DE102013019309B4 - Method for casting open-pored cellular metal parts - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gießen von offenporigen zellularen Metallteilen, insbesondere aus Bleilegierungen. Solche Metallteile sind für die Fertigung von Batterieelektroden einsetzbar. Beim Gießen von offenporigen zellularen Batterieelektroden soll eine größere Reaktionsoberfläche geschaffen, ein verringertes Gewicht und eine hohe Strukturstabilität erreicht sowie eine gesteuerte Formfüllung beim Gießprozess ermöglicht werden. Erfindungsgemäß gelangt das Niederdruckgießen mit gesteuerter Formfüllung zur Anwendung. Dazu werden eine Dauergussform (Kokille) und eine verlorene PreForm aus platzhaltigem Salzgranulat, das mit einem Bindemittel gebunden ist, verwendet. Die Dauergussform ist auf die Niederdruckgießeinrichtung aufgebracht und kann unter Druckbeaufschlagung des Kesselraums steigend entgegen der Schwerkraft ausgefüllt werden. Das Bindemittel wird aus einem Wasserglasbinder, der mit 7 bis 13 Gewichts-% Wasser (bezogen auf das Gewicht des Wasserglasbinders) versetzt wurde, unter Zusatz von 7 bis 12 Gewichts-% Stärke (bezogen auf das Gewicht des mit Wasser versetzten Wasserglasbinders) erzeugt. Anschließend erfolgt für die Herstellung der PreForm das Mischen des Salzgranulats mit 6 bis 10 Gewichts-% des Bindemittels (bezogen auf das Gewicht des Salzgranulates). Nach dem Einbringen des Gemisches in eine Form wird die PreForm zum Zwecke des Härtens mit CO2 oder warmer Luft durchströmt. Die so entstandene, vorgewärmte PreForm kommt in die Kokille und anschließend kann der Gießprozess erfolgen. Nach dem Abkühlen wird das Gussstück von der Niederdruckgießeinrichtung abgenommen und das Gießsystem entfernt. Anschließend erfolgt das Auslösen des platzhaltenden Granulats mittels Wasser, so dass das offenporige zellulare Metallteil vorliegt.The invention relates to a method for casting open-pored cellular metal parts, in particular from lead alloys. Such metal parts can be used for the production of battery electrodes. When casting open-pored cellular battery electrodes, a larger reaction surface is to be created, a reduced weight and high structural stability are to be achieved, and controlled mold filling during the casting process is to be made possible. According to the invention, low-pressure casting with controlled mold filling is used. For this purpose, a permanent casting mold (chill mold) and a lost PreForm made of space-containing salt granules that are bound with a binding agent are used. The permanent casting mold is attached to the low-pressure casting device and can be filled with increasing pressure against the force of gravity when the boiler chamber is pressurized. The binder is made from a water glass binder to which 7 to 13% by weight of water (based on the weight of the water glass binder) was added, with the addition of 7 to 12% by weight of starch (based on the weight of the water glass binder). For the production of the PreForm, the salt granulate is then mixed with 6 to 10% by weight of the binding agent (based on the weight of the salt granulate). After the mixture has been introduced into a mold, CO2 or warm air is flowed through the PreForm for hardening purposes. The resulting, preheated PreForm is placed in the mold and then the casting process can take place. After cooling, the casting is removed from the low-pressure casting device and the casting system is removed. The space-retaining granules are then released using water so that the open-pored cellular metal part is present.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gießen von offenporigen zellularen Metallteilen, insbesondere aus Bleilegierungen. Solche Metallteile sind für die Fertigung von Batterieelektroden einsetzbar.The invention relates to a method for casting open-pored cellular metal parts, in particular from lead alloys. Such metal parts can be used for the production of battery electrodes.

