Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft einen Filter zur Verwendung im Angussbereich von Niederdruckguss-Anlagen zur Herstellung von Aluminiumteilen, wobei der Filter eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen aufweist, durch welche im Gebrauch die Aluminiumschmelze hindurchtreten kann.

Stand der Technik

Das Aluminiumdruckguss-Verfahren von Niederdruckguss-Anlagen wird insbesondere bei der Herstellung von rotationssymmetrischen Bauteilen verwendet, so auch bei der Herstellung von Aluminiumfelgen. In der Regel werden dabei Filter im Angussbereich eingesetzt, welche Fremdstoffe aus dem Gussteil fernhalten sollen, da sie sonst die Qualität eines Alugussteils verringern könnten. Daher werden Aluminiumfelgen unmittelbar nach dem Giessverfahren zusammen mit dem

Angusszapfen geröntgt. Falls dabei kein Filter im Angussbereich erkannt werden kann, wird das Bauteil zum Ausschuss aussortiert.

Bei der Herstellung von Aluminiumfelgen werden heute runde, eisenhaltige Metallfilter eigesetzt.

Ihre regelmässige Gitterstruktur definiert Durchgangsöffnungen, deren Gesamtdurchgangsfläche im Verhältnis zu den Drahtmaschen mit etwa 50-60% relativ gross gehalten werden kann, ohne dass Gefahr besteht, dass das metallische Gitter beim Durchströmen der Schmelze bricht. Solche Filter haben sich in der Praxis bewährt.

Nach dem Röntgen werden die Angusszapfen vom Felgen abgetrennt und rezykliert. Wegen der darin eingeschlossen, eisenhaltigen Filtern können sie nicht wieder für Aluminiumgussteile von hoher Qualität eingesetzt werden. Sie sind minderwertiger als das Material der Schmelze, aus der sie hergestellt wurden. Bei einem Gewicht von etwa 175g eines Angusszapfen eines kleinen Felgens von 17-18 Zoll, bedeutet dies, dass eine grosse Menge an Material anfällt, das zu einer geeigneten Stelle transportiert und dort weiterverarbeitet werden muss. Entsprechend viel zusätzliches Material musste zuvor teuer eingekauft und herbeigeschafft werden, um es später wieder günstiger zu verkaufen und wegzuschaffen. Bei grösseren Felgen sind die Angusszapfen entsprechend schwerer.

Ein weiterer Nachteil der hier beschriebenen Filter besteht in der Schwierigkeit der Handhabung. Diese werden als Schüttgut geliefert und verkeilen sich gerne an deren kantigen Rändern der geschnittenen Metallgitter. Das Einsetzen der Filter in die Spritzgiessanlage wird daher in der Regel von einem Mitarbeiter vorgenommen. Beschreibung der Erfindung

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Verluste zu reduzieren, die dadurch entstehen, dass die Angusszapfen eine verminderte Qualität haben. Zudem soll die Handhabung der Filter vereinfacht werden.

Die Aufgaben werden durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Erfindungsgemäss wird zur Herstellung von Aluminiumteilen in Niederdruckguss-Anlagen im Angussbereich ein eingangs beschriebener Filter verwendet, der rund und scheibenförmig ausgestaltet ist und aus einer Keramik besteht mit einem spezifischen Gewicht, das niedriger als 3kg/dm ³ , vorzugsweise niedriger als 2.9kg/dm ³ ist. Vorzugsweise sind die Durchgangsöffnungen definiert ausgestaltet und fallen nicht wie beispielsweise in einer geschäumten Struktur Undefiniert aus, damit die Gefahr ausgeschlossen werden kann, dass kleinere Bruchstücke im Gebrauch abbrechen und in die Kavität einfliessen. Zudem kann dadurch sichergestellt werden, dass die Grösse der Durchgangsöffnungen vorgegeben ist, wodurch die erforderliche Filterwirkung stets gewährleistet ist. Wenn es aber gelingt, eine vorgegebene Minimaldicke der Struktur einzuhalten, kann auch eine Undefinierte Struktur gewählt werden.

