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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum
Gießen
einer Schmelze jeweils nach den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.
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Bei
der Formgebung von Bauteilen, wie beispielsweise einem Getriebegehäuse wird
eine hochtemperierte Schmelze aus einer Gießkelle mit einem frei fallenden
Gießstrahl
einer Gussform zugeführt. Zu
Beginn des Gießvorgangs
erfolgt dabei ein Eingießen
der Schmelze in eine Füllkammer,
wobei die Gießkelle
von Hand oder mittels eines Roboters oder einer Schwenkvorrichtung
bewegt wird. Dem Gießvorgang
geht voran die Erschmelzung der Werkstoffcharge, die Befüllung der
Gießkelle
aus einem Wärmehalteofen
und der Transport der Schmelze mittels der Gießkelle zur Gussform.
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Die
auf die oben gestellte Weise hergestellten Bauteile können gravierende
Qualitätsunterschiede
aufweisen, die von Schwankungen der Fertigungsbedingungen verursacht
werden. Schwankungen der Fertigungsbedingungen werden insbesondere
durch Dosierungenauigkeiten beim Befüllen der Gießkelle sowie
durch die Aufnahme von Oxiden aus dem Wärmehaltungsofen bedingt. Eine
Ungenauigkeit beim Dosieren, führt
dazu die Gussform mit zuwenig oder zuviel Schmelze gefüllt wird,
was zu einem erhöhten
Materialverbrauch oder zu einer zu Fehl – Füllung der Form führen kann.
Die Aufnahme von Oxiden aus dem Ofen kann zur Bildung von Fremdkörpern innerhalb
des Bauteils führen,
sodass dieses möglicherweise
nicht die vorgeschriebenen Festigkeitseigenschaften aufweist.
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Eine
Möglichkeit
zur Schöpfdosierung
besteht darin, bei einer Gießkelle
im oberen Randbereich der Behälterwand
der Kelle eine Dosieröffnung vor
zu sehen. Die Dosieröffnung
kann beispielsweise als Schlitz in einem einer Gießöffnung entgegen
gesetzten Bereich der Behälterwand
ausgebildet sein. Zum Befüllen
der Gießkelle
mit Schmelze tritt dabei durch die Dosieröffnung Schmelze in den Innenbereich
des Kellenbehälters
ein. Sobald die Oberfläche der
von dem Behälter
aufgenommenen Schmelzmenge das Niveau der Dosieröffnung erreicht hat, findet
keine weitere Aufnahme von Schmelzmenge statt bzw. kommt es zu einem
Abfluss von Schmelzmenge durch die Dosieröffnung in den Außenbereich.
Die mit einer derartigen Anordnung der Dosieröffnung verbundene Dosierungenauigkeit
kann jedoch relativ groß sein,
da die in dem Behälter
aufgenommene Schmelzmenge relativ empfindlich von der Positionierung
des Behälters
abhängig
ist. Bereits eine leichte Schrägstellung
des Behälters
kann zu einer Erhöhung
oder Verminderung der aufgenommenen Schmelzmenge gegenüber einem
Zielwert führen.
Ferner wird wie bei einer im oberen Randbereich des Behälters angeordneten
Dosieröffnung
relativ viel Schmelzmenge aus dem Oberflächenbereich der Schmelze des
Wärmehalteofens
von der Gießkelle aufgenommen,
die aufgrund der thermischen Bedingungen innerhalb des Ofens eine
größere Menge
an Oxiden enthalten können.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es beim Gießen von Schmelzen mit einer
Giesskelle eine höhere
Dosiergenauigkeit der aufgenommenen Schmelzmenge zu erreichen.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen
des unabhängigen
Anspruchs gelöst.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen,
dass bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung
mit einem Behälter
zur Aufnahme einer Schmelzmenge und mit einer Dosiereinrichtung
für eine
aufzunehmende Schmelzmenge die Dosiereinrichtung als Rohr ausgebildet
ist. Der Behälter
weist eine Behälterwand
mit einem oberen Randbereich und einem Innenbereich auf. Das Rohr
ist im Innenbereich angeordnet und mit einem Ende mit einer geodätisch niedriger
als der Randbereich liegenden Öffnung
der Behälterwand für den Durchtritt
von Schmelze in das Rohr verbunden. Das Rohr erstreckt sich mit
einem zweiten Ende in den Innenbereich und weist an seinem zweiten Ende
eine Dosieröffnung
auf, durch die Schmelze in den Innenbereich oder aus dem Innenbereich
heraus gelangen kann.
