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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Gießform zum Herstellen eines
Gussteils aus einer Metallschmelze, bei der es sich beispielsweise
um eine Leichtmetallschmelze, insbesondere eine Aluminiumschmelze,
handelt. Darüber
hinaus betrifft die Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren
zum Vergießen
von solchen Metallschmelzen zu einem Gussteil unter Verwendung einer
derartigen Gießform.
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Eine
Möglichkeit,
mit Gießformen
der voranstehend angegebenen Art Gießteile zu erzeugen, ist das
so genannte "Kontaktgießen". Bei diesem Gießverfahren
werden die jeweils mit Schmelze zu befüllenden Gießformen schrittweise unter
einen die Metallschmelze enthaltenden Schmelzenbehälter bewegt.
In dessen Boden ist eine Abgussöffnung
eingeformt, die in einen Zuführkanal übergeht,
an dessen freies Ende die Eingussöffnung der jeweiligen Gießform angedockt
wird. Der Abfluss von Schmelze aus dem Schmelzenbehälter wird
dabei üblicherweise über einen
Stopfen geregelt, der aus einer vollständig abgesenkten Stellung,
in der er die Abgussöffnung verschließt, in eine
angehobene Stellung bewegt werden kann, in der Abgussöffnung freigegeben
ist und Schmelze über
den Zuführkanal
in die Gießform strömen kann.
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Ein
anderes in der Praxis mit Erfolg eingesetztes Gießverfahren
ist das so genannte "Niederdruckgießen". Bei diesem Verfahren
wird die Schmelze entgegen der Schwerkraft aus einem an die Unterseite
der Gießform
angedockten Schmelzebehälter über eine
an der Unterseite der Gießform
angeordnete Eingussöffnung
in den Formhohlraum der Gießform
gefördert.
Dazu wird die in dem Schmelzebehälter
enthaltene Schmelze mit einem Druck beaufschlagt, durch den die
Schmelze gezwungen wird, über
ein in diesem Fall als Zuführkanal
wirkendes Steigrohr in den Formhohlraum der Gießform zu strömen.
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Unabhängig wie
die Formfüllung
durchgeführt
wird, besteht dabei das Problem, dass es mit Erreichen der vollständigen Füllung zu
einem so genannten "Stauschlag" kommt. Dieser Stauschlag äußert sich
in einem plötzlichen
Anstieg des auf die Wandungen der Gießform wirkenden statischen Drucks.
Er wird dadurch verursacht, dass die kinetische Energie, mit der
die Schmelze in die Gießform einströmt, bei
Erreichen der vollständigen
Füllung plötzlich in
statische Energie umgewandelt wird und gleichzeitig über die
im jeweiligen Zuführkanal
anstehende Schmelzenmenge ein Druck auf die in der Gießform bereits
vorhandene Schmelze lastet. Durch diesen Druckstoß wird die
Schmelze nicht nur in die zwischen den einzelnen Formteilen der
Gießform
unvermeidbar vorhandenen Fugen gepresst, sondern es findet auch
eine verstärkte
Penetration der den Formhohlraum umgrenzenden Wände der Gießform statt. Besonders problematisch
erweist sich dies bei Gießformen,
die aus einem porösen
Formstoff geformt sind und zur Entformung des Gussteils nach der
Erstarrung der Schmelze zerstört
werden. Insbesondere bei solchen "verlorenen" Gießformen führt der Stauschlag dazu, dass
die erhaltenen Gussteile eine raue Oberfläche besitzen und nach ihrer
Erstarrung nur unter erhöhtem
Aufwand vom Formstoff der Gießform
befreit werden können.
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Zur
Minimierung der Penetration einer aus sandigem Formstoff hergestellten
Gießform
durch die Metallschmelze wird bei einer aus der
DE 196 23 720 A1 bekannten
Vorrichtung zum Kontaktgießen während des
Abgießens
der Schmelze der Füllstand im
Formhohlraum der Gießform überwacht
und bei Erreichen einer vorgesehenen Füllhöhe der Füllvorgang so frühzeitig
beendet, dass die beim Erreichen der vollständigen Füllung der Form noch auf der Schmelze
lastende überflüssige Schmelzenmenge minimiert
und so das Risiko des Entstehens eines Stauschlags reduziert ist.
