EP4142963B1 - Materialpatrone und verfahren zum herstellen einer materialpatrone - Google Patents

Materialpatrone und verfahren zum herstellen einer materialpatrone Download PDF

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EP4142963B1
EP4142963B1 EP21721475.8A EP21721475A EP4142963B1 EP 4142963 B1 EP4142963 B1 EP 4142963B1 EP 21721475 A EP21721475 A EP 21721475A EP 4142963 B1 EP4142963 B1 EP 4142963B1
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EP
European Patent Office
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container
material mixture
opening
heating
molten metal
Prior art date
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EP21721475.8A
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EP4142963A1 (de
EP4142963C0 (de
Inventor
Fabian DOBMEIER
Wolfram Volk
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Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D18/00—Pressure casting; Vacuum casting
    • B22D18/04—Low pressure casting, i.e. making use of pressures up to a few bars to fill the mould
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D1/00—Treatment of fused masses in the ladle or the supply runners before casting
    • B22D1/002—Treatment with gases
    • B22D1/005—Injection assemblies therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D18/00—Pressure casting; Vacuum casting
    • B22D18/08—Controlling, supervising, e.g. for safety reasons
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D27/00—Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting
    • B22D27/003—Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting by using inert gases
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D35/00—Equipment for conveying molten metal into beds or moulds
    • B22D35/04—Equipment for conveying molten metal into beds or moulds into moulds, e.g. base plates, runners
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D37/00—Controlling or regulating the pouring of molten metal from a casting melt-holding vessel
    • B22D37/005—Shielding the molten metal stream
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D39/00—Equipment for supplying molten metal in rations
    • B22D39/06—Equipment for supplying molten metal in rations having means for controlling the amount of molten metal by controlling the pressure above the molten metal

Definitions

  • the present application relates to a method for producing a material cartridge for preserving a material mixture susceptible to corrosion by air, in particular a metal melt or one or more metal solids.
  • the present application relates to a container for use in such a method for producing a material cartridge and to the produced material cartridge comprising the container.
  • the application relates to a method for producing a cast product using the material cartridge and to a corresponding cast product.
  • US 2002/000303 A1 relates to the production of light metal castings made of magnesium or magnesium alloys.
  • the production comprises feeding a liquid metal first into a dosing chamber; pumping gas under pressure into the dosing chamber in order to press the liquid metal into a previously evacuated mold cavity; carrying out a production process within a system that is pressure-tight from the outside; heating the liquid metal in a lower part of a melting device that is connected to a feed system; superheating the liquid metal from a melting state with a temperature of about 630° C to a solidification state on a tool side to a lower region of a valve seat; and feeding and removing a protective gas through a differential pressure system.
  • EP 3 246 114 A1 relates to a low pressure casting apparatus comprising a core which together with a mold forms a cavity, and a reduced pressure dryer configured to dry the core under reduced pressure.
  • the core is placed in the mold, the mold is closed, the core is dried under reduced pressure, and then the cavity is filled with molten metal.
  • CN 107 866 546 A relates to a method for differential pressure casting comprising the steps of designing a hollow structure with a wall thickness of 4 mm, subjecting an aluminum alloy to a two-stage treatment, casting a sand core into a sand core mold.
  • the cast sand core is placed in a vacuum differential pressure casting mold, a metamorphic aluminum alloy liquid is molded by a vacuum differential pressure casting process, the sand core is removed after molding, and a semi-finished product of a hollow vehicle frame is obtained.
  • the semi-finished product is subjected to a heat treatment with increasing temperature.
  • material mixtures are used that react with air.
  • defined material mixtures such as alloys, are essential. Reactions of the defined material mixtures with components of the air lead to changing Compositions of the material mixtures, which results in a loss of quality.
  • the processes here are typically designed for precisely defined alloys with predetermined material proportions.
  • This defined alloy is then produced in several process steps that are linked to transport steps.
  • the solid alloy components are preheated, the main alloy component is melted in a melting furnace and the alloy is precisely adjusted in a liquid state in an alloy furnace by mixing in the individual alloy components, for example by diffusion or active mixing.
  • the liquid alloy is then transferred to transport containers and taken to a casting facility. There, it is typically transferred further to a holding furnace, which keeps the alloy melt at a desired casting temperature.
  • the alloy melt is now taken in batches from the holding furnace, for example by means of a pouring spoon, transported to a casting mold, for example with a robot arm, and then poured into the casting mold provided, for example a metallic permanent mold with inserted sand cores.
  • Adjusting the alloy composition therefore requires a large number of measuring and testing equipment, and foundries must make costly purchases of plant technology in the form of furnaces, transport containers, casting systems and logistics areas.
  • the present application therefore has the object of at least partially solving the problems described above and of proposing a material cartridge and a corresponding method for producing the material cartridge for corrosion-prone material mixtures, in particular metal melts or one or more metal solids. Furthermore, the object of the present application can be to propose a container for use in the corresponding production process and a method for producing an improved cast product.
  • the method for producing a material cartridge for preserving a material mixture susceptible to corrosion by air, in particular a metal melt or one or more metal solids can comprise the following steps.
  • a container with an opening to hold the material mixture is provided.
  • the container Before a material mixture is poured into the container, the container is flushed with a protective gas.
  • a material mixture in particular a melt, is poured in through the opening of the container.
  • the material mixture is preferably poured into the container in the absence of air, in particular in a protective gas atmosphere.
  • the opening of the container is sealed gas-tight after the material mixture has been filled in.
  • a material mixture is understood to mean both a mixture of different components and a material in its pure form.
  • the material mixture is a defined mixture of different components.
  • the material mixture is an alloy.
  • the alloy preferably comprises metallic and/or non-metallic substances.
  • the alloy can have a main component.
  • the minimum weight proportion of the main component is typically material-dependent.
  • the main component can comprise at least 40 percent by weight, preferably at least 45 percent by weight, particularly preferably at least 50 percent by weight of the material mixture, particularly in the case of nickel-based alloys.
  • the main component can comprise at least 45 percent by weight, preferably at least 50 percent by weight, particularly preferably at least 60 percent by weight of the material mixture, particularly in the case of bronze-based alloys.
  • the main component can comprise at least 60 percent by weight, preferably at least 70 percent by weight, particularly preferably at least 80 percent by weight of the material mixture, particularly in the case of iron- or aluminum-based mixtures.
  • the components of the material mixtures are typically metallic in nature. Additionally or alternatively, the material mixture can comprise transition metals.
  • the material mixture can comprise, for example, aluminum, tin, steel, manganese, lithium, scandium, magnesium, cobalt and/or vanadium, but this is not an exhaustive list.
  • Aluminum-based material mixtures typically have at least silicon as a non-metallic component in addition to the main component aluminum. These material mixtures are typically susceptible to contamination by nitrogen or oxides.
  • Iron-based material mixtures typically have at least carbon as a non-metallic component in addition to the main component aluminum.
  • Material mixtures are typically susceptible to contamination by oxides and/or nitrate and/or nitrites.
  • Material mixtures comprising sand/binder mixtures typically comprise quartz sand and/or organic binder components, for example hydrocarbon-based resins.
  • the material mixture as a whole or components of the material mixture typically react with components of the air when they come into contact with ambient air, i.e. they corrode and/or typically change their composition. In the case of a material mixture in the form of an alloy, this typically degrades when it comes into contact with ambient air.
  • the material mixture can be in both solid and liquid form.
  • the material mixture is typically introduced into the container in liquid form.
  • the material mixture is cooled in the container Z so that it solidifies in solid form.
  • the material mixture can be in liquid form, in particular in the form of a melt, preferably in the form of a metal melt.
  • the temperatures of the melt can be defined by the material properties of the material mixture components, in particular their melting temperatures.
  • the material mixture can, for example, comprise a solid powder, for example comprising calcium.
  • this material mixture can, for example, have a temperature of at least -196°C, preferably at least -78°C, particularly preferably 20°C, or can be heated and/or cooled to this temperature in the container.
  • this material mixture can, for example, have a temperature of at most 1000°C, preferably at most 100°C, particularly preferably at most 40°C, or can be heated and/or cooled to this temperature in the container.
  • the material mixture can alternatively be in a solid state when being filled, for example as a solid body or as a bed of solid bodies.
  • the material mixture can be in the form of a cylindrical "press bolt" made of aluminum.
  • the solid bodies can be cut to size and then sealed in the container. This can simplify the filling process considerably, as only a one-time change of aggregate from solid to liquid would take place in the material cartridge.
  • the material mixture can, for example, comprise a molding material/binder mixture, for example comprising quartz sand with an organic binder.
  • this material mixture can, for example, have a temperature of at least -196°C, preferably at least -78°C, particularly preferably 20°C, or can be heated and/or cooled to this temperature in the container.
  • this material mixture can, for example, have a temperature of at most 100°C, preferably at most 60°C, particularly preferably at most 25°C, or can be heated and/or cooled to this temperature in the container.
  • the material mixture can comprise, for example, a tin alloy.
  • this material mixture can, for example, have a temperature of at least 250°C, preferably at least 280°C, particularly preferably 300°C, or can be heated and/or cooled to this temperature in the container.
  • this material mixture can, for example, have a temperature of at most 750°C, preferably at most 700°C, particularly preferably at most 680°C, or can be heated and/or cooled to this temperature in the container.
  • the material mixture can comprise, for example, a magnesium alloy.
  • this material mixture can, for example, have a temperature of at least 600°C, preferably at least 620°C, particularly preferably 650°C, or can be heated and/or cooled to this temperature in the container.
  • this material mixture can, for example, have a temperature of at most 750°C, preferably at most 700°C, particularly preferably at most 680°C, or can be heated and/or cooled to this temperature in the container.
  • the material mixture can comprise, for example, an aluminum alloy.
  • This material mixture can, for example, have a temperature of at least 665°C, preferably at least 680°C, particularly preferably 700°C when introduced into the container, or can be heated and/or cooled to this temperature in the container.
  • This material mixture can, when When introduced into the container, for example, they have a temperature of at most 1000°C, preferably at most 800°C, particularly preferably at most 750°C, or they are heated and/or cooled to this temperature in the container.
  • the material mixture can comprise, for example, a copper alloy.
  • this material mixture can have, for example, a temperature of at least 800°C, preferably at least 1000°C, particularly preferably 1100°C.
  • this material mixture can, for example, have a temperature of at most 1400°C, preferably at most 1300°C, particularly preferably at most 1150°C.
  • the material mixture can comprise, for example, an iron alloy.
  • this material mixture can, for example, have a temperature of at least 1150°C, preferably at least 1200°C, particularly preferably 1250°C, or can be heated and/or cooled to this temperature in the container.
  • this material mixture can, for example, have a temperature of at most 1400°C, preferably at most 1350°C, particularly preferably at most 1300°C, or can be heated and/or cooled to this temperature in the container.
  • the material mixture can, for example, comprise an iron alloy, in particular steel.
  • this material mixture can, for example, have a temperature of at least 1500°C, preferably at least 1550°C, particularly preferably 1590°C, or can be heated and/or cooled to this temperature in the container.
  • this material mixture can, for example, have a temperature of at most 1700°C, preferably at most 1650°C, particularly preferably at most 1600°C, or can be heated and/or cooled to this temperature in the container.
  • the material mixture can, for example, comprise high-melting materials such as tungsten.
  • This material mixture can, when introduced into the container, have a temperature of at least 2000°C, preferably at least 2500°C, particularly preferably 3480°C or can be heated and/or cooled to this temperature in the container.
  • This material mixture can, for example, have a temperature of at most 3600°C, preferably at most 3550°C, particularly preferably at most 3500°C when introduced into the container or can be heated and/or cooled to this temperature in the container.
  • the filling of the material mixture can be carried out in a filling room.
  • the filling room can have a protective gas atmosphere.
  • the filling room can be hermetically or essentially hermetically sealed from the environment, and a material mixture arranged in the filling room does not come into contact with air or essentially does not come into contact with air. In this way, for example, filling can be made possible in the absence of air. This has the advantage that a reaction of the material mixture with the air can be reduced, preferably prevented.
  • the previously introduced protective gas can be displaced when the material mixture is filled in.
  • the previously introduced protective gas can be completely displaced, in particular at least 95% displaced, preferably at least 99% displaced, particularly preferably 99.9% displaced.
  • the container interior is essentially exclusively filled with material mixture after gas-tight sealing, with at least 95% of the container interior, preferably at least 99%, particularly preferably at least 99.9% of the container interior being filled with material mixture.
  • a filling device with at least one material tank can be arranged in the filling room.
  • the filling device can contain an already defined material mixture in the material tank.
  • the defined material mixture can then be filled into the container by the filling device.
  • the filling device it is also possible for the filling device to have various material tanks and for the material mixture to be defined by filling defined amounts of the respective material from the corresponding material tank into the container. In this way, the materials of the material mixture can only be filled into the container be mixed.
  • the filling device can also be arranged in a filling room that contains air.
  • the material tank(s) can be hermetically sealed.
  • the interior of the container can be connected to the material tank(s) via lines of the filling device. It can be provided that the material tanks, the lines and the container form a room that is hermetically sealed from the environment.
  • a protective gas atmosphere can be set in the essentially hermetically sealed room.
  • an airtight or gas-tight bell encloses the filling device and/or the container.
  • a protective gas atmosphere can be set in the bell.
  • a protective gas atmosphere can be understood to mean that a protective gas is predominant in an environment and has essentially displaced the ambient air.
  • a protective gas atmosphere can be understood as a gaseous environment that is essentially non-reactive/inert to the material mixture, with reactive components only being present in an insignificant proportion, in particular less than 0.1 percent by volume, particularly preferably less than 0.005 percent by volume, very particularly preferably 0.001 percent by volume.
  • a protective gas atmosphere can also represent a vacuum.
  • the shielding gas may comprise argon, helium, xenon, nitrogen, hydrogen and/or mixtures of nitrogen and hydrogen.
  • the shielding gas may also consist of argon, helium, xenon, nitrogen, hydrogen and/or mixtures of nitrogen and hydrogen.
  • an oxide layer and/or impurities on the container can be cleaned off. Cleaning preferably takes place under a protective gas atmosphere or in a vacuum.
  • the container can be flushed with the protective gas.
  • protective gas can be introduced into the container, for example by injection.
  • the air present in the container can be displaced from the container.
  • the container can then be sealed essentially gas-tight or airtight.
  • the opening of the container can be sealed, for example, with a gas-tight plug and/or lid. This ensures that no or essentially no air penetrates into the container.
  • the lid and/or plug can be opened to pour the material mixture into the container. It can also be provided that the container is not sealed between flushing with protective gas and filling with the material mixture.
  • the material mixture and the protective gas can be filled through the same opening in the container. However, several openings can also be provided through which the protective gas or the molten material is filled.
  • an overpressure can prevail in the container.
  • the overpressure can be at least 1 bar, preferably at least 2 bar, particularly preferably at least 3 bar.
  • the overpressure can be at most 10 bar, preferably at most 8 bar, particularly preferably at most 6 bar.
  • An overpressure in the container can have the advantage that the container can be emptied to the environment simply by equalizing the pressure.
  • an ambient pressure prevails in the container during gas-tight sealing.
  • the container and/or the interior of the container can be cooled after sealing. This can lead to a negative pressure in the container.
  • the material mixture can be filled using a metallostatic pressure difference.
  • the filling using a metallostatic pressure difference can be done against gravity.
  • the filling can be done in the removal area of an alloy furnace.
  • the material mixture can be filled into the container passively by gravity.
  • the pressure prevailing in the container can be reduced. a pressure difference can be generated, through which the material mixture is introduced into the container, in particular injected.
  • the pressure in the container can be reduced compared to a pressure in a tank in which the material mixture to be filled is arranged before it is filled into the container.
  • the pressure of the protective gas contained in the container can be reduced. It is also conceivable to reduce the pressure of the already filled, liquid material mixture, preferably the molten metal.
  • a vacuum can also be generated in the container.
  • the pressure in the alloying furnace can be increased so that there is a pressure gradient compared to the pressure inside the container. This allows material mixture to be poured from the alloying furnace into the container.
  • a negative pressure can be created during filling and maintained until the gas-tight seal is achieved. It is also possible to create a negative pressure after the gas-tight seal, for example using a valve. This can ensure that a negative pressure prevails in the sealed container. This can further reduce degradation of the material mixture.
  • protective gas is introduced into the container in order to displace air contained in the container, for example in the form of a protective gas burst.
  • the protective gas can preferably be introduced at an overpressure of at least 1 bar, particularly preferably at least 2 bar, very particularly preferably at least 4 bar, compared to the pressure prevailing in the container.
  • the protective gas can be introduced at an overpressure of at most 20 bar, particularly preferably at most 10 bar, very particularly preferably at most 6 bar overpressure. Introducing protective gas into the container at increased pressure can reduce or substantially prevent evaporation of components of the material mixture, in particular evaporation of alloy elements, due to the counterpressure of the protective gas.
  • the container can be sealed gas-tight after filling with the material mixture, in particular the molten metal or the metal solid(s).
  • the opening of the container can be closed by means of a positive fit and/or frictional fit and/or material fit.
  • the opening can be closed, for example, by placing a lid on it.
  • the lid and/or the container can have sealing elements.
  • the sealing elements are preferably heat-resistant, particularly preferably up to temperatures that the introduced molten material can have.
  • the lid can be detachably attached to the container, for example by means of clamps and/or clips and/or presses and/or by means of locking pins.
  • the lid can be detachably and frictionally attached to the container, for example by means of screws and/or by pressing in a plug.
  • the lid can close the opening by means of a positive fit, for example similar to a crown cap.
  • the materials can be selected to be so heat-resistant that they can withstand the above-mentioned temperatures that the molten material can assume.
  • the lid can be designed as a put-on lid that closes the opening gas-tight by means of flanging.
  • the lid can also be designed as a plug that is pressed into the opening so that a frictional connection is created.
  • the lid can be welded to the container in such a way that the opening is sealed gas-tight.
  • the at least essentially gas-tight sealing of the opening can take place under a protective gas atmosphere or in ambient air.
  • the introduction of protective gas after filling in the material mixture can take place before and/or after the gas-tight sealing.
  • a valve can be provided on the container through which protective gas can be introduced.
  • the container can be closed within a maximum of 60 seconds, preferably a maximum of 20 seconds, particularly preferably a maximum of 5 seconds.
  • Air can be pumped out of the container. This can be done through the opening before closing the opening.
  • An additional A valve for pumping out air can be provided on the container.
  • the valve can be designed additionally or alternatively for introducing protective gas. Air is preferably pumped out after the material mixture, in particular the molten metal, has been poured into the container and before the container is closed. Air can also be pumped in via the valve after the container has been closed. After the air has been pumped out, protective gas can be introduced into the container again, for example via the additional valve. In order to avoid a negative pressure, protective gas can be poured into a previously evacuated container.
  • the container and/or the contents of the container can be cooled.
  • the container and/or the contents of the container can be cooled gradually.
  • Air can flow around the container.
  • the air flow can be natural or forced.
  • the air flowing around can in particular have been cooled for this purpose and/or have a temperature that is lower than the container and/or the interior of the container and the material mixture therein, in particular the molten metal therein.
  • the container can be immersed in a heat exchange medium for cooling, for example in water.
  • the container can comprise an integrated heat exchange system, in particular a heating/cooling system for cooling and/or heating the container and/or the interior of the container.
  • the heating/cooling system can have lines that are filled with a heat exchange medium or can be filled with a heat exchange medium.
  • the heat exchange medium can be, for example, water or an oil.
  • the heat exchange medium can comprise at least one gas, for example helium, CO2, nitrogen and/or air, whereby these have preferably each been compressed to 10 bar or more.
  • the heat exchange medium can comprise solid or liquid metal, for example lead and/or sodium and/or solid or liquid salts, for example sodium chloride, and/or hydrocarbon-based heat agents of different compositions, for example HC, HFC, CFC, HFC, HCFC.
  • the heat exchange medium can be or comprise water.
  • the heating/cooling system can be connected to an external heating and/or cooling source which cools or heats a heat exchange medium and introduces the heat exchange medium into the lines provided on the container. and removes it again after the heat exchange medium has passed through the lines.
  • a heating/cooling system can comprise an inlet connection and an outlet connection.
  • the heating/cooling system can additionally or alternatively comprise a cooling device and/or heating device arranged on the container for heating and/or cooling the heat exchange medium and/or the container and/or the container interior.
  • the container and/or the container interior can be cooled in such a way that the liquid material mixture contained therein, in particular the hot molten metal contained therein, solidifies.
  • the container and/or the container interior can in particular be cooled to room temperature, for example around 21 degrees Celsius.
  • the container and/or the container interior can be cooled to a temperature of at most 300 degrees Celsius, preferably at most 100 degrees Celsius, particularly preferably at most 20 degrees Celsius.
  • the container and/or the interior of the container can be cooled to a minimum temperature of -196 degrees Celsius, preferably to a minimum temperature of -78 degrees Celsius, particularly preferably to a minimum temperature of 20 degrees Celsius.
  • the heat dissipated can be recovered. As described above, cooling can be carried out in stages. This can be advantageous for recovering heat at different temperature levels.
  • three-stage cooling can be carried out. This is described below as an example for a container that is at least partially filled with a liquid aluminum alloy.
  • the first stage of cooling can take place from around 700°C to 500°C in a closed cooling section with an air stream. Hot air with temperatures of up to 600°C, or even higher, can be generated. This can be used to drive a gas turbine, for example.
  • a second stage of cooling can also take place with air or steam.
  • the container can be cooled from 500°C to 200°C, for example.
  • the resulting heated air stream can be used to operate a low-pressure steam turbine or to preheat melting material.
  • the container can then be cooled to below 200°C using an air stream. This can be used to dry the melting material or to generate steam for the second cooling stage.
  • the thermal energy during cooling can be used to operate heat pumps, which mean increased efficiency for heating applications, for example for buildings or a.
  • Possible designs of a container that can be used in the process are described in more detail below.
  • the container comprises a support structure.
  • the support structure forms an interior space.
  • the interior space is designed to accommodate a material mixture with a temperature of up to 3500 degrees Celsius.
  • the interior space can therefore comprise protective layers that line the interior space at least in parts.
  • the support structure can be cylindrical and hollow, wherein the upper base surface of the cylinder can be at least partially designed as a filling opening.
  • the support structure can be pot-shaped.
  • the container and/or the support structure can be made of metal and/or ceramic.
  • the container and/or the support structure can be made of boron nitride.
  • the container comprises a first opening for filling and/or emptying the material mixture, preferably a molten metal, into or from the interior of the container.
  • the container is preferably designed in such a way that it can withstand a hot material mixture, preferably a molten metal, when filled in. Withstanding is to be understood as meaning that the container can hold a material mixture, preferably a molten metal, with a temperature of up to 800 degrees Celsius, preferably up to 1000 degrees Celsius, particularly preferably up to 1600 degrees Celsius for at least 3 minutes, preferably at least 15 minutes, particularly preferably at least 60 minutes, without being destroyed or damaged to such an extent that the protective gas and/or material mixture contained therein escapes and/or the container can no longer be sealed gas-tight.