Das Interesse an zellularen Metallteilen hat in den letzten Jahren sehr stark zugenommen. Zellulare Metallteile können aufgrund ihrer inneren Struktur das verfügbare Eigenschaftsprofil erweitern. Sie sind etwa 50 bis 90% leichter als kompakte Werkstoffe, temperaturbeständig, gut recycelbar und sie absorbieren Stoßenergie. Wenn sie richtig eingesetzt werden, erhöhen sie die Steifigkeit und absorbieren Schwingungsenergie. Gerade für den Leichtbau sind diese Eigenschaften außerordentlich viel versprechend. Besonders die offenporigen zellularen Metallteile weisen infolge ihrer Durchströmbarkeit ein breites Anwendungspotential auf.Interest in cellular metal parts has increased dramatically in recent years. Due to their internal structure, cellular metal parts can expand the available property profile. They are about 50 to 90% lighter than compact materials, temperature resistant, good recyclability and absorb impact energy. When used properly, they increase rigidity and absorb vibrational energy. Especially for lightweight construction, these properties are extremely promising. In particular, the open-pore cellular metal parts have a wide application potential due to their flow through.

Offenporige zellulare Metallteile, auch als Metallschäume bezeichnet, stellen neue Werkstoffe aus bekannten Materialien dar. Neben der enormen Gewichtsreduktion von ca. 90% bezogen auf Vollmaterial ist durch die offenporige dreidimensionale vernetzte Struktur ein Spektrum neuer Eigenschaften entstanden, das zur Konzeption innovativer Produkte herausfordert. An besonderen Eigenschaften sind vor allem folgende Merkmale von Interesse: geringes Gewicht, große mechanische Stabilität, Durchströmbarkeit/Infiltrierbarkeit, große innere Oberfläche, stoffschlüssige Anbindung, nahezu freie Werkstoffauswahl sowie die geometrischen Freiheitsgrade. Die Eigenschaften können in Ihrer Ausprägung kombiniert werden und gewährleisten eine optimale Anpassung an die Funktionalität des Produktes.Open-pore cellular metal parts, also referred to as metal foams, represent new materials from known materials. In addition to the enormous weight reduction of about 90% based on solid material, the open-pore three-dimensional networked structure has created a spectrum of new properties that challenge the design of innovative products. The following features are of particular interest in particular properties: low weight, high mechanical stability, permeability / infiltrability, large inner surface, integral connection, virtually free choice of material and the geometric degrees of freedom. The properties can be combined in their design and ensure optimal adaptation to the functionality of the product.

Bisher lassen sich prinzipiell zwei Hauptgruppen für die Herstellung von offenporigen Metallteilen unterscheiden: Zum einen erfolgt die Herstellung über den schmelzflüssigen und zum anderen über den pulvermetallurgischen Zustand.To date, two main groups can be distinguished in principle for the production of open-pored metal parts: On the one hand, the production takes place via the molten state and, on the other hand, via the powder-metallurgical state.

In der Patentschrift EP 1 417 063 B1 wird ein Verfahren beschrieben, welches auf dem so genannten Niederdruckgießverfahren basiert. Das mit diesem Verfahren hergestellte zellulare Metallteil besitzt eine geschlossenporige Schaumstruktur.In the patent EP 1 417 063 B1 a method is described which is based on the so-called low-pressure casting process. The cellular metal part produced by this method has a closed-cell foam structure.

Weiterhin wird in der DE 3 917 033 C1 ein Verfahren zur Herstellung offenporiger metallischer Strukturen unter Anwendung eines verlorenen Positivmodells aus einem offenporigen Kunststoffschaum mit einer Durchschnittsweite der Poren von einem bis drei Millimeter beschrieben. Infolge der Inhomogenität der Poren werden bei dem zum Einsatz kommenden Feingießen nach dem Schwerkraftgießverfahren die feinen Kanäle in der Form oft nicht oder nicht vollständig ausgefüllt, so dass die Festigkeit des in dieser Weise hergestellten zellularen Metallteiles ungenügend ist.Furthermore, in the DE 3 917 033 C1 describes a process for producing open-pore metallic structures using a lost positive model of an open cell plastic foam having an average pore size of one to three millimeters. Due to the inhomogeneity of the pores, the fine channels in the mold used are often not filled or not completely filled in the casting used by the gravity casting, so that the strength of the cellular metal part produced in this way is insufficient.