Dazu weisen die in der bekannten Vorrichtung eingesetzten Gießformen
in ihrem Deckel eine geradlinig in den Formhohlraum führende Kontrollöffnung auf,
durch die ein Laserstrahl auf die Oberfläche der in die Gießform gefüllten Schmelze
gerichtet wird. Der von der Schmelze reflektierte Strahl wird von
einem Sensor aufgefangen, der sein Messsignal an eine Steuer- und
Auswerteinrichtung weiterleitet, die anhand des gesendeten und empfangenen
Laserstrahls den jeweiligen Füllstand der
Gießform
bestimmt und bei Erreichen einer kritischen Füllhöhe ein Steuersignal zum Verschließen der
Ausgussöffnung
des Schmelzebehälters
abgibt. Die kritische Füllhöhe wird
dabei so eingestellt, dass trotz eventuell in dem Zuführkanal
nachlaufender Schmelze der gefürchtete
Druckstoß vermieden
wird.
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In
der Praxis zeigt sich, dass sich unter den im praktischen Gießbetrieb
gegebenen rauen Bedingungen trotz einer Überwachung der Füllstandshöhe und einer
frühzeitigen
Unterbrechung des Schmelzenflusses nach dem Vorbild der in der
DE 196 23 720 A1 beschriebenen Vorgehensweise
die unerwünschte
Penetration der Innenwände
der Gießform nicht
mit der erforderlichen Sicherheit vermeiden lässt.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand daher darin, eine Gießform zu
schaffen, bei der sich auch unter den in der Praxis stellenden harten Betriebsbedingungen
ein weiter optimiertes Gießergebnis
gewährleisten
lässt.
Darüber
hinaus sollten eine Vorrichtung und ein Verfahren benannt werden, bei
deren Verwendung bzw. Anwendung die Gefahr des Auftretens eines
Stauschlags während
des Gießens
minimiert ist.
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In
Bezug auf eine Gießform
zum Herstellen eines Gussteils aus Gießen von einer Metallschmelze,
die einen Formhohlraum zum Abbilden eines Gussteils und eine Eingussöffnung zum
Eingießen von
Metallschmelze in den Formhohlraum aufweist, ist diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch
gelöst worden,
dass eine solche Gießform
mit mindestens einem Ausgleichshohlraum versehen worden ist, der an
den Formhohlraum über
einen Kanal angebunden ist und mindestens einen Abschnitt aufweist,
der oberhalb des während
der Erstarrung der Metallschmelze maximalen Füllspiegels der Gießform angeordnet
ist.
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In
Bezug auf eine Vorrichtung zum Vergießen von Metallschmelze zu einem
Gussteil in einer gemäß einem
der voranstehenden Ansprüche
ausgebildeten Gießform,
die mit einem eine Ausgussöffnung
aufweisenden Schmelzenbehälter
für die
Metallschmelze, mit einem Zuführkanal,
der an die Ausgussöffnung
angeschlossen ist, mit einer Einrichtung zum Andocken der Gießform an
den Schmelzenbehälter derart,
dass die Eingussöffnung
der Gießform im
angedockten Zustand an den Zuführkanal
angeschlossen ist, mit einer Messeinrichtung zum Erfassen der in
die Gießform
eingefüllten
Schmelzenmenge, mit einer Regeleinrichtung zum Regeln des Schmelzenflusses
von dem Schmelzenbehälter
in die Gießform
und mit einer Steuer- und
Auswerteinrichtung ausgestattet ist, die die von der Messeinrichtung
erfasste Schmelzenmenge auswertet und ein Steuersignal zum Verschließen der
Ausgussöffnung des
Behälters
bei Erreichen eines bestimmten Füllstands
in der Gießform
abgibt, ist die oben genannte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch
gelöst
worden, dass die Steuer- und
Auswerteinrichtung das Steuersignal abgibt, wenn die in die Gießform gegossene Schmelzenmenge
einen Grenzwert erreicht hat, bei dem die im Zuführkanal dann noch vorhandene
Metallschmelzenmenge ausreicht, um den Formhohlraum vollständig und
den Ausgleichshohlraum höchstens
zu einem Teil zu füllen.