  • the material mixture, preferably the molten metal comprises aluminum
  • the container preferably withstands a temperature of at least 800° C.
  • the material mixture, preferably the molten metal comprises steel
  • the container shall preferably withstand a temperature of at least 1600° C.
  • the material mixture preferably the molten metal
  • the container is preferably designed to withstand the stress caused by cooling and the associated expansion of the material mixture, preferably the molten metal.
  • the container can be designed such that after the material mixture, preferably the molten metal, has solidified, it can withstand reheating of the material mixture, preferably the molten metal, so that it assumes a liquid state again.
  • the container can comprise a support structure comprising metal, for example tinplate, steel, in particular structural steel, stainless steel, iron, in particular iron-based materials and/or nickel-based materials and/or tungsten, in particular formed using powder metallurgy, and/or ceramic, for example graphite, aluminum oxide, zirconium oxide and/or boron nitride, and/or glass, for example silicate glass, borate glass, borosilicate and/or phosphate glasses.
  • metal for example tinplate, steel, in particular structural steel, stainless steel, iron, in particular iron-based materials and/or nickel-based materials and/or tungsten, in particular formed using powder metallurgy, and/or ceramic, for example graphite, aluminum oxide, zirconium oxide and/or boron nitride, and/or glass, for example silicate glass, borate glass, borosilicate and/or phosphate glasses.
  • the container can comprise corrosion protection.
  • the container material can be inert to ambient air.
  • the corrosion protection can be applied to an outer wall of the container so that the container does not react or reacts only insignificantly with ambient air.
  • the corrosion protection can be designed in such a way that it protects against corrosion at high temperatures, particularly preferably at temperatures that are required to melt the material mixture in the interior of the container.
  • a sprayed and dried layer comprising boron nitride or made of boron nitride can be used as corrosion protection. This can be particularly advantageous when using molten aluminum as a material mixture.
  • the container interior can, at least in regions, be provided with a separating layer, preferably a ceramic separating layer, for example comprising a ceramic coating.
  • the separating layer can have an insulating effect and, for example, protect the support structure from a hot material mixture that can be introduced into the container.
  • the separating layer can additionally or alternatively be designed in such a way that it comprises materials that react little or not at all chemically with a material mixture that can be filled in.
  • the separating layer can be made of boron nitride, for example.
  • the boron nitride can, for example, be sprayed onto an inner surface of the container. This can be particularly advantageous when using molten aluminum as the material mixture.
  • the container can be made of a commercially available steel sheet.
  • the sheet thickness can be, for example, at least 0.3 mm, preferably at least 0.4 mm, particularly preferably at least 0.6 mm and/or, for example, at most 1.4 mm, preferably at most 1.2 mm, particularly preferably at most 0.8 mm, very particularly preferably 0.6 mm.
  • the container itself can be made of boron nitride, so that an additional boron nitride separating layer is not necessary.
  • the container can have additional thermal insulation.
  • the thermal insulation can be designed as an insulating layer that lines the interior of the container at least in some areas or is arranged between the interior of the container and the separating layer.
  • the thermal insulation can be arranged on the outside of the support structure.
  • the thermal insulation in the form of an insulating layer can cover an outer wall of the container at least in some areas.
  • the insulating layer can comprise glass wool and/or insulating foams and/or gases and/or vacuum. Additionally or alternatively, thermal insulation can be designed as an intermediate layer. Additionally or alternatively, thermal insulation can be arranged in an intermediate layer between a separating layer and the support structure.
  • the container may be made from a material already coated with a separating layer and/or an insulating layer and/or a corrosion protection agent and then formed into a container shape and/or the container may first be formed into the container shape and then coated with the separating layer and/or the insulating layer and/or the corrosion protection agent.
  • the first opening of the container can be sealed gas-tight.
  • the opening can be designed such that a material mixture, in particular a hot metal melt, can be poured in through the opening.
  • the opening can be sealed gas-tight by means of a lid.
  • the container has a container lid for sealing the first opening gas-tight.
  • the container lid can comprise sealing elements for sealing the container opening gas-tight.
  • the lid can comprise a clamp closure and/or screws and/or clamps and/or similar closure mechanisms that are common to those skilled in the art.
  • the opening can be covered with a lid.
  • the lid can be welded to the container in this way.
  • the lid can be designed as a plug that seals the opening with friction.
  • the lid and the support structure are typically thicker than with welding. With welding, the lid can be thinner. If the lid is closed with a flange onto the container, the material thickness can be less than with welding. It is possible for the container to have a shoulder so that the lid can be pressed onto the container with clamps.
  • the seal can be made using metal and/or a sealing ring, preferably a copper sealing ring.
  • the lid may comprise one or more of the described separating layers and/or thermal insulation layers and/or chemical insulation layers.
  • the container can have at least one further opening.
  • the container can have an opening for emptying and an opening for filling the container.
  • the openings can be sealed gas-tight.
  • the container can have at least one one-way valve and/or at least one two-way valve for controlling a gas pressure in the container interior. For example, air can be sucked out of the container through the one-way valve.
  • the one-way valve can alternatively be designed such that protective gas can be introduced into the container interior through the one-way valve.
  • the two-way valve can be designed to suck air from the interior of the container.
  • the two-way valve can be designed to be able to introduce protective gas into the interior of the container.
  • a one-way valve and/or a two-way valve can be arranged on a top side of the container.
  • a one-way valve and/or a two-way valve can be arranged on the lid.
  • the container can have a slide that allows the interior of the container to be enlarged or reduced. By reducing the interior of the container, the pressure in the interior of the container can be increased. This can be advantageous in order to discharge a material mixture contained in the container, in particular a metal melt, from the interior of the container in a defined manner when the opening is open.
  • the container can comprise a thermocouple for monitoring the temperature in the container interior.
  • the thermocouple can be arranged in a protective tube.
  • the protective tube can protrude into the container interior.
  • the thermocouple can additionally or alternatively be arranged on the bottom of the container interior and/or on a container interior wall.
  • the container can have a predetermined breaking point for destructive opening of the container.
  • the predetermined breaking point can be arranged in an area of the support structure with a low wall thickness.
  • the support structure can have a wall thickness of at most 10 mm there, preferably at most 2 mm, particularly preferably at most 0.5 mm.
  • the support structure can comprise a different material and/or a different composition than the rest of the support structure.
  • the support structure can comprise one or more of the materials listed above with regard to the support structure.
  • the support structure can have a wall thickness of at least 0.1 mm, preferably at least 0.2 mm, particularly preferably at least 0.4 mm.
  • the selection of the wall thickness depends on the material of the support structure, is familiar to a person skilled in the art, and can deviate from these values.
  • the predetermined breaking point can be designed as a push-in opening and/or as a pull opening.
  • the predetermined breaking point can have a circular shape so that it can be pierced.
  • the predetermined breaking point can also have an elongated Shape, or the shape of an imperfect ellipse or a circular arc, so that it can be pulled open like a can from the food industry.
  • the predetermined breaking point can be made of a material that can be melted locally, for example with an oxygen lance.
  • the predetermined breaking point and/or the second opening for emptying the container can be arranged on an underside of the container.
  • a molten material in the container can close the second opening or can cover the predetermined breaking point.
  • the second opening or the predetermined breaking point can be designed in such a way that a molten material in the container is held in the container by its surface tension, even if the second opening is open or even if the predetermined breaking point is destroyed.
  • the molten material can preferably only emerge from the second opening or the destroyed predetermined breaking point when a further opening in the container is opened, for example the first opening described above is opened by loosening the lid or for example by opening a valve arranged on the container.
  • a gas for example air or a protective gas
  • a gas can flow into the container through the further opening and/or by opening the valve and the molten material can emerge from the second opening or the destroyed predetermined breaking point.
  • a second opening and/or predetermined breaking point designed in this way can have the advantage that the location and/or the time of emptying can differ from the location and/or the time of opening the second opening, for example by opening a second lid and/or destroying the predetermined breaking point.
  • a further advantage can be that any chips/fragments created during the (destructive) opening cannot fall into a casting mold.
  • a valve can in particular enable and/or improve dosing of the material melt discharge.
  • the second opening and/or the predetermined breaking point can have an opening area of at least 0.5 cm 2 , preferably at least 0.7 cm 2 , particularly preferably at least 1 cm 2 and/or of at most 5 cm 2 , preferably at most 3 cm 2 , particularly preferably at most 1.5 cm 2 , for example about 1 cm 2 .
  • the valve and/or the first opening can be arranged on an upper side of the container.
  • a top side is that side of the container which, in a container filled with molten material, is above a molten material level lies, while the bottom of a container filled with molten material lies particularly below the molten material level.
  • the container may comprise a heating and/or cooling system for heating and/or cooling the container interior.
  • the container can comprise an integrated heat exchanger system, in particular a heating/cooling system for cooling and/or heating the container and/or the container interior.
  • the heating/cooling system can be designed as a line system for receiving a heat exchanger medium, in particular in the form of a heat exchanger tube protruding into the container interior and/or in the form of lines that lie in a container wall, on the support structure and/or are embedded in the support or separating structure.
  • the heat exchanger tube can be arranged centrally in the container.
  • the container can have connections that can be arranged in particular on an outside of the container.
  • An external cooling and/or heating device can be connected to these connections for transporting a heat exchange medium through the heat exchanger tube.
  • a material that conducts heat well for example aluminum and/or copper and/or hot-work steel with a high thermal conductivity coefficient, can be attached to the heat exchanger tube.
  • the surface of the heat exchanger tube can have a meandering shape or the shape of a snow crystal, at least in some areas. In this way, the surface can be increased so that cooling and/or heating speeds can be increased.
  • the heating/cooling system lines can have lines that are filled with a heat exchange medium or can be filled with a heat exchange medium.
  • the heating/cooling system can be connected to an external heating and/or cooling source for this purpose.
  • the external heating and/or cooling source can cool or heat a heat exchange medium and introduce the heat exchange medium into the lines provided on the container and remove the heat exchange medium again after the heat exchange medium has passed through the lines.
  • the heating/cooling system can have an inlet connection for this purpose. and an output connection.
  • the heating/cooling system can additionally or alternatively comprise a cooling device and/or heating device arranged on the container for heating and/or cooling the heat exchange medium and/or the container and/or the container interior.
  • the heating/cooling system can be designed such that the container and/or the container interior is heated or cooled such that a material mixture that can be filled into it can be brought from a solid state into a liquid state by heating and/or can be brought from a liquid state into a solid state by cooling.
  • the heating/cooling system can be designed such that the container and/or the container interior can be heated or cooled to a temperature that corresponds to the temperatures specified above, in particular those dependent on the material.
  • the heating and/or cooling system can comprise heating elements for heating the interior of the container by means of induction or microwaves.
  • the heating elements can be coupled in electromagnetically by means of induction or microwaves.
  • the heating elements can also be designed as a layer that can be coupled in magnetically. Heating elements can be arranged between the support structure and the separating layer. The heating elements can be arranged in the separating layer.
  • the heating and/or cooling system can be designed as an electrical heating system with heating wires.
  • the heating wires can run between a separating layer and the support structure and/or run in the support structure and/or lie against it and/or run in the separating layer and/or lie against it.
  • the container may have a battery or accumulator connected to the heating wires.
  • the heating and/or cooling system can be designed as a chemical heating medium.
  • the heating and/or cooling system can in particular be designed as a heating powder or heating gel, which is used to heat the container interior by means of a exothermic reaction.
  • the heating and/or cooling system can be arranged in an intermediate layer between the support structure and the separating layer or in the separating layer and/or in a thermal insulation layer.
  • the container can have at least one receiving device for automatic material flow systems.
  • the container can have a receiving device for receiving in magazines for die casting.
  • the receiving device can be arranged on an outside of the container, preferably on the support structure. Additionally or alternatively, the container can have stacking feet for stacking in transport racks. The container can also have one or more receiving devices for manual or robot-assisted, safe lifting of individual or multiple containers and/or for safe transport on pallets. The container preferably has a substantially flat and/or level top and/or bottom for simplified stacking. The container can also have lashing eyes for safe transport and/or hooks and/or eyes for locking into transport systems.
  • the application also relates to a material cartridge for preserving a material mixture.
  • the material cartridge can be produced in particular by a method as described above.
  • the material cartridge is suitable both for a material mixture in the form of a hot metal melt and for the solid form of the material mixture, in the form of a cooled, solidified metal melt.
  • the material cartridge comprises a container according to an embodiment described above.
  • the material cartridge further comprises a material mixture, preferably in liquid or solid form, in particular a liquid or solidified metal melt, and preferably a protective gas arranged in the container.
  • a material mixture preferably in liquid or solid form, in particular a liquid or solidified metal melt, and preferably a protective gas arranged in the container.
  • the material cartridge can be designed such that the container interior is completely filled with material mixture, in particular at least 95% of the container interior, preferably at least 99% of the container interior, particularly preferably at least 99.9% of the container interior is filled with material mixture.
  • a material cartridge can be understood as a closed container filled with a solid or liquid pure substance and/or a solid and/or at least partially liquid material mixture.
  • a material cartridge can be an alloy cartridge.
  • An alloy cartridge typically comprises a container and a metallic alloy contained therein. The alloy can be in a liquid and/or solid state.
  • the material cartridge can also be a molding material/binder cartridge.
  • a molding material/binder cartridge comprises a container and a non-metallic mixture of molding materials with binder filled therein.
  • the present application furthermore includes a method for producing a cast product from a material mixture.
  • the material mixture is taken in particular from at least one material cartridge according to the above description.
  • the material mixture preferably a metal melt, can be poured from the material cartridge into a casting mold.
  • the container can be emptied at least partially, preferably into a casting mold, by increasing the pressure in the container, preferably by introducing protective gas into the container and/or by minimizing the receiving volume of the container, for example by means of a slide valve.
  • the container can also or preferably alternatively be opened destructively. For example, a predetermined breaking point can be created, a hole can be pierced or the container can be locally melted. There can be excess pressure in the container. The container can then empty when it is opened due to pressure equalization.
  • the mold into which the material mixture is poured can be filled with protective gas and/or flushed.
  • the gas pressure in the mold can be reduced, preferably in such a way that a vacuum of preferably a maximum of 100 mbar, particularly preferably a maximum of 10 mbar, very particularly preferably a maximum of 1 mbar, prevails in the mold.
  • the mold can also be first flushed with a protective gas and then a vacuum can be set.
  • the material mixture of a single material cartridge is used per casting cycle.
  • the material mixture of a single material cartridge can also be used per cast part.
  • several cast products can be cast from one material cartridge. For this purpose, an opening in the container can be closed between the castings.
  • multiple containers can be used for serial casting by using a pouring basin or in parallel by using multiple pouring openings.
  • the pouring basin can form a reservoir on the top of the mold from which the melt flows into the mold. This means that several transport containers can be emptied into the basin one after the other without interrupting the mold filling process, as the basin acts as a buffer while the transport containers are being changed.
  • several filling openings can be provided so that, for example, two pouring spoons can be emptied into the mold at the same time.
  • the material cartridge can be heated before casting, preferably by radiation, convection, conduction, microwave, induction and/or electrical heating systems. For this purpose, it can be placed in an external heating device and/or heated by a heating system integrated in the material cartridge
  • the warming device can heat the container from the outside via radiation, for example by means of heating coils.
  • the container can be heated from the outside through the container by means of convection (hot gas).
  • the container can be designed in such a way that it conducts heat well, in particular by using materials that conduct heat well, such as copper, aluminum, steels (in particular hot-work steels).
  • the container is preferably designed in such a way that it can withstand temperatures of up to 1600 degrees Celsius, at least up to 750 degrees Celsius, at least until the end of an emptying process.
  • the heating device can heat the container and its interior via conduction (heat bath).
  • the container can be designed in such a way that it conducts heat well, in particular by using materials that conduct heat well, such as copper, aluminum, steels (in particular hot-work steels).
  • the container is preferably designed in such a way that it can withstand temperatures of up to ... degrees Celsius at least until the end of an emptying process.
  • the heating device can heat the container and/or the interior of the container using electromagnetic fields (microwaves or induction).
  • the container can be permeable to electromagnetic fields or, in the case of a poorly coupling alloy to be melted, can have a well-coupling inner coating which heats the alloy to be melted via thermal conduction and, once the alloy to be melted is liquid, via convection.
  • the present application further relates to a cast product that was produced according to a method described above.
  • the features described above can be transferred to the cast product.
  • the container of the material cartridge can be reused.
  • the container can be returned after casting so that it can be refilled with the material mixture, preferably the same material mixture.
  • the parts that have come into contact with the material mixture can be Parts of the container can be exchanged so that the container can be used for a different alloy. Wear parts damaged by contact can be replaced and reused.
  • the inner separating layer can be at least partially removed after the material cartridge has been used.
  • a new separating layer can be at least partially reinserted into the container.
  • the area of the opening can also be repaired and/or replaced.
  • an area can be provided that has been destructively opened. This area can be removed and provided with a new lid. Parts of the at least destroyed lid can be reused.
  • valves can be reused.
  • the support structure can be separated from an inner, wear insert for reuse.
  • the wear insert can be provided in the interior of the container.
  • a heating/cooling device if the container comprises one, can be separated from the container and reused.
  • the heating/cooling device is preferably modular.
  • the heating/cooling device can be detachably connected to the container.
  • a destroyed opening in the container can be repaired, for example by replacing a broken opening unit with a new unit with an intact opening.
  • destructive opening systems can also be used in the reusable system.
  • the container can be crushed to a small volume and then disposed of/recycled.
  • alloys can represent a defined mixture of different metals and non-metals.
  • the described embodiments of the invention can therefore be transferred analogously to the use of defined mixed sand-binder systems, as used in the foundry industry. These also degrade under certain conditions and are therefore mixed in many cases shortly before use.
  • the use of sand-binder mixtures with controlled properties can offer process-related advantages by avoiding degradation.
  • the described embodiments can also be applied to additives in the foundry industry, which usually have to be mixed on site in the foundry shortly before use, since they are subject to temporal degradation due to contact with the ambient air.
  • the container can be arranged in an automated manner, for example by means of an industrial robot, in a bell of a filling device.
  • a lid to be described in more detail, can be arranged next to the filling device.
  • the bell can be sealed gas-tight after the container and lid have been positioned.
  • the bell can have a line for introducing protective gas. In this way, a protective gas atmosphere can be set in the bell.
  • the container can be flushed with protective gas.
  • the bell can comprise a further line via which the material mixture, preferably a defined molten metal, can be introduced into the container. After the material mixture has been filled in, the container can be sealed gas-tight with the lid. The protective gas atmosphere in the bell can then be removed.
  • the container can be arranged under a gas nozzle. Inert gas can be introduced into the container through the gas nozzle, at least partially displacing any air contained in the container.
  • the container is then arranged at a material mixing tank, for example under an alloy tank, so that the material mixture can be filled into the container.
  • the container can then be arranged at another station where the container is sealed gas-tight.
  • FIG 1 A possible embodiment of a material cartridge 1 is shown.
  • the material cartridge comprises a container 10 with a pot-shaped support structure 101, which forms a container interior 102.
  • the support structure 101 of the Figure 1 has a circular base surface 103 and side walls that are curved outwards accordingly, so that the support structure has the shape of a hollow cylinder that is open at the top.
  • the support structure 101 comprises, for example, graphite, aluminium oxide, zirconium oxide and/or boron nitride, glass, for example silicate glass, borate glass, borosilicate and/or phosphate glasses. Additionally or alternatively, the support structure comprises tinplate, steel (structural steel), stainless steel, iron, iron-based materials and/or nickel-based materials and/or tungsten (formed using powder metallurgy).
  • the container comprises a lid 105 which has an upwardly facing container opening 106 is sealed gas-tight.
  • the lid 105 is designed as a plug that seals the container opening 106 with friction.
  • the container lid 105 has the shape of a truncated cone that tapers downwards.
  • the container opening has a side wall 107 that is inclined relative to the vertical L and corresponds to the shape of the container opening 106.
  • the lid 105 seals the container opening 106 by means of a press fit.
  • the container interior 102 is lined with a separating layer 104.
  • the separating layer is designed as a ceramic separating layer and comprises boron nitride, Teflon, titanium nitride, graphite, silicone-containing separating agents, mineral oil-containing agents, wax-containing agents and/or separating substances comprising R-polysiloxanes.
  • the separating layer 104 is heat and cold resistant and protects the support structure 101 from thermal influences.
  • the container 10 is partially filled with a material mixture 108, in the present example with a steel alloy. Furthermore, a protective gas 109, in the present case argon, is arranged in the container interior 102.
  • a predetermined breaking point 110 is provided in the area of the bottom surface 103 of the container 10.
  • a material thickness of the support structure is reduced, so that the predetermined breaking point 110 has a thickness that is at least 20 percent reduced, preferably at least 30 percent reduced, particularly preferably at least 50 percent reduced, compared to the side wall and/or the further bottom surface.
  • the container can be opened destructively at the predetermined breaking point 110, for example by piercing.
  • the area of the predetermined breaking point is essentially circular.
  • the material thickness of the predetermined breaking point 110 decreases continuously from an outer circular area to a circular center 111 of the predetermined breaking point 110, so that the circular center 111 forms the area of the smallest material thickness.
  • the predetermined breaking point 110 can have a different shape.
  • a sudden decrease in the material thickness can be provided.
  • the support structure 101 has, except in the area of the predetermined breaking point 110, a material thickness of at least 1 mm, preferably at least 2 mm, particularly preferably at least 5 mm.
  • the support structure 101 has, except in the area of the predetermined breaking point 110, a material thickness of at most 20 mm, preferably at most 10 mm, particularly preferably at most 6 mm. In the area of the predetermined breaking point 110, in particular in the area of the smallest material thickness of the predetermined breaking point 110, i.e.
  • the support structure has a material thickness of at least 0.5 mm, preferably at least 1 mm, particularly preferably at least 2.5 mm and/or a material thickness of at most 10 mm, preferably at most 5 mm, particularly preferably at most 3 mm.
  • the container 10 may include a heating and/or cooling system for heating and/or cooling the container interior 102.
  • the material cartridge is in accordance with Fig. 1 (a) shown, wherein the separating layer 104 comprises heating elements 112 for heating the interior of the container by means of induction or microwaves.
  • the heating elements 112 can be coupled electromagnetically by means of induction or microwaves.
  • the heating elements 112 are shown as an example in an enlargement of a section of the separating layer 104.
  • the material cartridge is in accordance with Fig. 1 (a) shown, wherein the material cartridge comprises a line system.
  • lines 113 are integrated into the support structure 101, here into the container wall and the container base 103.