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Erfindungsgemäß erstreckt
sich in das Rohr in den Innenbereich des Behälters, sodass insbesondere
die Dosieröffnung
im Innenbereich des Behälters
angeordnet ist. Durch die Dosieröffnung
kann Schmelze in den Innenbereich oder aus dem Innenbereich des
Behälters
herausgelangen. Die mit einer Neigung des Behälters verbundenen Dosierungenauigkeiten
werden durch die Positionierung der Dosieröffnung im Innenbereich vermindert.
Sobald die von dem Behälter
aufgenommene Schmelze, die das Niveau der Dosieröffnung erreicht hat, bildet
sich ein hydrostatischer Druck aus, der zu einer Beendigung einer
Zuführung
von Schmelze in den Innenbereich oder zu einem Abfluss von Schmelze
aus dem Innenbereich führt,
falls Schmelze nicht mit einem Förderdruck
durch die Öffnung
in der Behälterwand
in das Rohr gefördert
wird.
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Gegenüber einer
Vorrichtung mit einer in einem Randbereich des Behälters angeordneten
Dosiereinrichtung ergibt sich eine um 80% erhöhte Dosiergenauigkeit. Die
Verbesserung der Dosiergenauigkeit ermöglicht beim Druckguss eine
Reduzierung des so genannten Pressrests und damit eine Materialeinsparung.
Auch wenn der Pressrest als Kreislaufmaterial wieder verarbeitet
wird, ermöglicht
die Reduzierung des Pressrests eine Kostenverminderung, da eine
Einsparung an Aufwand für
das Wiedereinschmelzen durch Einsparung von Abrand, Salz, Zuschlagsstoffen
und Energie erreicht werden kann. Es versteht sich, dass bereits
bei einer geringen Einsparung pro Gießvorgang bei Zahlen von mehreren
Hunderttausend Gießvorgängen beträchtliche
Kosteneinsparungen erreicht werden können.
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Vorteilhafterweise
wird auch die Aufnahme von Oxiden aus dem Ofen bei der Befüllung der
Vorrichtung reduziert, da die der Vorrichtung zugeführte Schmelze
nur zu einem geringen Teil aus dem Oberflächenbereich der Ofenschmelze
erfolgt.
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Bei
einer konstruktiv einfachen und gleichzeitig stabilen Ausführungsform
ist das Rohr linear ausgebildet.
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Ferner
erweist es sich als zweckmäßig, wenn
das Rohr einen kreisförmigen
Querschnitt aufweist.
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In
einer weiteren Ausführungsform
erstreckt sich das Rohr geodätisch
senkrecht in den Innenbereich, womit eine höhere Stabilität und ein
geringerer konstruktiver und Materialaufwand erreicht wird.
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Vorteilhaft
ist es, wenn die Dosieröffnung eine
obere, vorzugsweise ebene Stirnfläche aufweist, damit der Zu-
und Abfluss von Schmelze in den Innenbereich des Behälters mit
einer geringen Verwirbelung und kontrolliert erfolgen kann. Dies
erhöht die
Dosiergenauigkeit.
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Ferner
ist es Vorteilhaft wenn die Stirnfläche eine zur geodätisch Horizontalen
leichte Neigung aufweist. Dadurch wird ein definierter Zufluss bzw. Abfluss
von Schmelze in den Bereich der Stirnfläche herbeigeführt, der
eine niedrigere geodätische
Höhe aufweist
als die übrigen
Bereiche der Stirnfläche.
Besonders günstig
ist es, wenn der geodätisch
erhöhte Bereich
der Stirnfläche
zu einer Ausgießöffnung des Behälters hin
orientiert ist, da in diesem Fall beim Ausgießen von Schmelze aus dem Behälter eine
unbeabsichtigte Zufuhr von Schmelze in den Innenbereich des Behälters durch
das Rohr vermieden werden kann.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
wird eine erfindungsgemäße Vorrichtung
zum Gießen
von Schmelze und zum Dosieren einer Schmelzmenge verwendet.
