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Dokumentenidentifikation DE10237990A1 11.03.2004
Titel Verfahren zum Herstellen eines metallischen Teils einer Sanitärarmatur
Anmelder Hansa Metallwerke AG, 70567 Stuttgart, DE
Erfinder Siegert, Klaus, Prof. Dr.-Ing., 71063 Sindelfingen, DE;
Baur, Jens, 71634 Ludwigsburg, DE;
Meßmer, Günther, 78589 Dürbheim, DE
Vertreter U. Ostertag und Kollegen, 70597 Stuttgart
DE-Anmeldedatum 20.08.2002
DE-Aktenzeichen 10237990
Offenlegungstag 11.03.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 11.03.2004
IPC-Hauptklasse B21J 1/00
Zusammenfassung Ein metallisches Teil (95) einer Sanitärarmatur, insbesondere ein Armaturenkörper, wird dadurch hergestellt, daß ihm in einem Thixo-Schmied-Verfahren, ausgehend von Rohmaterial, in einem entsprechenden Werkzeug die gewünschte Form gegeben wird. Es weist danach eine, verglichen mit dem bekannten Gießverfahren, hohe Lunkerfreiheit auf, was die Ausschußrate reduziert. Die erhaltenen Oberflächen des Sanitärarmaturenteiles (95) besitzen zudem eine so hohe Güte, daß Schleif- und ggfs. auch Poliervorgänge entfallen können. Die übliche Dekorbeschichtung, bei der es sich um eine Chromschicht, aber auch um eine Kunststoff- oder Lackbeschichtung, handeln kann, wird nach einem Reinigungs- und ggf. Politurvorgang sowie ggf. nach einem Abtrennen von Überläufen auf das metallische Sanitärarmaturenteil aufgebracht.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines metallischen Teiles einer Sanitärarmatur, bei dem

  • a) dem metallischen Teil ausgehend von Rohmaterial unter Wärmeeinwirkung in einem entsprechenden Werkzeug die gewünschte Form gegeben wird;
  • b) danach das metallische Teil mit einer Dekorbeschichtung versehen wird.

Bei bekannten Verfahren der eingangs genannten Art, wie sie seit vielen Jahrzehnten gebräuchlich sind, wird das Rohmaterial vollständig aufgeschmolzen und die Formgebung erfolgt in einem Gießvorgang in einem entsprechenden Gießwerkzeug. Die so entstandenen Gußkörper enthalten verhältnismäßig viele Lunker, die sich beim Beschleifen der Oberflächen öffnen, was zu Ausschuß führt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, welches zu weniger Ausschuß führt und damit kostengünstiger durchzuführen ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß

  • c) der Formgebungsschritt a durch Thixo-Schmieden mittels eines krafteinleitenden Stempels geschieht.

Erfindungsgemäß wird also beim Formgebungsprozess für das metallische Sanitärarmaturenteil das sog. "Thixo-Schmieden" eingesetzt. Dabei handelt es sich um eine Art der Metallumformung, bei welcher das Rohmaterial durch Erwärmen in einen Zustand gebracht wird, in dem im Gefüge sowohl feste als auch flüssige Bestandteile vorliegen. "Thixo-Schmieden" stellt also in gewissem Sinne ein Mittelding zwischen den Prozessen "Gießen" und "Schmieden" dar, bei dem die Vorteile und Möglichkeiten dieser Herstellungsarten weitgehend vereinigt sind.

Das Thixo-Schmieden ist abzugrenzen gegen das Thixo-Gießen. Beiden Verfahren ist gemeinsam, daß das Rohteil induktiv oder konvektiv auf eine Temperatur zwischen Solidus- und Liquidustemperatur erwärmt wird. Beim hier interessierenden Thixo-Schmieden wird das Werkstück manuell oder automatisiert in eine geöffnete Werkzeughälfte gelegt. Gleichzeitig mit der Schließbewegung des Werkzeugs oder im unmittelbaren Anschluß daran findet die Umformung statt. An deren Ende füllt. das Werkstück einen Großteil des Formhohlraumes aus. Das Werkstück wird während des Erstarrungsvorganges unter Druck gehalten und anschließend manuell oder automatisch entnommen.