  • the lines 113 have connections (not shown) via which a heat exchange medium can be pumped into the lines 113 and pumped out again.
  • the material cartridge can further comprise a heating-cooling device.
  • the heating-cooling device can comprise the heat exchange medium.
  • the heating-cooling device can be designed such that it can heat and/or cool the heat exchange medium, for example by means of gas or electricity.
  • the heating-cooling device can have a pump to convey the heat exchange medium through the lines 113.
  • the material cartridge is in accordance with Fig. 1 (a) shown, wherein the material cartridge comprises a line system in the form of a heat exchanger tube 114 protruding into the container interior 102.
  • the heat exchanger tube 114 has connections (not shown) via which a heat exchanger medium can be pumped into the heat exchanger tube 114 and pumped out again.
  • the material cartridge can further comprise a heating-cooling device.
  • the heating-cooling device can comprise the heat exchanger medium.
  • the heating-cooling device can be designed such that it can heat and/or cool the heat exchanger medium, for example by means of gas or electricity.
  • the heating-cooling device can have a pump to convey the heat exchanger medium through the heat exchanger tube 114.
  • the material cartridge is in accordance with Fig. 1 (c) shown, wherein the line system further comprises a heat exchanger tube 114 projecting into the container interior 102 according to Figure 1 (d)
  • Line system 113,114 has connections (not shown) via which a heat exchange medium can be pumped into the lines 113 and the heat exchanger tube 114 and pumped out again.
  • the material cartridge can further comprise a heating-cooling device.
  • the heating-cooling device can comprise the heat exchange medium.
  • the heating-cooling device can be designed such that it can heat and/or cool the heat exchange medium, for example by means of gas or electricity.
  • the heating-cooling device can have a pump to convey the heat exchange medium through the heat exchanger tube 114 and the lines 113.
  • Fig. 1 (f) the material cartridge is in accordance with Fig. 1 (a) shown, wherein the container 10 comprises a heating and/or cooling system for heating and/or cooling the container interior 102.
  • the heating and/or cooling system is designed as an electrical heating system with heating wires 115 which are embedded in the support structure.
  • the heating wires can additionally or alternatively run between the separating layer 104 and the support structure 101 and/or be embedded in the separating layer.
  • the material cartridge according to Fig. 1 (f) can be connected to an external power supply, for example by having a power plug, or can include a battery and/or a rechargeable battery (not shown) with which the heating/cooling system can be operated.
  • the material cartridges of the Figs. 1 (a) to 1 (f) can have a chemical heating medium in addition to or as an alternative to the heating-cooling systems described.
  • This can be designed in particular as a heating powder or heating gel and can be activated to heat the interior of the container by means of an exothermic reaction.
  • the chemical heating medium is preferably arranged in an intermediate layer between the support structure 101 and the separating layer 104.
  • the material cartridges of the Figs. 1 (a) to 1 (f) may comprise a thermocouple arranged in a protective tube for monitoring the temperature inside the container.
  • the thermocouple may also be arranged in the separating layer.
  • the containers 10 of the Figures 1 (a) to 1 (f) can have at least one receiving device for automatic material flow systems.
  • the respective container 10 can have a receiving device for receiving in magazines for die casting.
  • the receiving device can be arranged on an outside of the container, preferably on the support structure 101. Additionally or alternatively, the container can have stacking feet for stacking in transport positions.
  • the container 10 can also have one or more receiving devices for the manual or robot-assisted, safe lifting of individual or multiple containers 10 and/or for safe transport on pallets.
  • the container 10 preferably has a substantially flat and/or level top and/or bottom for simplified stacking.
  • the container can also have lashing eyes for safe transport and/or hooks and/or eyes for locking into transport systems.
  • the Figures 2 (a) and 2 B) each show a material cartridge 1, which essentially corresponds to the material cartridge of the Figure 1 (a)
  • the material cartridge of the Figure 2 may also include some or all of the features, in particular the features relating to the heating/cooling systems, of the Figures 1 (b) - 1 (f) exhibit.
  • the lid 105 of the container 10 of the Figure 2 (a) comprises a valve 201, preferably designed as a gas valve.
  • Protective gas can be introduced into the container interior 102 and/or discharged via the valve 201.
  • Air can be pumped out of the container interior 102 through the valve 201.
  • the valve 201 has a valve actuator 202 and is designed as a cylinder valve for rotation. Other valves can also be provided to introduce protective gas and/or air into the container 10 and/or remove it.
  • the container of the Figure 2 (b) comprises a lid 105 which is attached to the container by means of knurling and thus closes the container opening 106 in a gas-tight manner.
  • the lid 105 has a two-way valve 203.
  • Protective gas can be introduced into the container interior 102 and/or discharged via the valve 203.
  • air can be pumped out of the container interior 102 via the valve 201.
  • the support structure of the container comprises holding devices 204 as a receiving device in order to improve the transportability of the container or the material cartridge.
  • the Figure 3 shows a material cartridge comprising a container 10 with a lid 105.
  • the essential features of the container 10 of the Figure 3 correspond to those of the previous figures.
  • the lid 105 and a container base 105' are attached to the container side walls by means of flanging.
  • the support structure 101 of the container as well as the lid 105 and the base 105' are made of sheet metal.
  • the lid 105 and the base 105' have gas-tight joints 301 with respect to the container side walls.
  • the material mixture 108 fills at least 95%, preferably at least 99%, particularly preferably 99.9% of the container interior 102.
  • the container interior 102 comprises a protective gas residue which fills a maximum of 5%, preferably a maximum of 1%, particularly preferably a maximum of 0.1% of the container interior volume.
  • the Figure 4 shows a material cartridge comprising a container 10 with a lid 105.
  • the essential features of the container 10 of the Figure 4 correspond to those Figure 1 to 2 , wherein the lid 105 of the container of the Figure 4 the opening 106 of the container 10 is closed with a material bond.
  • the support structure 101 and the lid 105 are made of steel.
  • the lid 105 has a centering shoulder 401 which rests against the outer wall of the container.
  • the lid 105 can be centered on the opening when placed on the container opening 106 to close the container.
  • the lid 106 is welded to the support structure 101 in such a way that the opening 106 of the container 10 is closed by the Weld seam 402 is sealed gas-tight.
  • the Figure 5 shows a material cartridge 1 with a container according to Figure 4 .
  • the material cartridge of the Figure 5 further comprises an outer pot 501, which is hollow-cylindrical in shape and has an opening 502 on its upper side for receiving the container according to Fig.4
  • the outer pot 501 comprises an intermediate layer 503, which is arranged in the side walls of the hollow cylinder of the outer pot 501.
  • the intermediate layer can be designed as a heat insulation layer.
  • the intermediate layer can comprise a heating powder for heating the container.
  • the heating powder can carry out an exothermic reaction after activation, so that the container 10 is heated.
  • An opening 504 is provided on an underside of the outer pot 501.
  • This lower opening 504 of the outer pot 501 can be closed with a lid 505.
  • the lid 505 can, for example, be screwed into the opening 504.
  • the lid serves in particular as a protective lid to protect the predetermined breaking point 110 from damage and/or as protection against heat/thermal stress caused by hot material
  • Figure 6 shows a single casting process with a material cartridge 1 according to Figure 2 (a).
  • the material cartridge 1 is placed in a piercing device 601 in a direction indicated by the arrow 603.
  • the piercing device 601 comprises a piercing mandrel 602 which pierces the predetermined breaking point 110 of the material cartridge.
  • a protective gas source is connected to the valve 201 so that protective gas, indicated by the arrow 604, is injected into the container interior 102 via the valve 201.
  • This increases the pressure in the direction 605 in the container 10 so that the material mixture 109 contained in the material cartridge 1 is introduced through an opening in the piercing mandrel 602 into a sprue 607 of a casting mold 606.
  • the controlled injection of the protective gas means that the material cartridge is emptied evenly, and air turbulence at the sprue is reduced or even prevented.
  • the direction of flow of the material mixture is shown schematically by the arrow 611.
  • the piercing mandrel preferably seals gas-tight with the pierced opening in the container, so that the material mixture does not come into contact with the ambient air when it is introduced into the mold, or only comes into contact with it to a small extent.
  • the piercing device is connected as tightly as possible to the casting mold so that the material mixture does not come into contact with ambient air or only comes into contact to a small extent.
  • the protective gas injected via the valve 201 causes the material mixture to be transported through a pouring runner 608 of the casting mold 606 into a casting cavity 609 of the casting mold 606. Air contained in the casting cavity, or in the case of a casting mold flushed with protective gas, the protective gas contained therein, shown by the arrows 612, can escape through degassing holes 610.
  • the casting cavity 609 can thus be filled in a controlled manner with material mixture 109 from the material cartridge 1 by controlled injection of the protective gas via the valve 201.
  • Fig.7 shows a single casting process, which in its essential features is similar to that of the Fig.6 , whereby a pouring basin 701 enables a serial application of material cartridges 1.
  • the piercing device 603 of the Fig.7 has a compared to the piercing device of the Figure 6 higher lateral guidance. This allows the material cartridge 1 to be better supported along its side surface.
  • Above the sprue 607 the mold 606 of the Figure 7 a pouring basin 701 for buffering the material mixture. In this way, a material cartridge 1 can be changed without air getting into the pouring runner 608 during a pouring process and thus affecting the quality of the cast part.
  • the required amount of material mixture for casting a cast part i.e.
  • the material cartridge 1 is compressed by means of a slide 702 in the direction of the arrow 703.
  • the volume in the container interior 102 is thus reduced and material mixture 109 is pressed through the opening in the piercing mandrel 602 into the pouring basin.
  • the material mixture 109 flows from the pouring basin through the pouring runner 608 into the pouring cavity 609, from which contained gases can escape through degassing holes 610, as already explained with regard to Figure 6 described.
  • Figure 8 shows a material cartridge magazine 801 for holding several material cartridges 1.
  • four material cartridges 1 are arranged in the material cartridge magazine 801, of course, depending on the mold and application, different numbers of material cartridges 1 are possible.
  • the material cartridges 1 correspond to a material cartridge 1 described above.
  • the material cartridge magazine 801 comprises vertically movable Separating floors 802 on which material cartridges can be arranged and transported in a vertical direction.
  • the material cartridges 1 of the above drawings are rotated 90 degrees anti-clockwise so that the predetermined breaking point 110 points to the right.
  • the material cartridges are arranged one above the other, one per movable floor 802 in the material cartridge magazine 801.
  • a material cartridge 1 which is located at the level of a pouring opening 803, is pushed by a pressure stamp 804 in a horizontal direction to the right against a stop.
  • the pressure stamp 804 preferably runs in a guide 805. After the material cartridge 1 has stopped on a projection of the material cartridge magazine 801 or an emptying device, the pressure stamp 804 is moved further to the right so that the material cartridge is compressed. By compressing the material cartridge, the volume inside the cartridge is reduced, so that the internal pressure increases and the predetermined breaking point 110 is broken open.
  • a piercing mandrel 602 or a similar piercing device 601 can be provided to open the predetermined breaking point 110.
  • an ejection flap 806 can be opened so that the material cartridge falls out of the emptying device 807.
  • the pressure stamp 804 moves back to the left starting position.
  • the vertically movable bases 802 move another material cartridge down to the height of the pouring opening 803 so that the pressure stamp 804 can move it to the right again at night for emptying and then compress it.
  • Automated casting can be simplified in this way.
  • Figure 9 shows a casting process in which material mixtures are taken from two material cartridges in parallel in order to introduce them into a single casting cavity 609 of a casting mold 606.
  • the material cartridges 1 correspond to those of the Figure 2 (a) .
  • the features of the casting device of the Figure 6 and the corresponding process sequence are analogous to the casting device of the Figure 9 transferable, whereby two material cartridges 1 are emptied at the same time.
  • FIG 10 shows a filling device 901 and a closing station 912.
  • the Filling device 901 is movable in the vertical direction.
  • the filling device 901 comprises a material mixing tank 902 in which material mixture 109, for example a metal alloy, is arranged.
  • the material mixture 109 is in liquid form.
  • the material mixing tank 902 of the Figure 10 has a lid 903 that seals an interior of the material mixing tank 902 in a gas-tight manner. This ensures that the material mixture 109 contained therein comes into contact with ambient air as little as possible and thus reduces degradation.
  • the material mixing tank 902 can alternatively have no lid 903 or a lid 903 that is not or cannot be closed in a gas-tight manner.
  • the filling device 901 is moved to an upper position so that a container can be arranged under the filling device 901.
  • a container 10 according to one of the above embodiments is arranged under the material mixing tank 902.
  • the filling device 901 is moved to a lower position.
  • the container opening 106 points upwards towards the material mixing tank 902.
  • a filling pipe 904 of the material mixing tank 902 extends into the container interior 102 and connects the material mixing tank interior to the container interior 102.
  • the filling device 901 comprises a bell 905 which seals a space 906 between the container 10 and the material mixing tank 902 in a gas-tight manner.
  • Protective gas shown by the arrow 908 as an example, is introduced via a gas line 907 which runs through a side wall of the bell 905 and extends into the container 10, so that the container interior 102 is flushed with protective gas. Air can be displaced and/or pumped out in the direction of the arrow 908' via another or the same line 907. A protective gas atmosphere can thus be set in the interior 906 of the bell 905.
  • a vertically movable plug 909 closes an outlet opening 910 of the material mixture tank 902. If the plug 909 is moved upwards, the outlet opening 910 is released and the liquid material mixture 109 exits through the filling pipe 904 and is introduced into the container interior 102. In this way, a filling process can be controlled by the plug movement.
  • the filling device is moved upwards.
  • the container filled with material mixture 109 is brought, for example via a conveyor belt 911, to a closing station 912, shown by the arrow 913.
  • the closing station 912 comprises a vertically movable holding device 914 for a lid 105.
  • a lid 105 is arranged in the holding device 914.
  • the container 10 filled with material mixture 109 is arranged under the holding device 914.
  • the holding device 914 is moved downwards and the opening 106 of the container 10 is closed gas-tight with the lid 105.
  • the closing station 912 can, for example, comprise a press-in stamp 915 which presses the lid 105 into the container opening 106.
  • the lid 105 can be otherwise connected gas-tight to the container opening 106 at the closing station.
  • the lid 105 can be welded or clamped. Particular reference is made to the above statements in the general description section.
  • protective gas can be injected into the material cartridge again and/or air can be pumped out.
  • the material cartridge 1 is cooled so that the material mixture 109 solidifies in it.
  • the material cartridge 1 can be stored.
  • the material cartridge 1 can also be taken directly to a casting station.
  • the filling device and the closure station can be arranged in a gas-tight sealable space 916.
  • a protective gas atmosphere can be set in the space 916 so that degradation of the material mixture during transport to the closure station is avoided or even prevented.
  • the Figures 11 to 13 show further embodiments of material cartridges 1.
  • the material cartridges 1 described therein can, for example, be produced in a single casting process according to Figure 6 or 7 , in a material cartridge magazine according to Figure 8 , a casting process according to Figure 9 or in a filling facility in accordance with Figure 10 be used.
  • Figure 11 shows a material cartridge 1, which in its essential features corresponds to the material cartridges 1 described above.
  • the cover 105 of the material cartridge 1 of the Figure 11 is connected to the support structure by means of clamps 1001 in order to seal the container interior 102, in particular the container opening 106, in a gas-tight manner.
  • the material cartridge 1 of Figure 11 (a) is almost completely filled with a material mixture 109.
  • the material cartridge 1 comprises a vertically movable inner slide 1002 with an actuator rod. In the Fig. 11 (a) the inner slide 1002 is arranged in an uppermost position. In Fig. 11(b) The inner slide 1002 is opposite the Fig. 11 (a) shown in a downward shifted position.
  • the material cartridge 1 is immersed with an opening 1003 in a liquid material mixture 109 or placed on a filling nozzle directly above the liquid material mixture 109.
  • the inner slide 1002 is then pulled upwards from a lowest position. This creates a negative pressure in the container interior 10 and the material cartridge 1 is filled with material mixture 109. the material cartridge 1 fills.
  • the material cartridge 1 can be closed with a locking slide 1004. To empty it, the locking slide 1004 is moved horizontally so that the opening 1003 is opened again.
  • the inner slide 1002 can be pressed downwards from the uppermost position so that the material mixture 109 is pressed through the opening 1003.
  • Figure 12 shows a material cartridge 1, which in the essential features of the material cartridge 1 of the Figure 1 (a) or one of the following material cartridges 1.
  • the material cartridge 1 of the Figure 12 a lower opening 1003, which in the Figure 12 (a) is closed by a melting plate 1101.
  • the lower opening 1003 is open.
  • the melting plate comprises the same material as the material mixture 109 or a higher-melting material mixture of the same base material (for example, high-melting aluminum alloy as melting plate 1101 with a low-melting aluminum alloy as content) or another base material (Iron base in aluminum material mixture).
  • the melting plate 1101 melts at a melting temperature and becomes soft or liquid.
  • the melting plate is destroyed by the internal pressure of the cartridge, so that the opening 1003 is virtually pressed open. Melting/opening when the material mixture 109 is filled into the material cartridge 1 can be prevented or reduced by actively cooling the cartridge in this area or by quickly cooling the entire cartridge. Sealing in the solid state is achieved by internal pressure.
  • the internal pressure can correspond to the values described above for filling using overpressure.
  • the material cartridge 1 can be cleaned by melting out material residues and then reused.
  • the melting plate 1101 can be inserted before filling.
  • the production of the material cartridge 1 corresponds to the production of one of the material cartridges described above.
  • a melting plate as in Figure 12 described can be combined with the material cartridges 1 or features thereof described above.
  • Figure 13 shows a material cartridge 1, which can be designed analogously to the material cartridges 1 described above.
  • the material cartridge 1 of the Figure 13 comprises a lower opening 1003 with a plate closure 1201.
  • the plate closure 1201 has two plates 1201' and 1201" arranged one above the other.
  • the plate closure 1201 can have a different number of plates, preferably a maximum of ten, particularly preferably a maximum of five plates, very particularly preferably a maximum of one plate.
  • the closure plates 1201' and 1201" are inserted before the container 10 is filled with a material mixture 109.
  • the filling process with material mixture 109 corresponds to one of the filling processes described above with regard to the other material cartridges 1.
  • the uppermost closure plate, here 1201' typically has a separating layer analogous to the separating layer 104 in the container interior. on.
  • the material cartridge 1 can be placed on a pressing device 601. As in Figure 13 (b) As shown, a piercing mandrel moves the plates 1201' and 1201", so that the opening 1003 is released and material mixture 109 can exit.
  • the material cartridge 1 By melting out material residues, the material cartridge 1 can be cleaned and then reused.

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Description

  • Die vorliegende Anmeldung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Materialpatrone zum Konservieren einer gegenüber Luft korrosionsanfälligen Materialmischung, insbesondere einer Metallschmelze oder eines oder mehrerer Metallfestkörper.
  • Ferner betrifft die vorliegende Anmeldung einen Behälter zur Anwendung in einem derartigen Verfahren zum Herstellen einer Materialpatrone sowie die hergestellte Materialpatrone, umfassend den Behälter.
  • Des Weiteren betrifft die Anmeldung ein Verfahren zum Herstellen eines Gussproduktes unter Verwendung der Materialpatrone sowie ein entsprechendes Gussprodukt.
  • US 2002/000303 A1 betrifft die Herstellung von Leichtmetallgußstücken aus Magnesium oder Magnesiumlegierungen. Die Herstellung umfasst das Zuführen eines flüssigen Metalls zunächst in eine Dosierkammer; das Einpumpen von Gas unter Druck in die Dosierkammer um das flüssige Metall in ein zuvor evakuiertes Formnest zu pressen; das Durchführen eines Herstellungsprozesses innerhalb eines von außen druckdicht verschlossenen Systems; das Erhitzen des flüssigen Metalls in einem unteren Teil einer Schmelzvorrichtung, die an ein Zuführsystem anschließt; das Überhitzen des flüssigen Metalls von einem Schmelzzustand mit einer Temperatur von etwa 630° C in einen Erstarrungszustand an einer Werkzeugseite zu einem unteren Bereich eines Ventilsitzes; und Zuführen und Abziehen eines Schutzgases durch ein Differenzdrucksystem.
  • EP 3 246 114 A1 betrifft eine Niederdruckgießvorrichtung umfassend einen Kern, der zusammen mit einer Form einen Hohlraum bildet, und einen Trockner mit reduziertem Druck, der zum Trocknen des Kerns unter reduziertem Druck konfiguriert ist. Der Kern wird in der Form angeordnet, die Form wird geschlossen, der Kern wird unter reduziertem Druck getrocknet, und anschließend wird der Hohlraum mit geschmolzenem Metall gefüllt.
  • CN 107 866 546 A betrifft ein Verfahren zum Differenzdruckgießen umfassend die folgenden Schritte: Entwerfen eine hohlen Struktur mit einer Wandstärke von 4 mm, Unterziehen einer Aluminiumlegierung einer Zwei-Phasen-Behandlung, Gießen eines Sandkerns in eine Sandkernform. Der gegossene Sandkern wird in eine Unterdruck-Differenzdruck-Gießform gegeben, eine metamorphe Aluminiumlegierungsflüssigkeit wird durch einen Unterdruck-Differenzdruck-Gießprozess geformt, der Sandkern wird nach dem Formen entfernt, und ein halbfertiges Produkt eines hohlen Fahrzeugrahmens wird erhalten. Das Halbzeug wird einer Wärmebehandlung mit steigender Temperatur unterzogen.
  • In verschiedensten Anwendungsgebieten, insbesondere im Gießereiwesen, werden Materialmischungen verwendet, die mit Luft reagieren. Insbesondere bei hohen Anforderungen an Materialeigenschaften sind definierte Materialmischungen, beispielsweise Legierungen, unumgänglich. Reaktionen der definierten Materialmischungen mit Bestandteilen der Luft führt zu sich ändernden Zusammensetzungen der Materialmischungen, was zu Qualitätseinbußen zur Folge hat.
  • Diese Problematik ist insbesondere im Gießereiwesen, im Besonderen bei der Verwendung von Legierungen, vorherrschend.
  • Die Prozesse werden hier typischerweise auf genau definierte Legierungen mit vorbestimmten Materialanteilen ausgelegt. Diese definierte Legierung wird dann in mehreren Prozessschritten, die mit Transportschritten verbunden sind, hergestellt. Dafür werden die festen Legierungsbestandteile vorgewärmt, der Hauptlegierungsbestandteil in einem Schmelzofen geschmolzen und in einem Legierungsofen eine genaue Einstellung der Legierung in einem flüssigen Zustand durch Beimischen der einzelnen Legierungsbestandteile, beispielsweise durch Diffusion oder aktive Vermischung, vorgenommen. Die flüssige Legierung wird anschließend in Transportbehälter umgefüllt und zu einer Abgusseinrichtung verbracht. Dort erfolgt typischerweise ein weiteres Umfüllen in einen Warmhalteofen, der die Legierungsschmelze auf einer gewünschten Gießtemperatur hält. Typischerweise wird die Legierungsschmelze nun chargenweise aus dem Warmhalteofen entnommen, zum Beispiel mittels eines Gießlöffels, zu einer Gießform transportiert, beispielsweise mit einem Roboterarm, und dort in die bereitgestellte Gießform, zum Beispiels eine metallische Dauerform mit eingelegten Sandkernen, eingefüllt.