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In
Bezug auf ein Verfahren zum Vergießen von Metallschmelze zu einem
Gussteil in einer Gießform,
bei dem die Metallschmelze geregelt aus einem Behälter über einen
Zuführkanal
in die Gießform
geleitet wird und der Zufluss an Metallschmelze in den Zuführkanal
unterbrochen wird, wenn in den Formhohlraum eine bestimmte Metallschmelzenmenge eingefüllt ist,
ist die voranstehend genannte Aufgabe durch die Erfindung schließlich in
der Weise gelöst worden,
dass eine erfindungsgemäß ausgebildete Gießform verwendet
wird und der Zufluss an Schmelze in den Zuführkanal unterbrochen wird,
wenn die Metallschmelze im Formhohlraum einen Füllstand erreicht hat, bei der
die noch im Zuführkanal
vorhandene Metallschmelzenmenge ausreicht, um den Formhohlraum vollständig und
den Ausgleichshohlraum höchstens
zu einem Teil zu füllen.
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Zur
weitestgehend vollständigen
Vermeidung der Penetration einer Gießform in Folge des Stauschlags
schlägt
die Erfindung vor, in der Gießform
einen Ausgleichshohlraum auszubilden, der so angelegt ist, dass
er als Puffer die überschüssige, für das vollständige Füllen der
Gießform
nicht mehr benötigte
Schmelzenmenge aufnimmt, die verfahrensbedingt unvermeidbar auch
nach dem Verschließen des
Schmelzenbehälters
im Zuführkanal
verbleibt, über
den die Schmelze in die Gießform
fließt.
Auf diese Weise wird verhindert, dass der andernfalls anstehende
metallostatische Druck der im Zuführkanal vorhandenen Schmelzenmenge
auf die in der Gießform
vorhandene Schmelze wirkt.
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Gleichzeitig
wirkt der Ausgleichshohlraum bei Auftreten von Druckspitzen in der
Gießform
als Dämpfer,
durch den beispielsweise der beim Stand der Technik hinsichtlich
der Oberflächenqualität und Weiterverarbeitbarkeit
des erhaltenen Gussteils besonders kritische Stauschlag wirksam
abgepuffert wird. Die in den Formhohlraum der Gießform eindringende
Schmelze kann in den Ausgleichshohlraum ausweichen, so dass insbesondere
der plötzliche Druckanstieg
verhindert wird, der bei konventionellen Gießformen zum Zeitpunkt der vollständigen Formfüllung in
Folge der Umwandlung der der Schmelze beim Befüllen innewohnenden kinetischen
Energie in statische Energie auftritt.
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Verfahrens-
und vorrichtungsmäßig ermöglicht es
die erfindungsgemäße Ausgestaltung
einer Gießform,
den Zulauf von Schmelze in den Zuführkanal bereits während der
Befüllung
der Gießform
zu unterbrechen, wobei der Toleranzbereich, innerhalb dessen diese
Unterbrechung stattfindet, durch die Pufferwirkung des Ausgleichshohlraums
vergrößert ist.
Auf diese Weise ist auch unter den sich in der Praxis stellenden
rauen Betriebsbedingungen sichergestellt, dass die Abschaltung des
Schmelzenflusses jeweils so rechtzeitig erfolgt, dass unter Einbeziehung
der Wirkung des Ausgleichshohlraums das Entstehen von Druckspitzen
in der Gießform
sicher vermieden wird.
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Die
Anbindung des Ausgleichshohlraums über einen Kanal erfüllt dabei
zum einen den Zweck, dass die im Bereich des Ausgleichshohlraums
verbleibende Gussmasse nach dem Erstarren leicht vom Gussteil getrennt
werden kann. Der Kanal wird daher bevorzugt so ausgebildet, dass
die nach dem Erstarren im Bereich der Kanäle verbleibenden Stege dünn und leicht
durchtrennbar sind. Die Durchtrittsfläche der Schmelze zu den Kammern
wird dabei bevorzugt möglichst
groß gewählt, indem
die Anbindung des Kanals bei gegebener geringer Anbindungshöhe möglichst
breit ausgebildet wird.
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Ein
besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Ausgestaltung einer Gießform liegt
zudem darin, dass die Ausgleichskammer in der Gießform selbst ausgebildet
wird, so dass die Gießform
insgesamt geschlossen bleibt. Dies ermöglicht es, die Gießform problemlos
zu wenden, um beispielsweise eine gezielt gerichtete Erstarrung
des Gussteils zu bewirken.