Das Thixo-Schmieden kann im offenen oder im geschlossenen Gesenk erfolgen.

Beim Thixo-Gießen dagegen wird das teilflüssige Rohteil manuell oder auomatisiert in die Gießkammer einer Druckgußmaschine eingelegt. Der Werkstoff wird nach Schließen des Werkzeugs in den Formhohlraum gepreßt, bis das Werkstück einen Großteil des Formhohlraums ausfüllt. Werkzeug und Gießkolben werden während der Erstarrungsphase unter Druck gehalten. Danach wird das Werkstück manuell oder automatisiert entfernt.

Das Thixo-Schmieden weist gegenüber dem Thixo-Gießen die Vorteile kürzerer Fließwege, größerer Fließquerschnitte, geringerer Werkstoffgeschwindigkeiten, weniger Gaseinschlüsse, geringeren Werkzeugverschleißes und geringeren Kreislaufmaterialanteils auf. Das Thixo-Schmieden bietet die Möglichkeit, während der Erstarrungsphase über den gesamten Querschnitt des Werkstücks nachzupressen. Vor allem aber enthalten die fertiggestellten Werkstücke weniger Lunker.

Thixo-Schmieden und Thixo-Gießen sind ihrerseits wieder zu unterscheiden von den verwandten, jedoch bei noch höheren Formgebungstemperaturen stattfindenden Verfahren des Thixo-Moulding, des Vexo-Casting und des New-Rheo-Casting; wegen dieser weiteren Verfahren wird auf die einschlägige Literatur verwiesen.

Die erfindungsgemäß nach dem Thixo-Schmiedeverfahren hergestellten metallischen Sanitärarmaturenteile weisen eine so hohe Lunkerfreiheit auf, daß die Ausschußrate gegenüber dem bekannten Gießverfahren erheblich sinkt. Gleichwohl können wie beim Gießen ziehbare Kerne im Werkzeug verwendet werden.

Besonders vorteilhaft wird das erfindungsgemäße Verfahren, wenn die Dektorbeschichtung auf dem metallischen Teil ohne vorausgegangenes Schleifen aufgebracht wird.

Die bekannten durch Gießen hergestellten Sanitärarmaturenteile mußten vor dem Aufbringen der Dekorschicht geschliffen und poliert werden. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Teile weisen dagegen nach dem Thixo-Schmieden eine so hohe Oberflächengüte auf, daß ein nachträgliches Schleifen und teilweise auch Polieren vor der Aufbringung der Dekorschicht entbehrlich ist. Die Dekorschicht kann also direkt auf die metallischen Sanitärteile, so wie sie den Thixo-Schmiedevorgang verlassen und nach einer einfachen Reinigung und ggfs. Politur, aufgebracht werden. Dies reduziert die Herstellungskosten der Sanitärarmaturenteile ganz erheblich.

Zweckmäßigerweise erfolgt die Erwärmung des Rohmaterials auf die zum Thixo-Schmieden erforderliche Temperatur induktiv. Das induktive Erwärmen besitzt nicht nur einen hohen thermischen Wirkungsgrad sondern kann auch sehr rasch geschehen, was zur Erzielung hoher Taktzeiten und zur Verhinderung von Kornwachstum bei der Herstellung von Sanitärarmaturenteilen günstig ist.

Im Falle der induktiven Erwärmung kann die Messung des Erregerstromes, der durch die Induktionsspule fließt, gleichzeitig als Temperaturmessung dienen. Gesonderte Temperatursensoren sind also nicht erforderlich. Der Übergang von der festen Phase des Rohmaterials in eine sich zum Thixo-Schmieden eignende metallische Suspension ist durch einen deutlichen, schnellen Rückgang des Erregerstromes gekennzeichnet. Dieser "Knick" im zeitlichen Verlauf des Erregerstromes kann elektronisch erkannt und dazu verwandt werden, den Entnahmevorgang des Rohmaterials aus der Induktionsspule und die Überführung dieses Rohmaterials in das Werkzeug einzuleiten.

Alternativ zur induktiven Erwärmung kommt die konduktive Erwärmung durch ein heißes gasförmiges Medium in Betracht.

