[0001] Die Erfindung betrifft eine gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ausgebildete Giesseinrichtung sowie ein Giessverfahren unter Verwendung der Giesseinrichtung gemäss dem Anspruch 13.
[0002] Gattungsgemäss Giesseinrichtungen werden bis anhin vorzugsweise für Niederdruckgiessverfahren eingesetzt. Um die Giessform einer Niederdruckgiesseinrichtung zu füllen, wird der Tiegel pneumatisch unter Überdruck gesetzt, worauf das flüssige Giessmaterial über das Steigrohr in den Formhohlraum der Giessform einströmt.
Nebst einigen Vorteilen gegenüber Druckgiesseinrichtungen, bei denen das Giessmaterial unter hohem Druck in die Giessform eingepresst wird, weisen Niederdruckgiesseinrichtungen jedoch auch einige Nachteile auf: So dauert der Füllvorgang relativ lange, da die im Formhohlraum "eingeschlossenen" Gase von dem vordringenden Giessmaterial aus dem Formhohlraum verdrängt werden müssen. Dies wiederum bedingt, dass das Giessmaterial relativ weit über seinen Schmelzpunkt hinaus erwärmt werden muss, damit es nicht vorzeitig erstarrt. Durch die hohe Temperatur des Giessmaterials wird jedoch die Giessform hoch belastet und ausserdem wird die Gefahr erhöht, dass beim Abkühlen im fertigen Giessteil Mikrorisse bzw.
Mikroporositäten entstehen.
[0003] Aus der EP 0 967 035 ist ausserdem ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Vakuumgiessen, insbesondere von Aluminiumfelgen für Fahrzeuge, bekannt. Die Vorrichtung weist einen Schmelzofen auf, der zur Aufnahme des flüssigen Giessmaterials vorgesehen ist. Von diesem Schmelzofen führt ein Steigrohr zu einer Kavität, die durch eine dreiteilige Form gebildet wird. Diese ist mit einer Vielzahl von ersten Absaugkanälen versehen, die radial aus der Kavität herausführen und in einer ersten Unterdruckkammer münden. Zwei weitere Absaugkanäle werden durch einen ringförmigen Spalt gebildet, der zwischen den beiden zum Auswerfen des fertigen Giessteils vorgesehenen Auswerfbolzen und der den jeweiligen Auswerfbolzen umgebenden Durchgangsbohrung besteht. Diese weiteren Absaugkanäle münden in eine zweite Unterdruckkammer.
Beide Unterdruckkammern sind derart mit einer Vakuumpumpe verbunden, dass in der ersten Unterdruckkammer ein geringereres Vakuum (höherer Druck) als in der zweiten Unterdruckkammer vorherrscht. Dadurch wird verhindert, dass sich Luft an der kalten Seitenwand der Giessform ansammelt, so dass das Vordringen des flüssigen Metalls in die Kavität begünstigt wird, wodurch letztlich weniger Lufteinschlüsse zu erwarten sind und die Qualität des Endprodukts gesteigert wird.
[0004] Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, die im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschriebene Giesseinrichtung derart auszugestalten, dass die vorerwähnten Nachteile ausgeschaltet sind,
indem im Vergleich zum Niederdruckgiessverfahren die Füllzeit reduziert und im Vergleich zum Vakuumgiessen die Qualität des Endprodukts gesteigert wird.
[0005] Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angeführten Merkmale gelöst.
[0006] Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 12 definiert.
[0007] Im Anspruch 13 ist zudem ein Giessverfahren unter Verwendung einer Vorrichtung gemäss Anspruch 1 beansprucht. Bevorzugte Verfahren sind in den abhängigen Ansprüchen 14 bis 16 umschrieben.
[0008] Anhand einer schematisch dargestellten Giesseinrichtung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Die Giesseinrichtung weist einen beheizbaren Schmelztiegel 1 auf, in dem das flüssige Giessmaterial 2 aufgenommen ist.
