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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von metallischen Gussteilen, insbesondere von Zylinderköpfen, im Schwerkraftkokillenguss mit einer eine Einfüllöffnung aufweisenden Kokille, und einem eine Entnahmeöffnung aufweisenden Vorratsbehälter für flüssige Schmelze, wobei die Einfüllöffnung der Kokille derart unterhalb der Entnahmeöffnung des Vorratsbehälters angeordnet ist, dass die aus der Entnahmeöffnung austretende flüssige Schmelze schwerkraftbedingt in die Kokille fließt.
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Der Schwerkraftkokillenguss bzw. das Kokillengießverfahren ist ein Urformverfahren, bei welchem die flüssige Metall-Schmelze unter Schwerkraft von oben in eine Dauerform, die so genannte Kokille, gegossen wird. Dabei hat es sich als nachteilig erwiesen, dass die Schmelze aus einer relativ großen Fallhöhe in die Kokille trifft. Aus dem Herabfallen der Schmelze aus großer Höhe resultieren vorlaufende Schmelzezungen und/oder Spritzer, welche binnen weniger Sekunden oxidieren und als Fehlstellen im Gussteil verbleiben. Diese Fehlstellen reduzieren die Festigkeit und die Qualität des Gussteiles und können unter Umständen dafür sorgen, dass das betreffende Gussteil als Ausschussteil aus dem Produktionsprozess ausgeschleust wird.
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Zur Reduzierung dieser Fehlstellen ist bereits daran gedacht worden, den Anschnitt nach unten zu versetzen und die Kokille von unten zu befüllen. Hierbei wird die Kokille entgegen der Schwerkraft mit der flüssigen Schmelze befüllt. Durch diese Art der Befüllung ergeben sich jedoch Gefügeänderungen im Gussteil selber, welche bei einigen Bauteilen, insbesondere bei Zylinderköpfen unerwünscht sind. Bei Kokillen zur Herstellung von Zylinderköpfen ist der Brennraumbereich, an welchen auf Grund der hohen mechanischen Beanspruchungen hohe Anforderungen an eine schnelle Erstarrung gestellt werden, in der Regel unten angeordnet. Bei einer Befüllung der Kokille von unten, also entgegen der Schwerkraft, fließt die Schmelze immer wieder über den Boden der Kokille nach und gerade die für den Brennraumbereich erforderliche schnelle Erstarrung kann nicht gewährleistet werden. Bei einer Befüllung der Kokille unter Schwerkraft wird die heiße Schmelze dagegen von oben nachgeführt und erreicht den Boden der Kokille bei steigendem Füllstand nicht mehr, so dass die Anforderung einer schnellen Erstarrung des Brennraumbereiches erfüllt wird.
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Die
DE 10 2005 011 941 A1 beschreibt eine Maschine zum vertikalen Gießen von Metall, die einen Rahmen aufweist, der eine Kokille aufnehmen und positionieren kann. Der Rahmen umfasst einen horizontalen Kragarm, der von einem Träger vorsteht und mit einem Ende im Träger zum vertikalen Verschwenken des Rahmens gelagert ist, wobei der Träger zum horizontalen Verschwenken des Rahmens um eine vertikale Achse drehbar ist. Dabei befindet sich die Kokille während des Gießvorgangs in einer fixen Position. Erst nach dem Gießvorgang wird die Kokille verschwenkt.
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Die
DE 30 21 584 A1 zeigt eine Gießvorrichtung mit einem in einem Rahmen gelagerten Drehelement, das intermittierend verschiedene Winkelpositionen einnehmen kann. Die Gießformen drehen sich dabei um eine zentrale Welle. Während des Gießvorgangs erfolgt keine Relativbewegung zwischen einer jeweiligen Gießform und dem Gießtrichter.