Zweckmäßig ist, wenn während des Thixo-Schmiedens der zeitliche Verlauf des Innendrucks im Werkzeug gemessen wird. Hierdurch lassen sich Rückschlüsse auf die Qualität des jeweils hergestellten Sanitärarmaturenteiles ziehen.

Gleiches gilt, wenn der während des Thixo-Schmiedens stattfindende Werkzeugweg gemessen wird. Aus diesem lassen sich insbesondere Informationen darüber gewinnen, ob der Werkzeughohlraum an den Berührflächen vor Beginn des Thixo-Schmiedens frei von Tropfen des Rohmaterials war.

Bevorzugt wird diejenige Vorgehensweise, bei welcher ein bewegliches Teil des Werkzeugs, in dem das Thixo-Schmieden stattfindet, mit großer Geschwindigkeit bis kurz vor diejenige Stelle gefahren wird, an der eine Berührung mit dem Rohmaterial erfolgt, die Berührung mit dem Rohmaterial mit niedriger Geschwindigkeit erfolgt und die Verdrängung des Rohmaterials in dem Formhohlraum des Werkzeugs wieder mit höherer Geschwindigkeit erfolgt. Das rasche Heranfahren der beweglichen Werkzeughälfte hat den Sinn, den Herstellungsvorgang insgesamt zu beschleunigen und eine Abkühlung des auf Temperatur gebrachten Rohmaterials auf dem Wege zwischen dem Erwärmungsofen und dem Werkzeug zu verhindern. Durch die verglichen damit langsame Berührung der beweglichen Werkzeughälfte mit dem Rohmaterial wird ein Spritzen von Rohmaterial ebenso wie der Einschluß von Gas in dem Rohmaterial,, der zu Porenbildung führen würde, vermieden. Die erneut höhere Geschwindigkeit beim Verdrängen des Rohmaterials in dem Formhohlraum dient wieder der Beschleunigung des Gesamtvorganges und verhindert ein vorzeitiges Erstarren des Rohmaterials im Formhohlraum.

Besonders bevorzugt wird, wenn die Masse des Rohmaterials geringfügig größer als die Masse des fertigen metallischen Teiles ist und wenn der Formhohlraum des Werkzeugs einen Überlauf aufweist, in den überschüssiges Rohmaterial gedrückt wird. Mit dieser Verfahrensart sind zwei Vorteile verbunden: Zum einen neigt das "an der Front" vorgeschobene Rohmaterial in gewissem Umfang zur Verunreinigung, da hier bevorzugt Gase und ggf. auch Schmier- und Trennmittel-, die in dem Werkzeug verwendet werden, aufgenommen werden. Diese Verunreinigungen sammeln sich in dem Überlauf und können dann von dem fertiggestellten Sanitärarmaturenteil abgeschnitten werden. Befindet sich die Stelle, an welcher der Überlauf mit dem restlichen Sanitärarmaturenteil verbunden ist, an einer entsprechenden, den Blicken des Benutzers entzogenen Stelle, so erfordert auch das Abtrennen des überschüssigen Materials keine mechanische Nachbearbeitung. Der zweite Vorteil ist darin zu sehen, daß bei Vorhandensein eines Überlaufes im Formhohlraum des Werkzeuges die Masse des Rohmaterials, von der bei der Herstellung des Sanitärarmaturenteiles ausgegangen wird, nicht genau eingestellt zu werden braucht. Überschüssige Masse entweicht einfach in den Überlauf.

Dabei ist es günstig, wenn der die Form des metallischen Teils bestimmende Bereich des Formhohlraums des Werkzeugs mit dem Überlauf durch eine Engstelle verbunden ist. Diese Engstelle sorgt dafür, daß sich in dem Formhohlraum ein ausreichend hoher Innendruck ausbilden kann, auch wenn der Überlauf nicht vollständig ausgefüllt ist.

Das metallische Teil, das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wird, ist bevorzugt ein Armaturenkörper, an den auch beim Thixo-Schmieden ein Auslauf angeformt werden kann.

Bevorzugt ist das Rohmaterial eine Messinglegierung, wie dies an und für sich für Sanitärarmaturenteile bekannt ist.