Auch bei dem in der DE 3 928 394 C2 beschriebenen Verfahren handelt es sich um ein Feingießverfahren in verlorene Formen nach dem Schwerkraftgießprinzip, und auch hier kann die ordnungsgemäße Ausfüllung der feinen Kanäle in der Form nicht garantiert werden.Also in the in the DE 3 928 394 C2 described method is a casting process in lost forms by the gravity casting principle, and again, the proper filling of the fine channels in the mold can not be guaranteed.

Bleibatterieelektroden werden meist im Druck- oder Bandguss aus schmelzflüssigen Bleilegierungen oder mit Streckmetall- bzw. Stanzverfahren aus Bleiblechen hergestellt ( DE 4224078 A1 ). Mit diesen Verfahren ist es nicht möglich, an der Oberfläche gezielt eine andere Legierungskonzentration und ein anderes Korngefüge als im Inneren einzustellen, um damit gezielt Einfluss auf das Korrosionsverhalten zu nehmen. Diese Verfahren sind auch nicht dazu geeignet, eine Oberflächenschicht zu erzeugen, die infolge ihrer chemischen Zusammensetzung und Gefügeausbildung die Bildung einer Reaktionsschicht ermöglicht, die durch ihr Korrosionsverhalten eine gut haftende Verbindung zur aktiven Masse begünstigt und damit die Neigung zum vorzeitigen Versagen der Batterie durch Ablösen der aktiven Masse vom Gitter verringert. Außerdem sind diese Verfahren wegen ihrer vielfältigen Verfahrensschritte und Materialaufwendungen nicht energieeffizient.Lead-acid electrodes are usually produced by pressure or strip casting from molten lead alloys or by expanded metal or stamping methods from lead sheets ( DE 4224078 A1 ). With these methods, it is not possible to specifically set a different alloy concentration and a grain structure on the surface than in the interior, in order to specifically influence the corrosion behavior. These methods are also not suitable to produce a surface layer that allows due to their chemical composition and microstructure formation of a reaction layer, which favors by its corrosion behavior a good adhesion to the active material and thus the tendency for premature failure of the battery by peeling off the reduced active mass from the grid. Moreover, these methods are not energy efficient because of their multiple process steps and material costs.

Die Verwendung von Nickelschaum in alkalischen Systemen, insbesondere in NiMH-Zellen, ist heutzutage schon sehr verbreitet, z. B. US 4251603 A . Inzwischen ist Nickelschaum unter eingetragenen Namen, wie z. B. CELMET, METAPORE und INCOFOAM, bekannt geworden. Im Bereich der Lithiumbatterien wird CELMET (als großflächiger Ni-Cr-Schaum) als Ersatz für die Alu-Folie in Form des Aktivmasseträgers der Anoden untersucht.The use of nickel foam in alkaline systems, especially in NiMH cells, is already very common nowadays, e.g. B. US 4251603 A , Meanwhile, nickel foam under registered name, such as. CELMET, METAPORE and INCOFOAM. In the field of lithium batteries, CELMET (as a large-area Ni-Cr foam) is being investigated as a replacement for the aluminum foil in the form of the active mass carrier of the anodes.