Es hat sich gezeigt, dass Angusszapfen, welche einen solchen keramischen Filter enthalten, zurück in die Schmelze für die Teileherstellung gegeben werden kann, ohne dass weitere Massnahmen erforderlich sind und ohne dass der Schmelze Qualitätseinbussen wiederfährt. Da die Keramik ein ähnliches spezifisches Gewicht aufweist wie die etwa 2.7kg/dm ³ von Aluminium, schwimmt sie als Schlacke oben auf und wird zusammen mit anderen Verunreinigungen oben abgeschöpft. Anders verhalten sich schwerere Keramikteile oder eisenhaltige Metalle, da sich diese am Grund absetzen und somit nicht einfach entfernt werden können.

Zudem hat sich gezeigt, dass die Röntgenanlagen die erfindungsgemässen Keramikfilter ebenfalls erkennen, ohne dass Änderungen an den Einstellungen vorgenommen werden müssen. Die herkömmlichen Metallfilter lassen sich demnach spontan durch die erfindungsgemässen

Keramikfilter ersetzen.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass die erfindungsgemässen Keramikfilter scheibenförmig sind. Sie lassen sich stapeln und können durch eine automatisierte Anlage einfach eingesetzt werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

In der Folge wird die Erfindung unter Mithilfe der Figuren näher beschrieben. Gleiche Bezugszeichen stellen stets dieselben Sachverhalte dar. Es zeigen: Fig. 1 eine fotografische Darstellung eines Aluminiumgussteils in Form einer Aluminiumfelge mit einem Angussteil;

Fig. 2 2a: ein Angussteil; 2b: das Angussteil in einem Zoomausschnitt;

Fig. 3 eine Röntgenaufnahme eines Angussteils mit einem Filter;

Fig. 4 Stahlfilter nach dem Stand der Technik, 4a: in Gitterstruktur; 4b: in Streckblechstruktur;

Fig. 5 ein erfindungsgemässer Filter in einer bevorzugten Ausführung;

Fig. 6 ein Filter nach dem Stand der Technik;

Fig. 7 ein weiterer erfindungsgemässer Filter;

Fig. 8 ein weiterer erfindungsgemässer Filter;

Fig. 9 ein erfindungsgemässer Filter in einer alternativen bevorzugten Ausführung;

Fig. 10 eine Darstellung eines erfindungsgemässen Filters gemäss Fig. 5.

Wege zur Ausführung der Erfindung

Die Fig. 1 ist eine Fotografie eines Aluminiumgussteils 1 in der Form eines Aluminiumfelgens bei der Produktion. Dabei wird im Niederdruckguss-Verfahren flüssige Aluminiumschmelze beispielsweise mittels 0.8 bar Druck auf die Badoberfläche des Warmhalteofens unterhalb der Niederdruckguss- Anlage durch einen Anguss in eine Kavität eingespritzt, welche die Form des zu bildenden Rades aufweist. Sobald die Kavität gefüllt und das Niederdruckguss-Verfahren nach der erforderlichen Abkühlzeit abgeschlossen ist, wird das Aluminiumteil entformt. Der Angusszapfen 2, der den Zwischenbereich zwischen der Kavität und der Einspritzvorrichtung bildet, ist zu diesem Zeitpunkt ebenfalls erstarrt und ist einstückig am Aluminiumteil 1 angeformt. Ein bereits abgetrennter Angusszapfen 2 ist in Fig. 2a und ausschnittweise in Fig. 2b dargestellt.

Im Bereich des Angusses wird in der Regel ein Filter 3 mit einer Vielzahl von Durchgangsöffnungen 6 eingesetzt, durch welche im Gebrauch die Aluminiumschmelze hindurchtreten kann, während Fremdkörper, die in der Schmelze oft vorhanden sind, durch die Filterstruktur zurückgehalten werden. Das Vorhandensein eines solchen Filters 3 ist eine wichtige Voraussetzung für die Erreichung der vorgegebenen Qualität des Aluminiumteils 1, da Fremdkörper im Teil 1 Fehlstellen bilden, welche später zu Bruchstellen oder zu optischen Fehlern führen können.

