wo gleiche oder gleichwirkende Teile mit derselben Bezugszahl wie in Fig. la-e, 2, 3 und 4 bezeichnet sind und der betreffenden Bezugszahl jeweils der Buchstabe d beigefügt ist.
io Eine in Fig. 5 gezeigte Vorrichtung (ld) unterscheidet sich durch die in Fig. 1 bis 4 gezeigte dadurch, dass eine Saugeinrichtung (43) vorgesehen ist, die durch einen Saugkanal (44) mit einem Gussteilformkanal (45) fluidisch verbunden ist. Die Saugeinrichtung (43) ist aktivierbar und saugt bei einer Bewegung eines Gießkolbens (20d), durch den ein geschmolzenes Gussmaterial (15d) in eine Gussteilform (3d) hineingepresst wird, von einer vorzugsweise dem Gießkolben (20d) abgewandten Seite ein geschmolzenes Gussmaterial zusätzlich in die Gussteilform (3d) ein. Vorteilhaft kann durch diese zusätzliche Saugkraft eine bessere Gussteilformfüllung bewirkt werden.
Es versteht sich, dass die Saugeinrichtung (43) auch außerhalb des Gehäuses (2d) angeordnet sein kann. Ferner versteht sich, dass ein Übergangsbereich von dem Saugkanal (44) zu dem Gussteilformkanal (43) derart ausgebildet ist, dass eine Öffnung einer mehrteiligen Gussteilform weiterhin möglich ist.
Es wird nun auf Fig. 6 Bezug genommen, wo gleiche oder gleichwirkende Teile mit derselben Bezugszahl wie in Fig. la-e, 2, 3, 4 und 5 bezeichnet sind und der betreffenden Bezugszahl jeweils der Buchstabe e beigefügt ist.
Eine in Fig. 6 gezeigte, zweiteilige Gussteilform (3e) unterscheidet sich von den in Fig. 1 bis 5 gezeigten Gussteilformen (3; 3a; 3b; 3c; 3d) dadurch, dass eine horizontale Befüllung eines Formhohlraumes (17e) möglich ist. Ein Schmelzbereich (13e) umfasst eine Vertiefung (14e) in einem Teil (5e) der Gussteilform (3e), in der sich ein in Fig. 6a gezeigtes, geschmolzenes Gussmaterialpellet (15e) befindet.
Eine Hülse (19e) weist in einem unteren Hülsenabschnitt (23e) eine Öffnung (46) auf, durch die hindurch das geschmolzene Gussmaterial (15e) in den Formhohlraum (17e) der
Gussteilform (3e) eingebracht werden kann. Ferner ist eine Stirnfläche (25e) eines
Gießkolbens (20e) schräg ausgebildet. Eine Normale auf diese Fläche weist in Richtung einer Einfüllöffnung (16e). Bei einer Bewegung des Gießkolbens (20e) zur Füllung des Formhohlraums (17e) wird vorteilhaft sichergestellt, dass das geschmolzene Gussmaterial pellet (15e) durch die Einfüllöffnung (16e) in den Formhohlraum (17e) geführt wird. Dazu bilden ferner eine Außenseite einer Hülse (19e) und eine Außenseite der Gussteilform (3e) sowie eine Stirnfläche der Hülse (19e) und eine Oberseite der Gussteilform (3e) eine in Fig. 6b gezeigte Dichtfläche. Eine in Fig. 6b gezeigte Gießkolbenstellung entspricht derjenigen in Fig. lc gezeigten. Es ist denkbar, dass zwischen einer Elektrode und einem einzigen insbesondere pelletförmigen Gussmaterial (15; 15a; 15b; 15c; 15d; 15e) mehrere Lichtbögen (30; 30a, 39) ausgebildet werden.
Es ist ferner denkbar, dass eine Gussteilform (3; 3a; 3b; 3c; 3d; 3e) mit mehreren
Einfüllöffnungen (16; 16a; 16b, 41; 16c; 16d; 16e) versehen ist, die unterschiedlich groß sind. Dazu ist vorteilhaft, wenn eine Größe eines Gießkolbens (20; 20a; 20b; 20c; 20d; 20e) auf eine Größe der Einfüllöffnungen (16; 16a; 16b, 41; 16c; 16d; 16e) und/oder eine Größe der Gussteilpellets (15; 15a; 15b; 15c; 15d; 16e) angepasst ist. In einer Vorrichtung (1; la; lb; lc; ld; le) können hierzu verschieden große Gießkolben (20; 20a; 20b; 20c; 20d; 20e) vorgesehen sein, die beispielsweise voneinander verschiedene Durchmesser aufweisen.