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Aus der
DE 10 2004 015 649 B3 ist eine Vorrichtung zur Herstellung von metallischen Gussteilen im Schwerkraftkokillenguss mit einer eine Einfüllöffnung aufweisenden Kokille und einem eine Entnahmeöffnung aufweisenden Vorratsbehälter für flüssige Schmelze bekannt. Die Einfüllöffnung der Kokille ist derart unterhalb der Entnahmeöffnung des Vorratsbehälters angeordnet, dass die aus der Entnahmeöffnung austretende flüssige Schmelze schwerkraftbedingt in die Kokille fließt.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Herstellung von metallischen Gussteilen der eingangs genannten Art derart zu gestalten, dass der Ausschussanteil bei der Herstellung reduziert und die Qualität der Gussteile verbessert wird.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
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Erfindungsgemäß ist also eine Vorrichtung zur Herstellung von metallischen Gussteilen, insbesondere von Zylinderköpfen vorgesehen, bei welcher die Kokille entlang einer kreisförmigen Bewegungsbahn um die Entnahmeöffnung des Vorratsbehälters verschwenkbar ist, und zwar von einer ersten Stellung zu Beginn eines Füllvorganges in eine zweite horizontale Stellung, in welcher die Schmelze erstarrt. Dabei weist die Kokille einen Schwenkwinkel zwischen der ersten und der zweiten Stellung zwischen 0° und etwa 85° auf und ist stufenlos von der ersten Stellung in die zweite Stellung überführbar. Die Einfüllöffnung der Kokille ist auch nach einem Verschwenken unterhalb der Entnahmeöffnung des Vorratsbehälters, der während des gesamten Füllvorgangs stationär angeordnet ist.
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Durch diese Verschwenkbarkeit der Kokille um die als Drehpunkt ausgebildete Entnahmeöffnung des Vorratsbehälters kann eine Schrägstellung der Kokille relativ zur Entnahmeöffnung des Vorratsbehälters erreicht werden. Hierdurch wird ein tiefes Herabfallen der Schmelze auf den Boden der Kokille bzw. in das bereits in der Kokille befindliche Schmelzbad verhindert. Zu Beginn weist die Kokille eine Schrägstellung auf, welche dafür sorgt, dass die Schmelze in einem oberen Bereich auf die Kontur der Kokille auftrifft und anschließend an der Kontur herunter läuft. Dabei wird die Schmelze langsam entlang der Kontur der Kokille herabgeführt und es ergibt sich ein laminarer Füllvorgang der Kokille. Nach dem Füllvorgang erstarrt die Schmelze in einer horizontalen Stellung der Kokille. Der Schwenkwinkel, also die Schrägstellung der Kokille, richtet sich nach der Kontur der Kokille und kann bis zu 85° betragen.
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Bereits während des Füllvorganges kann die Kokille durch Verschwenken und zwar in Abhängigkeit des Füllgrades abgesenkt werden. Während des Füllvorganges beginnt bereits die Erstarrung im unteren Bereich der Kokille, während im oberen Bereich weiter heiße Schmelze die Kontur herab läuft. Hierdurch wird eine kontinuierliche laminare Füllung der Kokille und gleichzeitig eine schnelle Erstarrung des unteren Bereiches des Gussteiles gewährleistet, was insbesondere bei der Herstellung von Zylinderköpfen von Vorteil ist.
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Mit der Vorrichtung nach Anspruch 1 erreicht man somit ohne Änderungen der Kontur oder die Gießlaufes eine laminare Kokillenfüllung. Hierdurch wird die Qualität der Gussteile wesentlich verbessert und der Ausschussanteil erheblich reduziert, da insbesondere vorlaufende Schmelzezungen und Spritzer beim Befüllvorgang verhindert werden. Weiterhin wird durch die Verschwenkbarkeit der Kokille entlang einer kreisförmigen Bewegungsbahn gewährleistet, dass sich die Einfüllöffnung der Kokille auch nach einem Verschwenken unterhalb der Entnahmeöffnung des Vorratsbehälters befindet. Hierdurch kann als Vorratsbehälter ein, zumindest während des Füllvorganges der Kokille stationär angeordneter Gießofen eingesetzt werden. Die Anschaffung bzw. der Einsatz eines teuren Gießroboters ist nicht erforderlich.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist ein die Kokille aufnehmender Schwenkrahmen vorgesehen, welcher um die Entnahmeöffnung des Vorratsbehälters verschwenkbar ist. Hierdurch wird die Verschwenkbarkeit der Kokille um die Entnahmeöffnung des Vorratbehälters realisiert.