Aus diesem Grund wird jedes Teil 1 nach der Flerstellung geröntgt. Eine Röntgenaufnahme, welche einen Bereich des Angusses darstellt, ist in Fig. 3 wiedergegeben. Darin ist der Filter 3, der vor dem Prozess eingesetzt wurde, gut erkennbar. Falls kein Filter 3 erkennbar ist, wird das gesamte Teil 1 zum Ausschuss aussortiert.

Wenn der Filter 3 erkannt wird, wird der Angusszapfen 2 vom Gussteil 1 abgetrennt und entsorgt, während das Gussteil 1 weiterverarbeitet wird.

Der zu entsorgende Angusszapfen 2 enthält den Filter 3, wie in Fig. 2b erkannt werden kann. Fleute werden für diese Zwecke Stahlfilter 2 verwendet, wie sie in Fig. 4a und 4b abgebildet sind. Die Ausführung nach Fig. 4a besteht aus einem gewebten Metallgitter, die nach Fig. 4b aus einem Streckblech. Das Metallgewebe nach Fig. 4a ist mit einer inneren Einbuchtung versehen, um dem Filter eine höhere Steifigkeit zu verleihen und weist somit eine Flutform auf, während der Filter nach Fig. 4b eher mit der Form einer flachen Schale vergleichbar ist. Die scharfkantigen Ränder 5 beider Filter 3, die das Vereinzeln vor dem Einsetzen in die Niederdruckguss-Anlagen erschweren, sind ebenfalls in den Figuren 4a und 4b erkennbar.

Fig. 5 zeigt einen erfindungsgemässen Filter 4, der schematisch auch in Fig. 10 dargestellt ist. Dieser ist scheibenförmig ausgestaltet und besteht aus einer Keramik mit einem spezifischen Gewicht, das niedriger als 3kg/dm ³ , vorzugsweise niedriger als 2.9kg/dm ³ ist.

Es hat sich als zweckmässig erwiesen, den Filter 4 vorwiegend aus Aluminiumsilikat herzustellen, da dieser Grundstoff in der Bruchfestigkeit, im spezifischen Gewicht und auch in der

Temperaturbeständigkeit die Anforderungen für die genannte Anwendung, insbesondere bei der Flerstellung von Aluminiumfelgen, erfüllen.

Im Unterschied zu herkömmlichen Filtern 3 umfasst der erfindungsgemässe Filter primär kein Eisen. Dies hat zur Folge, dass der Angusszapfen 2 als Ganzes intern rezykliert werden kann, indem er in die Schmelze zurückgegeben wird. Die Qualität der Schmelze verringert sich dadurch nicht, da kein Eisen zugefügt wird. Dies ist nur möglich, weil das spezifische Gewicht des Filters 4 nur wenig über dem des Aluminium liegt, das, je nach Legierung, etwa 2.7kg/m ² aufweist. Herkömmliche Keramiken haben ein spezifisches Gewicht von etwa 3.4kg/m ² . Eine solche Keramik würde sich an den Boden des Schmelzofens absetzen, wodurch sie sich nicht einfach entfernen lässt.

Mit einem spezifischen Gewicht von idealerweise etwa 2.7-2.9kg/m ² schwimmt die Keramik oben auf und kann einfach abgeschöpft werden.

Es hat sich aber gezeigt, dass herkömmliche Keramikfilter 4', die heute für andere Zwecke auf dem Markt sind, den Anforderungen für die beschriebene Anwendung, namentlich das Niederdruckguss- Verfahren von Aluminiumteilen, nicht genügt. Ein solcher Keramikfilter 4' nach dem Stand der Technik ist in Fig. 6 abgebildet. Abgesehen von dem bereits erwähnten spezifischen Gewicht, das bei einem solchen Keramikfilter 4' zu hoch ist, ist die gesamte Durchgangsfläche, gebildet durch die Summe der Durchgangsöffnungen 6, im Verhältnis zur gesamten Fläche der Stützwände 9, welche die Durchgangsöffnungen 6 umgeben, zu gering. Der Aluminiumfluss würde durch einen solchen Filter 4' zu stark gebremst werden.