Als Beispiel für die Verwendung geschäumter Materialen in Bleisäurebatterien ist die Verwendung von geschäumtem Grafit als Träger für die Aktivmasse der negativen Elektroden zu erwähnen. Diese Variante wurde ursprünglich in der US 7341806 B2 vorgeschlagen, um die Energiedichte der negativen Elektroden von Bleisäurebatterien zu erhöhen. Sie wurde anschließend weiterentwickelt ( US 6979513 B2 ). Die Herstellung und Vermarktung dieser neuartigen vielversprechenden Bleiakkumulatoren ist aber bisher nicht gelungen.As an example of the use of foamed materials in lead-acid batteries, the use of foamed graphite as support for the active composition of the negative electrodes is to be mentioned. This variant was originally in the US 7341806 B2 proposed to increase the energy density of the lead-acid battery negative electrodes. It was then further developed ( US 6979513 B2 ). However, the production and marketing of these promising new lead-acid batteries has not been successful so far.

Eine Alternative zu den kostenaufwendigen Grafitschaumelektroden stellen die kostengünstigeren Schaumelektroden aus reinem oder legiertem Blei dar. Das erste veröffentlichte Herstellungsverfahren von Schaumblei wurde am Fraunhofer Institut für Pulvermetallurgie in Bremen entwickelt. Das verwendete Verfahren basierte auf dem Aminal-Verfahren für Aluminiumschaumlegierungen. Als Schäumungsagent für zusammengepresstes Bleipulver wurde basisches Bleicarbonat (PbCO3)2.Pb(OH)2 verwendet (A. Irretier, J. Banhart, „Lead and lead alloy foams”, Acta Materialia 53, (2005), 4903–4917).An alternative to the costly graphite foamed electrodes are the less expensive pure or alloyed lead foams. The first published foaming lead manufacturing process was developed at the Fraunhofer Institute for Powder Metallurgy in Bremen. The method used was based on the Aminal method for aluminum foam alloys. When Basic lead carbonate (PbCO3) 2.Pb (OH) 2 was used as the foaming agent for compressed lead powder (A. Irretier, J. Banhart, "Lead and lead alloy foams", Acta Materialia 53, (2005), 4903-4917).

Die in dieser Weise hergestellten Proben zeigten eine geschlossene Porenstruktur und waren sehr brüchig. Als Nachteile zur Verwendung als Massenträger für elektrochemische Speicher galten die Schwierigkeiten bei der Kontrolle der Porengröße. Ein alternativer Weg zur Herstellung von offenen schaumähnlichen Strukturen aus Blei und Bleilegierungen stellt die Verwendung von verbundenen Hohlkugelstrukturen aus Metall dar. Bei diesem in der US 4775598 A beschriebenen Verfahren werden metallisierte kugelförmige Leichtkörperteilchen mit einem Kern aus geschäumtem Polymer hergestellt. Gegen Ende des Prozesses wird der Polymerkern pyrolysiert und der verbliebene offene Hohlkugelverbund anschließend gesintert. Das Haupthindernis einer großtechnischen Umsetzung dieses Verfahrens besteht in einem sehr aufwendigen und damit teuren Prozess, sowie in weiterem Verbesserungsbedarf der Technologie. Ein anderes Herstellungsverfahren für Batteriegitter basiert auf einem galvanischen Prozess, bei dem das Gitter auf einer Trommel in der benötigten Form galvanisch abgeschieden wird. Das hieraus entstehende Band wird anschließend durch verschiedene Bäder geführt, wobei zusätzliche Schichten auf der Gitterstruktur abgeschieden werden. Hieraus sollte sich eine erhöhte Korrosionsfestigkeit der Gitter mit besseren Leitwerten ergeben. Dabei handelt es sich um eine normale herkömmliche Gitterstruktur der Batterieelektroden und nicht um eine Schaumstruktur, die dann durch die Galvanisierung eine hohe Korrosionsbeständigkeit besitzen sollte. Letztendlich erreichte dieses Verfahren keine Implementierung in der Batterieindustrie, weil die in Aussicht gestellten verbesserten Parameter nicht erreicht wurden.The samples prepared in this way showed a closed pore structure and were very brittle. Disadvantages for use as mass carriers for electrochemical storage were the difficulties in controlling the pore size. An alternative way of producing open foam-like structures of lead and lead alloys is the use of metal interconnected hollow sphere structures US 4775598 A described processes are produced metallized spherical lightweight particles with a core of foamed polymer. Towards the end of the process, the polymer core is pyrolyzed and the remaining open hollow sphere composite is subsequently sintered. The main obstacle to a large-scale implementation of this method consists in a very complex and thus expensive process, as well as in further improvement of the technology. Another manufacturing method for battery grids is based on a galvanic process, in which the grating is galvanically deposited on a drum in the required form. The resulting band is then passed through various baths, with additional layers being deposited on the lattice structure. This should result in increased corrosion resistance of the gratings with better conductance. This is a normal conventional lattice structure of the battery electrodes and not a foam structure, which should then have a high corrosion resistance by electroplating. Ultimately, this process did not achieve any implementation in the battery industry because the promised improved parameters were not met.