Claims

Patentansprüche:
1. Vorrichtung (1; la; lb; lc; ld; le) zur Herstellung eines aus einem amorphen oder teilamorphen Metall gebildeten Gussteils (36), die eine Gussteilform (3; 3a; 3b; 3c; 3d; 3e) mit mindestens einer Einfüllöffnung (16; 16a; 16b, 41; 16c; 16d; 16e) zum Einbringen eines das Gussteil (36) bildenden Gussmaterials (15; 15a; 15b; 15c; 15d; 15e) sowie eine Einrichtung zum Schmelzen des Gussmaterials (15; 15a; 15b; 15c; 15d; 15e) umfasst,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Schmelzeinrichtung mindestens einen Bereich (13; 13; 13b; 40, 13c; 13d; 13e) aufweist, der zum Schmelzen des Gussmaterials (15; 15a; 15b; 15c; 15d; 15e) vorgesehen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Schmelzeinrichtung ein Mittel zur Ausbildung mindestens eines Lichtbogens (30; 30a, 39) in dem mindestens einen Schmelzbereich (13; 13; 13b; 40, 13c; 13d; 13e) aufweist, das insbesondere mindestens zwei in Abstand voneinander angeordnete Elektroden (32; 32a, 38; 32b; 32c) umfasst, zwischen denen der mindestens eine Lichtbogen (30; 30a, 39) ausgebildet werden kann.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine der mindestens zwei Elektroden (32; 32a, 38; 32b; 32c) zumindest teilweise von dem Gussmaterial (15; 15a; 15b; 15c; 15d; 15e) gebildet ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass der mindestens eine Schmelzbereich (13; 13; 13b; 40, 13c; 13d; 13e) in die Gussteilform (3; 3a; 3b; 3c; 3d; 3e) eingebracht ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass der mindestens eine Schmelzbereich (13; 13; 13b; 40, 13c; 13d; 13e) eine insbesondere muldenartige Vertiefung (14e) und/oder eine sockelartige Erhöhung (14; 14a; 14c; 14d) zur Aufnahme des Gussmaterials (15; 15a; 15b; 15c; 15d; 15e) umfasst, und vorzugsweise zumindest teilweise um die mindestens eine Einfüllöffnung (16; 16a; 16b, 41; 16c; 16d; 16e) herum angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass der mindestens eine Schmelzbereich (13; 13; 13b; 40, 13c; 13d; 14e) von einer Stirnseite (25; 25a; 25c; 25d; 25e) eines insbesondere zylinderförmigen Gießkolbens (20; 20a; 20b; 20c; 20d; 20e), der zur Einbringung von geschmolzenem
Gussmaterial (15; 15a; 15b; 15c; 15d; 25e) in einen Formhohlraum (17; 17a; 17c; 17d; 17e) der Gussteilform (3; 3a; 3b; 3c; 3d; 3e) vorgesehen ist, und einer
Innenwand (26; 26a; 26c, 26d) eines Führungsmittels , in dem der Gießkolben (20; 20a; 20b; 20c; 20d; 20e) geführt gelagert ist, begrenzt ist, wobei das Führungsmittel vorzugsweise eine zylinderförmige Hülse (19; 19a, 19c; 19d; 19e) umfasst.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens ein insbesondere zylinderförmiger Gießkolben (20; 20a; 20b; 20c; 20d; 20e), der zur Einbringung von geschmolzenem Gussmaterial (15; 15a; 15b; 15c; 15d; 15e) in einen Formhohlraum (17; 17a; 17c; 17d; 17e) der Gussteilform (3; 3a;
3b; 3c; 3d; 3e) vorgesehen ist, relativ zu einem Führungsmittel (19; 19a; 19c; 19d; 19e), in dem der Gießkolben (20; 20a; 20b; 20c; 20d; 20e) geführt gelagert ist, bewegbar ist, insbesondere entgegen einer Wirkrichtung einer Rückstellkraft eines Rückstellmittels (22).