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Die
in den Ausgleichskammern ungenutzt bleibende Schmelzenmenge ist
gegenüber
dem für das
Gussteil benötigten
Gesamtvolumen an Schmelze vernachlässigbar. Durch eine geeignet
filigrane Ausbildung des jeweiligen Verbindungskanals zwischen Formhohlraum
und Ausgleichskammer kann das sich in der Kammer sammelnde Gussmaterial leicht
vom fertigen Gussteil abgebrochen werden. Für die praktische Anwendung
der Erfindung besonders günstig
erweist sich dabei, dass sich erfindungsgemäß ausgebildete Gießformen
problemlos in vorhandene Gießvorrichtungen
einsetzen lassen und dass diese bereits vorhandenen Gießvorrichtungen auf
einfache Weise in erfindungsgemäße Vorrichtungen
umgerüstet
werden können
bzw. in erfindungsgemäßer Weise
betrieben werden können.
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Die
durch Anwendung der Erfindung erhaltenen Gussteile weisen eine deutlich
glattere Oberfläche
auf als die in bekannter Weise hergestellten. Besonders im Bereich
filigraner Formelemente des Gussteils, wie beispielsweise den Ölkanälen von
Motorblöcken,
stellen sich deutlich geringere Oberflächenrauhigkeiten und ein dementsprechend
geringerer Strömungswiderstand
beim Durchströmen
mit Flüssigkeiten
ein. Die erfindungsgemäß erhaltenen Gussteile
lassen sich auf besonders einfache Weise reinigen, da sie nach dem
Entformen nur noch geringe Anhaftungen an Formstoff aufweisen. Der
für das Putzen
des fertigen Gussteils anfallende Aufwand ist dementsprechend deutlich
reduziert. Schließlich
können
durch die verminderte Druckpenetration der Innenflächen durch
die Schmelze auch die Anforderung gesenkt werden, die an die Qualität des für die Herstellung
der Gießform
eingesetzten Formstoffs gestellt werden. So lassen sich kostengünstigere grobkörnige Formstoffe
einsetzen, ohne dass es zu einer Beeinträchtigung der Oberflächenqualität kommt.
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Mit
der Erfindung stehen so eine Gießform, eine Gießvorrichtung
und ein Gießverfahren
zur Verfügung,
mit denen sich auch unter den in der Praxis stellenden harten Betriebsbedingungen
Gießergebnisse
sicherstellen lassen, die nicht nur optimierte Oberflächen gewährleisten,
sondern auch eine vereinfachte Entfernung der Gießform nach
dem Erstarren des Gussteils ermöglichen.
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Die
Möglichkeiten
des Einsatzes erfindungsgemäßer Gießformen
können
dadurch erweitert werden, dass der Querschnitt des Kanals derart
begrenzt ist, dass er unmittelbar nach Abschluss an die Formfüllung durch
bereits erstarrte Metallschmelze verschlossen ist. Dies kann dadurch
erreicht werden, dass der Querschnittsverlauf des Kanals so auf
den über
die Gießform
im Bereich des Kanals erfolgenden Wärmeabtransport abgestimmt wird,
dass die Erstarrung der in dem Kanal enthaltenen Schmelze sehr schnell
abgeschlossen ist. So kann auf besonders einfache Weise verhindert
werden, dass nach der Formfüllung
Gießmetall
aus der Ausgleichskammer in den Formhohlraum und zurück fließt. Besonders
günstig
erweist sich dies für
solche Gießverfahren,
bei denen die Gießform
nach dem Befüllen
mit Schmelze um eine Längs-
oder Querachse rotiert wird, um eine gezielt gerichtete Erstarrung
des Gussteils zu bewirken.
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Grundsätzlich können die
Vorteile der Erfindung bei allen Gießformen und Gießverfahren
genutzt werden, unabhängig
davon, aus welchem Material die Gießform gefertigt ist. Die gute
Entformbarkeit macht die Erfindung jedoch besonders geeignet für verlorene
Gießformen,
die üblicherweise
aus einem einen Formsand und ein Bindemittel aufweisenden Formstoff
hergestellt sind.