  • Die Einstellung der Legierungszusammensetzung erfordert daher eine Vielzahl an Mess- und Prüfeinrichtungen und Gießereibetriebe müssen kostenintensive Anschaffungen an Anlagentechnik in Form von Öfen, Transportbehälter, Abgussanlagen und Logistikflächen in Kauf nehmen.
  • Während der Legierungsbereitstellung kommt eine signifikante Oberfläche der Legierung in Kontakt mit der Umgebungsluft. Die Legierung degradiert bei dem Kontakt mit der Umgebungsluft. Austauschprozesse wie Reaktionen von Legierungselementen mit den Bestandteilen der Luft, zum Beispiel Oxidation durch den Luftsauerstoff, Aufnahme von Wasserstoff aus dem in Luft gelösten Wasser oder auch direktes Verdampfen von Legierungselementen in die Umgebungsatmosphäre, führen zu einer sich verändernden Legierungszusammensetzung. Dies kann unter anderem Fehler im Gussprodukt zur Folge haben, wie zum Beispiel niedrigere Festigkeiten, Fehlstellen, Gasblasen, Lunker oder frühzeitige Erstarrung.
  • Ein weiterer Nachteil des Standes der Technik liegt darin, dass eine Lager- und Transportfähigkeit durch die Degradations- bzw. Korrosionsgefahr eingeschränkt ist. Im erhitzten bzw. flüssigen Zustand von Materialmischungen, insbesondere von Legierungen findet die Degradation innerhalb von kurzer Zeit, d.h. Minuten bis Stunden statt. Aber auch in festem, erstarrten Zustand der Materialmischung findet weiterhin eine Degradation statt, die zwar reduziert ist, jedoch signifikante Materialeinbußen, wie oben beschrieben, zur Folge haben kann.
  • Bei der Transportfähigkeit von heißen, flüssigen Materialmischungen, insbesondere Legierungen, beispielsweise Metallschmelzen, kommen zudem Gefahren durch die hohe Wärmekapazität hinzu, die den Transport aufwendig machen, hohe Sicherheitsvorkehrungen erfordern und kosteneffektive und schnelle Prozessabläufe erschweren.
  • Bekannte Transportbehälter haben ferner den Nachteil, dass eine Reinigung nach dem Gebrauch aufwändig ist. Enthaltene Schlackereste in dem Behälter können zu einer Verunreinigung der Materialmischung bei einem erneuten Gebrauch des Transportbehälters führen und damit ebenso Fehler im Endprodukt, beispielsweise im Gussprodukt, hervorrufen.
  • Ein weiterer Nachteil ergibt sich aus dem Verlust von Energie aufgrund von Wärmeabgabe an die Umgebung durch Wärmestrahlung und Konvektion, die durch stetes Warmhalten bzw. Wiederaufheizen oder Überhitzen der Materialmischung, insbesondere einer Metallschmelze, während des Transports und der Bereitstellung der Materialmischung ausgeglichen werden müssen.
  • Ein weiterer Nachteil ergibt sich aus der bekannten Anlagentechnik in Gießereibetrieben, da Mindestmengen an Füllgut benötigen, um sicher zu funktionieren, sodass minimale Chargengrößen vorgegeben sind. Zum Entgegenwirken der zeitabhängigen Degradation der Materialmischung, insbesondere der Metallschmelze, muss ein im Vergleich zu einer Austauschoberfläche deutlich größeres Legierungsvolumen verarbeitet werden, da sich so die Degradation im Verhältnis zur Gesamtmenge verlangsamt. Auch ist eine genaue Einstellung einer Legierung bei kleinen Mengen schwieriger, da man Überdosierungen nicht mehr durch Zugabe von Ausgleichsmaterial ausgleichen kann, und erfordert aufwendigere Anlagentechnik.
  • Die vorliegende Anmeldung hat deshalb die Aufgabe, die oben beschriebenen Problematiken zumindest teilweise zu lösen und eine Materialpatrone sowie ein entsprechendes Verfahren zum Herstellen der Materialpatrone für korrosionsanfällige Materialmischungen, insbesondere Metallschmelzen oder eines oder mehrerer Metallfestkörpers, vorzuschlagen. Ferner kann es Aufgabe der vorliegenden Anmeldung sein, einen Behälter zur Verwendung in dem entsprechenden Herstellungsverfahren vorzuschlagen sowie ein Verfahren zum Herstellen eines verbesserten Gussproduktes.
  • Diese Aufgaben werden gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und durch eine entsprechende Materialpatrone gemäß dem nebengeordneten Anspruch 10. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
  • Das Verfahren zum Herstellen einer Materialpatrone zum Konservieren einer gegenüber Luft korrosionsanfälligen Materialmischung, insbesondere einer Metallschmelze oder eines oder mehrerer Metallfestkörper, kann dabei die folgenden Schritte umfassen.
  • Zunächst wird ein Behälter mit einer Öffnung zum Aufnehmen der Materialmischung bereitgestellt.
  • Vor dem Einfüllen einer Materialmischung in den Behälter wird der Behälter mit einem Schutzgas gespült.
  • Durch die Öffnung des Behälters wird eine Materialmischung, insbesondere eine Schmelze, eingefüllt. Das Einfüllen der Materialmischung in den Behälter erfolgt vorzugsweise unter Luftabschluss, insbesondere in einer Schutzgasatmosphäre.
  • Die Öffnung des Behälters wird nach dem Einfüllen der Materialmischung gasdicht verschlossen.
  • Unter einer Materialmischung ist vorliegend sowohl eine Mischung verschiedener Bestandteile zu verstehen als auch ein Material in seiner Reinform. Insbesondere handelt es sich bei der Materialmischung um eine definierte Mischung verschiedener Bestandteile. Beispielsweise handelt es sich bei der Materialmischung um eine Legierung. Die Legierung umfasst vorzugsweise metallische und/oder nichtmetallische Stoffe. Die Legierung kann einen Hauptbestandteil aufweisen. Der minimale Gewichtsanteil des Hauptbestandteils ist typischerweise materialabhängig. Der Hauptbestandteil kann, insbesondere bei Nickelbasislegierungen, zumindest 40 Gewichtsprozent, bevorzugt zumindest 45 Gewichtsprozent, besonders bevorzugt zumindest 50 Gewichtsprozent der Materialmischung umfassen. Der Hauptbestandteil kann, insbesondere bei Bronzebasislegierungen, zumindest 45 Gewichtsprozent, bevorzugt zumindest 50 Gewichtsprozent, besonders bevorzugt zumindest 60 Gewichtsprozent der Materialmischung umfassen. Der Hauptbestandteil kann, insbesondere Mischungen auf Eisen- oder Aluminiumbasis, zumindest 60 Gewichtsprozent, bevorzugt zumindest 70 Gewichtsprozent, besonders bevorzugt zumindest 80 Gewichtsprozent der Materialmischung umfassen. Die Bestandteile der Materialmischungen sind typischerweise metallischer Art. Zusätzlich oder alternativ kann die Materialmischung Übergangsmetalle umfassen. Die Materialmischung kann beispielsweise Aluminium, Zinn, Stahl, Mangan, Lithium, Scandium, Magnesium, Cobald und/oder Vandium umfassen, wobei es sich um eine nicht abschließende Aufzählung handelt. Materialmischungen auf Aluminiumbasis weisen, neben dem Hauptbestandteil Aluminium, typischerweise zumindest Silizium als nichtmetallischen Bestandteil auf. Diese Materialmischungen sind typischerweise anfällig für Verunreinigungen durch Stickstoff oder Oxide. Materialmischungen auf Eisenbasis weisen, neben dem Hauptbestandteil Aluminium, typischerweise zumindest Kohlenstoff als nichtmetallischen Bestandteil auf. Diese Materialmischungen sind typischerweise anfällig für Verunreinigungen durch Oxide und/oder Nitrat und/oder Nitrite. Materialmischungen umfassend Sand/Bindergemische weisen typischerweise Quarzsand und/oder organische Binderbestandteile, beispielsweise Harze auf Kohlenwasserstoffbasis, auf.
  • Die Materialmischung als Ganzes oder Bestandteile der Materialmischung reagieren typischerweise bei einem Kontakt mit Umgebungsluft mit Bestandteilen der Luft, d.h. sie korrodieren und/oder ändern typischerweise ihre Zusammensetzung. Bei einer Materialmischung in Form einer Legierung degradiert diese typischerweise bei einem Kontakt mit Umgebungsluft.
  • Die Materialmischung kann sowohl in fester als auch in flüssiger Form vorliegen. Die Materialmischung wird typischerweise in flüssiger Form in den Behälter eingebracht. Die Materialmischung wird in dem Behälter Z abgekühlt, sodass sie darin erstarrt in fester Form vorliegt. Die Materialmischung kann in flüssiger Form, insbesondere in Form einer Schmelze, bevorzugt in Form einer Metallschmelze vorliegen. Die Temperaturen der Schmelze können dabei durch die Materialeigenschaften der Materialmischungsbestandteile, insbesondere deren Schmelztemperaturen, definiert werden. Die Materialmischung kann beispielsweise ein Feststoffpulver, beispielsweise umfassend Calcium, umfassen. Diese Materialmischung kann beim Einbringen in den Behälter beispielsweise eine Temperatur von zumindest -196°C, vorzugsweise zumindest -78°C, besonders bevorzugt 20°C aufweisen oder auf diese Temperatur in dem Behälter erhitzt und/oder abgekühlt werden. Diese Materialmischung kann beim Einbringen in den Behälter beispielsweise eine Temperatur von höchstens 1000°C, bevorzugt höchstens 100°C, besonders bevorzugt höchstens 40°C aufweisen oder auf diese Temperatur in dem Behälter erhitzt und/oder abgekühlt werden.
  • Die Materialmischung kann beim Einfüllen alternativ in festem Zustand, beispielsweise als Festkörper oder als Schüttung aus Festkörpern vorliegen. Beispielsweise kann die Materialmischung als zylindrischer "Pressbolzen" aus Aluminium vorliegen. Die Festkörper können zugeschnitten und dann in dem Behälter versiegelt werden. Dies kann den Einfüllvorgang erheblich vereinfachen, da nur ein einmaliger Aggregatswechsel von fest nach flüssig in der Materialpatrone stattfinden würde.
  • Die Materialmischung kann beispielsweise ein Formstoff/Bindermischung, beispielsweise umfassend einen Quarzsand mit organischem Binder, umfassen. Diese Materialmischung kann beim Einbringen in den Behälter beispielsweise eine Temperatur von zumindest -196°C, vorzugsweise zumindest -78°C, besonders bevorzugt 20°C aufweisen oder auf diese Temperatur in dem Behälter erhitzt und/oder abgekühlt werden. Diese Materialmischung kann beim Einbringen in den Behälter beispielsweise eine Temperatur von höchstens 100°C, bevorzugt höchstens 60°C, besonders bevorzugt höchstens 25°C aufweisen oder auf diese Temperatur in dem Behälter erhitzt und/oder abgekühlt werden.
  • Die Materialmischung kann beispielsweise eine Zinnlegierung umfassen. Diese Materialmischung kann beim Einbringen in den Behälter beispielsweise eine Temperatur von zumindest 250°C, vorzugsweise zumindest 280°C, besonders bevorzugt 300°C aufweisen oder auf diese Temperatur in dem Behälter erhitzt und/oder abgekühlt werden. Diese Materialmischung kann beim Einbringen in den Behälter beispielsweise eine Temperatur von höchstens 750°C, bevorzugt höchstens 700°C, besonders bevorzugt höchstens 680°C aufweisen oder auf diese Temperatur in dem Behälter erhitzt und/oder abgekühlt werden.
  • Die Materialmischung kann beispielsweise eine Magnesiumlegierung umfassen. Diese Materialmischung kann beim Einbringen in den Behälter beispielsweise eine Temperatur von zumindest 600°C, vorzugsweise zumindest 620°C, besonders bevorzugt 650°C aufweisen oder auf diese Temperatur in dem Behälter erhitzt und/oder abgekühlt werden. Diese Materialmischung kann beim Einbringen in den Behälter beispielsweise eine Temperatur von höchstens 750°C, bevorzugt höchstens 700°C, besonders bevorzugt höchstens 680°C aufweisen oder auf diese Temperatur in dem Behälter erhitzt und/oder abgekühlt werden.
  • Die Materialmischung kann beispielsweise eine Aluminiumlegierung umfassen. Diese Materialmischung kann beim Einbringen in den Behälter beispielsweise eine Temperatur von zumindest 665°C, vorzugsweise zumindest 680°C, besonders bevorzugt 700°C aufweisen oder auf diese Temperatur in dem Behälter erhitzt und/oder abgekühlt werden. Diese Materialmischung kann beim Einbringen in den Behälter beispielsweise eine Temperatur von höchstens 1000°C, bevorzugt höchstens 800°C, besonders bevorzugt höchstens 750°C aufweisen oder auf diese Temperatur in dem Behälter erhitzt und/oder abgekühlt werden.
  • Die Materialmischung kann beispielsweise eine Kupferlegierung umfassen. Diese Materialmischung kann beim Einbringen in den Behälter beispielsweise eine Temperatur von zumindest 800°C, vorzugsweise zumindest 1000°C, besonders bevorzugt 1100°C aufweisen. Diese Materialmischung kann beim Einbringen in den Behälter beispielsweise eine Temperatur von höchstens 1400°C, bevorzugt höchstens 1300°C, besonders bevorzugt höchstens 1150°C aufweisen.
  • Die Materialmischung kann beispielsweise eine Eisenlegierung umfassen. Diese Materialmischung kann beim Einbringen in den Behälter beispielsweise eine Temperatur von zumindest 1150°C, vorzugsweise zumindest 1200°C, besonders bevorzugt 1250°C aufweisen oder auf diese Temperatur in dem Behälter erhitzt und/oder abgekühlt werden. Diese Materialmischung kann beim Einbringen in den Behälter beispielsweise eine Temperatur von höchstens 1400°C, bevorzugt höchstens 1350°C, besonders bevorzugt höchstens 1300°C aufweisen oder auf diese Temperatur in dem Behälter erhitzt und/oder abgekühlt werden.
  • Die Materialmischung kann beispielsweise eine Eisenlegierung, insbesondere Stahl umfassend, umfassen. Diese Materialmischung kann beim Einbringen in den Behälter beispielsweise eine Temperatur von zumindest 1500°C, vorzugsweise zumindest 1550°C, besonders bevorzugt 1590°C aufweisen oder auf diese Temperatur in dem Behälter erhitzt und/oder abgekühlt werden. Diese Materialmischung kann beim Einbringen in den Behälter beispielsweise eine Temperatur von höchstens 1700°C, bevorzugt höchstens 1650°C, besonders bevorzugt höchstens 1600°C aufweisen oder auf diese Temperatur in dem Behälter erhitzt und/oder abgekühlt werden.
  • Die Materialmischung kann beispielsweise hochschmelzende Stoffe wie Wolfram umfassen. Diese Materialmischung kann beim Einbringen in den Behälter beispielsweise eine Temperatur von zumindest 2000°C, vorzugsweise zumindest 2500°C, besonders bevorzugt 3480°C aufweisen oder auf diese Temperatur in dem Behälter erhitzt und/oder abgekühlt werden. Diese Materialmischung kann beim Einbringen in den Behälter beispielsweise eine Temperatur von höchstens 3600°C, bevorzugt höchstens 3550°C, besonders bevorzugt höchstens 3500°C aufweisen oder auf diese Temperatur in dem Behälter erhitzt und/oder abgekühlt werden.
  • Das Einfüllen der Materialmischung kann in einem Abfüll-Raum vorgenommen werden. Dabei kann der Abfüll-Raum eine Schutzgasatmosphäre aufweisen. Der Abfüll-Raum kann insbesondere gegenüber der Umgebung luftdicht oder im Wesentlichen luftdicht abgeschlossen sein, eine in dem Abfüll-Raum angeordnete Materialmischung nicht oder im Wesentlichen nicht mit Luft in Kontakt kommt. Derart kann beispielsweise ein Einfüllen unter Luftabschluss ermöglicht werden. Dies hat den Vorteil, dass eine Reaktion der Materialmischung mit der Luft vermindert, vorzugsweise verhindert werden kann.
  • In einer Ausführungsform des Verfahrens kann beim Einfüllen der Materialmischung das zuvor eingebrachte Schutzgas verdrängt werden. Dabei kann das zuvor eingebrachte Schutzgas vollständig verdrängt werden, insbesondere zumindest zu 95% verdrängt werden, bevorzugt zumindest zu 99% verdrängt werden, besonders bevorzugt zu 99,9% verdrängt werden. Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass der Behälterinnenraum nach einem gasdichten Verschließen im Wesentlichen ausschließlich mit Materialmischung gefüllt ist, wobei zumindest 95% des Behälterinnenraums, bevorzugt zumindest 99%, besonders bevorzugt zumindest 99,9% des Behälterinnenraums mit Materialmischung gefüllt ist.
  • Zum Abfüllen der Materialmischung in einem Abfüll-Raum kann eine Abfülleinrichtung mit zumindest einem Materialtank in dem Abfüllraum angeordnet sein. Die Abfülleinrichtung kann in dem Materialtank eine bereits definierte Materialmischung enthalten. Die definierte Materialmischung kann dann von der Abfülleinrichtung in den Behälter gefüllt werden. Es ist auch möglich, dass die Abfülleinrichtung verschiedene Materialtanks aufweist und ein Definieren der Materialmischung durch Einfüllen von definierten Mengen des jeweiligen Materials aus dem entsprechenden Materialtank in den Behälter erfolgt. So können die Materialien der Materialmischung erst in dem Behälter gemischt werden.
  • Die Abfülleinrichtung kann auch in einem Abfüll-Raum angeordnet sein, der Luft umfasst. Der oder die Materialtanks können luftdicht abschließbar sein. Der Behälterinnenraum kann über Leitungen der Abfüllvorrichtung mit dem oder den Materialtanks verbunden sein. Es kann vorgesehen sein, dass die Materialtanks mit den Leitungen und dem Behälter einen gegenüber der Umgebung luftdicht abgeschlossenen Raum bilden. In dem im Wesentlichen luftdicht abgeschlossenen Raum kann eine Schutzgasatmosphäre eingestellt werden.
  • Es kann vorgesehen sein, dass eine luftdicht- bzw. gasdicht abschließbare Glocke die Abfüllvorrichtung und/oder den Behälter einschließt. In der Glocke kann eine Schutzgasatmosphäre eingestellt werden.
  • Unter einer Schutzgasatmosphäre kann vorliegend zu verstehen sein, dass ein Schutzgas in einer Umgebung vorherrschend ist und im Wesentlichen die Umgebungsluft verdrängt hat. Eine Schutzgasatmosphäre kann als gegenüber der Materialmischung im Wesentlichen nicht reaktive/inerte gasförmige Umgebung verstanden werden, wobei reaktive Bestandteile nur noch in nicht signifikantem Anteil, insbesondere weniger als 0,1 Volumenprozent, besonders bevorzugt weniger als 0,005 Volumenprozent, ganz besonders bevorzugt 0,001 Volumenprozent, vorhanden sind. Eine Schutzgasatmosphäre kann auch ein Vakuum darstellen.
  • Das Schutzgas kann Argon, Helium, Xenon, Stickstoff, Wasserstoff und/oder Mischungen aus Stickstoff und Wasserstoff umfassen. Das Schutzgas kann auch aus Argon, Helium, Xenon, Stickstoff, Wasserstoff und/oder Mischungen aus Stickstoff und Wasserstoff bestehen.
  • Vor dem Einfüllen der Materialmischung in den Behälter kann eine Oxidschicht und/oder Verunreinigungen des Behälters abgereinigt werden. Vorzugsweise findet das Abreinigen unter Schutzgasatmosphäre bzw. im Vakuum statt.
  • Der Behälter kann mit dem Schutzgas gespült werden. Dazu kann Schutzgas in den Behälter eingebracht, beispielsweise eingedüst werden. Die im Behälter vorhandene Luft kann dabei aus dem Behälter verdrängt werden. Der Behälter kann daraufhin im Wesentlichen gasdicht bzw. luftdicht verschlossen werden. Die Öffnung des Behälters kann beispielsweise durch einen gasdichten Stopfen und/oder Deckel verschlossen werden. So kann gewährleistet werden, dass keine bzw. im Wesentlichen keine Luft in den Behälter eindringt. Der Deckel und/oder Stopfen kann geöffnet werden, um die Materialmischung in den Behälter einzufüllen. Es kann auch vorgesehen sein, dass der Behälter zwischen dem Spülen mit Schutzgas und Einfüllen der Materialmischung nicht verschlossen wird. Das Einfüllen der Materialmischung und das Einfüllen des Schutzgases können durch dieselbe Öffnung des Behälters erfolgen. Es können jedoch auch mehrere Öffnungen vorgesehen sein, durch die das Einfüllen des Schutzgases bzw. der Materialschmelze erfolgt.
    In dem Behälter kann nach dem Einfüllen der Materialmischung und nach dem Verschließen der Öffnung des Behälters ein Überdruck vorherrschen. Der Überdruck kann dabei zumindest 1 bar, vorzugsweise zumindest 2 bar, besonders bevorzugt zumindest 3 bar sein. Der Überdruck kann dabei höchstens 10 bar, vorzugsweise höchstens 8 bar, besonders bevorzugt höchstens 6 bar sein. Ein Überdruck in dem Behälter kann den Vorteil haben, dass ein Entleeren des Behälters gegenüber der Umgebung allein durch einen Druckausgleich möglich ist.
  • Es kann vorgesehen sein, dass bei dem gasdichten Verschließen ein Umgebungsdruck in dem Behälter vorherrscht. Der Behälter und/oder der Behälterinnenraum kann nach dem Verschließen abgekühlt werden. Dies kann zu einem Unterdruck in dem Behälter führen.
  • Das Einfüllen der Materialmischung kann mittels metallostatischem Druckunterschied erfolgen. Das Einfüllen mittels metallostatischem Druckunterschied kann entgegen der Schwerkraft erfolgen. Ein Einfüllen kann im Entnahmebereich eines Legierungsofens erfolgen.
  • Selbstverständlich kann ein Einfüllen der Materialmischung in den Behälter passiv durch Schwerkraft erfolgen.
