DE10045594B4

DE10045594B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Gießen von Hohlkörpern

Info

Publication number: DE10045594B4
Application number: DE2000145594
Authority: DE
Inventors: Thomas Wöhrle
Original assignee: Hansgrohe SE
Current assignee: Hansgrohe SE
Priority date: 2000-09-15
Filing date: 2000-09-15
Publication date: 2006-01-19
Anticipated expiration: 2020-09-16
Also published as: DE10045594A1

Abstract

Verfahren zum Gießen von Sanitärarmaturen-Hohlkörpern im Niederdruckgießverfahren, bei dem
1.1 eine Gießform (5) hergestellt wird,
1.2 das Gussmaterial in Hohlräume der Gießform (5) eingebracht wird,
1.3 die verdrängte Luft und die sich bildenden Gase durch Entlüftungskanäle (6, 9, 10) ausströmen und
1.4 das Ausströmen der Gase durch Unterdruck unterstützt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass von mehreren Entlüftungskanälen (6, 9, 10) jeder getrennt unter Unterdruck gesetzt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Gießen von Hohlkörpern, insbesondere von Hohlkörpern für die Armaturenindustrie. Die Armaturen bestehen üblicherweise aus Messingguss oder Aluminium, wobei zur Herstellung insbesondere das Niederdruckkokillengussverfahren und das Schwerkraftgießen üblich sind. Für die Herstellung der Hohlkörper werden Kokillen verwendet, in denen ein Kern angeordnet wird, bei dem es sich üblicherweise um einen Sandkern handelt. Dieser Kern muss nach dem Guss aus dem Hohlraum wieder entfernt werden.
In einer Stahlkokille wird die Außenkontur des zu gießenden Armaturenteils eingearbeitet. Die Innenkontur des zu gießenden Teiles wird durch einen Sandkern gebildet, der in die Stahlkokille eingelegt wird. Der Sandkern besteht aus Sand, dessen Sandkörner durch ein Bindemittel gebunden sind, damit der Kern eine ausreichende Stabilität erhält. Als Bindemittel kommt z. B. ein Harnstoff-Formaldehyd-Harz in Frage.
Die Stahlkokillen bestehen üblicherweise aus zwei Teilen, die längs einer Trennebene getrennt sind. Zunächst wird in eine Hälfte der Kokille der Sandkern eingelegt und dann die andere Hälfte der Kokille mit der ersten Hälfte verbunden. Dadurch sind die Hohlräume gebildet. Anschließend wird das Metall durch eine Eingießöffnung in die Hohlräume innerhalb der Kokille eingefüllt. Beim Niederdruckverfahren wird das flüssige Metall mit Druck üblicherweise von unten her eingefüllt. Dies geschieht über Kanäle, die mit der zu gießenden Form verbunden sind. Beim Schwerkraftgießen wird das flüssige Metall von oben eingegossen und fließt aufgrund seines Gewichts nach unten in die definierten Hohlräume.
Die beim Einbringen des Metalls verdrängte vorher in der Form vorhandene Luft strömt durch Entlüftungskanäle nach außen. Das flüssige Metall steigt in den Entlüftungskanälen nach, wobei dieses Nachsteigen sowohl vom Fülldruck als auch vom Querschnitt der Kanäle abhängt.
Wenn das heiße Metall auf die Sandkerne trifft, verbrennt das Bindemittel an der Oberfläche. Es entstehen heiße aggressive Gase, die entlang des Sandkerns in Richtung Entlüftungsöffnung abströmen. Je komplizierter die Kontur des Gussteiles, und je länger die Fließwege sind, desto mehr wird die Oberfläche der Sandkerne von den heißen Gasen beeinflusst. Diese beschädigen die Oberfläche der Sandkerne, d. h. es kommt zur Sandpenetration.
Um dieses Problem zu verringern, wird im Stand der Technik mit großen und vielen Entlüftungsöffnungen gearbeitet. Diese füllen sich jedoch mindestens teilweise mit dem Metall, was einen Materialmehrverbrauch und eine größere Nacharbeit bedeutet. Denn diese durch Entlüftungen, Speiser und Überläufe verursachten Angüsse müssen nach Herstellung der Armatur wieder entfernt und aufbereitet werden.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass wegen der Beschädigung der Oberfläche der Sandkerne eine rauhe Oberfläche entsteht, die sich auf der Innenkontur des Gussteils abbildet. Nach dem Entfernen der Sandkerne haftet mehr Sand in der Innenkontur, insbesondere an der Grenzschicht. Dieser Sand ist sehr schwer zu entfernen, und die verbliebenen Reste stören später bei der mechanischen Innenbearbeitung. Dies führt zu Standzeitverlusten der Bearbeitungswerkzeuge. Außerdem stören die Sandreste bei der späteren galvanische Veredelung. Dort werden die Galvanikbäder durch später noch ausgeschwemmte Reste verschmutzt, was den Ausschuss bei der Galvanik erhöht und damit zusätzliche erhebliche Kosten verursacht.
Bei komplizierten Gussteilen können die heißen Gase nicht nur die Oberfläche der Kerne schädigen, sondern auch Poren und Lunker im Gussteil verursachen.