Der erfindungsgemäße Herstellungsprozeß von Armaturen nach dem Thixo-Schmiedeverfahren wird nachfolgend anhand der Zeichnung im einzelnen beschrieben; es zeigen:

1 ein Flußdiagramm des gesamten Herstellungsprozesses;

2 den Zusammenhang zwischen Effektivstrom des Induktionsofens und Temperatur des Rohteils;

3 ein Diagramm, in dem Werkzeugweg und Innendruckverläufe über der Zeit aufgetragen sind;

4 ein Diagramm, in dem Geschwindigkeit, Weg und Kraft des Pressenstößels über der Zeit aufgetragen sind und

5 einen Schnitt durch einen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Armaturenkörper.

In 5 ist ein Armaturenkörper dargestellt und mit dem Bezugszeichen 95 versehen, wie er beispielhaft hergestellt werden soll. Dieser Armaturenkörper 95 weist einen einstöckig angeformten Auslauf 94 sowie einen inneren Hohlraum 96 auf, in dem die zur Steuerung der Wasserströme erforderlichen Komponenten, beispielsweise eine Steuerkartusche, untergebracht werden können.

1 zeigt den gesamten Herstellungsprozeß einer Sanitärarmatur in schematischer Darstellung als Flussdiagramm. Sechs wesentlichen Teilprozesse sind eine Vorbehandlung 4 des Rohteils, eine Vorbehandlung 8 des Werkzeugs, das Einlegen 14 des Rohteils in das Werkzeug, der eigentliche Thixo-Schmiedevorgang 16, das Entnehmen 26 des Armaturenkörpers aus dem Werkzeug und die Nachbearbeitung 28 der Armatur.

Vor dem in 1 dargestellten Verfahren wird ein Rohteil aus einer Messinglegierung hergestellt, dessen Masse der Masse der aus ihm herzustellenden Armatur angepaßt ist.

Er kann beispielsweise durch Absägen von einer zylindrischen Stange und ggfs. spanabhebende Nachbearbeitung gefertigt werden.

Die Vorbehandlung 4 des Rohteils besteht im wesentlichen darin, ihn auf eine solche Temperatur zu erhitzen, daß er dem thixotropen Schmiedeverfahren unterworfen werden kann. Dazu muß er sich im Übergangsbereich zwischen Liquidus- und Solidustemperatur befinden, wobei ein Temperaturfenster von etwa +-2° C einzuhalten ist. Es kommt darauf an, daß einerseits der Flüssigphasenanteil im Rohteil ausreichend hoch ist, um Thixo-Schmiedbarkeit zu ermöglichen, daß dieser Anteil aber andererseits nicht dazu führt, daß nennenswerte Materialmengen vom Rohteil abtropfen, weil sonst an der fertigen Armatur evtl. Material fehlen oder das Schmiedewerkzeug durch abtropfendes Material verschmutzt würde, wie nachfolgend noch näher beschrieben wird.

Die Erhitzung 6 des Rohteils auf Temperaturen im genannten Temperaturfenster muß möglichst rasch geschehen, um Kornwachstum, Oxidbildung an der Oberfläche und Entzinkung des Messings gering zu halten, was mittels induktiver Erwärmung erfolgt. Induktive Erwärmung innerhalb einer Spule ist ein erprobtes Verfahren nach dem Stand der Technik und wird hier nicht näher erläutert.

In 2 ist der Zusammenhang dargestellt zwischen dem Effektivstrom I der Induktionsspule und der Temperatur des Rohteils. Einem bei niedrigen Temperaturen im Solidusbereich gültigen flach abfallenden Verlauf 40 des Spulenstroms schließt sich ein steiler Verlauf 42 des Spulenstroms im Mischbereich zwischen fester und flüssiger Phase an. Der Übergang 44 zwischen beiden Verläufen ist recht scharf; die Reproduzierbarkeit bei mehreren Versuchen gut. Dieser Zusammenhang zwischen Spulenstrom und Temperatur des Rohteils eignet sich also, um eine indirekte, aber einfache Temperaturmessung zu ermöglichen, indem der Spulenstrom gemessen und daraus auf die Temperatur des Rohteils geschlossen wird. Die mit dieser Meßmethode verbundenen Vorteile liegen hauptsächlich darin, daß der Strommeßfühler thermisch praktisch nicht belastet wird, daß außerdem Unabhängigkeit von der Teileund Spulengeometrie sowie der Bauteiloberfläche hergestellt wird, und daß der Strommeßfühler aus Serienbauteilen hergestellt werden kann und serientauglich ist.