Weitere erfindungsgemässe Ausführungsarten sind in den Figuren 7 und 8 dargestellt. Sie unterscheiden sich in den Formen der Stützwände 9 und der dadurch gebildeten

Durchgangsöffnungen 6. Im Gegensatz zur Ausführungsform nach Figur 5, bei der die

Durchgangsöffnungen 6 durch eine Wabenstruktur gebildet werden, bilden die Stützwände 9 in Fig. 7 eine Wabenstruktur, in der jede Wabe durch einen Dreistern im Zentrum dreigeteilt wird, während sie in Fig. 8 ein Rechteckraster darstellen.

Der Filter 4 nach Fig. 9 ist durch 3D Laserdruck entstanden, im Gegensatz zu den Filtern 4 nach Fig. 5, 7 und 8, die durch 3D Siebdruck entstanden sind, und stellt einen noch nicht optimierten Prototypen dar. Die Durchgangsöffnungen 6 sind durch konzentrische kreisförmige Stützwände 9a gebildet, welche ihrerseits durch radiale Stützwände 9b gestützt werden. Es hat sich gezeigt, dass die

Durchgangsöffnungen 6 in dieser Ausführungsform zu gross sind zur Verwendung im Angussbereich von Niederdruckguss-Anlagen zur Herstellung von Aluminiumteilen 1, insbesondere von

Aluminiumfelgen 1. Es hat sich aber als Vorteil erwiesen, die konzentrischen Stützwände 9a in einem Anstellwinkel zur Fliessrichtung auszugestalten, sodass die Schmelze während dem Niederdruckguss- Prozess besser verteilt wird. Durch eine Verringerung der Abstände der konzentrischen Stützwänden 9a und eine nach aussen höhere Anzahl von radialen Stützwänden 9b kann die gewünschte Grösse der Durchgangsöffnungen 6 erreicht werden.

Jeder der erfindungsgemässen Filter nach Fig. 5 und 7-9 weist einen äusseren Randbereich 7 für eine Auflage und einen ring- oder scheibenförmigen Durchgangsbereich 8 mit den Durchgangsöffnungen 6 auf Wabenförmige Durchgangsbereich 8 sind auch möglich. Die freie Durchgangsfläche der Durchgangsöffnungen 6 sollte nach Möglichkeit mindestens 56% der gesamten Fläche des

Durchgangsbereichs ausmachen, damit die Schmelze mit möglichst wenig Druckverlust in die Kavität einströmen kann. Jede Durchgangsöffnung 6 selbst sollte dabei eine vordefinierte freie Fläche von 4- 9mm ² aufweisen. Wie bereits beschrieben weichen die hier dargestellten erfindungsgemässen Musterteile 4 teilweise von diesen Vorgaben ab und sind somit als nicht massstabsgetreu zu verstehen.

Damit die freie Durchgangsfläche im Verhältnis zur Fläche der Stützwände 9 möglichst gross ist bei relativ kleinen Durchgangsöffnungen 6, müssen die Stützwände 9, welche diese umgeben, eine geringe Wandstärke aufweisen. Andererseits müssen diese Stützwände 9 eine hohe Bruchfestigkeit aufweisen. Es hat sich gezeigt, dass dieser Kompromiss mit einer Wandstärke von etwa 0.25mm + 30% gut erfüllt ist. Um die Bruchfestigkeit zusätzlich zu erhöhen, kann der erfindungsgemässe Filter 4 einzelne verstärkte Stege 10 aufweisen, wie in Fig. 5 und insbesondere in Fig. 10 ersichtlich. Bei dieser Ausführung wurden drei der Stege 10, die im Wesentlichen radial nach aussen verlaufen, sowohl erhöht als auch mit etwa doppelter Wandstärke ausgestaltet.