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Bei einem eingeschränkten Raumangebot in den Produktionsstätten erweist es sich als besonders zweckmäßig dass der Schwenkrahmen ringförmig ausgebildet ist.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung ist vorgesehen, dass der Schwenkrahmen als Ringabschnitt ausgebildet ist und einen Öffnungsausschnitt aufweist, welcher in der horizontalen zweiten Stellung der Kokille nach oben gerichtet ist. Hierdurch wird die Zugänglichkeit zu der Kokille beispielsweise für die Entnahme des erstarrten Gussteiles durch einen Roboter verbessert.
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Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird auch dadurch geschaffen, dass der Schwenkrahmen eine auf die Form der Kokille abgestimmte Aufnahmevorrichtung zur lösbaren Fixierung der Kokille aufweist. Hierdurch wird es ermöglicht, Kokillen zur Herstellung von unterschiedlichen Gussteilen auf dem Schwenkrahmen zu fixieren und dadurch unterschiedliche Varianten von Zylinderköpfen mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung herzustellen.
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Dadurch, dass die Aufnahmevorrichtung eine Auswerfereinrichtung zum Lösen der Verbindung zwischen Aufnahmeeinrichtung und Kokille aufweist, kann die Taktzeit bei einem Kokillenwechsel reduziert werden, da keine aufwändigen Arbeitsschritte zur Umrüstung erforderlich sind.
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Der Schwenkrahmen kann manuell bewegt werden. Jedoch erweist es sich als besonders zweckmäßig, dass dem Schwenkrahmen ein Antrieb zur Durchführung der Schwenkbewegung zugeordnet ist. Der Antrieb erfolgt vorteilhafter Weise über zwei Zahnstangen, daran angebrachte Getriebe und zugeordnete Stellmotore.
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Erfindungsgemäß ist weiterhin vorgesehen, dass an der Kokille Versorgungsleitungen für Kühlwasser und/oder Luft und/oder Hydraulik anschließbar sind. Hierdurch ist die Versorgung der Kokille unabhängig von der Stellung auf der kreisförmigen Bewegungsbahn jederzeit sichergestellt.
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Zur Führung des Schwenkrahmens gegenüber einer Grundplatte oder einem Fundament sind zumindest zwei Lager vorgesehen. Mittels der zwei Lager zwischen dem Schwenkrahmen und der Grundplatte bzw. dem Fundament kann eine störungsfreie prozesssichere Schwenkbewegung des Schwenkrahmens relativ zu dem als Gießofen ausgebildeten Vorratsbehälter realisiert werden.
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Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in
- 1 eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung von Gussteilen zu Beginn eines Füllvorganges einer Kokille;
- 2 eine Detailansicht der in 1 dargestellten Ansicht;
- 3 eine perspektivische Ansicht der in 1 dargestellten Vorrichtung nach Beendigung des Füllvorgangs.