Mittels einer geeigneten Auswerteelektronik, die hier nicht näher beschrieben wird, kann das Unterschreiten eines Stromwerts im Bereich des steilen Verlaufs 42 als Trigger für das Abschalten des Erwärmungsvorgangs und z. B. das nachfolgende robotergestützte Einlegen des erhitzten Rohteils in das Werkzeug verwendet werden.

Im Blockdiagramm von 1 folgt die Vorbehandlung 8 des Werkzeugs im Anschluß auf die Vorbehandlung 4 des Rohteils. Selbstverständlich kann die Vorbehandlung 8 des Werkzeugs auch schon früher einsetzen. Wesentliche Schritte der Vorbehandlung 8 des Werkzeugs sind eine Reinigung 10 und eine Schmierung 12 des Werkzeugs. Eine Reinigung 10 ist insbesondere dann erforderlich, wenn sich abgetropftes Material von einem Rohteil auf dem Werkzeugunterteil niedergeschlagen hat, wodurch eine spätere vollständige Schließung von Werkzeugoberteil und Werkzeugunterteil verhindert würde. Im Zusammenhang mit der Prozeßüberwachung wird später anhand der 3 beschrieben, wie eine solche Situation automatisch erkannt werden kann, ohne daß eine dauernde Sichtkontrolle erforderlich wäre.

Die Schmierung 12 des Werkzeugs kann automatisch erfolgen durch Besprühen mit geeignetem Trenn- und Schmierstoff in an und für sich bekannter Weise, beispielsweise durch einen an einem Roboterarm befestigten Sprühmechanismus.

Das Einlegen 14 des erhitzten Rohteils in das Werkzeug erfolgt mit einem Roboter, der mit einer Greifhand ausgestattet ist. Die Greifflächen der Greifhand werden z. B. aus gießfähiger, bearbeitbarer Keramik hergestellt. Dadurch erreicht man ausreichende thermische Stabilität gegen die beim Thixo-Schmieden von Messing auftretenden hohen Temperaturen des Rohteils und es besteht die Möglichkeit, die Greifflächen der Greifhand in ihrer Form an unterschiedliche Geometrien der Rohteile anzupassen.

Auch Greifflächen aus Glimmer haben sich in der Praxis bewährt. Anforderungen an das Material der Greifflächen sind Thermoschockbeständigkeit, geringe Wärmekapazität bei gleichzeitig guter thermischer Isolationswirkung, geringe Adhäsionsneigung zum teilflüssigen Material des Rohteils, glatte Oberfläche und einfache Austauschbarkeit.

Die Anforderung an den Greifer liegt hauptsächlich darin, daß er niedrige Greifkräfte reproduzierbar aufbringen kann, da die erwärmten Rohteile sehr niedrige Fließspannungen aufweisen.

Der Transport der erwärmten Rohteile von der Vorbehandlung 4 zum Werkzeug und das Einlegen müssen rasch genug erfolgen, um eine unerwünschte Abkühlung des Rohteils zu minimieren. Daraus ergeben sich Mindestanforderungen an die dynamischen Eigenschaften des Transportroboters.

Das anschließende Thixo-Schmieden 16 erfolgt in einer das Werkzeug enthaltenden Presse. Als geeignet hat sich erwiesen eine einfach wirkende hydraulische Presse mit einem Betriebsdruck von 280 bar, einer Stößelkraft von 4 400 kN, einem Presshub von 300 mm und einer Geschwindigkeit bei maximaler Presskraft von 800 mm/s.