In der WO 98/00251 A1 wird ein Druckgussverfahren zur Herstellung von porösen Kernen unter Verwendung von Salzen beschrieben. WO 2012/089935 A1 beschreibt eine Vorform zur Herstellung eines Metallschaumes mit einer Porosität von 62 bis 85%, die aus kugelförmigem Material aus 12 bis 25% organischem Binder, 72 bis 87% Natriumchlorid und 1 bis 3% Kalinit besteht. In EP 2118 328 B1 wird eine formbare Paste aus einem organischen Bindemittel (Getreidemehl), einem Benetzungsmittel (Wasser) und einem granularen Material (Salzteilchen) zur Herstellung einer luftdurchsetzten Vorform eingesetzt. Von Nachteil ist hierbei, dass die Salzkerne nach dem Vorheizen ihre mechanischen Eigenschaften nur ungenügend beibehalten. Außerdem ist nach dem Gießen das Auslösen der Salzkerne problematisch. EP 1 844 881 A2 betrifft ein Verfahren zur Herstellung von offenporigen leichten Bauteilen aus Metall, Metalllegierungen, Kunststoff oder Keramik beliebiger Geometrien, wobei ein Kernstapel in einer Gießform gelagert, abgegossen und entkernt wird. Nachteilig ist, dass die Kernkörper eine Größe von 1 mm bis 30 cm aufweisen. Ausgehend vom beschriebenen Stand der Technik und den hiermit verbundenen Problemen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Gießen von offenporigen zellularen Batterieelektroden aus Metalllegierungen, insbesondere aus Bleilegierungen, die eine größere Reaktionsoberfläche aufweisen, zu schaffen, welches die dargestellten Nachteile verhindern kann und eine gesteuerte Formfüllung beim Gießen ermöglicht.In the WO 98/00251 A1 For example, a die casting method for producing porous cores using salts is described. WO 2012/089935 A1 describes a preform for producing a metal foam having a porosity of 62 to 85% consisting of spherical material of 12 to 25% organic binder, 72 to 87% sodium chloride and 1 to 3% kalinite. In EP 2118 328 B1 For example, a moldable paste of an organic binder (cereal flour), a wetting agent (water) and a granular material (salt particles) is used to make an aerated preform. The disadvantage here is that the salt cores retain their mechanical properties only insufficient after preheating. In addition, after casting the triggering of the salt cores is problematic. EP 1 844 881 A2 relates to a method for the production of open-pored lightweight components made of metal, metal alloys, plastic or ceramic of any geometry, wherein a core stack is stored in a mold, poured and gutted. The disadvantage is that the core body have a size of 1 mm to 30 cm. Based on the described prior art and the associated problems, the invention has for its object to provide a method for casting open-cell cellular battery electrodes of metal alloys, in particular of lead alloys having a larger reaction surface, which can prevent the disadvantages shown and a controlled mold filling during casting allows.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass das Niederdruckgießen mit gesteuerter Formfüllung zur Anwendung gelangt. Dazu werden eine Dauergussform (Kokille) und eine verlorene PreForm aus platzhaltendem Salzgranulat, das mit einem Bindemittel gebunden ist, verwendet. Die Dauergussform ist auf eine Niederdruckgießeinrichtung aufgebracht und kann unter Druckbeaufschlagung des Kesselraums steigend entgegen der Schwerkraft ausgefüllt werden.According to the invention the object is achieved in that the low-pressure casting with controlled mold filling is used. For this purpose, a permanent mold (mold) and a lost PreForm of place-holding salt granules, which is bound with a binder used. The continuous casting mold is applied to a low pressure casting device and can be filled under pressure of the boiler room rising against gravity.