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Eine
besonders gleichmäßige Wirkung
der erfindungsgemäßen Gestaltung
einer Gießform
kann dadurch erzielt werden, dass mehrere Ausgleichskammern vorgesehen
sind, die an jeweils hinsichtlich der Wirkung von Druckspitzen kritische
Bereiche des Formhohlraums angeschlossen sind. Ebenso denkbar ist
es jedoch auch, eine größere Kammer
vorzusehen, die über
einen geeignet dimensionierten Verbindungskanal oder über mehrere
in die kritischen Bereiche führende
Kanäle
an den Formhohlraum angeschlossen ist.
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Die
Gießform
kann grundsätzlich
für alle
bekannten Gießverfahren
vorgesehen sein. Beispielhaft genannt werden in dieser Hinsicht
das Kontaktgießen
oder auch das steigende Gießen.
Die erfindungsgemäße Gießform kann
zur Herstellung von Gussteilen für
die Automobilindustrie, insbesondere von Motorbauteilen wie beispielsweise
Zylinderblöcken
vorgesehen sein.
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Eine
konstruktiv einfache Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Gießform ergibt
sich, wenn die Ausgleichskammer an einen während des Eingießens der
Metallschmelze oben liegenden Abschnitt des Formhohlraums angebunden
ist. Bei aus mehreren Formteilen zusammengesetzten Gießformen kann
die Ausgleichskammer dazu beispielsweise in den beim Befüllen oben
angeordneten Deckel der Gießform
eingeformt sein.
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Die
in die Gießform
geleitete Schmelzenmenge kann grundsätzlich durch eine Gewichtsmessung
oder andere bekannte Verfahren erfasst werden. Besonders sicher
und den tatsächlichen
Gegebenheiten angepasst, kann die Erfassung der Schmelzenmenge dabei
dadurch durchgeführt
werden, dass die Messeinrichtung den Füllstand in der Gießform überwacht
und die Auswerteinrichtung das Steuersignal abgibt, wenn die Metallschmelze
in dem Formhohlraum eine Füllhöhe erreicht
hat, bei der das im Zuführkanal
dann noch vorhandene Metallschmelzenvolumen ausreicht, um den Formhohlraum
vollständig
und den Ausgleichshohlraum höchstens
zu einem Teil zu füllen.
Um dazu die der
DE
196 23 720 A1 bekannte Möglichkeit einer besonders exakten und
praxistauglichen Messung des Füllstands
einer Gießform
nutzen zu können,
ist die Gießform
vorteilhafterweise mit einer zum Formhohlraum führenden Kontrollöffnung zur
Kontrolle des Füllstands
der Metallschmelze in dem Formhohlraum versehen. Die Ausgleichskammer
und die Kontrollöffnung
sind dabei bevorzugt so ausgerichtet, dass die Kontrollöffnung zum
Formhohlraum und der Ausgleichshohlraum eine gemeinsame horizontale
Ebene schneiden. Auf diese Weise kann über die Kontrollöffnung jeweils
auch der Füllstand
der Kammern abgelesen werden.
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Weist
die Gießform
eine Kontrollöffnung
der voranstehend erläuterten
Art auf, so kann die Messeinrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
in an sich aus der
DE
196 23 720 A1 bekannter Weise einen Laser, der einen Laserstrahl
durch die Kontrollöffnung
auf die Oberfläche
der in die Gießform
gefüllten
Schmelze richtet, und einen Sensor umfassen, der den von der Oberfläche der
Schmelze reflektierten Laserstrahl erfasst.
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Weiter
reduziert werden kann das Risiko des Entstehens eines Druckstoßes dadurch,
dass die Füllgeschwindigkeit
gegen Ende der Formfüllung
reduziert wird, indem der Durchfluss durch die Ausgussöffnung des
Schmelzenbehälters
vermindert wird. Zu diesem Zweck kann bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
die Regeleinrichtung in an sich bekannter Weise einen Stopfen zum
Verschließen
der Ausgussöffnung
des Behälters
und eine Stelleinrichtung zum Anheben aus und zum Absenken des Stopfens in
seine Verschlussstellung umfassen, wobei bevorzugt die Stellbewegung
des Stopfens insbesondere bei einer Annäherung an die Ausgussöffnung von
der Regeleinrichtung geregelt wird.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden
Zeichnung näher
erläutert.