Da eine weitestgehende automatisierte Fertigung erfolgen soll, muß der Prozess gut überwacht werden, damit die Qualität der Erzeugnisse sichergestellt ist. Dazu erfolgt im Werkzeug eine Druckmessung 18, um den den Materialfließvorgang bewirkenden Druckverlauf im Inneren des Werkzeugs zu überwachen. Wie aus 3 hervorgeht, hat der Innendruck 54 bei vollständig geschlossenem Werkzeug einen zeitlichen Verlauf, der sowohl einen höheren Maximaldruck 58 als auch einen höheren Enddruck 60 aufweist als der Innendruckverlauf 56 bei unvollständig geschlossenem Werkzeug, wo sowohl der Maximaldruck 62, als auch der Enddruck 64 demgegenüber niedriger liegen. Als Ursache für die nicht vollständige Schließung kommt ein Fremdkörper auf der Schließfläche zwischen Ober- und Unterteil des Thixo-Schmiedewerkzeugs in Betracht. Dabei handelt es sich vorzugsweise um Material des Rohteils, das während des Einlegens 14 in das Werkzeug abgetropft ist.

In einem solchen Fall ergibt auch die Messung des Werkzeugwegs 52 des oberen Teils des Werkzeugs, welches am Pressenstößel befestigt ist, einen geringeren Weg, als bei dem Fall vollständig geschlossenen Werkzeugs bei sauberer Werkzeugoberfläche.

Das obere Diagramm in 3 zeigt den Werkzeugweg 52 über der Zeit. Sämtliche Prozessdaten – auch solche, die weiter unten noch beschrieben werden – werden von einem Meßwerterfassungssystem erfasst und registriert. Die Erfassungsfrequenz liegt bei 250 Hz.

Die Auswertung des Werkzeugwegs 52 erlaubt eine Aussage, ob eine vollständige Schließung des Werkzeugs erfolgte, was auf eine saubere Oberfläche des Werkzeugs hinweist.

Bei unvollständiger Schließung infolge eines Fremdkörpers auf dem Werkzeug (z. B. 0,5 mm zu geringer Werkzeugweg 52) erfolgt eine Gratbildung am Pressling im Bereich der Schließfläche zwischen unterem und oberem Werkzeug. In diesem Fall hat der Innendruck einen Verlauf wie bei 56 dargestellt.

Die Auswertung des Innendruckverlaufs 54 bzw. 56 erlaubt Rückschlüsse auf die Vollständigkeit der Ausformung des Presslings. In Kombination mit der Auswertung des Werkzeugwegs 52 ist ein Rückschluß auf eine eventuelle Fehlerursache möglich. Hat beispielsweise der Innendruck einen Verlauf wie bei 56 (zu niedriger Innendruck), der Werkzeugweg erreicht aber seinen korrekten Endwert, dann bedeutet dies ein zu geringes Anfangsvolumen des Rohteils bereits beim Einlegen in das Thixo-Schmiedewerkzeug. Dieses deutet auf Abtropfverluste vor dem Einlegen in das Werkzeug hin oder auf eine zu geringe Ausgangsmasse des Rohteils, der in diesem Fall falsch abgelängt war oder einen Hohlraum umfasste.

Durch Auswertung der beiden Signale "Werkzeugweg 52" und "Innendruckverlauf 54, 56" lässt sich also die weitere Strategie beim sich nunmehr anschließenden Entnehmen 26 aus dem Werkzeug (siehe 1) festlegen. Mögliche Fallgestaltungen sind folgende:

Werkzeugweg ist normal UND Innendruckverlauf wie 54 (normal): der Pressling ist ok, die Weiterbehandlung erfolgt normal.

Werkzeugweg ist normal UND Innendruckverlauf wie bei 56 (zu niedrig): Der Pressling kommt zum Ausschuß (weil er zu leicht ist), aber das Werkzeug ist sauber.

Werkgzeugweg ist zu gering UND der Innendruckverlauf wie bei 56 (zu niedrig): der Pressling kommt zum Ausschuß und das Schmiedewerkzeug muß gereinigt werden.

Die Prozessüberwachung des Thixo-Schmiedens 16 umfasst noch weitere Parameter, wie in 4 genauer dargestellt. Hier sind im Diagramm 70 die Stößelkraft 76 und die Stößelgeschwindigkeit 74a, b, c, der Presse über der Zeit dargestellt, zusätzlich nochmals der Stößelweg 72, der in 3 als Werkzeugweg 52 ausschnittsweise schon gezeigt wurde.