Das Bindemittel wird aus einem Wasserglasbinder, der mit 7–13 Gewichts-% Wasser (bezogen auf das Gewicht des Wasserglasbinders) versetzt wurde, unter Zusatz von 7 bis 12 Gewichts-% Stärke (bezogen auf das Gewicht des mit Wasser versetzten Wasserglasbinders) erzeugt. Anschließend erfolgt für die Herstellung der Pre-Form das Mischen des Salzgranulats mit 6 bis 10 Gewichts-% des Bindemittels (bezogen aufs Gewicht des Salzgranulates). Nach dem Einbringen des Gemisches in eine Form wird die PreForm zum Zwecke des Härtens mit CO2 oder warmer Luft durchströmt. Die so entstandene, vorgewärmte PreForm kommt in die Kokille und anschließend kann der Gießprozess erfolgen. Die während des Gießprozesses entstehenden Gasprodukte können abgesaugt werden. Nach dem Abkühlen wird das Gussstück von der Niederdruckgießeinrichtung abgenommen und das Gießsystem entfernt. Anschließend erfolgt das Auslösen des platzhaltenden Granulats mittels Wasser, so dass das offenporige zellulare Metallteil vorliegt. Die so erzeugten Gussteile weisen eine hohe Strukturstabilität und eine wesentlich vergrößerte Reaktionsoberfläche bei verringertem Gewicht auf. Bei erfindungsgemäßen Verfahren ist vorteilhaft, dass das Auslösen des Granulats mit dem Binder aus dem Gussteil mit Wasser erfolgen kann.The binder is made from a waterglass binder added with 7-13% by weight of water (based on the weight of the waterglass binder) with addition of 7 to 12% by weight of starch (based on the weight of the water-added waterglass binder). Subsequently, for the preparation of the preform, the mixing of the salt granules with 6 to 10% by weight of the binder (based on the weight of the salt granules). After introducing the mixture into a mold, the preform is flowed through with CO 2 or warm air for the purpose of hardening. The resulting, preheated PreForm comes into the mold and then the casting process can take place. The gas products produced during the casting process can be sucked off. After cooling, the casting is removed from the low pressure caster and the casting system removed. Subsequently, the space-containing granules are triggered by means of water, so that the open-cell cellular metal part is present. The castings thus produced have a high structural stability and a significantly increased reaction surface at a reduced weight. In the case of processes according to the invention, it is advantageous that the triggering of the granules with the binder from the casting can be carried out with water.

Die Erfindung soll im Weiteren anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels für die Erzeugung von Elektroden zur Bleibatterieherstellung unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 näher erläutert werden.The invention will be further described with reference to a preferred embodiment for the production of electrodes for lead battery production with reference to the 1 to 4 be explained in more detail.

Zunächst wird aus einem platzhaltenden Granulat (1) eine PreForm (2) hergestellt. Bei der Herstellung der PreForm wird dieses Salzgranulat in einem Mischer mit Bindermittel gemischt und in einer Form mit gewünschter Elektrodengeometrie hergestellt. Als Bindemittel wird eine auf Wasserglasbasis entwickelte Rezeptur verwendet, die eine hohe Festigkeit, eine Temperaturbeständigkeit und eine einfache und schnelle Wasserlöslichkeit besitzt.First, from a place-holding granules ( 1 ) a preform ( 2 ) produced. In the preparation of the preform this salt granules are mixed in a mixer with binder and prepared in a mold with the desired electrode geometry. The binder used is a waterglass-based formulation which has high strength, temperature resistance and easy and fast water solubility.