Die eigentliche Giessform 3 wird durch zwei Formhälften 3a, 3b gebildet, die in ihrem Innern den Formhohlraum 4 definieren. Die Trennfläche zwischen den beiden Formhälften 3a, 3b ist mit 3c bezeichnet. Die untere Giessformhälfte 3b ist mit einem Steigrohr 6 versehen, welches den unteren Bereich des Schmelztiegels 1 mit dem Formhohlraum 4 verbindet. Das Steigrohr 6 ist am unteren Ende mit einer den Querschnitt begrenzenden Verengung 7 versehen. Zudem ist das Steigrohr 6 endseitig mit einem Filter 8 versehen. Der obere Teil der Giesseinrichtung wird durch eine Evakuierkammer 11 gebildet. In die obere Hälfte 3a der Giessform 3 sind Evakuierkanäle 13, 15 eingelassen, welche mit der Evakuierkammer 11 verbunden sind und in die Trennfläche 3c zwischen den beiden Formhälften 3a, 3b der Giessform 3 münden.
Der Querschnitt der Evakuierkanäle 13, 15 erweitert sich zur Trennfläche 3c hin. Auf der Innenseite der Evakuierkanäle 13, 15 verläuft zwischen den Trennflächen ein Ringspalt 14, 16, über welchen die Evakuierkanäle 13, 15 mit dem Formhohlraum 4 verbunden sind. Auf der Oberseite der Giessform 3 ist ein mit mehreren Auswerfbolzen 19 versehenes Auswerforgan 18 angeordnet, das von aussen durch die Wandung 12 der Evakuierkammer 11 hindurchgeführt ist.
[0009] Eine Druck- und Evakuiereinrichtung ist gesamthaft mit dem Bezugszeichen 20 versehen. Diese Druck- und Evakuiereinrichtung 20 weist eine Vakuumeinrichtung 21 auf, die über eine Leitung 22 mit einer Evakuierkammer 11 verbunden ist, welch Letztere u.a. mit einem nicht dargestellten Vakuumtank versehen ist.
Der Schmelztiegel 1 ist über eine Leitung 24 mit einer pneumatischen Überdruckquelle 23 verbunden, welche ebenfalls einen Teil der Druck- und Evakuiereinrichtung 20 darstellt. Auf die Darstellung von zur Steuerung und zum Betrieb der Druck- und Evakuiereinrichtung 20 notwendigen Elementen wie beispielsweise Ventile, Filter etc. wurde zugunsten einer guten Übersichtlichkeit verzichtet. Zum Ermitteln des Formfüllstands können Sensoren vorgesehen werden, welche jedoch ebenfalls nicht eingezeichnet sind.
[0010] Die Funktionsweise dieser Giesseinrichtung stellt sich wie folgt dar: Mittels der Vakuumeinrichtung 21 wird der nicht dargestellte Vakuumtank evakuiert. Nachdem ein bestimmtes Vakuum erreicht ist, wird über die Leitung 22 die Evakuierkammer 11 evakuiert.
Die sich im Formhohlraum 4 befindlichen Gase werden dabei über die Evakuierkanäle 15 abgesaugt, so dass sich im Formhohlraum 4 ebenfalls ein Unterdruck einstellt. Dieser bewirkt, dass das flüssige Giessmaterial 2 über das Steigrohr 6 in den Formhohlraum 4 hochgesaugt wird. Da das Steigrohr 6 mit einer den Querschnitt begrenzenden Verengung 7 versehen ist, wird die pro Zeiteinheit in das Steigrohr einströmende Giessmaterialmenge begrenzt, so dass das Giessmaterial auch bei einem relativ hohen Vakuum (10-100 mbar) langsam in die Giessform 3 einströmt. Dadurch wird die Gefahr von Lufteinschlüssen reduziert und vorauseilende Spritzer werden verhindert. Üblicherweise wird das Füllen des Formhohlraums 4 unterstützt, indem der Tiegel 11 mittels der pneumatischen Überdruckquelle 23 unter Druck gesetzt wird.
Vorzugsweise wird der Tiegel 11 zeitlich verzögert unter Überdruck gesetzt, d.h. erst nachdem sich die Giessform 3 bereits mit Giessmaterial gefüllt hat.
[0011] Vorzugsweise werden nach Beendigung des Giessvorgangs und Entfernen des fertigen Giessteils die Evakuierkanäle 13, 15 mitsamt dem Ringspalt 14, 16 ausgeblasen. Dies kann mittels der Vakuumeinrichtung 21 erfolgen, indem diese auf Ausblasen umgeschaltet wird.
Natürlich kann zum Ausblasen auch die pneumatische Überdruckquelle 23 verwendet werden.