Es ist bereits ein Niederdruckgießverfahren und eine Vorrichtung zu dessen Herstellung bekannt ( DE 36 18 059 A1 ). Mit diesem Verfahren soll ein homogenes Gefüge des Metallgussteils erzielt werden. Dies wird dadurch erreicht, dass die Kokille vor und während des Gießvorgangs mittels einer Vakuum durch die Entlüftungsstutzen mit Unterdruck beaufschlagt wird.

Ebenfalls bekannt ist ein Verfahren zum steigenden Niederdruck-Gießen von Metall, insbesondere Leichtmetall ( DE 198 21 419 A1 ). Dabei wird eine Gießform mit ihrem Einguß über ein Steigrohr an einen Schmelzbehälter angeschlossen und die darin enthaltene Schmelze unter Druck durch das Steigrohr in die Gießform verdrängt. Zur Erhöhung der Gießleistung bei Aufrechterhaltung einer Hohngussqualität wird der überwiegende Teil des für das Füllen der Gießform notwendigen Schmelzevolumens mit maximaler Gießgeschwindigkeit in die Gießform verdrängt, dann die Schmelzesäule im Steigrohr abgeschert und ein zwischen der Abscherstelle und dem Einguß verbleibendes Restvolumen mit einem negativen Geschwindigkeitsgradienten in die Gießform verdrängt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Möglichkeit zu schaffen, mit geringem Aufwand eine gute Qualität der Gussteile ohne zusätzliche Nachbearbeitung zu erreichen.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 8 vor. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, deren Wortlaut ebenso wie der Wortlaut der Zusammenfassung durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht wird.