Die im Beispiel dargestellte PreForm basiert auf mit 10 Gewichts-% Wasser (bezogen aufs Gewicht des Wasserglasbinders) gemischtem Wasserglasbinder, der mit 8 Gewichts-% Stärke (bezogen auf das Gewicht des mit Wasser versetzten Wasserglasbinders) vermischt wird. Diese Bindermischung wird für die Herstellung der Pre-Formen bei einem durchschnittlichen Granulatdurchmesser von ca. 4 mm in einer Menge von 9 Gewichts-% (bezogen auf das Gewicht des Salzgranulates) zum Zusammenbinden des Granulates angewendet. Zum Härten der PreForm wird die Form mit CO2 oder warmer Luft durchströmt und danach aus der Form entfernt.The PreForm shown in the example is based on water glass binder mixed with 10% by weight of water (based on the weight of the water glass binder) and mixed with 8% by weight starch (based on the weight of the water-added water glass binder). This binder mixture is used for the production of the pre-forms with an average granule diameter of about 4 mm in an amount of 9% by weight (based on the weight of the salt granules) for binding the granules together. To cure the preform, the mold is perfused with CO 2 or warm air and then removed from the mold.

Beim Gießen der Schaumelektroden aus einem Bleiwerkstoff wird die vorgewärmte PreForm (2) in eine metallische Dauerform (Kokille) (3) eingesetzt, die Kokille wird geschlossen und mit der Niederdruckgießanlage (3) der Gießprozess durchgeführt. Die in einem luftdicht geschlossenen Kesselraum befindliche Schmelze (3) steigt durch das in die Schmelze eingetauchte Steigrohr gesteuert in die Gießform und infiltriert die PreForm. Die Gießform (Kokille) in 3 wird mit Metall ausgefüllt und während der Erstarrungszeit mit Druck beaufschlagt gehalten. Nach einer Haltezeit wird die Druckquelle geschlossen. Dadurch sinkt der Druck im Kesselraum, wodurch das noch nicht erstarrte Metall in den Kesselraum zurückströmt. Der gesamte Gießvorgang ist ein geschlossener Prozess. Dabei können die während des Gießens entstehenden Gasprodukte abgesaugt werden.When pouring the foam electrodes from a lead material, the preheated PreForm ( 2 ) in a metallic permanent mold (mold) ( 3 ), the mold is closed and with the low-pressure casting ( 3 ) the casting process is performed. The melt contained in an airtight closed boiler room ( 3 ) rises controlled by the submerged in the melt riser into the mold and infiltrated the PreForm. The mold (mold) in 3 is filled with metal and kept pressurized during the solidification time. After a hold time, the pressure source is closed. This reduces the pressure in the boiler room, causing the not yet solidified metal to flow back into the boiler room. The entire casting process is a closed process. In this case, the gas products formed during the casting can be sucked off.

Mit Hilfe der gesteuerten Formfüllung können mehrere Gussstücke gleichzeitig abgegossen werden oder aber je nach Geometrie und Stückzahl kann auch ein Block abgegossen werden, und dann in mehrere Stücke geteilt werden.With the aid of the controlled mold filling, several castings can be poured simultaneously or, depending on the geometry and quantity, a block can be poured off and then divided into several pieces.

Das Niederdruckgießverfahren besitzt eine Reihe von Vorteilen gegenüber den anderen Gießverfahren.