Der Stößelweg 72 umfasst den Anfangsweg 78 des Stößels, der mit einer hohen Geschwindigkeit durchfahren wird, wie man aus der korrespondierenden Stößelgeschwindigkeit 74a erkennt. Dies ist erforderlich, um Abkühlung des erwärmten Rohteils weitgehend zu vermeiden. Andererseits muß vor dem Aufsetzen des Werkzeugoberteils auf den eingelegten Rohteil die Geschwindigkeit stark herabgesetzt werden, um ein Auseinanderspritzen des Rohteils zu vermeiden. Dieses hätte Poren infolge eingeschlossener Luft im Gefüge des Fertigteils zur Folge.

Unmittelbar nach dem Aufsetzen muß der Stößel jedoch wieder stark beschleunigt werden, um zu verhindern, daß das Material des Rohteils einfriert. Die eigentliche Formgebungsstrecke 82 wird also schnell durchfahren, was wieder in der korrespondierenden Stößelgeschwindigkeit 74b erkennbar ist. Während dieser Zeit fährt die Stößelkraft 76 rasch auf ihren Maximalwert, wo sie ein paar Sekunden verbleibt, bis das Material des Fertigteils erstarrt ist.

In der rechten Bildhälfte von 4 erkannt man den Öffnungsvorgang der Presse mit einem steilen Abfall der Stößelkraft 76 und den korrespondierenden Wegen 72 und der Geschwindigkeit 74c des Stößels.

Aus der Stößelgeschwindigkeit 74 und der Querschnittsfläche des Werkzeugs ergibt sich die Volumenverdrängungsgeschwindigkeit des Materials. Da der Messingwerkstoff praktisch inkompressibel ist, folgt daraus eine je nach Querschnitt der Form unterschiedliche Fließgeschwindigkeit des Materials. Bei engen Stellen – in 5 beispielsweise der Auslauf 94 – ist die Fließgeschwindigkeit sehr hoch. Abschätzungen haben ergeben, daß bei einer Stößelgeschwindigkeit 74b von 500 mm/s beim Umformprozess Fließgeschwindigkeiten von etwa 9 000 mm/s an den Engstellen erreicht werden, wenn typische Armaturenteile hergestellt werden.

Wie bereits erwähnt, wird der Stößelweg 72 bzw. der Werkzeugweg 52 auf vollständige Schließung des Werkzeugs überwacht. Die Innendruckmessung – in 5 bei 92 dargestellt – gibt Auskunft darüber, ob die Form vollständig ausgefüllt wurde. Es muß also das Gewicht des Rohteils stets etwas größer sein als das Gewicht des fertigen Presslings. Die überschüssige Masse wird in einen im Werkzeug vorgesehenen Überlaufraum 90 gepresst. Dieser Überlaufraum 90 wird am entferntesten Ende der Form angebracht und nimmt das vorhandene Übermaß an Material auf. Dabei handelt es sich um die Frontseite des verdrängten Materials, welches am intensivsten mit Luft und dem Trenn- und Schmiermittel in Verbindung gekommen ist und daher in seinen mechanischen Materialeigenschaften beeinträchtigt sein kann.

Der Kanal zwischen Presslingform und Überlaufraum 90 ist so zu dimensionieren, daß einerseits der Pressling voll ausgeformt wird und andererseits die überschüssige Masse innerhalb der Umformzeit vollständig in den Überlauflaum 90 gedrückt werden kann.

Durch ausreichend großzügige Dimensionierung des Überlaufraums 90 oder – bei komplexeren Formen – auch mehrerer Überlauf räume erzielt man den Vorteil, daß die Masse des Rohteils nur innerhalb einer relativ großen Bandbreite eingestellt werden muß und nicht ganz fein abgestimmt sein muß. Dadurch wird das Verfahren zur Gewinnung der Rohteile (z. B. Ablängen, Gießen) unkritischer.

Das Werkzeug wird in bekannter Weise auf erhöhter Temperatur – beispielsweise 300° C – gehalten, damit das thixotrope Rohteil während der Umformung nicht "einfriert".