Es zeigen jeweils schematisch:
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1 eine
Gießform
zum Gießen
0 eines Gussteils eines Verbrennungsmotors in einem Querschnitt;
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2 eine
Vorrichtung zum Vergießen
einer Al-Si-Schmelze
in einer ersten Betriebsstellung in einem Querschnitt;
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3 die
Vorrichtung gemäß 2 in
einer zweiten Betriebsstellung.
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Die
Gießform 1 ist
als Kernpaket aus mehreren Seitenformteilen 2, 3,
einem Bodenteil und einem Deckelformteil 4 zusammengesetzt,
das in der in den Figuren dargestellten Füllstellung der Gießform oben angeordnet
ist und den von den Formteilen 2, 3, 4 umschlossenen
Formhohlraum 5 an dessen Oberseite abdeckt. Die Formteile 2, 3, 4 sind
aus einem aus einem Formsand und einem Binder gemischten Formstoff
hergestellt und werden beim Entformen des im Formhohlraum gebildeten
Gussteils G zerstört.
Bei dem Gussteil G kann es sich beispielsweise um einen Zylinderblock
für einen
Verbrennungsmotor handeln.
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In
das Deckformteil 4 der Gießform 1 sind eine
trichterförmig
in Richtung des Formhohlraums 5 zulaufende und in diesem
mündende
Eingussöffnung 6 und
eine zylindrische Kontrollöffnung 7 eingeformt, die
ebenfalls geradlinig von der Oberseite des Deckformteil 4 in
den Formhohlraum 5 führt.
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Das
Deckformteil 4 weist einen umlaufenden Randabschnitt 4a auf,
der in Richtung der Unterseite des Deckformteils 4 dicker
ausgebildet ist, als der vom Randabschnitt 4a umgebene
innere Abschnitt 4b des Deckformteils 4. Mit dem
Randabschnitt 4a sitzt das Deckformteil 4 auf
den Seitenteilen 2, 3, während die Unterseite seines
inneren Abschnitts 4b die Oberseite des Gussteils und damit
die Höhe
definiert, bei deren Erreichen die Gießform 1 vollständig mit
Schmelze gefüllt
ist.
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In
den Randabschnitt 4a des Deckformteils 4 sind
viele kleinvolumige Ausgleichskammern 8, 9 eingeformt,
die in Reihen längs
der Seitenteile 2, 3 angeordnet sind. Die eine
Reihe von Ausgleichskammern 8 ist dabei dem einen Seitenteil 2 zugeordnet, während die
andere Reihe von Ausgleichskammern 9 oberhalb des anderen
Seitenteils 3 der Gießform 1 positioniert
sind. Innerhalb ihrer Reihen sind die Ausgleichskammern 8 bzw. 9 so
beabstandet angeordnet, dass jeweils eine Ausgleichskammer 8, 9 einem hinsichtlich
der Einwirkung von Druckspitzen besonders kritischen Bereich zugeordnet
ist. Alternativ können
die Ausgleichskammern 8, 9 in ihren Reihen auch
in gleichen Abständen
angeordnet sein, um eine möglichst
gleiche Verteilung ihrer Wirkung über die Länge der Gießform sicherzustellen.
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Der
von den Ausgleichskammern 8, 9 eingenommene Raum
ist klein gegenüber
dem Formhohlraum 5. So beträgt das Gesamtvolumen aller
Ausgleichskammern 8, 9 etwa 2 % bis 3 % des Volumens des
Formhohlraums 5.
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Der
Boden 8a der Ausgleichskammern 8, 9 ist
jeweils unterhalb des durch die Unterseite des inneren Abschnitts 4b des
Deckformteils 4 festgelegten maximalen Füllstands
Fmax der Gießform 1 angeordnet,
während
das Dach 8b der Ausgleichskammern 8, 9 in
Richtung der Oberseite des Deckformteils 4 jeweils deutlich
oberhalb der Unterseite des inneren Abschnitts 4b positioniert
ist. Auf diese Weise liegt der obere Abschnitt 8c, 9c der
Ausgleichskammern 8, 9 jeweils oberhalb des maximalen
Füllstands Fmax der Gießform 1.
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Der
unterhalb des maximalen Füllstands
Fmax der Gießform 1 angeordnete
Abschnitt 8d der Ausgleichskammern 8, 9 ist
jeweils über
einen horizontal verlaufenden, in den Deckelkern 4 eingeformten
Kanal 10, 11 an den Formhohlraum 5 der
Gießform 1 angeschlossen.