  • Alternativ kann ein im Behälter vorherrschender Druck gesenkt werden. Derart kann ein Druckunterschied generiert werden, durch den die Materialmischung in den Behälter eingebracht, insbesondere eingedüst, wird. Der Druck in dem Behälter kann dafür gegenüber einem Druck in einem Tank, in dem die einzufüllende Materialmischung vor dem Einfüllen in den Behälter angeordnet ist, abgesenkt werden. Dabei kann beispielsweise der Druck des im Behälter enthaltenden Schutzgases gesenkt werden. Auch ist denkbar, einen Druck der bereits eingefüllten, flüssig vorliegenden Materialmischung, vorzugsweise der Metallschmelze, abzusenken. Im Behälter kann ferner ein Vakuum erzeugt werden.
  • Im Legierungsofen kann ein Druck erhöht werden, sodass ein Druckgefälle gegenüber dem Druck im Behälterinnenraum besteht. So kann Materialgemisch aus dem Legierungsofen in den Behälter eingefüllt werden.
  • Ein Unterdruck kann bei der Einfüllung erzeugt werden und bis zum gasdichten Verschließen aufrecht erhalten werden. Ferner ist es möglich beispielsweise durch ein Ventil einen Unterdruck nach dem gasdichten Verschließen zu erzeugen. So kann erreicht werden, dass in dem verschlossenen Behälter ein Unterdruck herrscht. Dies kann eine Degradation der Materialmischung weiter vermindern.
  • Nach dem Einfüllen der Materialmischung wird Schutzgas in den Behälter eingebracht, um im Behälter enthaltene Luft zu verdrängen, beispielsweise in Form eines Schutzgasstoßes. Das Schutzgas kann vorzugsweise mit einem Überdruck gegenüber dem im Behälter vorherrschenden Druck von mindestens 1 bar, besonders bevorzugt von mindestens 2 bar, ganz besonders bevorzugt von mindestens 4 bar eingebracht werden. Das Schutzgas kann mit einem Überdruck von höchstens 20 bar, besonders vorzugsweise höchstens 10 bar, ganz besonders bevorzugt höchstens 6 bar Überdruck eingebracht wird. Ein Einbringen von Schutzgas in den Behälter mit erhöhtem Druck kann ein Abdampfen von Bestandteilen der Materialmischung, insbesondere ein Abdampfen von Legierungselementen, durch den Gegendruck des Schutzgases vermindern oder im Wesentlichen verhindern.
  • Der Behälter kann nach dem Einfüllen der Materialmischung, insbesondere der Metallschmelze oder des oder der Metallfestkörper, gasdicht verschlossen werden. Die Öffnung des Behälters kann mittels Formschluss und/oder Reibschluss und/oder Stoffschluss verschlossen werden. Die Öffnung kann beispielsweise durch Aufsetzen eines Deckels verschlossen werden. Der Deckel und/oder der Behälter können/kann Dichtungselemente aufweisen. Die Dichtungselemente sind vorzugsweise hitzebeständig, besonders bevorzugt bis zu Temperaturen, die die eingebrachte Materialschmelze aufweisen kann. Der Deckel kann lösbar an dem Behälter befestigt sein, beispielsweise mittels Klemmen und/oder Schellen und/oder Pressen und/oder mittels Sicherungsstiften. Der Deckel kann lösbar und reibschlüssig, beispielsweise mittels schrauben und/oder durch Einpressen eines Stopfens, an dem Behälter befestigt werden.. Der Deckel kann die Öffnung mittels Formschluss, beispielsweise analog einem Kronkorken, verschließen. Die Materialien können dabei derart hitzebeständig gewählt werden, dass sie den oben erwähnten Temperaturen, die die Materialschmelze annehmen kann, standhalten. Der Deckel kann als Aufsetzdeckel ausgebildet sein, der mittels Bördeln die Öffnung gasdicht verschließt. Der Deckel kann auch als Stopfen ausgebildet sein, der in die Öffnung eingepresst wird, sodass ein Reibschluss entsteht. Der Deckel kann mit dem Behälter derart verschweißt werden, dass die Öffnung gasdicht verschlossen wird.
  • Das zumindest im Wesentlichen gasdichte Verschließen der Öffnung kann unter Schutzgasatmosphäre oder an Umgebungsluft erfolgen. Das Einbringen von Schutzgas nach dem Einfüllen der Materialmischung kann vor und/oder nach dem gasdichten Verschließen erfolgen. Für ein Einfüllen von Schutzgas nach dem gasdichten Verschließen kann ein Ventil am Behälter vorgesehen sein, über das Schutzgas eingebracht werden kann.
  • Wird die Materialmischung bei Umgebungsluft in den Behälter eingefüllt und wird nach dem Einfüllen der Materialmischung und vor dem Verschließen des Behälters Schutzgas eingebracht, so ist es vorteilhaft, den Behälter zeitnah zu verschließen, um ein Eindringen von Luft zu vermeiden oder zumindest zu verringern. Insbesondere kann der Behälter innerhalb von maximal 60 Sekunden, bevorzugt maximal 20 Sekunden, besonders bevorzugt maximal 5 Sekunden verschlossen werden.
  • Aus dem Behälter kann Luft abgepumpt werden. Die kann vor dem Verschließen der Öffnung über die Öffnung geschehen. Es kann auch ein zusätzliches Ventil zum Abpumpen von Luft am Behälter vorgesehen sein. Das Ventil kann zusätzlich oder alternativ zum Einbringen von Schutzgas ausgebildet sein. Vorzugsweise wird Luft nach dem Einfüllen der Materialmischung, insbesondere der Metallschmelze, in den Behälter und vor dem Verschließen des Behälters abgepumpt. Es kann auch nach dem Verschließen des Behälters Luft über das Ventil angepumpt werden. Nach dem Abpumpen von Luft kann erneut Schutzgas in den Behälter eingebracht werden, beispielsweis über das zusätzliche Ventil. Um einen Unterdruck zu vermeiden kann Schutzgas in einen vorher evakuierten Behälter eingefüllt werden.
  • Der Behälter und/oder der Inhalt des Behälters kann abgekühlt werden. Insbesondere kann der Behälter und/oder der Inhalt des Behälters stufenweise, abgekühlt werden. Der Behälter kann von Luft umströmt werden. Die Luftumströmung kann natürlich oder erzwungen sein. Die umströmende Luft kann dafür insbesondere gekühlt worden sein und/oder eine Temperatur aufweisen, die geringer ist als der Behälter und/oder der Behälterinnenraum und die darin befindliche Materialmischung, insbesondere die darin befindliche Metallschmelze. Der Behälter kann zum Kühlen in ein Wärmetauschermedium eingetaucht werden, beispielsweise in Wasser. Der Behälter kann ein integriertes Wärmetauschersystem umfassen, insbesondere ein Heiz-/Kühlsystem zum Kühlen und/oder Heizen des Behälters und/oder des Behälterinnenraums. Insbesondere kann das Heiz-/Kühlsystem Leitungen aufweisen, die mit einem Wärmetauschermedium gefüllt sind oder mit einem Wärmetauschermedium füllbar sind. Das Wärmetauschermedium kann beispielsweise Wasser oder ein Öl sein. Das Wärmetauschermedium kann zumindest ein Gas, beispielsweise Helium, CO2, Stickstoff und/oder Luft umfassen,wobei diese vorzugsweise jeweils mit 10 bar aufwärts verdichtet wurden. Das Wärmetauschermedium kann festes oder flüssiges Metall, beispielsweise Blei und/oder Natrium und/oder festes oder flüssige Salze, beispielsweise Natriumchlorid, und/oder Wärmemittel auf Kohlenwasserstoffbasis unterschiedlicher Zusammensetzung, beispielsweise KW, FKW, FCKW, HFKW, HFCKW, umfassen. Das Wärmetauschermedium kann Wasser sein oder umfassen. Das Heiz-/Kühlsystem kann dafür an eine externe Heiz- und/oder Kühlquelle angeschlossen werden, die ein Wärmetauschermedium kühlt bzw. heizt und das Wärmetauschermedium in die am Behälter vorgesehenen Leitungen einbringt und nach dem passieren des Wärmetauschermediums durch die Leitungen wieder entnimmt. Dafür kann das ein Heiz-/Kühlsystem einen Eingangsanschluss und einen Ausgangsanschluss umfassen. Das Heiz-/Kühlsystem kann zusätzlich oder alternativ eine am Behälter angeordnete Kühlvorrichtung und/oder Heizvorrichtung zum Erwärmen und/oder Kühlen des Wärmetauschermediums und/oder des Behälters und/oder Behälterinnenraums umfassen. Insbesondere kann der Behälter und/oder der Behälterinnenraum derart abgekühlt werden, dass die darin enthaltene flüssige Materialmischung, insbesondere die darin enthaltene heiße Metallschmelze, erstarrt. Der Behälter und/oder der Behälterinnenraum kann dabei insbesondere auf eine Raumtemperatur, beispielsweise etwa 21 Grad Celsius, abgekühlt werden. Der Behälter und/oder der Behälterinnenraum kann auf eine Temperatur von höchstens 300 Grad Celsius abgekühlt werden, bevorzugt höchstens 100 Grad Celsius abgekühlt werden, besonders bevorzugt höchstens 20 Grad Celsius abgekühlt werden. Der Behälter und/oder der Behälterinnenraum kann dabei insbesondere auf eine Temperatur von minimal -196 Grad Celsius abgekühlt werden, bevorzugt minimal -78 Grad Celsius abgekühlt werden, besonders bevorzugt minimal 20 Grad Celsius abgekühlt werden. Die abgeführte Wärme kann rückgewonnen werden. Wie oben beschrieben kann eine stufenweise Abkühlung erfolgen. Dies kann vorteilhaft sein, um Wärme auf unterschiedlichen Temperaturniveaus rückzugewinnen.
  • Es kann beispielsweise eine dreistufige Abkühlung vorgenommen werden. Nachfolgend sei dies beispielhaft bei einem zumindest teilweise mit einer flüssigen Aluminiumlegierung befüllten Behälter beschrieben. Die erste Stufe der Abkühlung kann von etwa 700°C auf 500°C in einer geschlossenen Kühlstrecke mit einem Luftstrom erfolgen. Dabei kann Heißluft mit Temperaturen bis hin zu 600°C, oder sogar höher, erzeugt werden. Damit kann beispielsweise eine Gasturbine antreibbar sein. Eine zweite Stufe der Abkühlung kann ebenfalls mit Luft oder auch Dampf erfolgen. Dabei kann der Behälter beispielsweise von 500°C auf 200°C abgekühlt werden. Der dabei entstehende erhitze Luftstrom kann dem Betrieb eine Niederdruckdampfturbine oder zur Vorheizung von Schmelzgut dienen. Daraufhin kann der Behälter unter 200°C mittels Luftstrom gekühlt werden. Dies kann einer Trocknung des Schmelzguts oder zur Erzeugung eines Dampfes für die zweite Abkühl-Stufe dienen.
  • Zusätzlich oder alternativ können mit der Wärmeenergie bei der Abkühlung Wärmepumpen betrieben werden, die eine erhöhte Effizienz für Wärmeanwendungen, beispielsweise für Gebäude oder eine, bedeuten. Nachfolgend werden mögliche Ausführungen eines in dem Verfahren anwendbaren Behälters detaillierter beschrieben.
  • Der Behälter umfasst eine Stützstruktur. Die Stützstruktur bildet einen Innenraum. Der Innenraum ist ausgebildet, eine Materialmischung mit einer Temperatur bis zu bis zu 3500 Grad Celsius aufzunehmen. Der Innenraum kann dafür Schutzschichten umfassen, die den Innenraum zumindest bereichsweise auskleiden.
  • Die Stützstruktur kann zylinderförmig und hohl sein, wobei die obere Grundfläche des Zylinders zumindest teilweise als Einfüllöffnung ausgebildet sein kann . In einer Ausführung kann die Stützstruktur topfförmig sein.
  • Der Behälter und/oder die Stützstruktur kann aus Metall und/oder aus Keramik sein. Beispielsweise kann der Behälter und/oder die Stützstruktur aus Bornitrid sein.
  • Der Behälter umfasst eine erste Öffnung zum Befüllen und/oder Entleeren der Materialmischung, vorzugsweise einer Metallschmelze, in den Innenraum bzw. aus dem Innenraum des Behälters.
  • Der Behälter ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass er einer eingefüllten heißen Materialmischung, vorzugsweise einer Metallschmelze standhält. Unter Standhalten ist dabei zu verstehen, dass der Behälter mindestens 3 Minuten, vorzugsweise mindestens 15 Minuten, besonders bevorzugt mindestens 60 Minuten eine Materialmischung, vorzugsweise eine Metallschmelze mit einer Temperatur bis zu 800 Grad Celsius, vorzugsweise bis zu 1000 Grad Celsius, besonders bevorzugt bis zu 1600 Grad Celsius aufnehmen kann, ohne derart zerstört oder beschädigt zu werden, dass darin enthaltenes Schutzgas und/oder Materialmischung austritt und/oder der Behälter nicht mehr gasdicht verschlossen werden kann. Umfasst die Materialmischung, vorzugsweise die Metallschmelze, Aluminium, so hält der Behälter vorzugsweise einer Temperatur von mindestens 800° C stand. Umfasst die Materialmischung, vorzugsweise die Metallschmelze, Stahl, so hält der Behälter vorzugsweise einer Temperatur von mindestens 1600° C stand.
  • Die Materialmischung, vorzugsweise die Metallschmelze, kann in dem Behälter, wie oben beschrieben, abgekühlt werden. Der Behälter ist vorzugsweise derart ausgebildet, der Beanspruchung durch ein Abkühlen und ein damit einhergendes Ausdehnen der Materialmischung, vorzugsweise der Metallschmelze, standzuhalten. Ferner kann der Behälter derart ausgebildet sein, dass er nach einem Erstarren der Materialmischung, vorzugsweise der Metallschmelze, einem erneuten Erhitzen der Materialmischung, vorzugsweise der Metallschmelze, sodass diese wieder einen flüssigen Zustand annimmt, standhält. Der Behälter kann eine Stützstruktur umfassen, die Metall, beispielsweise Weißblech, Stahl, insbesondere Baustahl, Edelstahl, Eisen, insbesondere Eisenbasiswerkstoffe und/oder Nickelbasiswerkstoffe und/oder Wolfram, insbesondere pulvermetallurgisch geformt und/oder Keramik, beispielsweise Graphit, Aluminiumoxid, Zirconiumoxid und/oder Bornitrid, und/oder Glas, beispielsweise Silikatglas, Boratglas, Borsilikat und/oder Phosphatische Gläser umfasst.
  • Der Behälter kann einen Korrosionsschutz umfassen. Das Behältermaterial kann alternativ von sich aus inert gegen gegenüber Umgebungsluft sein. Der Korrosionsschutz kann an einer Außenwand des Behälters aufgebracht sein, sodass der Behälter nicht oder nur unwesentlich mit einer Umgebungsluft reagiert. Insbesondere kann der Korrosionsschutz derart ausgebildet sein, dass er vor einer Korrosion bei hohen Temperaturen schützt, besonders bevorzugt bei Temperaturen, die zum Schmelzen der Materialmischung im Behälterinnenraum benötigt werden.
  • Beispielsweise kann als Korrosionsschutz eine aufgesprühte und durchgetrocknete Schicht umfassend Bornitrid oder aus Bornitrid verwendet werden. Dies kann insbesondere bei der Verwendung von Aluminiumschmelze als Materialmischung vorteilhaft sein.
  • Der Behälterinnenraum kann, zumindest bereichsweise, mit einer Trennschicht, vorzugsweise einer keramischen Trennschicht, beispielsweise umfassend eine keramische Schlichte, ausgekleidet sein. Die Trennschicht kann isolierend wirken und beispielsweise die Stützstruktur vor einer heißen Materialmischung schützen, die in den Behälter einbringbar ist. Die Trennschicht kann zusätzlich oder alternativ derart ausgebildet sein, dass sie Materialien umfasst, die wenig oder nicht mit einer einfüllbaren Materialmischung chemisch reagieren. Die Trennschicht kann beispielsweise aus Bornitrid sein. Das Bornitrit kann beispielsweise auf eine Behälterinnenrauminnenfläche aufgesprüht sein. Dies kann insbesondere bei der Verwendung von Aluminiumschmelze als Materialmischung vorteilhaft sein. Der Behälter kann aus einem handelsüblichen Stahlblech sein. Die Blechdicke kann beispielsweise mindestens 0,3 mm, vorzugsweise mindestens 0,4 mm, besonders bevorzugt zumindest 0,6 mm und/oder beispielsweise höchstens 1,4 mm, bevorzugt höchstens 1,2 mm, besonders bevorzugt höchstens 0,8 mm, ganz besonders bevorzugt 0,6 mm aufweisen. Der Behälter selbst kann aus Bornitrid sein, sodass eine zusätzliche Bornitrid Trennschicht nicht nötig ist.
  • Der Behälter kann eine zusätzliche Wärmeisolierung aufweisen. Die Wärmeisolierung kann als Isolationsschicht ausgebildet sein, die zumindest bereichsweise den Innenraum des Behälters auskleidet oder zwischen dem Behälterinnenraum und der Trennschicht angeordnet ist. Die Wärmeisolierung kann außen an der Stützstruktur angeordnet sein. Die Wärmeisolierung in Form einer Isolationsschicht zumindest bereichsweise eine Außenwand des Behälters bedecken. Die Isolationsschicht kann Glaswolle und/oder Isolationsschäume und/oder Gase, und/oder Vakuum umfassen. Zusätzlich oder alternativ kann eine Wärmeisolierung als Zwischenschicht ausgebildet sein. Zusätzlich oder alternativ kann eine Wärmeisolierung in einer Zwischenschicht zwischen einer Trennschicht und der Stützstruktur angeordnet sein.
  • Der Behälter kann aus einem bereits mit einer Trennschicht und/oder einer Isolationsschicht und/oder einem Korrosionsschutz beschichteten Material hergestellt werden und dann in eine Behälterform gebracht werden und/oder der Behälter kann zunächst in die Behälterform gebracht werden und daraufhin mit der Trennschicht und/oder der Isolationsschicht und/oder dem Korrosionsschutz beschichtet werden.
  • Die erste Öffnung des Behälters kann gasdicht verschließbar sein. Die Öffnung kann derart ausgebildet sein, dass eine Materialmischung, insbesondere eine heiße Metallschmelze durch die Öffnung einfüllbar ist. Die Öffnung ist mittels eines Deckels gasdicht verschließbar. Der Behälter weist einen Behälterdeckel zum gasdichten Verschließen der ersten Öffnung auf. Der Behälterdeckel kann Dichtelemente zum gasdichten Verschließen der Behälteröffnung umfassen. Der Deckel kann einen Klemmverschluss und/oder Schrauben und/oder Schellen und/oder ähnliche, für den Fachmann gebräuchliche Verschlussmechanismen umfassen. Die Öffnung kann mit einem Deckel abgedeckt werden. Der Deckel kann mit dem Behälter derart verschweißbar sein. Der Deckel kann als Stopfen ausgebbildet sein, der die Öffnung reibschlüssig verschließt.
  • Bei einem Reibschluss durch Einpressen ist der Deckel und die Stützstruktur typischerweise dicker ausgeführt als bei einem Verschweißen. Bei einem Verschweißen kann der Deckel dünner ausgebildet sein. Wird der Deckel durch Bördeln mit dem Behälter verschlossen, kann die Materialstärke geringer als beim Verschweißen ausgebildet sein. Es ist möglich, dass der Behälter einen Absatz aufweist, so dass der Deckel mit Klemmschellen auf den Behälter gedrückt werden kann. Die Dichtung kann durch Metall und/oder einen Dichtring, vorzugsweise eine Kupferdichtring erfolgen.
  • Der Deckel kann eine oder mehrere der beschriebenen Trennschichten und/oder Wärmeisolationsschichten und/oder chemische Isolationsschichten aufweisen.
  • Der Behälter kann zumindest eine weitere Öffnung aufweisen. Der Behälter kann eine Öffnung zum Entleeren und eine Öffnung zum Befüllen des Behälters aufweisen. Die Öffnungen können gasdicht verschließbar sein.
  • Der Behälter kann zumindest ein Ein-Wege-Ventil und/oder zumindest ein Zwei-Wege-Ventil zum Steuern eines Gasdrucks im Behälterinnenraum aufweisen. Durch das Ein-Wege-Ventil kann beispielsweise Luft aus dem Behälter abgesaugt werden. Das Ein-Wege-Ventil kann alternativ derart ausgebildet sein, dass Schutzgas durch das Ein-Wege-Ventil in den Behälterinnenraum eingebracht werden kann. Das Zwei-Wege-Ventil kann ausgebildet sein Luft aus dem Behälterinnenraum abzusaugen. Das Zwei-Wege-Ventil kann ausgebildet sein Schutzgas in den Behälterinnenraum einbringen zu können. Ein Ein-Wege-Ventil und/oder ein Zwei-Wege-Ventil können/kann an einer Oberseite des Behälters angeordnet sein. Ein Ein-Wege-Ventil und/oder ein Zwei-Wege-Ventil können/kann an dem Deckel angeordnet sein.
  • Der Behälter kann einen Schieber aufweisen, der eine Vergrößerung oder Verkleinerung des Behälterinnenraums ermöglicht. Durch eine Verkleinerung des Behälterinnenraums kann ein Druck im Behälterinnenraum erhöht werden. Dies kann vorteilhaft sein, um bei einer geöffneten Öffnung eine im Behälter enthaltene Materialmischung, insbesondere eine Metallschmelze, definiert aus dem Behälterinnenraum auszubringen.
  • Der Behälter kann ein Thermoelement zum Überwachen der Temperatur im Behälterinnenraum umfassen. Das Thermoelement kann in einem Schutzrohr angeordnet sein. Das Schutzrohr kann in den Behälterinnenraum ragen. Das Thermoelement kann zusätzlich oder alternativ am Boden des Behälterinnenraums und/oder an einer Behälterinnenraumwand angeordnet sein.
  • Der Behälter kann eine Sollbruchstelle zum zerstörenden Öffnen des Behälters aufweisen. Die Sollbruchstelle kann in einem Bereich geringer Wandstärke der Stützstruktur angeordnet sein. Die Stützstruktur kann dort eine Wandstärke von höchstens 10 mm, vorzugsweise höchstens 2 mm besonders bevorzugt höchstens 0,5 mm aufweisen. Die Stützstruktur kann im Bereich der Sollbruchstelle ein anderes Material und/oder eine andere Zusammensetzung als die übrige Stützstruktur umfassen. Dabei kann die Stützstruktur ein oder mehrere der oben bezüglich der Stützstruktur aufgeführten Materialien umfassen. Die Stützstruktur kann im Bereich der Sollbruchstelle eine Wandstärke von mindestens 0,1 mm, vorzugsweise mindestens 0,2 mm besonders bevorzugt mindestens 0,4 mm aufweisen. Selbstverständlich ist die Auswahl der Wandstärke von dem Material der Stützstruktur abhängig, einem Fachmann geläufig und kann von diesen Werten abweichen.