Durch das Absaugen der ausströmenden Gase wird verhindert, dass diese an der Oberfläche der Sandkerne einen schädigenden Einfluss auf diese ausüben. Darüber hinaus ist es möglich, die Entlüftungskanäle enger zu gestalten, so dass auch die Menge des später zu entfernenden Materials und damit auch die Nacharbeit verringert werden kann. Es be steht jetzt die Möglichkeit, die Wandstärken zu verringern und kompliziertere Gussteile herzustellen.
Eine Möglichkeit, wie das Ausströmen der Gase unterstützt werden kann, besteht darin, dass mindestens ein Entlüftungskanal unter Unterdruck gesetzt wird.
Es ist ebenfalls möglich und wird von der Erfindung vorgeschlagen, dass die Giessform an allen Seiten mit Ausnahme der Eingussstelle unter Unterdruck gesetzt wird. Hierdurch kann auch an der Trennfuge zwischen den beiden Hälften der Kokille ein Unterdruck erzeugt werden, so dass auch dort entweichendes Gas und/oder verdrängte Luft abgesaugt werden kann.
Ebenfalls möglich ist es, die beiden Hälften der Gießform gegeneinander abzudichten, so dass Gase nur an den definierten Stellen durch die Entlüftungskanäle ausströmen können.
Da mehrere Entlüftungskanäle vorhanden sind, ist erfindungsgemäß vorgesehen, jeden Entlüftungskanal getrennt unter Unterdruck zu setzen.
Die Erfindung ist sowohl dann anwendbar, wenn das Gießen unter Druck erfolgt, als auch bei Gießen unter Schwerkraft.
Es kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, den Unterdruck zu steuern bzw. zu regeln, und zwar in Abhängigkeit beispielsweise von dem Fortschreiten des Gusses und/oder in Abhängigkeit von dem Gießdruck.
Erfindungsgemäß kann in Weiterbildung vorgesehen sein, dass der Druck des Gießens und/oder der Unterdruck während des Gießens ver ändert wird, wobei insbesondere das Verhältnis von Druck und Unterdruck während des Gießens verändert werden kann.
Die von der Erfindung vorgeschlagene Vorrichtung enthält eine zweigeteilte Gießform, die eine Eingießöffnung und mindestens einen aus einem Hohlraum herausführenden Entlüftungskanal aufweist. Die Eingießöffnung kann mit einem Gießloch verbunden werden, und der Entlüftungskanal mündet in einer Entlüftungsöffnung an der Außenseite der Gießform. Mit dieser Entlüftungsöffnung kann ein Anschluss für eine Unterdruckquelle verbunden werden. Dadurch wird es möglich, mit engen Entlüftungskanälen auszukommen, so dass die Nachbearbeitung des Angusses verringert wird, und es lassen sich die schädigenden Gase schnell absaugen.
In Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Gießform mit Ausnahme der Eingießöffnung und dem Entlüftungskanal gegenüber der Atmosphäre abgedichtet ist. Es kann dadurch erreicht werden, dass die abzusaugenden Gase nur an den hierfür vorgesehenen definierten Stellen austreten.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die beiden Hälften der Gießform gegenseitig abgedichtet sind, was beispielsweise dadurch geschehen kann, dass in der Trennfläche der einen Hälfte der Gießform eine Nut zur Aufnahme einer Dichtung angeordnet wird.
In Weiterbildung ist vorgesehen, dass von mehreren Entlüftungsöffnungen jede getrennt mit der Unterdruckquelle verbindbar ist. Je nach Größe der Entlüftungsöffnung oder dem speziellen Zweck kann hierdurch eine besondere Anpassung des Absaugens an die Formen der herzustellenden Gussteile bewirkt werden.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung eine Unterdruckkammer aufweist, die an die Form ansetzbar ist und gegenüber der Atmosphäre abgedichtet ist. In dieser Unterdruckkammer kann der Anschluss für die Unterdruckquelle münden. Sie wird so an die Gießform angesetzt, dass die Entlüftungsöffnungen innerhalb des von der Unterdruckkammer belegten Bereichs angeordnet sind.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Gießloch am Ende eines Steigrohrs angeordnet ist und das Gießen unter Druck erfolgt. Hierbei kann vorgesehen sein, dass der Gießdruck mit Hilfe einer Druckmesseinrichtung gemessen wird.
Es kann ebenfalls vorgesehen sein, den Unterdruck der Unterdruckquelle zu steuern, wobei die mehreren Entlüftungsöffnungen getrennt gesteuert werden. Dadurch kann ggf. die Zone des Zusammenflusses bei komplizierten Teilen so beeinflusst werden, dass sie in unkritische Bereiche verlegt wird.
Erfindungsgemäß kann die Vorrichtung eine Einrichtung zum Regeln des Unterdrucks in Abhängigkeit von dem Gießdruck und/oder dem Fortschreiten des Gießvorgangs aufweisen. Die Druck- und Unterdruckverhältnisse können an die Gießkurve angepasst werden.
Eine weitere Möglichkeit des Absaugens besteht darin, dass die Trennfuge zwischen den beiden Hälften der Gießform unter Unterdruck gesetzt wird.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sowie an Hand der Zeichnung. Hierbei zeigen:
1 einen Schnitt durch eine Gießform nach dem Herstellen eines Gusses;
2 einen Schnitt etwa längs Linie II-II in 1;
3 einen Schnitt längs Linie III-III in 1.
1 zeigt einen Schnitt durch eine Gießform, wobei der Schnitt in die Ebene der Trennfuge zwischen den beiden Hälften der Kokille gelegt ist. Die Gießform weist an ihrer Unterseite eine Eingießöffnung 1 auf, die im dargestellten Beispiel durch den Anguss 2 gefüllt ist. Der Anguss 2 führt zu den Formnestern, in denen die Sandkerne 3 unter Belassung eines Zwischenraumes angeordnet sind. Der Zwischenraum ist durch das Gussteil 4 gefüllt. Dieses Gussteil 4 ist das gewünschte Teil, das hergestellt werden soll.
Die Hälfte 5 der Kokille enthält zwei äußere Entlüftungskanäle 6, die aus einem Hohlraum 7 in Richtung auf die obere Fläche 8 der Kokillenhälfte 5 führen und dort als Entlüftungsöffnungen ausmünden.
In mittleren Bereich ist ein weiterer Entlüftungskanal 9 vorgesehen, der ebenfalls an der Fläche 8 ausmündet.
Aus den Formnestern für die Armaturengussteile führen zwei Steiger 10 ebenfalls zu der Fläche 8. Diese Steiger 10 werden durch die vorgeschlagene Unterdrucktechnologie eigentlich nicht mehr benötigt.
Mit der Eingießöffnung 1 wird ein Gießloch 11 in Verbindung gebracht, das am oberen Ende eines Steigrohrs 12 angeordnet ist. Durch das Steigrohr 12 wird das flüssige Metall in die Form eingepresst.
Im Bereich des Randes der sichtbaren Trennfläche der Kokillenhälfte 5 verläuft eine Nut 13, in die eine Dichtung eingelegt wird. Diese Dichtung dient bei zusammengesetzter Kokille der Abdichtung zur Atmosphäre.
Auf die Oberseite der Kokille wird ein Bauteil 14 aufgesetzt, das in seinem Randbereich eine Dichtung 15 aufweist. Das Bauteil 14 weist die Form einer flachen Schüssel auf und bildet zwischen der Fläche 8 der Kokille und seiner Innenseite eine Kammer 16. Diese Kammer 16 steht über zwei Durchgänge 17 mit einer Unterdruckquelle in Verbindung.
Innerhalb des Randes des Bauteils 14 münden die Entlüftungsleitungen 6, 9 und der Steiger 10. Die beim Gießvorgang verdrängten Gase und die sich bildenden Gase gelangen alle in die Kammer 16, aus der sie durch die Durchgänge 17 abgesaugt werden.
2 zeigt einem Querschnitt durch die zusammengesetzte Kokille mit dem aufgesetzten Bauteil 14. Dadurch ist zu sehen, dass die Kammer 16 allseitig abgeschlossen ist. Der Steiger 10 ist teilweise von überschüssigem Metall 18 gefüllt. Dieses Metall muss nach dem Entfernen des Gussteils aus der Kokille beseitigt werden. Es ist verständlich, dass dann, wenn die Querschnitte der Entlüftungsleitungen bzw. Steiger kleiner sind, auch weniger Metall entfernt werden muss. Der Hohlraum des Gussteils 4 ist von dem Sandkern 3 ausgefüllt. Im Bereich der Unterseite ist die in die Nut 13 eingelegte Dichtung 19 zu sehen.
Durch das Absaugen aus der Kammer 16 können die sich bildenden Gase, die den Sandkern 3 schädigen könnten, schnell abgesaugt werden, so dass keine Schädigung der Oberfläche der Sandkerne 3 mehr auftritt. Darüber hinaus ist es möglich, den Querschnitt des Steigers, siehe 2, und auch den Querschnitt der Entlüftungsleitung 6, siehe 3, kleiner auszugestalten. Dennoch kann das Absaugen sehr schnell geschehen.