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1 zeigt eine Vorrichtung 1 zur Herstellung von nicht dargestellten Gussteilen, insbesondere von Zylinderköpfen, zu Beginn eines Füllvorganges einer Kokille 2 und die 2 eine Detailansicht II der in 1 dargestellten Ansicht. In der 3 ist dieselbe Vorrichtung 1 nach Beendigung des Füllvorganges dargestellt. Die Vorrichtung 1 weist einen als Gießofen ausgebildeten Vorratsbehälter 3 mit einer Entnahmeöffnung 4 auf. Unterhalb der Entnahmeöffnung 4 des Vorratsbehälters 3 ist eine Einfüllöffnung 5 der Kokille 2 angeordnet, so dass eine die Entnahmeöffnung 4 des Vorratsbehälters 3 verlassende flüssige Metall-Schmelze unter Wirkung der Schwerkraft durch die Einfüllöffnung 5 in die Kokille 2 fließt. Die Vorrichtung 1 weist weiterhin einen ringabschnittsförmig ausgebildeten Schwenkrahmen 6 auf, welcher in der in 3 dargestellten Stellung einen nach oben gerichteten Öffnungsabschnitt 7 aufweist. Dem Schwenkrahmen 6 ist weiterhin eine Aufnahmeeinrichtung 8 zur lösbaren Fixierung der Kokille 2 zugeordnet. Zum Lösen der Kokille 2 von der Aufnahmevorrichtung 8 ist eine Auswerfereinrichtung 9 vorgesehen. Die Führung des Schwenkrahmens 6 erfolgt über mehrere zwischen dem Schwenkrahmen 6 und einer Grundplatte 10 angeordnete Lager 11. Zur Versorgung der Kokille 2 mit Luft und/oder Hydraulik und/oder Kühlwasser ist diese über Versorgungsleitungen 12 mit einer Versorgungseinheit 13 verbunden. Um die Kokille 2 bzw. die Einfüllöffnung 5 entlang einer kreisförmigen Bewegungsbahn um die Entnahmeöffnung 4 des Vorratsbehälters 3 zu verschwenken, ist ein Antrieb 14, welcher zwei Zahnstangen und daran angebrachte Getriebe und Stellmotore aufweist, vorgesehen.
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Zu Beginn des Füllvorganges der Kokille 2 wird der Schwenkrahmen 6 in die in 1 dargestellte erste Stellung 15 verfahren. Die Kokille 2 befindet sich in einer Schrägstellung, wobei sich die als Einguss ausgebildete Einfüllöffnung 5 der Kokille 2 weiterhin unterhalb der Entnahmeöffnung 4 des Vorratsbehälter 3 befindet. Die unter Wirkung der Schwerkraft durch die Einfüllöffnung 5 fließende Schmelze trifft durch die Schrägstellung auf die Kontur der Kokille 2 und fließt laminar an dieser herunter. Während des Füllvorganges wird die Kokille 2 stufenlos entlang der kreisförmigen Bewegungsbahn um die Entnahmeöffnung 4 des Vorratsbehälters 3 verschwenkt, bzw. abgesenkt. Hierdurch wird eine optimale Kokillenfüllung erreicht, bei welcher die heiße nachlaufende Schmelze laminar von unten nach oben in die Kokille gefüllt wird. Befindet sich die Kokille 2 bzw. der Schwenkrahmen 6 in der in 3 dargestellten horizontalen zweiten Stellung 16 ist der Füllvorgang abgeschlossen und das Gussteil kann nach dem Erstarren entnommen werden. Der als Gießofen ausgebildete Vorratsbehälter 3 ist während des gesamten Füllvorganges stationär angeordnet, kann aber an einer Linearanlage mit seitlich verfahrenden Gießmaschinen oder Gießöfen genutzt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Kokille
- 3
- Vorratsbehälter
- 4
- Entnahmeöffnung
- 5
- Einfüllöffnung
- 6
- Schwenkrahmen
- 7
- Öffnungsabschnitt
- 8
- Aufnahmevorrichtung
- 9
- Auswerfereinrichtung
- 10
- Grundplatte
- 11
- Lager
- 12
- Versorgungsleitung
- 13
- Versorgungseinheit
- 14
- Antrieb
- 15
- erste Stellung
- 16
- zweite Stellung