Der äussere Randbereich 7 der Filter 4 wird für den Gebrauch im Angussbereich der

Niederdruckguss-Anlage eingelegt. Vorzugsweise ist dieser äussere, abschliessende Rand 5 des Randbereichs 7 konisch ausgebildet, damit die Zentrierung sichergestellt ist.

In einer bevorzugten Ausgestaltung weist der Filter 4 mittig des scheibenförmigen

Durchgangsbereichs 8 einen mittleren Bereich 11 auf, der keine Durchgangsöffnungen für den Durchgang von Aluminium aufweist, was dem Filter 4 eine zusätzliche Stabilität aufweist. Dieser mittlere Bereich 11 wird von der Schmelze nicht angeströmt, wenn im Gebrauch dort ein mittiger Niederhalter vorgesehen ist, der den Filter 4 abstützt. Der mittlere Bereich 11 kann eine Aussparung 12 in Form eines zurückversetzten Bereichs oder einer Öffnung aufweisen, um im Gebrauch einen Niederhalter zentriert aufzunehmen. Es ist das Bestreben, die herkömmlichen Prozesse in der Flerstellung der Aluminiumteile 1 möglichst nicht ändern zu müssen, wenn ein Metallfilter 3 nach dem Stand der Technik durch einen erfindungsgemässen Keramikfilter 4 ersetzt wird. Beim

Vorhandensein eines mittigen Niederhalters in der Anlage muss darauf geachtet werden, dass der Filter 4 nicht durch diesen zerdrückt wird, wenn er einen mittigen Dorn aufweist. Daher empfiehlt es sich, mittig eine Aussparung 12 vorzusehen.

Erfahrungen haben gezeigt, dass geeignete Filter 4 gemäss dieser Erfindung mittels 3D

Siebdruckverfahren oder mittels 3D Laserdruck Verfahren hergestellt werden können. Andere Herstellmethoden wie Spritzgiessen, das 3D Binderjettingverfahren, das 3D Siebdruck- Stereolithographie Verfahren oder das Laserschneiden sind auch möglich.

Solche erfindungsgemässe Keramikfilter 4 können spontan die herkömmlichen metallische Filter 3 ersetzten, ohne dabei die Prozessparameter ändern zu müssen. Nach der Herstellung erkennt die Kontrolleinrichtung auf dem Röntgenbild zweifelsfrei, ob ein Filter 4 eingelegt wurde oder nicht. Wenn diese Kontrolle bestanden ist, wird der Angusszapfen 2 vom Aluminiumteil 1 getrennt und kann, im Fall eines erfindungsgemässen Keramikfilters 4, direkt wieder der Schmelze zugefügt werden, zusammen mit den Aluminiumteilen 1, die als Ausschuss aussortiert wurden, und anderem reinen Material, das als Abfall anfällt. Es muss keine separate Sammelstelle mit den Angusszapfen 2 vorgesehen sein, um diese separat zu entsorgen oder zu verkaufen. Dadurch wird nicht nur viel wertvolles Material eingespart, auch die Logistik, das Handling und das Transportwesen werden vereinfacht. Die Einsparungen durch die Verwendung der erfindungsgemässen Filter 4 im Gegensatz zu den eisenhaltigen Filtern 3 sind demnach enorm. Bezugszeichenliste

1 Aluminiumteil, Gussteil

2 Angusszapfen

3 Filter, eisenhaltig

4 Filter, Keramikfilter, erfindungsgemässer Filter

4' Keramikfilter nach dem Stand der Technik

5 Rand

6 Durchgangsöffnung

7 Äusserer Randbereich

8 Durchgangsbereich

9 Stützwand

a. Konzentrische Stützwand

b. Radiale Stützwand

10 Steg zur Verstärkung

11 Mittlerer Bereich

12 Aussparung