Die Entnahme 26 aus dem Werkzeug geschieht mit Hilfe von Auswerfern gemäß dem Stand der Technik, wobei darauf zu achten ist, daß eine Verkippung der Auswerferplatte durch spielarme Führung verhindert wird und die Auswerfer in den noch weichen Pressling nicht eindringen. Ein separater Auswerferstift für das Material im Überlaufraum 90 ist günstig.

Ein entscheidender Vorteil des Thixo-Schmiedens liegt in der einfachen und kostengünstigen Nachbearbeitung 28. Hier reichen im wesentlichen drei Schritte aus, um zum fertigen Armaturenkörper 95 zu kommen: Das Entfernen 30 des Überlaufs mit Glättung der Oberfläche an der Trennstelle ist der einzige erforderliche mechanische Schritt, da infolge des Thixoschmiedens die Oberflächenqualität bereits so gut ist, daß vor dem Aufbringen 34 der Sichtoberfläche auf die Armatur (z. B. Kunststoff, Lack oder Chrom) nur noch eine Reinigung 32 und ggfs. eine Politur des Presslings erforderlich ist.

Weil die Nachbearbeitung 28 des Armaturenkörpers 95 sich im wesentlichen auf diese wenigen und nur geringen Aufwand bereitenden Schritte beschränkt und die bisher erforderliche aufwändige Oberflächenbearbeitung des gesamten Armaturenkörpers 95, z. B. durch Schleifen und/oder Polieren, entfallen kann, ergibt sich eine erhebliche Kostenersparnis. Auf die gereinigten Oberflächen des so hergestellten Armaturenkörpers 95 kann direkt die Dekorbeschichtung aufgebracht werden, beispielsweise galvanisch eine Chromschicht aufgetragen oder ein Lackiervorgang bzw. eine Kunststoffbeschichtung erfolgen.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zum Herstellen eines metallischen Teiles einer Sanitärarmatur, bei dem

    a) dem metallischen Teil ausgehend von Rohmaterial unter Wärmeeinwirkung in einem entsprechenden Werkzeug die gewünschte Form gegeben wird;

    b) danach das metallische Teil mit einer Dekorbeschichtung versehen wird,

    dadurch gekennzeichnet, daß

    c) der Formgebungsschritt a) durch Thixo-Schmieden mittels eines krafteinleitenden Stempels geschieht.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dekorbeschichtung auf dem metallischen Teil (95) ohne vorausgegangenes Schleifen aufgebracht wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung des Rohmaterials auf die zum Thixo-Schmieden erforderliche Temperatur induktiv geschieht.
  4. Verfahren nach einem der Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Rohmaterials durch Messen des Erregerstromes der Induktionsspule ermittelt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung des Rohmaterials auf die zum Thixo-Schmieden erforderliche Temperatur konduktiv durch ein heißes gasförmiges Medium geschieht.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß während des Thixo-Schmiedens der zeitliche Verlauf des Innendrucks im Werkzeug gemessen wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der während des Thixo-Schmiedens stattfindende Werkzeugweg gemessen wird.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein bewegliches Teil des Werkzeuges, in dem das Thixo-Schmieden stattfindet, mit großer Geschwindigkeit bis kurz vor diejenige Stelle gefahren wird, an der eine Berührung mit dem Rohmaterial stattfindet, die Berührung mit dem Rohmaterial mit niedriger Geschwindigkeit erfolgt und die Verdrängung des Rohmaterials in dem Formhohlraum des Werkzeugs wieder mit höherer Geschwindigkeit erfolgt.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse des Rohmaterials geringfügig größer als die Masse des fertigen metallischen Teiles ist und der Formhohlraum des Werkzeugs einen Überlauf (90) aufweist, in den überschüssiges Rohmaterial eingedrückt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der die Form des metallischen Teils (95) bestimmende Bereich des Formhohlraums des Werkzeugs mit dem Überlauf (90) durch eine Engstelle verbunden ist.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das metallische Teil ein Armaturenkörper (95) ist.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß beim Thixo-Schmieden an den Armaturenkörper (95) ein Auslauf (94) angeformt wird.
  13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohmaterial eine Messinglegierung ist.
Es folgen 5 Blatt Zeichnungen






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