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Weitere
Aspekte und Vorteile der Erfindung sind auch unabhängig von
der Zusammenfassung von Merkmalen in den Patentansprüchen der
nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbespielen an Hand einer
Zeichnung zu entnehmen.
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Die 1 zeigt
eine erfindungsgemäße Vorrichtung
in einem mit einer Schmelzmenge befüllten Zustand.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
zum Gießen
von Schmelzen umfasst einen Behälter 1 zur Aufnahme
einer Schmelzmenge, wobei der Behälter 1 eine Behälterwand 2 mit
einem oberen Randbereich 4 und einem Innenbereich 3 aufweist.
Bei der Schmelze kann es sich um flüssiges oder teigiges hochtemperiertes
Material handeln. Beispielsweise kann es sich um feuerflüssige Aluminiumschmelze handeln.
Es versteht sich, dass jedoch auch Schmelzen anderer Materialien,
insbesondere Metallschmelzen in Frage kommen. Der Behälter 1 bzw.
die Behälterwand 2 sind
aus einem geeigneten temperaturfesten Material, vorzugsweise aus
Stahl gefertigt. Zum Dosieren einer von dem Behälter 1 aufzunehmende Schmelzmenge
weist die Vorrichtung eine Dosiereinrichtung auf, die als Rohr 5 ausgebildet
ist. Das Rohr 5 ist im Innenbereich 3 angeordnet
und erstreckt sich von einer Öffnung 6 der
Behälterwand
in einen geodätisch
höher als
die Öffnung 6 liegenden
Teil des Innenbereichs 3 des Behälters 2. Am einen
Ende ist das Rohr mit der Öffnung 6 verbunden.
An einem zweiten Ende weist das Rohr 5 eine Dosieröffnung 7 auf.
Die Dosieröffnung 7 liegt
daher geodätisch
höher als
die Öffnung 6.
Die Öffnung 6 ermöglichst
den Durchtritt von Schmelze in das Rohr 5. Aus der Dosieröffnung 7 kann
Schmelze in den Innenbereich 3 des Behälters 2 eintreten.
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Die
Dosieröffnung 7 weist
eine obere Stirnfläche
auf. Die Stirnfläche 8 ist
eben ausgebildet und weist gegenüber
der geodätischen
Horizontale eine Neigung auf. Bevorzugt ist eine Neigung in einem
Bereich zwischen 2° und
15°, wobei
jedoch auch keine oder eine stärkere
Neigung vorgesehen sein kann. Der Behälter 1 weist eine
Ausgießöffnung 9 auf
durch oder über
die Schmelze beim Gießen
aus dem Behälter 1 herausgelangen
kann. Es versteht sich, dass die Ausgießöffnung 9 in verschiedener
Form ausgeführt
werden kann.
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Beim
Befüllen
der Vorrichtung wird durch die Öffnung 6 Schmelze
in das Rohr 5 befördert
und gelangt zur Dosieröffnung 7.
Aus der Dosieröffnung 7 austretende
Schmelze füllt
den Innenbereich 3 bis die Oberfläche der Schmelze das Niveau
der Dosieröffnung 7 erreicht
hat. Das Niveau der Dosieröffnung 7 wird
im vorliegenden Fall bestimmt durch den Bereich der Stirnfläche 8 mit
der niedrigsten geodätischen
Höhe. Bei
einer weiteren Befüllung
des Behälters 1 baut
ein hydrostatischer Druck auf, der zu einem Abfluss von Schmelze
führt,
sobald kein entsprechender Gegendruck bei der Förderung von Schmelze aus dem
Außenbereich
vorhanden ist. Dies ist beispielsweise beim Herausheben der Behälters 1 aus
einem Reservat von Schmelze, beispielsweise einem Wärmehalteofen
der Fall.
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Wie
aus der vorangehenden Darstellung ersichtlich ist, verlangt die
erfindungsgemäße Vorrichtung
beim Befüllen
mit einer vorgegebenen Schmelzmenge kein positionsgenaues Schrägstellen
des Behälters 1.
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- 1
- Behälter
- 2
- Behälterwand
- 3
- Innenbereich
- 4
- oberer
Rand
- 5
- Rohr
- 6
- Öffnung
- 7
- Dosieröffnung
- 8
- Stirnfläche
- 9
- Ausgießöffnung
- 10
- Oberfläche der
Schmelze