  • Die Sollbruchstelle kann als Eindrücköffnung und/oder als Zugöffnung ausgebildet sein. Die Sollbruchstelle kann eine kreisflächige Form aufweisen, sodass sie durchstochen werden kann. Die Sollbruchstelle kann auch eine längliche Form, bzw. die Form einer unvollkommenen Ellipse oder eines Kreisbogens, aufweisen, sodass sie ähnlich einer Dose aus dem Lebensmittelbereich, aufgezogen werden kann. Die Sollbruchstelle kann ein Material aufweisen, dass lokal Durchschmolzen werden kann, beispielsweise mit einer Sauerstofflanze.
  • Die Sollbruchstelle und/oder die zweite Öffnung zum Entleeren des Behälters kann auf einer Unterseite des Behälters angeordnet sein. Eine in dem Behälter befindliche Materialschmelze kann die zweite Öffnung verschließen bzw. kann die Sollbruchstelle bedecken. Die zweite Öffnung bzw. die Sollbruchstelle kann derart ausgebildet sein, dass eine in dem Behälter befindliche Materialschmelze durch ihre Oberflächenspannung in dem Behälter gehalten wird, selbst wenn die zweite Öffnung geöffnet ist bzw. selbst wenn die Sollbruchstelle zerstört ist. Die Materialschmelze kann aus der zweiten Öffnung bzw. der zerstörten Sollbruchstelle vorzugsweise erst heraustreten, wenn eine weitere Öffnung in dem Behälter geöffnet wird, beispielsweise die oben beschriebene erste Öffnung durch Lösen des Deckels geöffnet wird oder beispielsweise durch Öffnen eines am Behälter angeordneten Ventils. Durch die weitere Öffnung und/oder durch Öffnen des Ventils kann ein Gas, bspw. Luft oder ein Schutzgas, in den Behälter einströmen und die Materialschmelze kann aus der zweiten Öffnung bzw. der zerstörten Sollbruchstelle austreten. Eine derartig ausgebildete zweite Öffnung und/oder Sollbruchstelle kann den Vorteil haben, dass der Ort und/oder der Zeitpunkt der Entleerung von dem Ort und/oder dem Zeitpunkt der Öffnung der zweiten Öffnung, beispielsweise durch Öffnen eines zweiten Deckels und/oder Zerstören der Sollbruchstelle, abweichen kann. Vorteil kann ferner sein, dass etwaige, bei der (zerstörenden) Öffnung entstehende, Späne/Bruchstücke nicht in eine Gussform fallen können. Ein Ventil kann insbesondere eine Dosierung des Materialschmelzeaustritts ermöglichen und/oder verbessern. Die zweite Öffnung und/oder die Sollbruchstelle kann eine Öffnungsfläche von zumindest 0,5 cm2, vorzugsweise zumindest 0,7 cm2, besonders bevorzugt zumindest 1 cm2 und/oder von höchstens 5 cm2, bevorzugt höchstens 3 cm2, besonders bevorzugt höchstens 1,5 cm2, beispielsweise etwa 1 cm2 aufweisen. Das Ventil und/oder die erste Öffnung können an einer Oberseite des Behälters angeordnet sein. Vorzugsweise ist eine Oberseite diejenige Seite des Behälters die bei einem mit Materialschmelze befüllten Behälter oberhalb eines Materialschmelze-Spiegels liegt, während eine Behälterunterseite bei einem mit Materialschmelze befüllten Behälter insbesondere unterhalb des Materialschmelze-Spiegels liegt.
  • Der Behälter kann ein Heiz- und/oder Kühlsystem zum Erhitzen und/oder Kühlen des Behälterinnenraums umfassen.
  • Wie bereits im Hinblick auf das Verfahren zum Herstellen einer Materialpatrone beschrieben, kann der Behälter ein integriertes Wärmetauschersystem umfassen, insbesondere ein Heiz-/Kühlsystem zum Kühlen und/oder Heizen des Behälters und/oder des Behälterinnenraums. Das Heiz-/Kühlsystem kann als Leitungssystem zum Aufnehmen eines Wärmetauschermediums ausgebildet sein, insbesondere in Form eines in den Behälterinnenraum hineinragenden Wärmetauscherrohrs und/oder in Form von Leitungen, die in eine Behälterwand, an der Stützstruktur anliegen und/oder in die Stütz- oder Trennstruktur eingebettet sind.
  • Das Wärmetauscherrohr kann mittig im Behälter angeordnet sein. Der Behälter kann über Anschlüsse verfügen, die insbesondere an einer Außenseite des Behälters angeordnet sein können. Eine externe Kühl- und/oder Heizvorrichtung kann mit diesen Anschlüssen zum Transportieren eines Wärmetauschermediums durch das Wärmetauscherrohr verbindbar sein. Am Wärmetauscherrohr kann zusätzlich oder alternativ gut wärmeleitendes Material, beispielsweise Aluminium und/oder Kupfer und/oder Warmarbeitsstahl mit einem hohen Wärmeleitkoeffizienten angebracht sein. Die Oberfläche des Wärmetauscherrohrs kann zumindest bereichsweise eine Mäanderförmige Form aufweisen oder die Form eines Schneekristalls. So kann die Oberfläche erhöht werden, sodass Kühl- und/oder Heizgeschwindigkeiten erhöht werden können.
  • Das Heiz-/Kühlsystem Leitungen kann Leitungen aufweisen, die mit einem Wärmetauschermedium gefüllt sind oder mit einem Wärmetauschermedium füllbar sind. Das Heiz-/Kühlsystem kann dafür an eine externe Heiz- und/oder Kühlquelle anschließbar sein. Die externe Heiz- und/oder Kühlquelle kann ein Wärmetauschermedium kühlen bzw. heizen und das Wärmetauschermedium in die am Behälter vorgesehenen Leitungen einbringen und nach dem Passieren des Wärmetauschermediums durch die Leitungen das Wärmetauschermedium wieder entnehmen. Dafür kann das Heiz-/Kühlsystem einen Eingangsanschluss und einen Ausgangsanschluss umfassen. Das Heiz-/Kühlsystem kann zusätzlich oder alternativ eine am Behälter angeordnete Kühlvorrichtung und/oder Heizvorrichtung zum Erwärmen und/oder Kühlen des Wärmetauschermediums und/oder des Behälters und/oder Behälterinnenraums umfassen. Insbesondere kann das Heiz-/Kühlsystem derart ausgebildet sein, dass der Behälter und/oder der Behälterinnenraum derart erhitzt oder abgekühlt wird, dass eine darin einfüllbare Materialmischung durch Erhitzen von einem festen Zustand in einen flüssigen Zustand gebracht werden kann und/oder von einem flüssigen Zustand in einen festen Zustand durch Abkühlen gebracht werden kann.
  • Das Heiz-/Kühlsystem kann derart ausgebildet sein, dass der Behälter und/oder der Behälterinnenraum auf eine Temperatur erhitzt bzw. abgekühlt werden kann, die den oben angegebenen, insbesondere materialabhängigen, Temperaturen entspricht.
  • Das Heiz- und/oder Kühlsystem kann Heizelemente zum Erwärmen des Behälterinnenraums mittels Induktion oder Mikrowellen umfassen. Die Heizelemente können mittels Induktion oder Mikrowellen elektromagnetisch einkoppelbar sein. Die Heizelemente können auch als magnetisch einkoppelbare Schicht ausgebildet sein. Heizelemente können zwischen der Stützstruktur und der Trennschicht angeordnet sein. Die Heizelemente können in der Trennschicht angeordnet sein.
  • Das Heiz- und/oder Kühlsystem kann als elektrisches Heizsystem mit Heizdrähten ausgebildet sein. Die Heizdrähte können zwischen einer Trennschicht und der Stützstruktur verlaufen und/oder in der Stützstruktur verlaufen und/oder an dieser anliegen und/oder in der Trennschicht verlaufen und/oder an dieser anliegen.
  • Der Behälter kann eine Batterie oder einen Akkumulator aufweisen, die/der mit den Heizdrähten verbunden ist.
  • Das Heiz- und/oder Kühlsystem kann als chemisches Heizmittel ausgebildet sein. Das Heiz- und/oder Kühlsystem kann insbesondere als Heizpulver oder Heizgel ausgebildet sein, das zum Heizen des Behälterinnenraums mittels einer exothermen Reaktion aktivierbar ist. Das Heiz- und/oder Kühlsystem kann in einer Zwischenschicht zwischen Stützstruktur und Trennschicht oder in die Trennschicht und/oder in einer Wärmeisolationsschicht angeordnet sein.
  • Der Behälter kann zumindest eine Aufnahmevorrichtung für automatische Materialflusssysteme aufweisen. Insbesondere kann der Behälter eine Aufnahmevorrichtung für die Aufnahme in Magazine für den Druckguss aufweisen.
  • Die Aufnahmevorrichtung kann an einer Außenseite des Behälters, vorzugsweise an der Stützstruktur angeordnet sein. Zusätzlich oder alternativ kann der Behälter Stapelfüße für das Stapeln in Transportstellagen aufweisen. Der Behälter kann ferner eine oder mehrere Aufnahmevorrichtung/en für das manuelle oder robotergestützte, sichere Heben einzelner oder mehrerer Behälter und/oder für das sichere Transportieren auf Paletten aufweisen. Vorzugsweise umfasst der Behälter über eine im Wesentlichen flächige und/oder ebene Oberseite und/oder Unterseite für vereinfachtes Stapeln. Ferner kann der Behälter Zurr-Ösen für das sichere Transportieren und/oder Haken und/oder Ösen für das Einrasten in Transportsystemen aufweisen.
  • Ferner betrifft die Anmeldung eine Materialpatrone zum Konservieren einer Materialmischung. Die Materialpatrone kann insbesondere durch ein oben beschriebenes Verfahren hergestellt werden. Die Materialpatrone eignet sich sowohl für eine Materialmischung in Form einer heißen Metallschmelze als auch für die feste Form der Materialmischung, in Form einer abgekühlten, erstarrten Metallschmelze.
  • Die Materialpatrone umfasst einen Behälter gemäß einer oben beschriebenen Ausführung. Ferner umfasst die Materialpatrone eine Materialmischung, vorzugsweise in flüssiger oder fester Form, insbesondere eine flüssig oder erstarrt vorliegende Metallschmelze, sowie vorzugsweise ein in dem Behälter angeordnetes Schutzgas. Die oben in Bezug auf das Verfahren zum Herstellen der Materialpatrone sowie in Bezug auf den Behälter beschriebenen Merkmale können ebenfalls auf die Materialpatrone angewandt werden und umgekehrt und werden der Übersichtlichkeit halber nicht erneut aufgeführt.
  • In einer Ausführungsform kann die Materialpatrone derart ausgebildet sein, dass der Behälterinnenraum vollständig mit Materialmischung gefüllt ist, insbesondere zumindest 95% des Behälterinnenraums, bevorzugt zumindest 99% des Behälterinnenraums, besonders bevorzugt zumindest 99,9% des Behälterinnenraums mit Materialmischung gefüllt ist.
  • Unter einer Materialpatrone kann vorliegend ein verschlossener Behälter gefüllt mit einem festen oder flüssigen Reinstoff und/oder einer festen und/oder zumindest teilweise flüssigen Materialmischung verstanden werden. Zum Beispiel kann eine Materialpatrone eine Legierungspatrone sein. Eine Legierungspatrone umfasst typischerweiser einen Behälter und eine darin enthaltene metallischen Legierung. Die Legierung kann dabei in flüssigem und/oder festen Zustand vorliegen. Die Materialpatrone kann auch eine eine Formstoff/Binder-Patrone sein. Typischerweise umfasst eine Formstoff/Binder-Patrone einen Behälter und eine darin eingefüllte nichtmetallische Mischung aus Formstoffen mit Binder.
  • Des Weiteren umfasst die vorliegende Anmeldung ein Verfahren zum Herstellen eines Gussprodukts aus einer Materialmischung. Die Materialmischung wird dabei insbesondere aus zumindest einer Materialpatrone gemäß obiger Beschreibung entnommen. Aus der Materialpatrone kann die Materialmischung, vorzugsweise eine Metallschmelze, in eine Gussform abgegossen werden.
  • Der Behälter kann durch Erhöhen des Drucks im Behälter, vorzugsweise durch Einbringen von Schutzgas in den Behälter und/oder durch Minimieren des Aufnahmevolumens des Behälters, beispielsweise mittels eines Schiebers, zumindest teilweise, vorzugsweise in eine Gussform, entleert werden.
  • Der Behälter kann zusätzlich oder vorzugsweise alternativ zerstörend geöffnet werden. Dafür kann beispielsweise eine Sollbruchstelle aufgezogen werden, ein Loch eingestochen werden oder der Behälter lokal durchschmolzen werden. In dem Behälter kann ein Überdruck vorherrschen. Dann kann sich der Behälter beim Öffnen des Behälters durch einen Druckausgleich entleeren.
  • Vor dem Entleeren des Behälters kann die Gussform, in die die Materialmischung eingefüllt wird, mit Schutzgas gefüllt und/oder gespült werden.
  • Vor dem Entleeren des Behälters kann der Gasdruck in der Gussform reduziert werden, vorzugsweise derart, dass ein Vakuum von vorzugsweise maximal 100 mbar, besonders vorzugsweise höchstens 10 mbar, ganz besonders bevorzugt höchstens 1 mbar, in der Gussform vorherrscht. Die Gussform kann auch zunächst mit einem Schutzgas gespült werden und dann ein Vakuum eingestellt werden.
  • In einer Ausführung des Verfahrens werden mehrere Materialpatronen in ein Materialpatronen-Magazin einer Druckgussanlage aufgenommen. In einer bevorzugten Ausführungsform wird pro Gießzyklus die Materialmischung einer einzigen Materialpatrone verwendet. Es kann auch pro Gießteil die Materialmischung einer einzigen Materialpatrone verwendet werden. Alternativ können mehrere Gussprodukte aus einer Materialpatrone abgegossen werden. Dafür kann eine Öffnung des Behälters zwischen den Abgüssen verschlossen werden.
  • Alternativ können mehrere Behälter für einen Abguss serieller Art mittels Verwendung eines Gießtümpels oder parallel mittels Verwendung mehrerer Eingussöffnungen verwendet werden.
  • Der Gießtümpel kann ein Reservoir auf einer Oberseite der Form aus dem die Schmelze in die Form fließt bilden. So können mehrere Transportbehälter nacheinander in den Tümpel entleert werden, ohne dass es zu einem Abbruch der Formfüllung kommt, da der Tümpel eine Pufferfunktion erfüllt, während die Transportbehälter gewechselt werden.
  • Es können zusätzlich oder alternativ mehrere Einfüllöffnungen vorgesehen sein, so dass zum Beispiel zwei Gießlöffel gleichzeitig in die Form entleert werden können.
  • Die Materialpatrone kann vor dem Gießen aufgeheizt werden, vorzugsweise über Strahlung, Konvektion, Konduktion, Mikrowellen, Induktion und/oder elektrische Heizsysteme. Dafür kann es in einer externen Aufwärmvorrichtung angeordnet werden und/oder über ein in der Materialpatrone integriertes Heizsystem aufgeheizt werden
  • Die Aufwärmvorrichtung kann den Behälter von außen über Strahlung, beispielsweise mittels Heizwendeln, erwärmen.
  • Der Behälter kann mittels Konvektion (Heißgas) von außen durch den Behälter hindurch aufwärmbar sein. Dabei kann der Behälter derart ausgebildet sein, dass er die Wärme gut leitet, insbesondere durch die Verwendung gut Wärme leitender Materialien Kupfer, Aluminium, Stähle (insbesondere Warmarbeitsstähle). Vorzugsweise ist der Behälter derart ausgebildet, dass er dabei aufkommenden Temperaturen von bis zu 1600 Grad Celsius, zumindest bis zu 750 Grad Celsius zumindest bis zum Abschluss eines Entleervorgangs standhält.
  • Zusätzlich oder alternativ kann die die Aufwärmvorrichtung den Behälter und dessen Innenraum über Konduktion (Wärmebad) erhitzen. Dabei kann der Behälter derart ausgebildet sein, dass er die Wärme gut leitet, insbesondere durch die Verwendung gut Wärme leitender Materialien wie Kupfer, Aluminium, Stähle (insbesondere Warmarbeitsstähle). Vorzugsweise ist der Behälter derart ausgebildet, dass er dabei aufkommenden Temperaturen von bis zu ... Grad Celsius zumindest bis zum Abschluss eines Entleervorgangs standhält.
  • Die Aufwärmvorrichtung kann den Behälter und/oder den Behälterinnenraum über elektromagnetische Felder (Mikrowellen oder Induktion) aufheizen. Dabei kann der Behälter durchlässig für elektromagnetische Felder sein oder im Falle einer schlecht ankoppelnden, zu schmelzenden Legierung, über eine gut ankoppelnde Innenbeschichtung verfügen, welche die zu schmelzende Legierung über Wärmeleitung und, sobald die zu schmelzende Legierung flüssig ist, über Konvektion erhitzt.
  • Die vorliegende Anmeldung betrifft ferner ein Gussprodukt, das gemäß einem oben beschriebenen Verfahren hergestellt wurde. Die oben beschriebenen Merkmale können dabei auf das Gussprodukt übertragen werden.
  • Der Behälter der Materialpatrone kann wiederverwendet werden. Dabei kann der Behälter nach dem Abguss rückgeführt werden, sodass er erneut mit der Materialmischung, vorzugsweise der gleichen Materialmischung befüllt werden kann. Alternativ können die mit der Materialmischung in Kontakt gekommenen Teile des Behälters getauscht werden, so dass der Behälter für eine andere Legierung verwendet werden kann. Durch den Kontakt beschädigte Verschleißteile können ausgetauscht und wiederverwendet werden.
  • Beispielsweise kann die innere Trennschicht zumindest teilweise nach einer Verwendung der Materialpatrone entnommen werden. Eine neue Trennschicht kann zumindest teilweise wieder in den Behälter eingebracht werden. Es kann auch der Bereich der Öffnung repariert und/oder ausgetauscht werden. Beispielsweise kann ein Bereich vorgesehen sein, der zerstörend geöffnet wurde. Dieser Bereich kann entfernt werden und mit einem neuen Deckel versehen werden. Teile des zumindest zerstörten Deckels können wiederverwendet werden. Beispielsweise können Ventile wiederverwendet werden. Zur Wiederverwendung kann alternativ oder zusätzlich die Stützstruktur von einem inneren, Verschleißeinsatz getrennt werden. Der Verschleißeinsatz kann in dem Behälterinnenraum vorgesehen sein. Vorzugsweise kann eine Heiz-/Kühlvorrichtung, sofern der Behälter eine derartige umfasst, vom Behälter getrennt und wiederverwendet werden. Dafür ist die Heiz-/Kühlvorrichtung vorzugsweise modular aufgebaut. Die Heiz-/Kühlvorrichtung kann lösbar mit dem Behälter verbunden sein.
  • Zusätzlich oder alternativ kann eine zerstörte Öffnung des Behälters wieder repariert werden, zum Beispiel durch Ersetzen einer kaputten Öffnungseinheit durch eine neue Einheit mit intakter Öffnung. So können auch im Mehrwegsystem zerstörende Öffnungssysteme verwendet werden.
  • Alternativ kann der Behälter durch Zerdrücken auf ein kleines Volumen reduziert werden und der Entsorgung/dem Recycling zugeführt werden.
  • Wie eingangs beschrieben, können Legierungen eine definierte Mischung von unterschiedlichen Metallen und Nichtmetallen darstellen. Die beschriebenen Ausführungen der Erfindung lassen sich daher analog übertragen auf die Verwendung von definiert gemischten Sand-Binder-Systemen, wie sie im Gießereiwesen verwendet werden. Auch diese degradieren unter bestimmten Voraussetzungen und werden daher in vielen Fällen kurz vor der Verwendung angemischt. Die Verwendung von Sand-Binder-Mischungen mit kontrollierten Eigenschaften kann durch die Vermeidung von Degradation prozesstechnische Vorteile bieten. Ebenfalls lassen sich beschriebenen Ausführungen auf Zusatzstoffe im Gießereiwesen erweitern, die üblicherweise in der Gießerei vor Ort zeitnah zur Verwendung angemischt werden müssen, da sie einer zeitlichen Degradation aufgrund des Kontaktes zur Umgebungsluft unterliegen.
  • In einer Ausführung der Erfindung kann der Behälter automatisiert, beispielsweise mittels eines Industrieroboters, in einer Glocke einer Abfülleinrichtung angeordnet werden. Dabei kann ein noch näher zu beschreibender Deckel neben der Abfüllvorrichtung angeordnet werden. Die Glocke kann nach der Positionierung des Behälters und des Deckels gasdicht verschlossen werden. Die Glocke kann eine Leitung zum Einbringen von Schutzgas aufweisen. So kann eine Schutzgasatmosphäre in der Glocke eingestellt werden. Der Behälter kann mit Schutzgas gespült werden. Die Glocke kann eine weitere Leitung umfassen über die die Materialmischung, vorzugsweise eine definierte Metallschmelze, in den Behälter eingebracht werden kann. Nach dem Einfüllen der Materialmischung kann der Behälter mit dem Deckel gasdicht verschlossen werden. Daraufhin kann die Schutzgasatmosphäre in der Glocke aufgehoben werden.
  • In einem Materialflusssystem kann der Behälter unter einer Gasdüse angeordnet werden. Durch die Gasdüse kann Schutzgas in den Behälter eingebracht werden, wobei in dem Behälter enthaltene Luft zumindest teilweise verdrängt wird. Daraufhin wird der Behälter an einem Materialmischungstank angeordnet, beispielsweise unter einem Legierungstank, sodass die Materialmischung in den Behälter eingefüllt werden kann. Daraufhin kann der Behälter an einer weiteren Station angeordnet werden, an der der Behälter gasdicht verschlossen wird.
  • In den Figuren werden beispielhafte Ausführungen der Erfindung näher erläutert.
    • Fig. 1 (a)
    zeigt eine Materialpatrone in einer schematischen Querschnittsansicht, ,
    Fig. 1 (b)
    zeigt eine Materialpatrone gem. Fig. 1 (a) mit elektromagnetisch einkoppelbaren Heizelementen,
    Fig. 1 (c)
    zeigt eine Materialpatrone gem. Fig. 1 (a) mit einem Leitungssystem in Form von in eine Behälterwand integrierten Leitungen zum Aufnehmen eines Wärmetauschermediums
    Fig. 1 (d)
    zeigt eine Materialpatrone gem. Fig. 1(a) mit einem Leitungssystem in Form eines in den Behälterinnenraum hineinragenden Wärmetauscherrohrs.