[0012] Die Vorteile der beschriebenen Vorrichtung und des genannten Verfahrens lassen sich wie folgt zusammenfassen:
schnelles Füllen der Giessform, dadurch sind kürzere Zykluszeiten möglich;
durch Anlegen eines Unterdrucks werden nicht nur die sich in der Kavität sowie im Steigrohr befindlichen Gase abgesaugt, sondern auch das Eindringen von Fremdgasen in die Kavität, beispielsweise über den Spalt zwischen den beiden Formhälften, wird zuverlässig verhindert;
keine Gaseinschlüsse im Giessteil, somit höhere Qualität des Endprodukts;
abgesaugte Gase können umweltgerecht entsorgt werden;
Unterdruck erhöht zusätzlich die Schliesskraft der Giessform;
tiefere Giessmaterialtemperaturen, daher weniger Lunker und Mikrorisse bzw.
Mikroporositäten im fertigen Giessteil, zudem wird die Giessform geschont;
[0013] Es versteht sich, dass das vorgängige Ausführungsbeispiel nicht als abschliessend zu betrachten ist, sondern dass im Rahmen des in den Ansprüchen definierten Schutzumfangs durchaus von vorgängigem Beispiel abweichende Varianten der Giesseinrichtung sowie des entsprechenden Verfahrens denkbar sind. Beispielsweise könnte anstelle der gezeigten Giessform auch eine verlorene Form (Sandform) zum Einsatz kommen. In diesem Fall könnte ggf. auf die Evakuierkanäle verzichtet werden und die Porosität der Form zum Absaugen der Gase genutzt werden.
[0014] Eine alternative Variante könnte auch darin bestehen, dass eine oder mehrere Ventileinrichtung(en) zum Verschliessen des Evakuierkanals bzw. der Evakuierkanäle 13, 15 vorgesehen sind.
Die Ventileinrichtung(en) sollen dabei ein Eindringen von Giessmaterial in den Evakuierkanal bzw. die Evakuierkanäle 13, 15 verhindern. Dabei können sowohl giessmaterialbetätigte wie auch fremdbetätigte Ventileinrichtungen zum Einsatz kommen.
The invention relates to a casting device designed according to the preamble of claim 1 and to a casting method using the casting device according to claim 13.
Generic casting facilities are hitherto preferably used for low-pressure casting. To fill the mold of a low-pressure casting device, the crucible is pneumatically pressurized, whereupon the liquid casting material flows via the riser into the mold cavity of the mold.
In addition to some advantages over Druckgiesseinrichtungen in which the casting material is pressed under high pressure in the mold, Niederdruckgiesseinrichtungen but also some disadvantages: So the filling process takes a relatively long time, since the "enclosed" in the mold cavity gases displaced by the penetrating molding material from the mold cavity Need to become. This in turn implies that the casting material must be heated relatively far beyond its melting point so that it does not solidify prematurely. Due to the high temperature of the casting material, however, the mold is highly loaded and also increases the risk that when cooling in the finished casting microcracks or
Microporosities arise.
From EP 0 967 035 is also a method and an apparatus for vacuum casting, especially of aluminum rims for vehicles known. The device has a melting furnace, which is provided for receiving the liquid casting material. From this furnace, a riser leads to a cavity formed by a three-part mold. This is provided with a plurality of first suction channels, which lead radially out of the cavity and open into a first vacuum chamber. Two further suction channels are formed by an annular gap which exists between the two Auswerfbolzen provided for ejecting the finished casting and the through hole surrounding the respective Auswerfbolzen. These further suction channels open into a second vacuum chamber.
Both vacuum chambers are connected to a vacuum pump such that a lower vacuum (higher pressure) prevails in the first vacuum chamber than in the second vacuum chamber. This prevents air from accumulating on the cold sidewall of the mold so as to promote the advance of the liquid metal into the cavity, ultimately leading to less air entrainment and increasing the quality of the final product.
The object of the invention is therefore to design the casting device described in the preamble of claim 1 such that the aforementioned disadvantages are eliminated,
Compared to the low-pressure casting process, the filling time is reduced and the quality of the final product is increased compared to vacuum casting.
This object is achieved by the features cited in the characterizing part of claim 1.
Preferred embodiments of the invention are defined in the dependent claims 2 to 12.
In claim 13, a casting method using a device according to claim 1 is also claimed. Preferred methods are described in the dependent claims 14 to 16.