  • • Gute Materialausnutzung führt zu geringem Materialeinsatz, was einen relativ geringeren Energieeinsatz bedeutet, da weniger Material geschmolzen werden muss und wenig Abfall entsteht, darüber hinaus wird weniger Kreislaufmaterial benötigt.
  • • Konstant hohe metallurgische Qualität der Schaumelektroden
  • • Lunkerfreiheit der Schaumelektroden
  • • Homogene Materialstruktur der Schaumelektroden
  • • Oxidfreie Schaumelektroden (Schlacke freies Gießen)
  • • Hoher Infiltrationsgrad
  • • Einfaches Gießsystem
The low pressure casting process has a number of advantages over the other casting processes.
  • • Good material utilization results in low material usage, which means relatively less energy input, as less material needs to be melted and less waste, and less cycle material is needed.
  • • Consistently high metallurgical quality of foam electrodes
  • • Cavity clearance of foam electrodes
  • • Homogeneous material structure of the foam electrodes
  • • Oxide-free foam electrodes (slag free casting)
  • • High degree of infiltration
  • • Simple casting system

Nach dem Abkühlen wird das gegossene Gussstück von der Niederdruckgießeinrichtung (3) abgenommen und das Gießsystem entfernt.After cooling, the cast casting is removed from the low pressure pouring device ( 3 ) and removed the casting system.

Nach dem Entfernen des Gießsystems wird das platzhaltende Granulat aus dem Gussstück mittels Wasserstrahl ausgelöst. Dabei bleibt ein mit Stegen (4) verbundenes Gussteil (Batterieelektrode). Die Stege weisen die Abspiegelung der durch die Granulatkörner entstehenden Hohlräume mit großer Oberfläche auf.After removal of the casting system, the granules containing space from the casting are triggered by means of a water jet. It remains one with webs ( 4 ) connected casting (battery electrode). The webs have the reflection of the granules formed by the granules with high surface area.

Claims (3)

Verfahren zum Gießen von offenporigen zellularen Metallteilen unter Verwendung einer Dauergießform (Kokille) und einer verlorenen PreForm aus platzhaltendem Salzgranulat, wobei diese PreForm aus Salzgranulat mit einem Bindemittel gebunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel aus einem Wasserglasbinder, der mit 7 bis 13 Gewichts-% Wasser (bezogen auf das Gewicht des Wasserglasbinders) versetzt wurde, unter Zusatz von 7 bis 12 Gewichts-% Stärke (bezogen auf das Gewicht des mit Wasser versetzten Wasserglasbinders) hergestellt wird, anschließend durch Mischen des Salzgranulats mit 6 bis 10 Gewichts-% des Bindemittels (bezogen auf das Gewicht des Salzgranulates) und Einbringen in eine Form sowie nachfolgendem Härten mit durchströmendem CO2 oder warmer Luft die PreForm erzeugt und diese vorgewärmt in die Dauergießform eingebracht wird, das Gießen als gesteuerte Formfüllung mit einer Niederdruckgießeinrichtung erfolgt und nach dem Gießprozess sowie dem Entfernen des Gießsystems das platzhaltende Salzgranulat ausgelöst wird.A method for casting open-pore cellular metal parts using a permanent mold (mold) and a lost preform of place-keeping salt granules, said preform made of salt granules bound with a binder, characterized in that the binder consists of a waterglass binder containing 7 to 13% by weight % Water (based on the weight of the waterglass binder) was added, with the addition of 7 to 12% by weight of starch (based on the weight of the water-added waterglass binder) is prepared, then by mixing the salt granules with 6 to 10% by weight of Binder (based on the weight of the salt granules) and introduced into a mold and subsequent hardening with CO 2 or warm air flowing through the PreForm generated and this preheated is introduced into the permanent mold, the casting takes place as a controlled mold filling with a low-pressure casting and after the casting process and removing the Casting system the saline salt pellets is triggered. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Auslösen des Salzgranulats mit einem Wasserstrahl vorgenommen wird.A method according to claim 1, characterized in that the triggering of the salt granules is carried out with a water jet. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gießen unter Schutzgas erfolgt und beim Gießen entstehende Gießgase aus der Gießform abgesaugt werden.A method according to claim 1, characterized in that the casting is carried out under protective gas and resulting casting casting gases are sucked out of the mold.
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