Die dem Formhohlraum 5 zugeordnete Mündung der Kanäle 10, 11 ist
jeweils auf der dem Formhohlraum 5 zugewendeten Innenseite
des Randabschnitts angeordnet. Die Kanäle 10, 11 weisen
eine geringe Höhe
und eine Breite auf, die so bemessen ist, dass der Öffnungsquerschnitt
der Kanäle 10, 11 einerseits
ausreicht, um einen störungsfreien Eintritt
von Schmelze in die Ausgleichskammern 8, 9 zu
gewährleisten,
gleichzeitig aber auch so gering ist, dass in Folge der Abfuhr von
Wärme in
das die Kanäle 10, 11 umgebende
Volumen des Deckformteils 4 das in den Kanälen 8, 9 enthaltene
Schmelzenvolumen unmittelbar nach Abschluss des Befüllens des Formhohlraums 5 erstarrt.
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Zum
Gießen
des Gussteils G wird die Gießform 1 durch
eine Transport- und Hebevorrichtung 12 so unter der Mündung eines
Zuführkanals 13 positioniert,
dass die Eingussöffnung 6 der
Gießform 1 dicht an
der Mündungsöffnung des
Zuführkanals 13 angedockt
ist. In dieser Stellung ist die Kontrollöffnung 7 der Gießform 1 unterhalb
eines Lasers 14 angeordnet, der seinen Laserstrahl durch
die Kontrollöffnung 7 in
den Formhohlraum 5 der Gießform 1 richtet.
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Der
Zuführkanal 13 ist
in einem Anschlussstutzen 15 ausgebildet, der auf der Unterseite
eines Schmelzenbehälters 16 ausgebildet
und an die Ausgussöffnung 17 des
Schmelzenbehälters 16 angeschlossen
ist, die mittels eines Stopfens 18 verschlossen und geöffnet werden
kann. Zu diesem Zweck kann der Stopfen 18 durch eine Stelleinrichtung 19 aus
einer Schließstellung,
in der er mit seinem einen verdickten Ende dicht in der Ausgussöffnung 17 sitzt,
in eine Öffnungsstellung
gehoben werden, in der er die Ausgussöffnung 17 freigibt,
so dass die im Schmelzenbehälter 16 enthaltene Al-Si-Schmelze
S in den Zuführkanal 13 strömen kann.
In gleicher Weise kann der Stopfen 18 zum Verschließen der
Ausgussöffnung 17 von
der Stelleinrichtung 19 abgesenkt werden. Sowohl das Anheben
als auch das Absenken erfolgen dabei geregelt in der Weise, dass
die Stelleinrichtung 19 den Stopfen 18 in jeder
Stellung anhalten kann, um den durch die Ausgussöffnung 17 tretenden
Volumenstrom an Schmelze S zu regulieren.
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Die
Stelleinrichtung 19 erhält
die Steuersignale zum Anheben und Absenken des Stopfens 18 von
einer Regel- und Steuereinrichtung 20. Die Regel- und Steuereinrichtung 20 ist
mit einer Mess- und Auswerteinrichtung 21 verkoppelt, der
wiederum der Laser 14 und ein Sensor 22 zugeordnet
ist, der den an der Oberfläche
der in den Formhohlraum 5 gelangenden Schmelze S reflektierten
Laserstrahl L detektiert.
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Beim
Befüllen
der Gießform 1 mit
Schmelze S (Stopfen 18 maximal angehoben) ermittelt die Mess-
und Auswerteinrichtung 21 aus dem vom Laser 14 gesendeten
und vom Sensor 22 detektierten Laserstrahl L laufend den
Füllstand
F im Formhohlraum 5 und liefert die entsprechenden Messergebnisse
an die Regel- und Steuereinrichtung 20. Erreicht der Füllstand
F eine Füllhöhe Fkrit1 so gibt die Regel- und Steuereinrichtung 20 ein
erstes Steuersignal an die Stelleinrichtung 19, auf das
hin diese den Stopfen 18 in eine Stellung senkt, in der
die Ausgussöffnung 17 des
Schmelzenbehälters 12 zwar
noch geöffnet,
der Durchfluss an Schmelze S jedoch nur noch gebremst erfolgt. Die
Füllhöhe Fkrit1 ist zum maximalen Füllstand Fmax der
Gießform 1 so
beabstandet, dass die Füllung
der Gießform
gegen Ende des Füllvorgangs
nur noch gebremst erfolgt.