Based on a casting device schematically illustrated an embodiment of the invention will be explained in more detail. The casting device has a heatable crucible 1, in which the liquid casting material 2 is accommodated.
The actual casting mold 3 is formed by two mold halves 3a, 3b, which define the mold cavity 4 in their interior. The separating surface between the two mold halves 3a, 3b is designated 3c. The lower mold half 3b is provided with a riser 6, which connects the lower portion of the crucible 1 with the mold cavity 4. The riser 6 is provided at the lower end with a narrowing the cross-section 7. In addition, the riser 6 is end provided with a filter 8. The upper part of the casting device is formed by an evacuation chamber 11. In the upper half 3a of the mold 3 Evakuierkanäle 13, 15 are admitted, which are connected to the Evakuierkammer 11 and in the separation surface 3c between the two mold halves 3a, 3b of the mold 3 open.
The cross section of the Evakuierkanäle 13, 15 extends to the separation surface 3c out. On the inside of the Evakuierkanäle 13, 15 extends between the parting surfaces an annular gap 14, 16, via which the Evakuierkanäle 13, 15 are connected to the mold cavity 4. On the top of the mold 3, a Auswerforgan provided with a plurality Auswerfbolzen 19 18 is arranged, which is passed from the outside through the wall 12 of the evacuation chamber 11.
A pressure and Evakuiereinrichtung is provided overall with the reference numeral 20. This pressure and Evakuiereinrichtung 20 has a vacuum device 21 which is connected via a line 22 to an evacuation chamber 11, which latter u.a. is provided with a vacuum tank, not shown.
The crucible 1 is connected via a line 24 to a pneumatic overpressure source 23, which also forms part of the pressure and evacuation device 20. In the representation of the control and operation of the pressure and Evakuiereinrichtung 20 necessary elements such as valves, filters, etc. was omitted in favor of a good clarity. To determine the mold level sensors can be provided, which, however, are also not shown.
The operation of this casting device is as follows: By means of the vacuum device 21, the vacuum tank, not shown, is evacuated. After a certain vacuum is reached, the evacuation chamber 11 is evacuated via line 22.
The gases located in the mold cavity 4 are sucked off via the evacuation passages 15, so that a negative pressure likewise sets in the mold cavity 4. This causes the liquid casting material 2 is sucked up via the riser 6 in the mold cavity 4. Since the riser 6 is provided with a constriction 7 bounding the cross section, the amount of casting material flowing into the riser per unit time is limited, so that the casting material slowly flows into the casting mold 3 even at a relatively high vacuum (10-100 mbar). This reduces the risk of air bubbles and prevents premature splashes. Usually, the filling of the mold cavity 4 is supported by the crucible 11 is pressurized by means of the pneumatic pressure source 23.
Preferably, the crucible 11 is set under pressure over time, i. E. only after the mold 3 has already filled with casting material.
Preferably, after completion of the casting process and removal of the finished casting, the Evakuierkanäle 13, 15 blown together with the annular gap 14, 16. This can be done by means of the vacuum device 21 by this is switched to purging.
Of course, the pneumatic overpressure source 23 can also be used for blowing out.
The advantages of the device described and the method mentioned can be summarized as follows:
fast filling of the mold, thus shorter cycle times are possible;
by applying a negative pressure not only the gases located in the cavity and in the riser are sucked, but also the penetration of foreign gases into the cavity, for example via the gap between the two mold halves, is reliably prevented;
no gas pockets in the casting, thus higher quality of the final product;
extracted gases can be disposed of in an environmentally sound way;
Negative pressure additionally increases the closing force of the casting mold;
lower casting material temperatures, therefore less voids and microcracks or
Microporosities in the finished casting, in addition, the mold is spared;
It is understood that the preceding embodiment is not to be considered as exhaustive, but that within the scope defined in the claims quite different from the previous example variants of the casting device and the corresponding method are conceivable. For example, instead of the mold shown, a lost form (sand mold) could also be used. In this case, it would be possible to dispense with the evacuation channels and to use the porosity of the mold to extract the gases.
An alternative variant could also be that one or more valve means (s) for closing the Evakuierkanals or Evakuierkanäle 13, 15 are provided.
The valve device (s) should thereby prevent the penetration of casting material into the evacuation channel or the evacuation channels 13, 15. Both casting material-operated and externally operated valve devices can be used.