    Fig. 1 (e)
    zeigt eine Materialpatrone gem. Fig. 1(a) mit einem Leitungssystem in Form eines in den Behälterinnenraum hineinragenden Wärmetauscherrohrs sowie in eine Behälterwand integrierten Leitungen zum Aufnehmen eines Wärmetauschermediums
    Fig. 1 (f)
    zeigt eine Materialpatrone gem. Fig. 1(a) mit einem elektrischen Heizsystem mit Heizdrähten.
    Fign. 2 (a) und (b)
    zeigen eine Materialpatrone, die im Wesentlichen einer Materialpatrone gemäß Fig. 1 entspricht, wobei die Materialpatronen der Fig. 2 (a) und (b) jeweils ein Ventil umfassen.
    Fig. 3
    zeigt eine Materialpatrone mit einem Behälter mit einem Behälterdeckel, der mittels Bördeln an dem Behälter befestigt ist.
    Fig. 4
    zeigt eine Materialpatrone mit einem Behälter mit einem an die Behälteröffnung geschweißten Behälterdeckel.
    Fig. 5
    zeigt eine Materialpatrone gemäß Fig. 4, wobei die Materialpatrone einen zusätzlichen Außentopf umfasst.
    Fig. 6
    zeigt einen Einzelgussvorgang mit einer Materialpatrone gemäß einer der vorherigen Figuren.
    Fig. 7
    zeigt einen Einzelgussvorgang, der in den Wesentlichen Merkmalen dem der Fig. 6 entspricht, wobei ein Gießtümpel eine serielle Anwendung von Patronen ermöglicht.
    Fig. 8
    zeigt ein Materialpatronenmagazin.
    Fig. 9
    zeigt einen Gießvorgang bei dem parallel aus zwei Materialpatronen Materialmischungen entnommen werden.
    Fig. 10
    zeigt eine Abfüllvorrichtung und eine Verschlussstation zum Herstellen einer Materialpatrone.
    Fig. 11
    zeigt eine Materialpatrone mit einem Innenschieber.
    Fig. 12
    zeigt eine Materialpatrone mit einem Schmelzplättchen.
    Fig. 13
    zeigt eine Materialpatrone mit einem Plättchenverschluss.
  • Wiederkehrende Merkmale sind in den Figuren vorzugsweise mit denselben Bezugszeichen versehen.
  • In Figur 1 (a) ist eine mögliche Ausführungsform einer Materialpatrone 1 dargestellt. Die Materialpatrone umfasst einen Behälter 10 mit einer topfförmigen Stützstruktur 101, die einen Behälterinnenraum 102 bildet. Die Stützstruktur 101 der Figur 1 hat eine kreisrunde Bodenfläche 103 und entsprechend nach außen gewölbt ausgebildete Seitenwände, sodass die Stützstruktur die Form eines nach oben geöffneten Hohlzylinders aufweist. Die Stützstruktur 101 umfasst beispielsweise Graphit, Aluminiumoxid, Zirconiumoxid und/oder Bornitrid, Glas, beispielsweise Silikatglas, Boratglas, Borsilikat und/oder Phosphatische Gläser. Zusätzlich oder alternativ umfasst die Stützstruktur Weißblech, Stahl (Baustahl), Edelstahl, Eisen, Eisenbasiswerkstoffe und/oder Nickelbasiswerkstoffe und/oder Wolfram (pulvermetallurgisch geformt).
  • Der Behälter umfasst einen Deckel 105, der eine nach oben weisende Behälteröffnung 106 gasdicht verschließt. Dafür ist der Deckel 105 als Stopfen ausgeführt, der die Behälteröffnung 106 reibschlüssig verschließt. Der Behälterdeckel 105 weist die Form eines sich nach unten verjüngenden Kegelstumpfes auf. Die Behälteröffnung weist eine gegenüber der Lotrechten L geneigte Seitenwand 107 auf, die mit der Form der Behälteröffnung 106 korrespondiert. Der Deckel 105 verschließt die Behälteröffnung 106 mittels einer Presspassung.
  • Der Behälterinnenraum 102, nach oben begrenzt durch den Deckel 105, seitlich begrenzt durch die Seitenwände des Behälters 10 und nach unten begrenzt durch die Bodenfläche 103, ist mit einer Trennschicht 104 ausgekleidet. Die Trennschicht ist als keramische Trennschicht ausgeführt und umfasst Bornitrid, Teflon, Titannitrid, Graphit, silikonhaltige Trennmittel, Mineralöl-haltige Mittel, Wachs-haltige Mittel und/oder Trennstoffe umfassend R-Polysiloxane. Die Trennschicht 104 ist hitze- und kältebeständig und schützt die Stützstruktur 101 vor thermischen Einflüssen. Der Behälter 10 ist teilweise mit einer Materialmischung 108, im vorliegenden Beispiel mit einer Stahllegierung, gefüllt. Ferner ist ein Schutzgas 109, im vorliegenden Fall Argon, im Behälterinnenraum 102 angeordnet.
  • Im Bereich der Bodenfläche 103 des Behälters 10 ist eine Sollbruchstelle 110 vorgesehen. In dem Bereich der Sollbruchstelle 110 ist eine Materialstärke der Stützstruktur verringert, sodass die Sollbruchstelle 110 zumindest bereichsweise gegenüber der Seitenwand und/oder gegenüber der weiteren Bodenfläche eine um zumindest 20 Prozent verringerte Dicke, vorzugsweise um zumindest 30 Prozent verringerte Dicke, besonders bevorzugt zumindest 50 Prozent verringerte Dicke aufweist. An der Sollbruchstelle 110 kann der Behälter zerstörend, beispielsweise durch Einstechen, geöffnet werden. Im Ausführungsbeispiel der Figur 1 ist der Bereich der Sollbruchstelle im Wesentlichen kreisrund ausgebildet. Die Materialstärke der Sollbruchstelle 110 nimmt von einem äußeren Kreisbereich zu einem Kreismittelpunkt 111 der Sollbruchstelle 110 kontinuierlich ab, sodass der Kreismittelpunkt 111 den Bereich der geringsten Materialstärke ausbildet. In anderen Ausführungsbeispielen kann die Sollbruchstelle 110 eine andere Form aufweisen. Zusätzlich oder alternativ kann statt oder neben einer kontinuierlichen Abnahme der Materialstärke eine sprunghafte Abnahme der Materialstärke vorgesehen sein.
  • Die Stützstruktur 101 weist, außer im Bereich der Sollbruchstelle 110, vorliegend eine Materialstärke von zumindest 1 mm auf, vorzugsweise zumindest 2 mm, besonders bevorzugt zumindest 5 mm. Die Stützstruktur 101 weist, außer im Bereich der Sollbruchstelle 110, vorliegend eine Materialstärke von höchstens 20 mm auf, vorzugsweise höchstens 10 mm, besonders bevorzugt höchstens 6 mm. Im Bereich der Sollbruchstelle 110, insbesondere im Bereich der geringsten Materialstärke der Sollbruchstelle 110, hier also im Kreismittelpunkt 111, weist die Stützstruktur eine Materialstärke von zumindest 0,5 mm auf, vorzugsweise zumindest 1 mm, besonders bevorzugt zumindest 2,5 mm und/oder eine Materialstärke von höchstens 10 mm auf, vorzugsweise höchstens 5 mm, besonders bevorzugt höchstens 3 mm.
  • Der Behälter 10 kann ein Heiz- und/oder Kühlsystem zum Erhitzen und/oder Kühlen des Behälterinnenraums 102 umfassen.
  • In Fig. 1 (b) ist die Materialpatrone gemäß Fig. 1 (a) dargestellt, wobei die Trennschicht 104 Heizelemente 112 zum Erwärmen des Behälterinnenraums mittels Induktion oder Mikrowellen umfasst. Die Heizelemente 112 sind mittels Induktion oder Mikrowellen elektromagnetisch einkoppelbar. Die Heizelemente 112 sind in einer Vergrößerung eines Ausschnitts der Trennschicht 104 beispielhaft dargestellt.
  • In Fig. 1 (c) ist die Materialpatrone gemäß Fig. 1 (a) dargestellt, wobei die Materialpatrone ein Leitungssystem umfasst. Dafür sind Leitungen 113 in die Stützstruktur 101, hier in die die Behälterwand und den Behälterboden 103, integriert. Die Leitungen 113 verfügen über Anschlüsse (nicht gezeigt), über die ein Wärmetauschermedium in die Leitungen 113 hineingepumpt und wieder abgepumpt werden kann. Die Materialpatrone kann ferner eine Heiz-Kühlvorrichtung umfassen. Die Heiz-Kühlvorrichtung kann das Wärmetauschermedium umfassen.. Die Heiz-Kühlvorrichtung kann derart ausgebildet sein, dass sie das Wärmetauschermedium aufheizen und/oder abkühlen kann, beispielsweise mittels Gas oder Strom. Die Heiz-Kühlvorrichtung kann eine Pumpe aufweisen, um das Wärmetauschermedium durch die Leitungen 113 zu befördern.
  • In Fig. 1 (d) ist die Materialpatrone gemäß Fig. 1 (a) dargestellt, wobei die Materialpatrone ein Leitungssystem in Form eines in den Behälterinnenraum 102 ragenden Wärmetauscherrohrs 114 umfasst. Das Wärmetauscherrohr 114 verfügt über Anschlüsse (nicht gezeigt), über die ein Wärmetauschermedium in das Wärmetauscherrohr 114 hineingepumpt und wieder abgepumpt werden kann. Die Materialpatrone kann ferner eine Heiz-Kühlvorrichtung umfassen. Die Heiz-Kühlvorrichtung kann das Wärmetauschermedium umfassen. Die Heiz-Kühlvorrichtung kann derart ausgebildet sein, dass sie das Wärmetauschermedium aufheizen und/oder abkühlen kann, beispielsweise mittels Gas oder Strom. Die Heiz-Kühlvorrichtung kann eine Pumpe aufweisen, um das Wärmetauschermedium durch das Wärmetauscherrohr 114 zu befördern.
  • In Fig. 1 (e) ist die Materialpatrone gemäß Fig. 1 (c) dargestellt, wobei das Leitungssystem ferner ein in den Behälterinnenraum 102 ragendes Wärmetauscherrohrs 114 gemäß Figur 1 (d) umfasst. Leitungssyste, 113,114 verfügt über Anschlüsse (nicht gezeigt), über die ein Wärmetauschermedium in die Leitungen 113 und das Wärmetauscherrohr 114 hineingepumpt und wieder abgepumpt werden kann. Die Materialpatrone kann ferner eine Heiz-Kühlvorrichtung umfassen. Die Heiz-Kühlvorrichtung kann das Wärmetauschermedium umfassen. Die Heiz-Kühlvorrichtung kann derart ausgebildet sein, dass sie das Wärmetauschermedium aufheizen und/oder abkühlen kann, beispielsweise mittels Gas oder Strom. Die Heiz-Kühlvorrichtung kann eine Pumpe aufweisen, um das Wärmetauschermedium durch das Wärmetauscherrohr 114 und die Leitungen 113 zu befördern.
  • In Fig. 1 (f) ist die Materialpatrone gemäß Fig. 1 (a) dargestellt, wobei der Behälter 10 ein Heiz- und/oder Kühlsystem zum Erhitzen und/oder Kühlen des Behälterinnenraums 102 umfasst. Das Heiz- und/oder Kühlsystem ist als elektrisches Heizsystem mit Heizdrähten 115 ausgebildet, die in die Stützstruktur eingelassen sind. Die Heizdrähte können zusätzlich oder alternativ zwischen der Trennschicht 104 und der Stützstruktur 101 verlaufen und/oder in die Trennschicht eingelassen sein. Die Materialpatrone gemäß Fig. 1 (f) kann an ein externes Stromnetz anschließbar sein, dafür beispielsweise einen Netzstecker aufweisen, oder eine Batterie und/oder einen Akku umfassen (nicht gezeigt) mit dem das Heiz-/Kühlsystem betrieben werden kann.
  • Die Materialpatronen der Fign. 1 (a) bis 1 (f) können zusätzlich oder alternativ zu den beschriebenen Heiz-Kühlsystemen ein chemisches Heizmittel aufweisen. Dieses kann insbesondere als Heizpulver oder Heizgel ausgebildet sein und zum Heizen des Behälterinnenraums mittels einer exothermen Reaktion aktivierbar sein. Vorzugsweise ist das chemische Heizmittel in einer Zwischenschicht zwischen Stützstruktur 101 und Trennschicht 104 angeordnet.
  • Die Materialpatronen der Fign. 1 (a) bis 1 (f) können ein in einem Schutzrohr angeordnetes Thermoelement zum Überwachen der Temperatur im Behälterinnenraum umfassen. Das Thermoelement kann auch in der Trennschicht angeordnet sein.
  • Die Behälter 10 der Figuren 1 (a) bis 1 (f) können zumindest eine Aufnahmevorrichtung für automatische Materialflusssysteme aufweisen. Insbesondere kann der jeweilige Behälter 10 eine Aufnahmevorrichtung für die Aufnahme in Magazine für den Druckguss aufweisen.
  • Die Aufnahmevorrichtung kann an einer Außenseite des Behälters, vorzugsweise an der Stützstruktur 101 angeordnet sein. Zusätzlich oder alternativ kann der Behälter Stapelfüße für das Stapeln in Transportstelllagen aufweisen. Der Behälter 10 kann ferner eine oder mehrere Aufnahmevorrichtung/en für das manuelle oder robotergestützte, sichere Heben einzelner oder mehrerer Behälter 10 und/oder für das sichere Transportieren auf Paletten aufweisen. Vorzugsweise umfasst der Behälter 10 über eine im Wesentlichen flächige und/oder ebene Oberseite und/oder Unterseite für vereinfachtes Stapeln. Ferner kann der Behälter Zurr-Ösen für das sichere Transportieren und/oder Haken und/oder Ösen für das Einrasten in Transportsystemen aufweisen.
  • Die Figuren 2 (a) und 2 (b) zeigen jeweils eine Materialpatrone 1, die im Wesentlichen der Materialpatrone der Figur 1 (a) entspricht. Die Materialpatrone der Figur 2 kann ferner einige oder alle Merkmale, insbesondere die Merkmale betreffend die Heiz-/Kühlsysteme, der Figuren 1 (b) - 1 (f) aufweisen.
  • Der Deckel 105 des Behälters 10 der Figur 2 (a) umfasst ein Ventil 201, vorzugsweise ausgebildet als Gasventil. Über das Ventil 201 kann Schutzgas in den Behälterinnenraum 102 eingebracht und/oder abgelassen werden. Ferner kann durch das Ventil 201 Luft aus dem Behälterinnenraum 102 abgepumpt werden. Das Ventil 201 weist eine Ventilaktorik 202 auf und ist als Zylinderventil zum Drehen ausgebildet. Auch andere Ventile können vorgesehen sein, um Schutzgas und oder Luft in den Behälter 10 einzubringen und/oder zu entnehmen.
  • Der Behälter der Figur 2 (b) umfasst einen Deckel 105, der mittels Rändeln an dem Behälter befestigt ist und derart die Behälteröffnung 106 gasdicht verschließt. Der Deckel 105 weist ein Zwei-Wege-Ventil 203 auf. Über das Ventil 203 kann Schutzgas in den Behälterinnenraum 102 eingebracht und/oder abgelassen werden. Ferner kann durch das Ventil 201 Luft aus dem Behälterinnenraum 102 abgepumpt werden. Die Stützstruktur des Behälters umfasst Haltevorrichtungen 204 als Aufnahmevorrichtung, um eine Transportabilität des Behälters bzw. der Materialpatrone zu verbessern.
  • Die Figur 3 zeigt eine Materialpatrone umfassend einen Behälter 10 mit einem Deckel 105. Die wesentlichen Merkmale des Behälters 10 der Figur 3 entsprechen denen der vorherigen Figuren. Der Deckel 105 sowie ein Behälterboden 105' sind mittels Bördeln an den Behälterseitenwänden angebracht. Die Stützstruktur 101 des Behälters sowie der Deckel 105 und der Boden 105' sind aus Blech. Der Deckel 105 sowie der Boden 105' weisen gegenüber den Behälterseitenwänden gasdichte Fügestellen 301 auf. Die Materialmischung 108 füllt zumindest zu 95 %, bevorzugt zumindest zu 99%, besonders bevorzugt zu 99,9% des Behälterinnenraums 102 aus. Der Behälterinnenraum 102 umfasst einen Schutzgasrest der maximal 5%, bevorzugt maximal 1% besonders bevorzugt maximal 0,1% des Behälterinnenraumvolumens ausfüllt.
  • Die Figur 4 zeigt eine Materialpatrone umfassend einen Behälter 10 mit einem Deckel 105. Die wesentlichen Merkmale des Behälters 10 der Figur 4 entsprechen denen Figur 1 bis 2, wobei der Deckel 105 des Behälters der Figur 4 die Öffnung 106 des Behälters 10 stoffschlüssig verschließt. Die Stützstruktur 101 sowie der Deckel 105 sind aus Stahl. Der Deckel 105 weist einen Zentrierabsatz 401 auf, der an der Behälteraußenwand anliegt. Der Deckel 105 kann derart beim Auflegen auf die Behälteröffnung 106 zum Schließen des Behälters auf der Öffnung zentriert werden. Der Deckel 106 ist derart mit der Stützstruktur 101 verschweißt, dass die Öffnung 106 des Behälters 10 durch die Schweißnaht 402 gasdicht verschlossen ist.
  • Die Figur 5 zeigt eine Materialpatrone 1 mit einem Behälter gemäß Figur 4. Die Materialpatrone der Figur 5 umfasst ferner einen Außentopf 501, der hohlzylinderförmig ausgebildet ist und an seiner Oberseite eine Öffnung 502 zur Aufnahme des Behälters gemäß Fig. 4 aufweist. Der Außentopf 501 umfasst eine Zwischenschicht 503, die in den Seitenwänden des Hohlzylinders des Außentopfes 501 angeordnet ist. Die Zwischenschicht kann als Wärmeisolationsschicht ausgebildet sein. Alternativ kann die Zwischenschicht ein Heizpulver zum Aufheizen des Behälters umfassen. Das Heizpulver kann nach Aktivierung eine exotherme Reaktion durchführen, sodass der Behälter 10 aufgeheizt wird. An einer Unterseite des Außentopfes 501 ist eine Öffnung 504 vorgesehen. Diese untere Öffnung 504 des Außentopfes 501 ist mit einem Deckel 505 verschließbar. Der Deckel 505 kann beispielsweise in die Öffnung 504 eingeschraubt sein. Der Deckel dient insbesondere als Schutzdeckel zum Schützen der Sollbruchstelle 110 vor Beschädigung und/oder als Schutz vor Hitze-/Wärmebelastung durch heiße Materialmischung 108 im Inneren des Behälters 10.
  • Figur 6 zeigt einen Einzelgussvorgang mit einer Materialpatrone 1 gemäß Figur 2 (a). Die Materialpatrone 1 wird in einer durch den Pfeil 603 gekennzeichneten Richtung in eine Einstechvorrichtung 601 aufgesetzt. Die Einstechvorrichtung 601 umfasst einen Einstechdorn 602, der die Sollbruchstelle 110 der Materialpatrone durchstößt. Dadurch wird der Behälter 10 an seiner Unterseite geöffnet. An das Ventil 201 wird eine Schutzgasquelle angeschlossen, sodass Schutzgas, dargestellt durch den Pfeil 604 in den Behälterinnenraum 102 über das Ventil 201 eingedüst wird. Dies erhöht den Druck in Richtung 605 im Behälter 10, sodass die in der Materialpatrone 1 enthaltene Materialmischung 109 durch eine Öffnung im Einstechdorn 602 in einen Einguss 607 einer Gussform 606 eingebracht wird. Durch das kontrollierte Eindüsen des Schutzgases wird die Materialpatrone gleichmäßig entleert, Lufteinwirbelungen am Einguss werden vermindert oder sogar verhindert. Die Materialmischungsflussrichtung ist schematisch durch den Pfeil 611 dargestellt. Der Einstechdorn schließt mit der eingestochenen Öffnung in dem Behälter vorzugsweise gasdicht ab, sodass die Materialmischung beim Einbringen in die Gussform nicht oder nur wenig mit Umgebungsluft in Kontakt kommt. Ferner ist die Einstechvorrichtung möglichst dicht abschließend mit der Gussform verbunden, sodass die Materialmischung nicht oder nur wenig mit Umgebungsluft in Kontakt kommt. Das über das Ventil 201 eingedüste Schutzgas bewirkt einen Transport der Materialmischung durch einen Gießlauf 608 der Gussform 606 in eine Gießkavität 609 der Gussform 606. In der Gießkavität enthaltene Luft, oder im Falle einer mit Schutzgas gespülten Gussform darin enthaltenes Schutzgas dargestellt durch die Pfeile 612, kann durch Entgasungsbohrungen 610 entweichen. Die Gießkavität 609 kann durch kontrolliertes Eindüsen des Schutzgases über das Ventil 201 somit kontrolliert mit Materialmischung 109 aus der Materialpatrone 1 gefüllt werden.
  • Fig. 7 zeigt einen Einzelgussvorgang, der in den wesentlichen Merkmalen dem der Fig. 6 entspricht, wobei ein Gießtümpel 701 eine serielle Anwendung von Materialpatronen 1 ermöglicht. Die Einstechvorrichtung 603 der Fig. 7 hat eine gegenüber der Einstechvorrichtung der Figur 6 höhere seitliche Führung. So kann die Materialpatrone 1 entlang ihrer Seitenfläche besser gestützt werden. Über dem Einguss 607 weist die Gussform 606 der Figur 7 einen Gießtümpel 701 auf zum Puffern der Materialmischung auf. So kann eine Materialpatrone 1 gewechselt werden, ohne dass während eines Gießvorgangs Luft in den Gießlauf 608 gerät und damit die Qualität des Gussteils beeinflusst. Die benötigte Menge an Materialmischung für den Guss eines Gießteils , d.h. zum Füllen der Gießkavität 609, kann somit aus einer oder aus mehreren Materialpatronen realisiert werden. Die Materialpatrone 1 wird mittels eines Schiebers 702 in Richtung des Pfeils 703 zusammengedrückt. Somit wird das Volumen in dem Behälterinnenraum 102 verringert und Materialmischung 109 wird durch die Öffnung im Einstechdorn 602 in den Gießtümpel gedrückt. Aus dem Gießtümpel fließt die Materialmischung 109 weiter durch den Gießlauf 608 in die Gießkavität 609, aus der enthaltene Gase durch Entgasungsbohrungen 610 entweichen können, wie bereits im Hinblick auf Figur 6 beschrieben.