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Sobald
der Füllstand
F auf diese Weise eine zweite kritische Füllhöhe Fkrit2 erreicht
hat, gibt die Regel- und Steuereinrichtung 20 ein zweites
Steuersignal an die Stelleinrichtung 19 ab, auf das hin
diese den Stopfen 18 vollständig in die Ausgussöffnung 17 drückt, so
dass keine Schmelze S mehr in den Zuführkanal 13 eintritt.
Die Lage der Füllhöhe Fkrit2 ist dabei so bemessen, dass die jetzt
noch im Zuführkanal 13 vorhandene
Schmelzenmenge SZ ausreicht, um den Formhohlraum 5 vollständig und
die Ausgleichshohlräume 8, 9 höchstens
in ihrem unteren Bereich 8b, 9b mit Schmelze S
zu füllen.
Abhängig von
der Gestaltung der Gießform 1 kann
die Füllhöhe Fkrit2 mit dem maximalen Füllstand Fmax übereinstimmen.
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Alternativ
kann die Regel- und Steuerungseinrichtung lediglich ein Steuersignal
an die Stelleinrichtung 19 abgeben, nämlich wenn die kritische Füllhöhe erreicht
wird, so dass der Stopfen 18 vollständig geschlossen wird. Bei
in etwa konstanten Zeiten, die für
die Formfüllung
benötigt
werden, kann der Stopfen zuvor bereits zeitgesteuert zum Teil abgesenkt werden,
so dass hierdurch ebenfalls bewirkt wird, dass die Füllung der
Gießform
gegen Ende des Füllvorgangs
nur noch gebremst erfolgt.
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Aufgrund
ihres geringen Volumens erstarrt die beim Befüllen der Gießform 1 mit
Schmelze S in die Kanäle 10,11 gelangte
Schmelzenmenge im Wesentlichen unmittelbar nach Abschluss des Füllvorgangs,
so dass die Verbindung zwischen den Ausgleichskammern 8,9 und
dem Formhohlraum 5 der Gießform 1 abgedichtet
ist. Die Gießform 1 kann
nun problemlos einer Weiterverarbeitung zugeführt werden, in der sie beispielsweise
um 180° um
ihre Längsachse
gedreht wird, um das Gussteil G gezielt mit einer entgegen der Einfüllrichtung
gerichteten Erstarrung erstarren zu lassen.
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- 1
- Gießform
- 2,
3
- Seitenformteile
- 4
- Deckformteil
- 5
- Formhohlraum
- G
- Gussteil
- 6
- Eingussöffnung
- 7
- Kontrollöffnung
- 4a
- Randabschnitt
des Deckformteils 4
- 4b
- innerer
Abschnitt des Deckkerns 4
- 8,
9
- Ausgleichskammern
- 8a
- Boden
der Ausgleichskammern 8, 9
- 8b
- Dach
der Ausgleichskammern 8, 9
- 8c,
9c
- obere
Abschnitte der Ausgleichskammern 8, 9
- 8d
- unterer
Abschnitt der Ausgleichskammern 8, 9
- 10,
11
- Kanäle
- 12
- Transport-
und Hebevorrichtung
- 13
- Zuführkanal
- 14
- Laser
- 15
- Anschlussstutzen
- 16
- Schmelzenbehälter
- 17
- Ausgussöffnung des
Schmelzenbehälters 16
- 18
- Stopfen
- 19
- Stelleinrichtung
- 20
- Regel-
und Steuereinrichtung
- 21
- Mess-
und Auswerteinrichtung
- 22
- Sensor
- Fmax
- maximaler
Füllstand
der Gießform 1
- F
- Füllstand
in der Gießform 1
- Fkrit1
- erste
kritische Füllhöhe
- Fkrit2
- zweite
kritische Füllhöhe
- L
- Laserstrahl
- S
- Al-Si-Schmelze
- SZ
- nach
dem Schließen
der Ausgussöffnung 17 noch
im
-
- Zuführkanal 13 vorhandene
Schmelzenmenge