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass der mindestens eine Schmelzbereich (13; 13; 13b; 40, 13c; 13d; 13e) zur Aufnahme des Führungsmittels vorgesehen ist und insbesondere eine vorzugsweise ringförmige Nut (18; 18a; 18c; 18d) aufweist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Temperatur der Gussteilform (3; 3a; 3b; 3c; 3d; 3e) veränderbar ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1; la; lb; lc; ld) eine Einrichtung (43) zur Entlüftung und/oder zum Einsaugen von geschmolzenem Gussmaterial (15; 15a; 15b; 15c; 15d; 15e) in die Gussteilform (3; 3a; 3b; 3c; 3d; 3e) umfasst, die vorzugsweise beim Einbringen des Gussmaterials (15; 15a; 15b; 15c; 15d; 15e) in die Gussteilform (3; 3a; 3b; 3c; 3d; 3e) aktivierbar ist.
11. Verfahren zur Herstellung eines aus einem teilamorphen oder amorphen Metall
gebildeten Gussteils (36), das folgende Verfahrensschritte aufweist:
- Einbringung eines Gussmaterials (15; 15a; 15b; 15c; 15d; 15e) in einen
Schmelzbereich (13; 13; 13b; 40, 13c; 13d; 13e), in dem das Gussmaterial (15; 15a; 15b; 15c; 15d; 15e) durch einen Lichtbogen (30; 30a, 39), einen Laserstrahl und/oder einen Elektronenstrahl auf eine Temperatur oberhalb seiner Schmelztemperatur erhitzt wird,
- Einpressen des geschmolzenen Gussmaterials (15; 15a; 15b; 15c; 15d; 15e) in einen Formhohlraum (17; 17a; 17c; 17d; 17e) einer Gussteilform (3; 3a; 3b; 3c; 3d; 3e) durch einen Gießkolben (20; 20a; 20b; 20c; 20d; 20e),
- Entnahme des Gussteils (36) aus der Form (3; 3a; 3b; 3c; 3d; 3e).
12. Verfahren nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Gussmaterial (15; 15a; 15b; 15c; 15d; 15e) auf eine Temperatur erhitzt wird, die bis zu 1300°C oberhalb seiner Schmelztemperatur ist, mindestens 75°C, insbe sondere 150°C, vorzugsweise 200 bis 400°C, besonders bevorzugt bis zu 800 °C.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Gussmaterial (15; 15a; 15b; 15c; 15d; 15e) in dem mindestens einen Schmelzbereich (13; 13; 13b; 40, 13c; 13d; 13e) angeordnet wird und insbesondere eine Einfüllöffnung (16; 16a; 16b, 41; 16c; 16d; 16e), durch die hindurch die
Gussteilform (3; 3a; 3b; 3c; 3d) befüllbar ist, zumindest teilweise überdeckt.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, dass der Formhohlraum (17; 17a; 17c; 17d; 17e) vor dem Einpressen des geschmolzenen Gussmaterials (15; 15a; 15b; 15c; 15d; 15e) entlüftet wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass zur Einbringung des geschmolzenen Gussmaterials (15; 15a; 15b; 15c; 15d; 15e) in den Formhohlraum (17; 17a; 17c; 17d; 17e) der Gussteilform (3; 3a; 3b; 3c; 3d; 3e) eine Relativbewegung des Gießkolbens (20; 20a; 20b; 20c; 20d; 20e) zu einem den Gießkolben führenden Führungsmittel (19; 19a; 19c; 19d; 19e) entgegen einer Rückstellkraft eines Rückstellmittels (22) erfolgt, wodurch ein das
geschmolzene Gussmaterial (15; 15a; 15b; 15c; 15d; 15e) aufnehmender Raum (27; 27e) verkleinert wird und das geschmolzene Gussmaterial (15; 15a; 15b; 15c; 15d; 15e) durch die Einfüllöffnung (16; 16a; 16b, 41; 16c; 16d; 16e) hindurch in den Formhohlraum (17; 17a; 17c; 17d; 17e) der Gussteilform (3; 3a; 3b; 3c; 3d; 3e) zur Bildung des Gussteils (36) hineingepresst wird.
16. Gussteil aus einem teilamorphen oder amorphen Metall, welches mit der Vorrichtung (1; la; lb; lc; ld; le) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 oder durch das Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14 herstellbar oder hergestellt ist.
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