  • Figur 8 zeigt ein Materialpatronenmagazin 801 zum Aufnehmen mehrerer Materialpatronen 1. Im vorliegenden Beispiel sind vier Materialpatronen 1 in dem Materialpatronenmagazin 801 angeordnet, selbstverständlich sind je nach Gussform und Anwendung verschiedene Anzahlen an Materialpatronen 1 möglich. Die Materialpatronen 1 entsprechen einer oben beschriebenen Materialpatronen 1. Das Materialpatronenmagazin 801 umfasst vertikal bewegliche Trennböden 802, auf denen Materialpatronen angeordnet und in vertikaler Richtung transportiert werden können. Die Materialpatronen 1 der obigen Zeichnungen sind um 90 Grad gegen den Uhrzeigersinn gedreht, sodass die Sollbruchstelle 110 nach rechts zeigt. Die Materialpatronen sind übereinander jeweils eine pro beweglichem Boden 802 in dem Materialpatronenmagazin 801 angeordnet. Zum Befüllen der Gießkavität 609 der Gussform 606 wird eine Materialpatrone 1, die sich auf der Höhe eine Eingussöffnung 803 befindet, von einem Druckstempel 804 in horizontaler Richtung nach rechts gegen einen Anschlag geschoben. Der Druckstempel 804 läuft vorzugsweise in einer Führung 805. Der Druckstempel 804 wird nach dem Anschlag der Materialpatrone 1 an einem Vorsprung des Materialpatronenmagazins 801 oder einer Entleervorrichtung weiter nach rechts bewegt, sodass die Materialpatrone zusammengedrückt wird. Durch das Zusammendrücken wird das Volumen im Inneren der Materialpatrone verringert, sodass der Innendruck steigt und die Sollbruchstelle 110 aufgebrochen wird. Alternativ kann auch ein Einstechdorn 602 oder eine ähnliche Einstechvorrichtung 601 zum Öffnen der Sollbruchstelle 110 vorgesehen sein. Die Materialmischung wird durch den erhöhten Druck in die Eingussöffnung 803 und in die Gießkavität 609 getrieben. Nach der Entleerung der Materialpatrone 1 kann eine Auswerfklappe 806 geöffnet werden, sodass die Materialpatrone aus der Entleervorrichtung 807 fällt. Der Druckstempel 804 fährt zurück in die linke Ausgangsposition. Die vertikal beweglichen Böden 802 fahren eine weitere Materialpatrone nach unten auf die Höhe der Eingussöffnung 803, sodass der Druckstempel 804 diese zur Entleerung wieder nachts rechts verschieben und daraufhin zusammendrücken kann. Derart kann ein automatisiertes Gießen vereinfacht werden.
  • Figur 9 zeigt einen Gießvorgang bei dem parallel aus zwei Materialpatronen Materialmischungen entnommen werden, um diese in eine einzige Gießkavität 609 einer Gussform 606 einzubringen. Die Materialpatronen 1 entsprechen denen der Figur 2 (a). Die Merkmale der Gießvorrichtung der Figur 6 sowie der entsprechende Verfahrensablauf sind analog auf die Gießvorrichtung der Figur 9 übertragbar, wobei gleichzeitig zwei Materialpatronen 1 entleert werden.
  • Figur 10 zeigt eine Abfüllvorrichtung 901 und eine Verschlussstation 912. Die Abfüllvorrichtung 901 ist in vertikaler Richtung beweglich. Die Abfüllvorrichtung 901 umfasst einen Materialmischungstank 902 in dem Materialmischung 109, beispielsweise eine Metalllegierung, angeordnet ist. Die Materialmischung 109 liegt in flüssiger Form vor. Der Materialmischungstank 902 der Figur 10 weist einen Deckel 903 auf, der einen Innenraum des Materialmischungstanks 902 gasdicht abdichtet. So kann gewährleistet werden, dass die enthaltene Materialmischung 109 möglichst wenig mit Umgebungsluft in Kontakt kommt und damit eine Degradation vermindert wird. In anderen Ausführungsbeispielen kann der Materialmischungstank 902 alternativ keinen Deckel 903 oder einen Deckel 903 aufweisen, der nicht gasdicht verschlossen bzw. verschließbar ist. Die Abfüllvorrichtung 901 wird in eine obere Position verfahren, damit ein Behälter unter der Abfüllvorrichtung 901 angeordnet werden kann. Ein Behälter 10 gemäß einer der obigen Ausführungen wird unter dem Materialmischungstank 902 angeordnet. Die Abfüllvorrichtung 901 wird in eine untere Position verfahren. Die Behälteröffnung 106 weist nach oben zum Materialmischungstank 902. Ein Einfüllrohr 904 des Materialmischungstanks 902 ragt in den Behälterinnenraum 102 und verbindet den Materialmischungstankinnenraum mit dem Behälterinnenraum 102. Die Abfüllvorrichtung 901 umfasst eine Glocke 905, die einen Raum 906 zwischen dem Behälter 10 und dem Materialmischungstank 902 gasdicht abdichtet. Über eine Gasleitung 907, die durch eine Seitenwand der Glocke 905 verläuft und in den Behälter 10 hineinragt, wird Schutzgas, exemplarisch dargestellt durch den Pfeil 908, eingebracht, sodass der Behälterinnenraum 102 mit Schutzgas gespült wird. Über eine weitere oder dieselbe Leitung 907 kann Luft in Richtung des Pfeils 908' verdrängt und/oder abgepumpt werden. In dem Innenraum 906 der Glocke 905 kann so eine Schutzgasatmosphäre eingestellt werden.
  • Ein vertikal beweglicher Stopfen 909 verschließt eine Ausgangsöffnung 910 des Materialmischungstanks 902. Wird der Stopfen 909 nach oben verschoben, wird die Ausgangsöffnung 910 freigegeben und die flüssige Materialmischung 109 tritt durch das Einfüllrohr 904 aus und wird in den Behälterinnenraum 102 eingebracht. So kann durch die Stopfenbewegung ein Einfüllvorgang kontrolliert werden. Nach dem Einfüllen der Materialmischung 109 wird die Abfüllvorrichtung nach oben verschoben. Der mit Materialmischung 109 gefüllte Behälter wird, beispielsweise über ein Förderband 911, zu einer Verschlussstation 912 gebracht, dargestellt durch den Pfeil 913. Die Verschlussstation 912 umfasst eine vertikal bewegliche Haltevorrichtung 914 für einen Deckel 105. Ein Deckel 105 ist in der Haltevorrichtung 914 angeordnet. Der mit Materialmischung 109 befüllte Behälter 10 wird unter der Haltevorrichtung 914 angeordnet. Die Haltevorrichtung 914wird nach unten bewegt und die Öffnung 106 des Behälters 10 wird mit dem Deckel 105 gasdicht verschlossen. Dafür kann die Verschlussstation 912 beispielsweise einen Einpresstempel 915 umfassen, der den Deckel 105 in die Behälteröffnung 106 einpresst. In anderen Ausführungsbeispielen kann an der Verschlussstation der Deckel 105 anderweitig gasdicht mit der Behälteröffnung 106 verbunden werden. Beispielsweise kann der Deckel 105 verschweißt oder verklemmt werden. Es sei insbesondere auf die obigen Ausführungen im allgemeinen Beschreibungsteil verwiesen. Nach dem Verschließen der Behälteröffnung 106 mit dem Deckel 105 ist eine Materialpatrone 1 gemäß obiger Ausführungen hergestellt. Wie oben beschrieben, kann nochmals Schutzgas in die Materialpatrone eingedüst werden und/oder Luft abgepumpt werden. Die Materialpatrone 1 wird abgekühlt, sodass die Materialmischung 109 darin erstarrt. Die Materialpatrone 1 kann gelagert werden. Die Materialpatrone 1 kann auch direkt zu einer Gießstation verbracht werden.
  • In einer Ausführungsform können die Abfüllvorrichtung und die Verschlussstation in einem gasdicht abdichtbaren Raum 916 angeordnet werden. In dem Raum 916 kann eine Schutzgasatmosphäre eingestellt werden, sodass eine Degradation der Materialmischung während des Transports zur Verschlussstation vermieden oder gar verhindert wird.
  • Die Figuren 11 bis 13 zeigen weitere Ausführungsbeispiele von Materialpatronen 1. Die dort beschriebenen Materialpatronen 1 können beispielsweise in einem Einzelgussvorgang gemäß Figur 6 oder 7, in einem Materialpatronenmagazin gemäß Figur 8, einem Gießvorgang gemäß Figur 9 oder in einer Abfülleinrichtung gem. Figur 10 verwendet werden.
  • Die in den Figuren 1 bis 13 beschriebenen Merkmale können beliebig miteinander kombiniert werden. Die dargestellten Ausführungsbeispiele sind nicht beschränkend zu verstehen.
  • Figur 11 zeigt eine Materialpatrone 1, die in ihren wesentlichen Merkmalen mit den oben beschriebenen Materialpatronen 1 übereinstimmt. Der Deckel 105 der Materialpatrone 1 der Figur 11 ist mittels Klemmen 1001 mit der Stützstruktur verbunden, um den Behälterinnenraum 102, insbesondere die Behälteröffnung 106, gasdicht zu verschließen. Die Materialpatrone 1 der Figur 11 (a) ist mit einer Materialmischung 109 nahezu vollständig befüllt. Die Materialpatrone 1 umfasst einen vertikal bewegbaren Innenschieber 1002 mit einer Aktorikstange. In der Fig. 11 (a) ist der Innenschieber 1002 in einer obersten Position angeordnet. In Fig. 11(b) ist der Innenschieber 1002 gegenüber der in Fig. 11 (a) gezeigten in einer nach unten verschobenen Position angeordnet.
  • Zur Füllung der Materialpatrone 1 wird die Materialpatrone 1 mit einer Öffnung 1003 in eine flüssige Materialmischung 109 eingetaucht oder auf einen Füllstutzen direkt über der flüssigen Materialmischung 109 aufgesetzt. Der Innenschieber 1002 wird dann von einer untersten Position nach oben gezogen. Dadurch entsteht im Behälterinnenraum 10 ein Unterdruck und die Materialpatrone 1 wird mit Materialmischung 109 befüllt. füllt sich die Materialpatrone 1. Mit einem Verschlussschieber 1004 kann die Materialpatrone 1 verschlossen werden.. Zum Entleeren wird der Verschlussschieber 1004 horizontal verschoben, sodass die Öffnung 1003 wieder geöffnet wird. Der Innenschieber 1002 kann von der obersten Position nach unten gedrückt werden, sodass Materialmischung 109 durch die Öffnung 1003 gedrückt wird.
  • Nach einem Ausschmelzen von Materialresten in der Materialpatrone 1 kann diese wiederverwendet werden.
  • Figur 12 zeigt eine Materialpatrone 1, die in den wesentlichen Merkmalen der Materialpatrone 1 der Figur 1 (a) oder einer der folgenden Materialpatronen 1 übereinstimmt. Anstelle einer Sollbruchstelle gemäß obiger Beschreibung, umfasst die Materialpatrone 1 der Figur 12 eine untere Öffnung 1003, die in der Figur 12 (a) durch ein Schmelzplättchen 1101 verschlossen ist. In der Fig. 12 (b) ist die untere Öffnung 1003 geöffnet. Das Schmelzplättchen umfasst das gleiche Material wie die Materialmischung 109 oder eine höherschmelzende Materialmischung des gleichen Basismaterials (zum Beispiel hochschmelzende Aluminiumlegierung als Schmelzplättchen 1101 bei einer niedrigschmelzenden Aluminiumlegierung als Inhalt) oder eines anderen Basismaterials (Eisenbasis bei Aluminium-Materialmischung).
  • Das Schmelzplättchen 1101 schmilzt ab einer Schmelztemperatur und wird weich oder flüssig. Dadurch wird das Schmelzplättchen von einem Innendruck der Patrone zerstört, sodass die Öffnung 1003 quasi aufgedrückt wird. Ein Aufschmelzen/Öffnen bei Abfüllung der Materialmischung 109 in die Materialpatrone 1 kann durch aktive Kühlung der Patrone in diesem Bereich oder durch schnelle Abkühlung der gesamten Patrone verhindert oder vermindert werden. Eine Abdichtung im festen Zustand erfolgt durch einen Innendruck. Der Innendruck kann den oben bezüglich der Füllung mittels Überdruck beschriebenen Werte entsprechen. Durch Ausschmelzen von Materialresten kann die Materialpatrone 1 gereinigt und daraufhin wiederverwendet werden.
  • Das Schmelzplättchen 1101 kann vor dem Befüllen eingelegt werden. Die Herstellung der Materialpatrone 1 entspricht der Herstellung einer der oben beschriebenen Materialpatronen. Ein Schmelzplättchen wie in Figur 12 beschrieben kann mit den oben beschriebenen Materialpatronen 1 oder Merkmalen dieser kombiniert werden.
  • Figur 13 zeigt eine Materialpatrone 1, die analog der oben beschriebenen Materialpatronen 1 ausgebildet sein kann.
  • Die Materialpatrone 1 der Figur 13 umfasst eine untere Öffnung 1003 mit einem Plättchenverschluss 1201.
  • Im gezeigten Beispiel weist der Plättchenverschluss 1201 zwei übereinander angeordnete Plättchen 1201' und 1201" auf. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann der Plättchenverschluss 1201 eine andere Plättchenanzahl aufweisen, vorzugsweise maximal zehn, besonders bevorzugt maximal fünf Plättchen, ganz besonders bevorzugt höchstens ein Plättchen. Die Verschlussplättchen 1201' und 1201" werden vor dem Befüllen des Behälters 10 mit einer Materialmischung 109 eingelegt. Der Befüllvorgang mit Materialmischung 109 entspricht einem der oben bezüglich der weiteren Materialpatronen 1 beschriebenen Befüllvorgänge. Ds oberste Verschlussplättchen, hier 1201', weist typischerweise eine Trennschicht analog der Trennschicht 104 im Behälterinnenraum auf.
  • Zum Entleeren der Materialpatrone 1 kann die Materialpatrone 1 auf eine Aufdrückeinrichtung 601 gesetzt werden. Wie in Figur 13 (b) gezeigt, verschiebt ein Einstechdorn die Plättchen 1201' und 1201", sodass die Öffnung 1003 freigegeben wird und Materialmischung 109 austreten kann.
  • Durch Ausschmelzen von Materialresten kann die Materialpatrone 1 gereinigt und daraufhin wiederverwendet werden.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Materialpatrone
    10
    Behälter
    101
    Stützstruktur
    102
    Behälterinnenraum
    103
    Bodenfläche
    104
    Trennschicht
    105
    Deckel
    105'
    Behälterboden
    106
    Behälteröffnung
    107
    Seitenwand der Behälteröffnung
    108
    Materialmischung
    109
    Schutzgas
    110
    Sollbruchstelle
    111
    Kreismittelpunkt
    112
    magnetisch einkoppelbare Heizelemente
    113
    Leitungen
    114
    Wärmetauscherrohr
    115
    Heizdrähte
    201
    Ventil
    202
    Ventilaktorik
    203
    Ventil
    204
    Haltevorrichtung
    301
    gasdichte Fügestellen
    401
    Zentrierabsatz
    402
    Schweißnaht
    501
    Außentopf
    502
    obere Öffnung Außentopf
    503
    Zwischenschicht
    504
    untere Öffnung Außentopf
    505
    Deckel Außentopf
    601
    Einstechvorrichtung
    602
    Einstechdorn
    603
    Aufsetzrichtung
    604
    Eindüsen von Schutzgas
    605
    Druckrichtung
    606
    Gussform
    607
    Einguss
    608
    Gießlauf
    609
    Gießkavität
    610
    Entgasungsbohrung
    611
    Materialmischungsflussrichtung
    612
    entweichendes Gas
    701
    Gießtümpel
    702
    Schieber
    703
    Zusammendrückrichtung
    801
    Materialpatronenmagazin
    802
    vertikal bewegliche Trennböden
    803
    Eingussöffnung
    804
    Druckstempel
    805
    Druckstempelführung
    806
    Auswerfklappe
    807
    Entleervorrichtung
    901
    Abfüllvorrichtung
    902
    Materialmischungstank
    903
    Deckel
    904
    Einfüllrohr
    905
    Glocke
    906
    Glockeninnenraum
    907
    Gasleitung
    908
    Schutzgaseindüsung
    908'
    Luftablass
    909
    Stopfen
    910
    Ausgangsöffnung
    911
    Förderband
    912
    Verschlussstation
    913
    Förderrichtung
    914
    Haltevorrichtung
    915
    Einpressstempel
    1001
    Klemme
    1002
    Innenschieber
    1003
    untere Öffnung
    1004
    Verschlussschieber
    1101
    Schmelzplättchen
    1201
    Plättchenverschluss
    1201'
    erstes Plättchen
    1201"
    zweites Plättchen
    L
    Lotrechte

Claims (15)

  1. Verfahren zum Herstellen einer Materialpatrone (1) zum Konservieren einer gegenüber Luft korrosionsanfälligen Materialmischung (109), umfassend die folgenden Schritte
    - Bereitstellen eines Behälters (10) mit einer einen Innenraum bildenden Stützstruktur, wobei der Innenraum ausgebildet ist, eine Metallschmelze mit einer Temperatur bis zu 3500 Grad Celsius aufzunehmen, und mit einer Öffnung (106) zum Aufnehmen der Materialmischung (109) und mit einem Behälterdeckel (105) zum gasdichten Verschlie-ßen der Öffnung (106),
    - Einfüllen der Materialmischung (109) in Form von Metallschmelze, insbesondere unter Luftabschluss, durch die Öffnung in den Behälter (10),
    - gasdichtes Verschließen der Öffnung des Behälters (10),
    wobei der Behälter (10) vor dem Einfüllen der Materialmischung (109) in den Behälter (10) mit einem Schutzgas gespült wird,
    wobei nach dem Einfüllen der Materialmischung Schutzgas in den Behälter (10) eingebracht wird, um im Behälter (10) enthaltene Luft zu verdrängen,
    wobei die Metallschmelze in dem Behälter abgekühlt wird, sodass sie darin erstarrt in fester Form vorliegt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erstarrte Metallschmelze nach dem Abkühlen wieder erhitzt wird, sodass diese wieder einen flüssigen Zustand annimmt.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Schutzgas Argon und/oder Xenon und/oder Helium und/oder Stickstoff und/oder Wasserstoff umfasst.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Einfüllen der Metallschmelze mittels metallostatischem Druckunterschied oder durch Senken eines im Behälter (10) vorherrschenden Druckes erfolgt.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei beim Einfüllen der Metallschmelze das zuvor eingebrachte Schutzgas verdrängt wird, insbesondere zumindest zu 95% verdrängt wird, bevorzugt zumindest zu 99% verdrängt wird, besonders bevorzugt zu 99,9% verdrängt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei beim Einbringen von Schutzgas in den Behälter (10) nach dem Einfüllen der Materialmischung (109) , um im Behälter (10) enthaltene Luft zu verdrängen, das Schutzgas mit einem Überdruck von mindestens 1 bar, besonders bevorzugt von mindestens 2 bar, ganz besonders bevorzugt von mindestens 4 bar eingebracht wird und/oder das Schutzgas mit einem Überdruck von höchstens 20 bar, besonders vorzugsweise höchstens 10 bar, ganz besonders bevorzugt höchstens 6 bar eingebracht wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Behälter (10) nach dem Einfüllen der Metallschmelze gasdicht mittels Formschluss und/oder Reibschluss und/oder Stoffschluss verschlossen wird.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei nach dem Einfüllen der Metallschmelze in den Behälter (10) und/oder vor dem Verschließen des Behälters (10) Luft aus dem Behälter (10) abgepumpt wird.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Behälter (10) und/oder der Inhalt des Behälters (10) stufenweise abgekühlt wird/werden.
  10. Materialpatrone (1) zum Konservieren einer Materialmischung (109), in Form einer Metallschmelze, umfassend einen Behälter (10) zur Anwendung in einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 -8, eine in dem Behälter (10) angeordnete Metallschmelze sowie ein in dem Behälter (10) angeordnetes Schutzgas, der Behälter umfassend
    - eine einen Innenraum bildende Stützstruktur, wobei der Innenraum ausgebildet ist, eine Metallschmelze mit einer Temperatur bis zu 3500 Grad Celsius, vorzugsweise bis zu 1600 Grad Celsius, besonders bevorzugt bis zu 900 Grad Celsius aufzunehmen,
    - eine erste Öffnung zum Befüllen und/oder Entleeren der Metallschmelze, in/aus dem Innenraum des Behälters (10),
    einen Behälterdeckel (105) der die erste Öffnung (106) gasdicht verschließt,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschmelze abgekühlt und erstarrt ist.
  11. Materialpatrone (1) nach Anspruch 10, wobei der Behälterinnenraum (102) zumindest bereichsweise mit einer Trennschicht (104), vorzugsweise einer keramischen Trennschicht, ausgekleidet ist und/oder gekennzeichnet durch eine Wärmeisolierung, die außen an der Stützstruktur (101) und/oder in einer Zwischenschicht zwischen einer Trennschicht (104) und der Stützstruktur (101) angeordnet ist.
  12. Materialpatrone (1) nach einem der Ansprüche 10 oder 11, wobei der Behälter (10) ein Heizsystem zum Erhitzen des Behälterinnenraums (102) umfasst, wobei das Heizsystem als chemisches Heizmittel ausgebildet ist, insbesondere als Heizpulver oder Heizgel, das zum Heizen des Behälterinnenraums (102) mittels einer exothermen Reaktion aktivierbar ist und vorzugsweise in einer Zwischenschicht zwischen Stützstruktur (101) und Trennschicht (104) angeordnet ist.
  13. Materialpatrone (1) nach einem der Ansprüche 10-12, wobei ein Ein-Wege-Ventil und/oder ein Zwei-Wege-Ventil zum Steuern eines Gasdrucks im Behälterinnenraum (102) und/oder
    durch ein in einem Schutzrohr angeordnetes Thermoelement zum Überwachen der Temperatur im Behälterinnenraum (102).
  14. Materialpatrone (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, umfassend eine Sollbruchstelle (110) mit zumindest bereichsweise gegenüber der Seitenwand und/oder gegenüber der weiteren Bodenfläche um zumindest 20 Prozent verringerten Dicke zum zerstörenden Öffnen des Behälters (10).
  15. Materialpatrone (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 14, umfassend zumindest eine Aufnahmevorrichtung (204) für automatische Materialflusssysteme, insbesondere für die Aufnahme in Magazine für den Druckguss.
EP21721475.8A 2020-04-30 2021-04-22 Materialpatrone und verfahren zum herstellen einer materialpatrone Active EP4142963B1 (de)

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PCT/EP2021/060493 WO2021219478A1 (de) 2020-04-30 2021-04-22 Verfahren zum herstellen einer materialpatrone, behälter zur anwendung in einem entsprechenden verfahren, materialpatrone sowie verfahren zum herstellen eines gussproduktes unter verwendung der materialpatrone, sowie entsprechendes gussprodukt

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