Claims

Verfahren zum Gießen von Sanitärarmaturen-Hohlkörpern im Niederdruckgießverfahren, bei dem 1.1 eine Gießform (5) hergestellt wird, 1.2 das Gussmaterial in Hohlräume der Gießform (5) eingebracht wird, 1.3 die verdrängte Luft und die sich bildenden Gase durch Entlüftungskanäle (6, 9, 10) ausströmen und 1.4 das Ausströmen der Gase durch Unterdruck unterstützt wird, dadurch gekennzeichnet, dass von mehreren Entlüftungskanälen (6, 9, 10) jeder getrennt unter Unterdruck gesetzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die beiden Hälften (5) der Gießform gegeneinander abgedichtet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Gießen unter Druck erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem der Unterdruck in Abhängigkeit von dem Druck gesteuert oder geregelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Trennfuge der Form (5) unter Unterdruck gesetzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Druck des Gießens und/oder der Unterdruck während des Gießens verändert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, bei dem das Verhältnis von Druck und Unterdruck während des Gießens geändert wird.
Vorrichtung zum Gießen von Sanitärarmaturen-Hohlkörpern im Niederdruckgießverfahren, mit 8.1 einer geteilten Gießform (5); die 8.1.1 eine Eingießöffnung (1) aufweist, 8.2 einem Gießloch (11), das 8.2.1 mit der Eingießöffnung (1) verbindbar ist, 8.3 mindestens einem Entlüftungskanal (6, 9, 10), der 8.3.1 als Entlüfungsöffnung an einer Außenseite (8) der Form (5) ausmündet, sowie mit 8.4 einem Anschluss für eine Unterdruckquelle, der 8.4.1 mindestens mit der Entlüftungsöffnung verbindbar ist, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur getrennten Steuerung oder Regelung des Unterdrucks für die mehreren Entlüftungsöffnungen.
Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der die Gießform (5) zur Atmosphäre abgedichtet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, bei der die Teile (5) der Gießform gegenseitig abgedichtet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, mit einer an die Form (5) ansetzbaren, der Atmosphäre gegenüber abgedichteten Unterdruckkammer (16).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, bei der das Gießloch (11) am Ende eines Steigrohrs (12) angeordnet ist und das Gießen unter Druck erfolgt.
Vorrichtung nach Anspruch 12, mit einer Druckmesseinrichtung zur Messung des Gießdrucks.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, mit einer Einrichtung zum Regeln des Unterdrucks in Abhängigkeit von dem Gießdruck und/oder dem Fortschreiten des Gießvorgangs.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, bei der die Trennfuge zwischen den beiden Hälften (5) der Gießform unter Unterdruck gesetzt wird.